貴州茶樹主栽品種福鼎大白茶冷害指標研究

侯雙雙 古書鴻 谷曉平 薛旭 韓淑梅 胡家敏 劉宇鵬

摘要：[目的]探明貴州茶葉主栽品種福鼎大白茶的低溫冷害指標，為精準茶葉氣象指數(shù)保險和茶葉農(nóng)業(yè)氣象服務提供科學指導。[方法]利用人工氣候室模擬貴州低溫冷害天氣過程，測定茶葉不同低溫冷害過程中生理指標以反映茶葉低溫環(huán)境下的生長狀態(tài);擬合細胞傷害率與低溫脅迫之間的Logistic函數(shù)關系，確定茶樹生長的低溫半致死溫度，以量化不同低溫冷害天氣過程中茶葉的冷害指標。[結果]隨低溫程度的加重，SOD活性大致呈上升趨勢，MDA含量大致呈先升高后下降趨勢，相對電導率R呈持續(xù)上升趨勢;低溫冷害持續(xù)日數(shù)不同，對應低溫半致死溫度不同，低溫持續(xù)時間越長低溫半致死溫度越高，低溫冷害天氣持續(xù)3、5和7d時，低溫半致死溫度分別為1.5、1.8和2.6℃。[結論]福鼎大白茶冷害生長響應特征與低溫冷害程度和持續(xù)天數(shù)密切相關：最低溫度3℃以下的低溫危害比3℃以上大;低溫過程持續(xù)7d的低溫危害比持續(xù)3、5d時嚴重;低溫半致死溫度隨冷害持續(xù)時間的延長而升高，因此低溫冷害指標的制定應依據(jù)當?shù)氐勾汉浜夂蛱卣鬟M行量化。

關鍵詞：貴州;福鼎大白茶;低溫冷害;生理指標;低溫半致死溫度

中圖分類號：S 166文獻標志碼：A 文章編號：1008-0384（2019）12-1397-07

0 引言

[研究意義]茶葉是貴州重要的經(jīng)濟產(chǎn)出，其中春茶產(chǎn)值占總產(chǎn)值一半以上，氣候變化導致的冬暖化使得茶葉萌動期提前，而頻發(fā)的倒春寒帶來的低溫災害給茶葉生長造成巨大威脅，因此合理準確的茶葉低溫災害指標對完善茶葉的農(nóng)業(yè)氣象服務有重要的意義。頻發(fā)的氣象災害導致農(nóng)民和國家經(jīng)濟損失巨大，農(nóng)業(yè)保險是防災抗災的重要方式。2007年以來我國農(nóng)業(yè)保險的設計以氣象指數(shù)為依據(jù)，而且隨著農(nóng)業(yè)氣象指數(shù)保險研究的日趨成熟，作物氣象災害指標的精準確定是合理農(nóng)業(yè)氣象指數(shù)保險的關鍵。貴州茶葉氣象指數(shù)保險作為貴州特色農(nóng)業(yè)氣象指數(shù)保險開展的試點，亟待確定合理的貴州茶葉低溫災害指標，對氣象服務貴州茶葉生產(chǎn)具有重要意義。[前人研究進展]茶葉低溫災害指標的確定和研究方法可歸納為2種類型。一是經(jīng)驗法，根據(jù)實地調(diào)查茶葉低溫受害情形，并結合低溫天氣過程而確定茶葉低溫災害的低溫臨界值。經(jīng)驗法傾向于農(nóng)業(yè)技術服務工作者所用，定性表達茶葉受害情況和低溫天氣間關系，通常采用最低溫度為低溫災害指標，用于茶葉低溫災害的預防管理工作。經(jīng)驗法確定低溫災害指標定量化不足，難以揭示茶葉低溫災害的機理，導致低溫災害指標精確性稍顯不足。二是人工模擬法，通過人工模擬低溫脅迫環(huán)境，測定茶葉生理特征對低溫脅迫的響應，從而揭示茶葉低溫災害的機理，以此為依據(jù)制定茶葉低溫災害指標。人工模擬法相較于經(jīng)驗法顯然更精確，然而與經(jīng)驗法相比，人工模擬低溫脅迫環(huán)境時往往忽略了實際低溫冷害天氣過程特征，更關注植物本身生理層面對低溫的響應。[本研究切入點]人工模擬的低溫環(huán)境與實際低溫天氣過程不相符，因此，在茶葉低溫生理研究的基礎上，充分考慮實際低溫天氣過程制定準確的茶葉低溫災害指標是亟待開展的工作。低溫分為零上低溫和零下低溫，前者稱為冷害，后者則稱為凍害。貴州3～4月易出現(xiàn)倒春寒，造成的低溫天氣大多在0℃以上，是茶葉生產(chǎn)過程中主要的氣象災害。貴州作為我國重要的產(chǎn)茶省份，茶葉生產(chǎn)經(jīng)驗豐富但低溫冷害對貴州茶葉生長發(fā)育的影響研究報道極少，茶葉低溫災害指標研究尤其不足。[擬解決的關鍵問題]本研究應用人工氣候箱模擬貴州低溫冷害天氣過程，測定不同低溫冷害天氣過程中茶葉生理指標，并確定茶葉的低溫半致死溫度，為茶葉低溫冷害指標的精準制定提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試材料為貴州主要茶葉種植品種福鼎大白茶，盆栽規(guī)格為50cm（直徑）×50cm（高）。盆栽茶樹選用無病蟲害的6年樹齡健康茶樹，取自貴州省遵義市鳳岡茶園，土壤、水肥管理均同于茶樹正常田間管理。

