干旱脅迫對茶樹幼苗生長及葉綠素熒光特性的影響

王銘涵，丁玎，張晨禹，高羲之，陳建姣，唐瀚，沈程文*

干旱脅迫對茶樹幼苗生長及葉綠素熒光特性的影響

王銘涵1,2,3，丁玎3，張晨禹1,2,3，高羲之1,2,3，陳建姣1,2,3，唐瀚4，沈程文1,2,3*

1. 湖南農(nóng)業(yè)大學茶學教育部重點實驗室，湖南 長沙 410128；2. 湖南農(nóng)業(yè)大學國家植物功能成分利用工程技術(shù)研究中心，湖南 長沙 410128；3. 湖南農(nóng)業(yè)大學園藝學院，湖南 長沙 410128；4. 邵陽市農(nóng)業(yè)科學研究院，湖南 邵陽 422001

在全球變暖的氣候背景下，干旱已成為限制作物生產(chǎn)發(fā)展的重要因素，但目前關(guān)于干旱脅迫下不同茶樹的生理生化響應研究相對較少。以黃金茶1號（HJC-1）、壺瓶山8號（HPS-8）和壺瓶山15號（HPS-15）等10個茶樹品種（系）的一年生幼苗為材料進行盆栽控水試驗，對持續(xù)性干旱脅迫處理下茶樹幼苗的表型、葉片結(jié)構(gòu)、葉綠素含量、葉綠素熒光參數(shù)和可溶性糖含量進行研究。結(jié)果表明，干旱脅迫使其葉長、葉寬縮短，葉片數(shù)減少，側(cè)根數(shù)增多，植株矮化；葉片厚度、上表皮厚度、柵欄組織厚度、海綿組織厚度、下表皮厚度、柵欄組織與海綿組織比值均呈現(xiàn)下降趨勢。葉綠素a、葉綠素b和總?cè)~綠素含量與對照組相比均有所增加，且葉綠素a含量存在極顯著性差異（<0.000?1）。10個茶樹品種（系）在干旱脅迫下均受到光抑制，與對照組相比，和值減少，而值增大。葉片可溶性糖含量在干旱脅迫下與正常水分環(huán)境相比有所增加，除湘農(nóng)1號（XN-1）外，其他品種（系）的增加量均有顯著性差異。通過耐旱性隸屬函數(shù)值法比較得出，茶樹HPS-8、湘農(nóng)18號（XN-18）、湘農(nóng)9803號（XN-9803）、湘農(nóng)9810號（XN-9810）和湘農(nóng)9809號（XN-9809）的抗旱能力較弱，HJC-1、HPS-15、XN-1、湘農(nóng)9802號（XN-9802）和壺瓶山20號（HPS-20）的抗旱能力相對較強。

茶樹；脅迫作用；葉綠素熒光；石蠟切片

茶樹屬于喜陰喜濕植物，全年降水量需在1?000?mm以上，其對水分的要求受茶樹品種、地理環(huán)境、土壤類型及茶樹生育期等諸多因素影響[1]。茶樹在生長發(fā)育期間對水分要求較高，往往通過空氣相對濕度、降水量等積累體內(nèi)游離物質(zhì)，從而利用水分促進其新陳代謝的有效性。往往水分含量充足、空氣潮濕處，茶葉持嫩性好，富含氨基酸，茶葉品質(zhì)較好，產(chǎn)量高；但空氣濕度較低、水分不充足的茶樹，往往葉片粗老、品質(zhì)較低、口感不佳[2]。我國茶葉主產(chǎn)區(qū)在夏秋季受高溫缺水的影響，易出現(xiàn)伏旱和秋旱的天氣，茶樹受到干旱天氣影響，會導致茶葉減產(chǎn)，品質(zhì)下降。Cheruiyot等[3]分析顯示，干旱脅迫造成的茶園產(chǎn)量損失嚴重，斯里蘭卡的茶園產(chǎn)量損失曾高達31%，同時，因干旱和無性系變異引起的植物死亡率達6%~19%。貴州省近20年來的高溫、干旱事件發(fā)生的概率達到了70%[4]。2013年，浙江紹興御茶村近85%的茶園受害[5]，浙江麗水市松陽縣因高溫干旱致使茶葉經(jīng)濟損失達6?203萬元[6]。

