茶樹(shù)抗非生物逆境的研究進(jìn)展

曹 丹，馬林龍，金孝芳，龔自明

（湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院果樹(shù)茶葉研究所，湖北 武漢 430064）

作物在生長(zhǎng)發(fā)育中對(duì)自然界的適應(yīng)能力不僅取決于其自身的遺傳特性，而且還會(huì)受外界環(huán)境中生物因素（動(dòng)物、病原菌）和非生物因素的影響。非生物脅迫主要包括旱害、鹽害、低溫和重金屬脅迫等不良環(huán)境條件。每年在世界范圍內(nèi)非生物脅迫所導(dǎo)致的農(nóng)作物減產(chǎn)量超過(guò)平均產(chǎn)量的1/2。茶樹(shù)常會(huì)遇到多種逆境脅迫，嚴(yán)重影響茶樹(shù)正常的生長(zhǎng)發(fā)育，可導(dǎo)致茶樹(shù)減產(chǎn)甚至死亡，從而給茶葉生產(chǎn)造成極大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，研究逆境對(duì)茶樹(shù)的影響對(duì)于抗逆性品種的選育具有非常重要的意義。

1 非生物脅迫對(duì)茶樹(shù)生長(zhǎng)發(fā)育的影響

1.1 干旱對(duì)茶樹(shù)生長(zhǎng)發(fā)育的影響

干旱致使植物細(xì)胞失水，正常的細(xì)胞結(jié)構(gòu)被破壞，影響植物水分和二氧化碳的動(dòng)態(tài)平衡，進(jìn)而影響植物光合作用和物質(zhì)運(yùn)輸[1]。近年，對(duì)于茶樹(shù)干旱脅迫研究較多的主要有干旱對(duì)茶樹(shù)滲透調(diào)節(jié)系統(tǒng)、保護(hù)酶系統(tǒng)、內(nèi)源激素、光合作用等的影響。研究表明，干旱脅迫可使茶樹(shù)體內(nèi)脯氨酸含量增加，其升高程度和旱害程度與茶樹(shù)的抗旱性相關(guān)。此外，干旱還可導(dǎo)致葉片可溶性蛋白質(zhì)含量減少以及可溶性糖含量升高，其變化幅度大的多為抗旱能力較強(qiáng)的品種[2]。有學(xué)者認(rèn)為，在干旱脅迫下，茶樹(shù)中CAT（過(guò)氧化氫酶）和SOD（超氧化物歧化酶）的活性呈現(xiàn)先升后降的趨勢(shì)，且活性增加的速度與葉齡相關(guān)，不過(guò)增加的速度均表現(xiàn)為“快—慢”的趨勢(shì)；另有研究者發(fā)現(xiàn)茶樹(shù)在抗旱脅迫時(shí)體內(nèi)SOD、POD（過(guò)氧化物酶）和CAT活性的增加跟茶樹(shù)抗旱能力的提高相關(guān)[3]。潘根生等[4-8]對(duì)不同水分脅迫下茶樹(shù)內(nèi)源激素含量的消長(zhǎng)進(jìn)行了研究，結(jié)果表明在水分脅迫下，葉片內(nèi)源玉米素含量降低，脫落酸和吲哚乙酸迅速累積。郭春芳等[9]研究發(fā)現(xiàn)聚乙二醇脅迫下茶樹(shù)幼苗葉片的葉綠素?zé)晒鈪?shù)Fv，F(xiàn)m，F(xiàn)v/Fm，F(xiàn)v/Fo、Yield、T1/2、qP 和ETR 等都呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，綜合反映了茶樹(shù)幼苗在水分脅迫下PSII 損傷和光合功能受到抑制。茶樹(shù)在干旱脅迫下的反應(yīng)極其復(fù)雜，涉及多種基因的表達(dá)。孫云南等[10]利用cDNA-AFLP 技術(shù)研究茶樹(shù)在干旱脅迫下基因的差異表達(dá)，共獲得27個(gè)表達(dá)片段，并通過(guò)RT-PCR 驗(yàn)證GH2 和GH15 片段均受到干旱脅迫誘導(dǎo)表達(dá)。陳盛相等[11]采用mRNA 差異顯示技術(shù)研究了干旱與正常對(duì)照的mRNA 差異表達(dá)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在干旱條件下減量表達(dá)的片段N3-5 與茶樹(shù)無(wú)性系Sajin 茶葉色突變基因組序列標(biāo)簽S31.B15 有75%的同源性，故推測(cè)，該片段可能與茶樹(shù)的抗旱性相關(guān)。此外，研究發(fā)現(xiàn)干旱脅迫還可影響茶樹(shù)的形態(tài)特征和主要內(nèi)含成分等。