1.2 試驗方案

利用貴州省黔東南州氣象局內(nèi)的人工氣候室模擬不同低溫冷害天氣過程，盆栽茶樹恢復正常生長后進行不同程度低溫脅迫處理。分析貴州多年冷害天氣過程特征可知貴州冷害天氣日較差約5℃，以此為依據(jù)設置3組動態(tài)低溫處理，分別為：最低溫度為1℃（最高6℃），表示為處理1/6;最低溫度為3℃（最高8℃），表示為處理3/8;最低溫度5℃（最高10℃），表示為處理5/10。根據(jù)氣溫日變化特征每組低溫處理設置4個溫度動態(tài)梯度：20：01～第二天9：00時段為溫度最低值，9：01～13：00時段為最低值增加2℃，13：01～17：00時段為溫度最高值，17：01～20：00時段為最高值減少2℃。

將茶芽萌動后生出2葉1芽的茶樹置于不同低溫處理下的人工氣候室中，每組低溫處理分別設置3個持續(xù)天數(shù)處理，分別持續(xù)3、5、7d。低溫處理過后，觀察茶葉形態(tài)有無受害特征，并采集離2葉1芽最近的成熟葉片用冰袋保存立即送往實驗室進行茶葉生理指標測定。每組設12棵茶樹，設對照（CK）：室外春季正常溫度，遇低于10℃以下低溫時則進行室內(nèi)保溫處理以保證對照組不受低溫影響。每組測定3次重復。

1.3生理指標測定

1.3.1超氧化物歧化酶（SOD）活性測定取3份樣品葉片去葉脈于預冷的研缽中，1mL預冷的磷酸緩沖液在冰浴上研磨成漿，加緩沖液使體積為5mL。4℃、10000r·min條件下離心20min，上清液為SOD粗提液。取5mL試管4支，2支為測定管，另外2支為對照管，加入待測試溶液，混勻后將1支對照管罩上雙層黑色硬質(zhì)套遮光置暗處，其他各管于4000lx日光燈下反應10min。至反應結束后，以遮光的對照管做空白，分別在560nm下測定其他各管的吸光度，計算SOD活性（式1），3份樣品的測試值取平均值。

SOD=（Acr-AE）×V/0.5×A×W×V （1）

式中，計算所得SOD活性單位為U·g·FW，A為照光對照管的吸光度，A為樣品管的吸光度，V為樣品液總體積（mL），W為樣品鮮重（g），V為測定時樣品用量（mL）。

1.3.2丙二醛（MDA）含量測定稱取樣本葉片1g各3份，剪碎，加入5%三氯乙酸（TCA）2mL，研磨至勻漿，加入8mLTCA進一步研磨，勻漿在3000r·min離心10min，上清液為樣品提取液。用吸管吸取上清液2mL，加入2mL0.67%硫代巴比妥酸溶液（TBA）并搖勻。將待測樣品放人沸水浴中煮沸10min，取出并冷卻，3000r·min離心15min，取上清液，以0.67%TBA溶液為空白，分別測定532nm、600nm和450nm處的吸光值，根據(jù)式2計算MDA含量，3份樣品的測試值取平均值。