由此可見，隨著全球變暖的大氣候影響，干旱對茶樹的脅迫問題越來越引起人們重視，了解并進一步研究茶樹受干旱脅迫前后的變化，對優(yōu)化茶樹栽培管理、提高茶樹耐旱性及選育抗旱性品種尤為重要。Lin等[7]研究發(fā)現(xiàn)正常供水的茶樹產(chǎn)量顯著高于干旱條件下的茶樹產(chǎn)量；中國農(nóng)業(yè)科學研究院茶葉研究所研究表明，干旱下茶樹的芽葉、新梢長度、百芽重和芽數(shù)均明顯下降[1]；潘根生等[8]研究表明，干旱脅迫能夠誘導植物體內(nèi)脯氨酸累積，從而引起脫落酸的累積；Yuan等[9]發(fā)現(xiàn)干旱脅迫下活性氧的積累使得膜脂過氧化作用的產(chǎn)物丙二醛（MDA）含量增加，導致細胞質(zhì)膜透性增加。前人研究大多集中在對茶樹生理生化等因素進行分析，本研究以10個茶樹品種（系）一年生盆栽幼苗為試驗材料進行自然干旱處理，其中以黃金茶1號（HJC-1）為參照品種，探究茶樹在干旱脅迫下表型、葉片解剖結(jié)構(gòu)、葉綠素含量、葉綠素熒光參數(shù)和可溶性糖含量等指標的變化，且通過模糊隸屬函數(shù)值法對試驗結(jié)果進行綜合分析，從多方面系統(tǒng)研究茶樹抗旱性，為提高茶樹耐旱性及選育抗旱性品種提供理論依據(jù)，為探究茶樹抗旱性組學機制奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試茶樹均為無性扦插苗，品種（系）分別為HJC-1、湘農(nóng)1號（XN-1）、湘農(nóng)18號（XN-18）、湘農(nóng)9802（XN-9802）、湘農(nóng)9803（XN-9803）、湘農(nóng)9809（XN-9809）、湘農(nóng)9810（XN-9810）、壺瓶山8號（HPS-8）、壺瓶山15號（HPS-15）、壺瓶山20號（HPS-20）。其中HJC-1為試驗的參照品種。

1.2 試驗設(shè)置

試驗在湖南農(nóng)業(yè)大學耘園基地進行。供試土壤性質(zhì)：pH 5.36、有機質(zhì)1.43?g·kg-1、全氮0.09?g·kg-1、全磷0.20?g·kg-1、全鉀27.30?g·kg-1、全鈣0.10?mg·kg-1。供試土壤碾碎后裝桶，栽培容器為聚乙烯塑料桶，高22?cm，內(nèi)徑26?cm，每盆裝土7?kg。選取根系和地上部表型相對一致的幼苗于2018年11月29日定植。試驗前一周將幼苗進行統(tǒng)一修剪，并在試驗前一天（2019年4月1日）對所有茶樹幼苗表型指標進行測定，選擇生長勢相對一致的10個品種（系）盆栽幼苗共300株，進行2種水分處理：對照［CK：土壤水分含量25%~35%（∶）］、干旱脅迫［Drought stress（DS）：土壤水分含量15%~25%（∶）］，每個處理5盆，每盆3株。用JK-100系類高周波水分儀（興化市優(yōu)科儀器儀表有限公司）測定土壤水分體積含量，全部處理達到設(shè)定標準后，于2019年4月2日開始控水，持續(xù)到2019年4月22日結(jié)束。

1.3 指標測定

于脅迫處理的0?d以及21?d的上午9:00對盆栽幼苗的葉長、葉寬、葉片數(shù)和株高進行觀察記錄（表1）。脅迫結(jié)束時，對茶樹側(cè)根數(shù)以及主根長度等表型指標進行測定；選擇植株成齡葉片進行葉片解剖結(jié)構(gòu)分析；選擇植株頂端向下第一、二輪完全展開葉片，進行葉綠素含量、葉綠素熒光參數(shù)和可溶性糖含量等各項指標測定。

1.3.1 表型指標測定

采用直接測定法測定葉長、葉寬、葉片數(shù)、株高、側(cè)根數(shù)以及主根長度。

1.3.2 葉片解剖結(jié)構(gòu)測定

從葉片中部主脈兩側(cè)取樣，制作0.5?cm2樣片，F(xiàn)AA固定液固定，石蠟制片，番紅-固綠對染，制成8?μm厚的葉橫切片，光學顯微鏡（Olympus CX31）下觀察并拍照，用顯微測微尺測定葉片厚度、上表皮厚度、下表皮厚度、柵欄組織、海綿組織，所有觀測值均為20個視野的平均值[10]。

表1 10個茶樹品種（系）試驗處理前表型觀測

1.3.3 葉綠素含量測定

將茶樹葉片剪碎，混勻，葉綠素提取采用95%乙醇提取法。先用722型分光光度計測定665?nm、649?nm、470?nm波長下的光密度值，再計算葉綠素a、葉綠素b和類胡蘿卜素比例含量[11]。