1.2 鹽脅迫對(duì)茶樹(shù)生長(zhǎng)發(fā)育的影響

當(dāng)土壤中鹽分含量超過(guò)0.3%時(shí)，植物就會(huì)受到傷害。鹽害可使植物受到離子毒害，以及植物滲透失水等。鹽離子可使根部土壤滲透勢(shì)升高，引起細(xì)胞脫水，導(dǎo)致細(xì)胞失去膨壓，進(jìn)而影響細(xì)胞生理代謝功能，同時(shí)單一鹽離子濃度過(guò)高會(huì)抑制根部對(duì)其他無(wú)機(jī)離子的吸收，導(dǎo)致單鹽毒害[1]。周旋等[12]研究了外源水楊酸（SA）對(duì)鹽脅迫下茶樹(shù)的影響，結(jié)果顯示一定濃度的外源SA 可大幅度提高鹽脅迫下茶樹(shù)葉片的相對(duì)含水量，降低水分飽和虧；能顯著提高抗氧化物質(zhì)的含量以及增強(qiáng)茶樹(shù)葉片抗氧化酶的活性；此外，還可促進(jìn)鹽脅迫下茶樹(shù)光合速率的提高，并緩解茶樹(shù)葉片受到的損傷。柳潔等[13]進(jìn)行了鹽脅迫下叢枝菌根對(duì)茶樹(shù)生長(zhǎng)及茶葉品質(zhì)的影響研究，表明叢枝菌根真菌（AMF）可以通過(guò)促進(jìn)鹽脅迫下茶樹(shù)對(duì)礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)的吸收，促進(jìn)茶樹(shù)生長(zhǎng)，增強(qiáng)茶樹(shù)對(duì)鹽脅迫的耐性，進(jìn)而提高茶葉產(chǎn)量和改善其營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)。此外，王麗珊等[14]應(yīng)用同源克隆方法獲得茶樹(shù)P5CS 基因，預(yù)測(cè)其為親水性跨膜蛋白，并對(duì)18個(gè)物種的P5CS 進(jìn)行聚類分析，得出生物學(xué)酚類及進(jìn)化關(guān)系相吻合。利用RT-PCR 分析表明，該基因轉(zhuǎn)錄本在高鹽脅迫48 h 后升至9.9 倍，故該基因可能與滲透脅迫有關(guān)。

1.3 低溫對(duì)茶樹(shù)生長(zhǎng)發(fā)育的影響

低溫可分為零上低溫和零下低溫。零上低溫對(duì)植物的危害成為冷害，而零下低溫可使植物產(chǎn)生胞外冰核，乃至胞內(nèi)冰核，對(duì)其造成的損害為凍害[15]。低溫對(duì)茶樹(shù)的傷害主要是在原生質(zhì)膜。張玉翠等[16]研究表明，不同低溫脅迫可使茶樹(shù)葉片的丙二醛含量和電解質(zhì)的滲透率均呈上升趨勢(shì)，POD 和SOD 活性變化趨勢(shì)大致相同，均表現(xiàn)為“先升后降”，而CAT 的活性呈下降趨勢(shì)。鄒中偉等[17]利用cDNA-AFLP 技術(shù)分析了茶樹(shù)在低溫脅迫下的基因差異表達(dá)，用16 對(duì)引物對(duì)3個(gè)樣品池進(jìn)行差異條帶的篩選，研究表明，在冷脅迫的不同處理時(shí)期相關(guān)基因的表達(dá)存在顯著差異，共得到86個(gè)差異片段，在選擇回收的差異表達(dá)片段中，通過(guò)Blast 序列同源性分析，發(fā)現(xiàn)片段5 與擬南芥冷誘導(dǎo)表達(dá)相關(guān)60sRPL7B 有89%的同源性，片段8 與1種逆境誘導(dǎo)蛋白有79%的同源性。尹盈[18]通過(guò)花序侵染法，將CsICE、CsCBF基因轉(zhuǎn)到擬南芥中，對(duì)其進(jìn)行低溫脅迫，通過(guò)生理指標(biāo)測(cè)定，結(jié)果表明野生型株系的抗寒性效果不如轉(zhuǎn)基因株系的好，CsCBF基因可以提高植物抵抗低溫的能力。