MDA=[6.45×（D-D）-0.56×D]×

0.015×V/W×1000（2）

式中，D、D、D分別表示樣品在532、600和450nm處的吸光值，V為提取液體積（mL），W為樣品重量（g），所得MDA含量單位為umol·L。

1.3.3膜透性測定（電導儀法）選取樣品葉片，用自來水將供試葉片沖洗，除去表面雜物后用蒸餾水沖洗，晾干并剪成約1cm的小葉片，將剪下葉片混合均勻，快速稱取鮮樣3份，分別放人3個燒杯中并放人真空干燥器，用抽氣機抽氣約8min，以抽出細胞間空氣，重新緩緩放人空氣使葉片下沉。將抽過氣的燒杯取出，靜置20min，期間輕輕搖動，在20-25℃恒溫下，用電導儀測定溶液電導率（S）。測過電導率后，再放人100℃沸水浴中15min，取出冷卻1h，在20～25℃恒溫下測其煮沸電導率（S）。通過式3和式4計算相對電導率（R）和細胞傷害率（M），3份樣品的測試值取平均。

式中，S為處理樣品電導率，S為蒸餾水電導率，S為處理樣品煮沸電導率，R為低溫處理組相對電導率，R為對照組相對電導率。

1.4低溫半致死溫度

茶葉低溫半致死溫度的確定通過擬合茶葉細胞傷害率與最低溫度兩者間Logistic函數(shù)計算得到（式5），當細胞傷害率（y）為50%時即為低溫半致死溫度。

式中，y為細胞傷害率（%），x為最低溫度（℃），a、b為待定參數(shù)，k為飽和參數(shù)。

1.5數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

采用軟件Excel 2010分析處理試驗數(shù)據(jù)。

2 結果與分析

通過不同程度的低溫冷害過程處理，測得茶葉保護酶活性（SOD）、植物膜脂過氧化的產(chǎn)物（MDA）及膜透性（R）的響應特征見圖1～圖3。

2.1 超氧化物歧化酶（SOD）活性的變化特征

SOD是植物重要的抗氧化酶，在低溫脅迫時有保護細胞膜的作用，是植物抗寒性的重要指標。不同程度低溫脅迫下茶葉SOD活性變化特征見圖1。從圖1可以看出隨著低溫脅迫的增加，SOD活性大致呈現(xiàn)升高的趨勢。

從低溫持續(xù)日數(shù)來看，SOD活性對低溫持續(xù)日數(shù)的響應特征因不同低溫強度而不同：相較于對照組，處理組5/10SOD活性呈先下降后迅速升高的現(xiàn)象;處理組3/8SOD活性明顯大于對照組，SOD活性對持續(xù)天數(shù)的響應不明顯;處理組1/6SOD活性隨持續(xù)天數(shù)的增加大致呈升高的現(xiàn)象，于持續(xù)7d時達到最大值611.74U·g·FW，是對照組（189.58U·g·FW）的3倍。從低溫強度來看，SOD活性隨低溫強度的增強呈明顯的上升趨勢。

2.2 丙二醛（MDA）含量的變化特征

MDA是植物受低溫危害后的產(chǎn)物，其含量多少是植物逆境受害程度的重要標志。圖2為不同程度低溫下茶樹MDA含量的變化特征，從圖2中可以看出MDA變化趨勢因低溫強度和持續(xù)日數(shù)不同而存在差異。

從低溫強度來看，隨低溫強度的增強MDA的響應特征有2種類型：低溫過程持續(xù)3d時，MDA呈先升高后下降的趨勢;而低溫過程持續(xù)5、7d時，MDA則呈持續(xù)上升的趨勢。從低溫持續(xù)日數(shù)來看，隨低溫持續(xù)時間延長MDA先升高后下降：處理組1/6MDA最高，隨持續(xù)日數(shù)的增加表現(xiàn)為先升高后下降，因此最大值為持續(xù)5d的情況（403gmol·L），是對照組（057gmol·L）的近7倍;處理組3/8MDA總體表現(xiàn)為低值，雖同樣表現(xiàn)為隨持續(xù)日數(shù)的增加先升高后下降的趨勢，但不同持續(xù)日數(shù)對MDA的影響差異較小;處理組5/10隨著低溫持續(xù)日數(shù)的增加MDA先升高后下降的特征明顯。此外，從圖2中可以明顯看出，不同的低溫處理中，處理組1/6MDA對持續(xù)時間的響應尤其顯著，表明低溫強度越大，茶葉產(chǎn)生的MDA越多。

2.3 相對電導率（R）的變化特征

正常情況下，植物細胞膜對物質(zhì)具有選擇透過能力，當植物受到逆境危害時，細胞膜受損導致膜透性增大，相對電導率越大。圖3為不同程度低溫冷害脅迫下R的變化特征，從圖3中可以看出隨著低溫冷害過程持續(xù)日數(shù)的增加以及低溫強度的增強，R均呈現(xiàn)明顯的上升趨勢。最大值為處理組1/6持續(xù)7d情況（94%），明顯高于對照組（75.6%）。另外，3個處理組低溫過程持續(xù)3d和5d時只差異相對較小，當?shù)蜏剡^程持續(xù)達到7d時，R表現(xiàn)出較明顯的差異。