1.3.4 葉綠素熒光參數(shù)測定

采用PAM-2500便攜式葉綠素熒光儀測定葉綠素熒光動力學參數(shù)。測定葉綠素熒光時，葉片預先暗適應30?min，然后直接讀出初始熒光（）、最大熒光（）、可變熒光（），代表PSⅡ最大光化學量子產(chǎn)量的參數(shù)為、代表PSⅡ潛在活性的參數(shù)為。其中=?，和分別表示光下最大熒光和初始熒光，對各參數(shù)均重復測定5次，取平均值[12]。

1.3.5 可溶性糖含量測定

按照蒽酮法測定可溶性糖含量。取0.5?g樣品，加2?mL蒸餾水研磨至勻漿，轉(zhuǎn)入離心管，用3?mL蒸餾水分次沖洗研缽，沖洗液一并轉(zhuǎn)入離心管，4?000?r·min-1離心20?min，上清液為待測液。取1?mL待測液加入5?mL蒽酮試劑，沸水浴加熱10?min，冷卻至室溫，用721-A型分光光度計測定在620?nm波長下的吸光度E值。以蔗糖作標準曲線進行計算（單位：%）。

1.4 耐旱性檢測

應用隸屬函數(shù)值法綜合評價10個品種（系）茶樹的抗旱性，為消除不同品種（系）間對照值產(chǎn)生的差異，先計算各指標抗旱系數(shù)（抗旱系數(shù)=干旱處理測定值/對照測定值），然后再計算各個品種（系）所有指標隸屬函數(shù)值，并求其平均值。采用公式（1）和（2）分別計算與抗旱性呈正相關(guān)和負相關(guān)指標的具體隸屬值[13]。

(X)=(X－X)/(X－X)······（1）

(X)=1－(X－X)/(X－X)······（2）

式中，X為品種指標的測定值，X和X分別為指標所有品種（系）中的最大值和最小值。

1.5 數(shù)據(jù)處理

利用IMAGING-PAM操作軟件將葉綠素熒光試驗所得數(shù)據(jù)導出，并用Excel 2000進行數(shù)據(jù)整理與分析。使用Image-Pro Plus測量解剖結(jié)構(gòu)。使用Photoshop CS6對石蠟切片所做圖片進行標注，使用Graph Pad Prism 8對所得數(shù)據(jù)進行作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱脅迫對茶樹幼苗生長表型的影響

干旱脅迫下，植物幼苗的生長會隨著水分的變化而做出形態(tài)結(jié)構(gòu)特征的一系列改變以適應環(huán)境[14]，表型變化是最直觀的反應。通過對10個茶樹品種（系）在干旱處理組與對照組表型觀測數(shù)據(jù)的對比可發(fā)現(xiàn)（圖1），茶樹主根長度無明顯變化，但側(cè)根數(shù)有所增多且具有顯著性差異（<0.05）。與對照組相比，干旱處理組的幼苗生長明顯較慢，株高較矮且具有顯著性差異（<0.05）。同時，干旱處理組的葉片出現(xiàn)葉緣卷曲，葉色加深，葉片下垂的現(xiàn)象，葉長、葉寬以及葉片數(shù)指標顯著低于對照組（<0.05）。

由圖2可知，茶樹XN-18、XN-9809和XN-9810的葉長受干旱脅迫影響較大，與對照組相比存在顯著性差異（<0.05），其他品種（系）的葉長指標在干旱脅迫下均呈現(xiàn)下降的趨勢，但變化不明顯；HPS-8、XN-18和XN-9810的葉寬在干旱處理組和對照組間存在顯著性差異（<0.05）；葉片數(shù)除HPS-8、XN-9803和XN-9809顯著性減少外，其他品種（系）減少幅度較小。經(jīng)干旱脅迫處理的茶樹幼苗植株均矮于對照組，除HJC-1、HPS-20、XN-18和XN-9810外，干旱處理組和對照組幼苗植株在株高指標上均存在顯著性差異（<0.05）。除XN-1以外的其他品種（系）在干旱脅迫下的側(cè)根數(shù)均多于正常水分環(huán)境。正常水分環(huán)境下HJC-1、XN-18、XN-9802和XN-9810的側(cè)根數(shù)較干旱處理組少且呈現(xiàn)顯著性差異（<0.05）。