1.4 重金屬脅迫對(duì)茶樹(shù)生長(zhǎng)發(fā)育的影響

近年，隨著農(nóng)業(yè)、工業(yè)和交通業(yè)的高速發(fā)展，利用各種方式排入環(huán)境中的重金屬（如Cu、Hg、Pb、Cd、Cr 和As 等）、農(nóng)藥（如菊酯類、有機(jī)磷類和有機(jī)氯類農(nóng)藥）越來(lái)越多，導(dǎo)致農(nóng)產(chǎn)品受到的污染和危害也越來(lái)越嚴(yán)重。重金屬對(duì)茶樹(shù)的影響可能是通過(guò)改變土壤微生物生活環(huán)境、微生物的生命過(guò)程以及土壤酸度等，進(jìn)而改變茶樹(shù)對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和重金屬的吸收積累[19]。韓文炎等[20]研究發(fā)現(xiàn)，過(guò)多的鋅會(huì)抑制茶樹(shù)的生長(zhǎng)，并導(dǎo)致產(chǎn)量和品質(zhì)下降。另外，馬偉偉等[21]利用mRNA 差異顯示技術(shù)對(duì)3個(gè)代表性樣品進(jìn)行了研究，選取差異表達(dá)的陽(yáng)性基因片段，經(jīng)Blast 比對(duì)分析，發(fā)現(xiàn)其與控制絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶家族基因和葡萄的假定蛋白同源性較高，可能與茶樹(shù)新梢生理生化以及各類代謝變化有關(guān)。

茶葉中的重金屬主要來(lái)源于土壤、大氣、水和加工過(guò)程。其中，茶園土壤是茶葉中的重金屬最直接和最主要的污染源。目前對(duì)于土壤重金屬污染的研究主要集中在污染后的修復(fù)上，如有研究者將磷肥和稻草添加到茶園土壤中可以改變重金屬Zn、Cu、Pb 和Cd的形態(tài)分布，可以降低提取態(tài)的重金屬含量[22]。然而，關(guān)于任何污染的治理，預(yù)防都是最重要的，解決土壤重金屬污染的關(guān)鍵還在于從源頭上把關(guān)。

2 展 望

茶樹(shù)除了可能遭受上述非生物環(huán)境脅迫外，還有可能會(huì)受到淹澇、高溫及強(qiáng)光等的影響。對(duì)茶樹(shù)品種的選育不僅要關(guān)注產(chǎn)量、品質(zhì)以及抗病、抗蟲(chóng)性等性狀的改良，而且要注重茶樹(shù)抵抗非生物脅迫能力的增強(qiáng)。現(xiàn)今對(duì)茶樹(shù)的抗逆研究取得了顯著成果，然而仍有一些不足。

（1）茶樹(shù)在生長(zhǎng)過(guò)程中，往往可能同時(shí)受到低溫、干旱以及土壤鹽漬化等各種環(huán)境脅迫，但是有關(guān)茶樹(shù)逆境交叉適應(yīng)的研究少有報(bào)道。因此，有關(guān)茶樹(shù)逆境交叉適應(yīng)脅迫預(yù)處理?xiàng)l件及逆境交叉適應(yīng)性機(jī)理還有待進(jìn)一步研究。

（2）針對(duì)重金屬脅迫對(duì)茶樹(shù)的影響研究中，茶園土壤的重金屬也并不是單一存在的，而是多種元素相互作用，實(shí)際上復(fù)合污染的情況更常見(jiàn)。現(xiàn)有研究大多集中在單一污染的試驗(yàn)中，而多種重金屬?gòu)?fù)合污染的研究少有報(bào)道，因此對(duì)復(fù)合重金屬的污染及其致毒機(jī)理的研究有待加強(qiáng)。

（3）目前，對(duì)茶樹(shù)逆境的響應(yīng)機(jī)制研究大多集中在生理變化和抗逆反應(yīng)上，然而對(duì)其相關(guān)分子機(jī)制的研究較少，故挖掘調(diào)控茶樹(shù)對(duì)不同逆境反應(yīng)代謝途徑、基因和蛋白質(zhì)，對(duì)具有脅迫抗性種質(zhì)資源的育成具有深遠(yuǎn)的意義。

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