2.4 茶葉半致死溫度的確定

低溫半致死溫度是指植物達到半致死狀態(tài)的溫度，當溫度低于低溫半致死溫度時，植物所受的傷害將不可恢復甚至死亡。一般細胞傷害率與最低溫度呈“S”型曲線關系，即Logistic函數(shù)模型，將細胞傷害率與最低溫度進行Logistic函數(shù)擬合，細胞傷害率為50%時的溫度即為低溫半致死溫度。

根據(jù)1.3.2中式4計算得到不同程度低溫冷害處理下的細胞傷害率，根據(jù)式5對細胞傷害率（M）和最低溫度進行Logistic函數(shù)擬合，計算各參數(shù)值。因k為飽和參數(shù)，傷害率最大值為100%，因此k值取1，其余參數(shù)值見表1。通過表1可以看出低溫冷害過程持續(xù)日數(shù)不同，對應的低溫半致死溫度不同，持續(xù)日數(shù)越長低溫半致死溫度越高。結果表明低溫持續(xù)3d時，當最低溫度達到1.4℃即達到低溫半致死溫度;低溫5d時，當最低溫度達到1.8℃可達到低溫半致死溫度，低溫持續(xù)7d時，最低溫度達到2.6℃時便達到低溫半致死溫度，因此貴州倒春寒導致的低溫冷害持續(xù)時間不同，其低溫冷害指標理應有所差異。

3討論與結論

人工氣候室模擬貴州低溫冷害天氣過程的試驗表明低溫對茶葉生長的影響與低溫強度和持續(xù)時間密切相關。

3.1 茶葉生理過程對低溫冷害的響應

超氧化物歧化酶（SOD）、丙二醛（MDA）及相對電導率（R）對低溫冷害過程響應特征不同。隨低溫程度的加重，SOD活性大致呈上升趨勢，MDA呈先升高后下降趨勢，R呈持續(xù)上升趨勢，三者從不同層面反應出植物低溫冷害的生理響應。

植物在低溫環(huán)境下，細胞內(nèi)自由基的產(chǎn)生和消除平衡遭到破壞，從而使細胞膜結構和功能受到破壞。SOD是保護酶，能消除自由基保護膜系統(tǒng)，因此理論上來說，植物遭遇低溫逆境時，SOD活性升高。但由于植物機體的抗寒性，SOD活性對低溫的響應出現(xiàn)多種類型。例如，浙江4種典型茶葉品種在不同低溫脅迫下SOD活性特征隨溫度下降呈先升高后下降的趨勢;安徽的2個茶葉品種在-5℃持續(xù)天數(shù)的脅迫中，SOD活性表現(xiàn)為隨持續(xù)天數(shù)的增加先下降后緩慢上升;其余作物低溫脅迫下也表現(xiàn)出SOD活性先升高后下降或保持相對穩(wěn)定的現(xiàn)象。本試驗中，在不同的低溫持續(xù)時間和不同低溫強度下，SOD活性典型特征表現(xiàn)出隨低溫程度的加強而上升的趨勢，與前人研究存在差異，主要原因在于本試驗低溫脅迫設置依據(jù)實際低溫天氣過程，與其他低溫試驗設置不同。目前低溫脅迫環(huán)境的模擬多為將最低溫度持續(xù)一定時間（例如-5℃持續(xù)1、2d等），或者將低溫持續(xù)若干小時僅設置1d，顯然實際的低溫天氣過程并非如此。氣溫日變化在能量晝夜變化基礎上遵循周期性規(guī)律，日出前后氣溫為一天中最低值，午后14：00氣溫為一天中最高值。此外倒春寒引起的低溫天氣過程也并非僅持續(xù)l d，特別是貴州春季倒春寒引起的低溫冷害天氣常出現(xiàn)長達一周之久的情況。由于植物自身對逆境環(huán)境的適應，從農(nóng)業(yè)氣象上來說，作物能夠抵抗短時間的低溫，因此作物農(nóng)業(yè)氣象低溫指標多用持續(xù)3～5d的低溫水平或某生育階段積溫來衡量。本試驗根據(jù)貴州實際低溫天氣過程特征擬合低溫脅迫環(huán)境，圖4為低溫1/6持續(xù)3、5d及7d處理前后茶葉形態(tài)對比圖，通過對萌芽期茶葉生長形態(tài)觀察發(fā)現(xiàn)，最低溫度為1℃時并沒有對茶葉本身造成肉眼可見的損傷，僅表現(xiàn)為生長停滯。通過對貴州湄潭、鳳岡、正安、開陽等貴州茶葉重要產(chǎn)區(qū)的茶園實地調(diào)研及茶園經(jīng)營者的經(jīng)驗也表明0℃以上的春季低溫使茶葉生長停滯，推遲茶葉上市時間從而造成損失。本試驗模擬的低溫脅迫環(huán)境符合實際低溫天氣過程，實際低溫天氣過程使茶葉具備了抗寒鍛煉的緩沖時間，因此SOD活性呈現(xiàn)持續(xù)升高趨勢，未出現(xiàn)先升高后下降的特征。

丙二醛（MDA）是植物逆境環(huán)境下產(chǎn)生的膜脂過氧化產(chǎn)物，是植物膜氧化損傷指標。MDA的積累對植物細胞會造成傷害，隨著溫度的下降，植物本身清除能力下降，因此MDA含量上升，達到一定損傷程度后MDA含量達到極大值，因此許多研究結果均表明在低溫脅迫下，植物MDA呈先升高后下降的現(xiàn)象。本試驗研究也體現(xiàn)出這一特征，而最低溫度為1℃時，MDA含量明顯高于其余處理組。在浙江茶葉霜凍指標研究中，低溫環(huán)境為<3℃，4種典型茶葉品種MDA體現(xiàn)出持續(xù)升高的現(xiàn)象，與本試驗結果吻合，因此3℃表現(xiàn)為茶葉低溫冷害的界限溫度。

相對電導率R是衡量細胞質(zhì)膜是否受到傷害的指標。通常情況下，細胞內(nèi)的電解質(zhì)受細胞膜的阻隔保留在細胞內(nèi)，當細胞膜遭受低溫傷害時，電解質(zhì)則大量涌向細胞外，導致電導率激增，大量的植物低溫脅迫響應研究中相對電導率R變化特征均反映了這一現(xiàn)象。本試驗對相對電導率只的研究結果也表明隨低溫程度的加深，相對電導率R均呈現(xiàn)明顯的上升特征，與眾多相對電導率R對低溫脅迫的響應特征研究結果一致。

3.2 低溫半致死溫度

通過將細胞傷害率與最低溫度進行Logistic函數(shù)擬合，結果表明，不同低溫持續(xù)時間下低溫半致死溫度不同，持續(xù)天數(shù)越長低溫半致死溫度越高。茶葉低溫半致死溫度的研究結果表明低溫過程不同，低溫半致死溫度存在差異。浙江4種典型茶葉品種的低溫半致死溫度為1.5℃到-0.7℃，其低溫設置為最低溫度持續(xù)4h，而最高溫度持續(xù)12h，極可能正是由于高溫持續(xù)時間較長，茶葉損傷小，導致低溫半致死溫度下降。

3.3 結論

本文研究表明低溫強度和低溫持續(xù)時間均能影響茶葉正常生長，低溫冷害程度不同，茶葉生理響應不同。通過SOD活性、MDA和相對電導率R的響應特征可以發(fā)現(xiàn)，低溫對茶葉的影響是不均一的，最低溫度3℃以下的低溫危害較嚴重，而最低溫度3℃以上的低溫影響較小;低溫過程持續(xù)3d和5d時影響較小，而低溫過程持續(xù)7d則非常顯著。低溫半致死溫度也說明了低溫對茶葉影響的不均一性。

春季倒春寒導致的低溫冷害過程極為復雜，加之低溫對茶葉生長影響的不均一性，導致制定茶葉低溫冷害指標十分困難。本研究以貴州主栽茶葉品種——福鼎大白茶為研究對象，利用人工氣候室模擬低溫冷害天氣過程，通過研究冷害過程與茶葉生長間的關系，展開茶葉低溫冷害指標的研究。由于盆栽環(huán)境與大田環(huán)境存在不可避免的差異，樹齡及冷害天氣特征等因素均導致冷害指標的復雜性，因此針對貴州全省范圍的冷害指標需在進一步調(diào)研的基礎上進行調(diào)整，使冷害指標更準確，這對茶葉氣象指數(shù)保險服務和茶葉農(nóng)業(yè)氣象服務的完善極為必要。

致謝貴州省黔南州氣象局為茶葉低溫模擬試驗提供幫助，貴州湄潭、風岡、正安、開陽各縣氣象局為貴州重要茶園倒春寒低溫災害調(diào)研活動提供支持，謹此致謝！