從10個品種（系）干旱脅迫和對照組在表型指標的差異中可知，茶樹XN-18、XN-9809和XN-9810在干旱脅迫下的生長變化較大。

2.2 干旱脅迫對茶樹葉片解剖結(jié)構(gòu)的影響

葉片是植物進化過程中對干旱較敏感且可塑性較大的器官，葉片形態(tài)結(jié)構(gòu)的變化必然影響到生理生化特性的改變，因而，葉片形態(tài)性狀對干旱的響應是植株重要的抗旱機制[15]，Manoj等[16]和Chartzoulakis等[17]認為葉片厚度、柵欄組織與海綿組織的分化程度與品種抗旱性密切相關(guān)。在干旱脅迫下，茶樹葉片形成了與水分環(huán)境相適應的解剖結(jié)構(gòu)特征。如圖3所示，對照組的葉片細胞排列緊密整齊，呈長柱形；干旱脅迫下的部分葉片細胞出現(xiàn)短縮現(xiàn)象，排列參差不齊，細胞間隙較大。

注：A：葉長（cm）；B：葉寬（cm）；C：株高（cm）；D：葉片數(shù)；E：側(cè)根數(shù)；F：主根長（cm）。*：表示在0.05水平上與對照組差異顯著。下同

圖2 表型五項指標

注：A和B分別為對照組和干旱處理組，1~10分別為10個供試驗茶樹品種（系）。a：上角質(zhì)層；b：上表皮；c：柵欄組織；d：海綿組織；e：下表皮；f：下角質(zhì)層

由表2可知，與對照組相比，干旱處理組的葉片厚度、上表皮厚度、柵欄組織厚度、海綿組織厚度、下表皮厚度以及柵欄組織同海綿組織的比值均在總體上呈現(xiàn)出下降的趨勢。干旱處理組的HJC-1、HPS-8、XN-18、XN-1、XN-9802和XN-9810葉片厚度明顯小于對照組，呈現(xiàn)極顯著性差異（<0.01），處理間上表皮厚度差異較大的有HJC-1、HPS-8、HPS-15、XN-1、XN-18、XN-9802和XN-9809，其中HJC-1、HPS-8、XN-1、XN-18和XN-9809與其對照組存在極顯著性差異（<0.001）。除HJC-1、HPS-8和XN-9810的柵欄組織厚度顯著少于對照組，其他品種（系）的差異不明顯；海綿組織厚度在處理間的差異相對較大，其中HPS-15具有顯著性差異（<0.05），HJC-1、HPS-8、XN-18、XN-1、XN-9802和XN-9810具有極顯著性差異（<0.001）。干旱脅迫下，HJC-1的下表皮厚度與對照組存在極顯著差異（＜0.001）；HPS-15處理組的下表皮比對照組薄且存在顯著性差異（<0.05）；其他品種（系）下表皮厚度與對照組差異不顯著。柵欄組織同海綿組織的比值中，XN-9809的干旱處理組和對照組存在顯著性差異（<0.05），XN-18和HPS-8存在極顯著性差異（<0.000?1）。

從表2中可看出，XN-18、HJC-1和HPS-8在葉片解剖結(jié)構(gòu)的處理對比中表現(xiàn)較突出，說明XN-18、HJC-1和HPS-8的葉片受干旱脅迫的影響較大。

表2 10個茶樹品種（系）葉解剖結(jié)構(gòu)參數(shù)

注：*表示在0.05水平上與對照組差異顯著；**表示在0.01水平上與對照組差異顯著；***表示在0.001水平上與對照組差異顯著；****：表示在0.000?1水平上與對照組差異顯著

Note: *: Significant differences compared with CK (＜0.05). **: Significant differences compared with CK (＜0.01). ***: Significant differences compared with CK (＜0.001). ****: Significant differences compared with CK (＜0.000?1)

2.3 干旱脅迫對茶樹葉綠素含量的影響

光合作用是綠色植物最重要的生理反應，也是植物產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)，光合色素與光能的吸收，傳遞和轉(zhuǎn)化過程相關(guān)，其含量變化將直接影響植物光合能力[18]。如圖4所示，干旱脅迫下茶樹葉片的葉綠素a含量、葉綠素b含量、葉綠素總量與對照組相比均有所增加。同時，葉綠素a/b也呈現(xiàn)上升的趨勢，說明在一定程度的干旱脅迫下，葉綠素a含量的增長速度快于葉綠素b含量的增長速度。從圖4可看出，HJC-1的葉綠素含量在處理間的變化不明顯，而干旱處理下的HPS-15和XN-9810與對照組相比在葉綠素a含量、葉綠素b含量和總?cè)~綠素含量中都呈現(xiàn)顯著性變化（<0.05）。同時，干旱脅迫下HPS-8的葉綠素b含量、XN-9809和XN-9810的葉綠素a/b值均顯著性增加（<0.05）。

2.4 干旱脅迫對茶樹葉綠素熒光特性的影響

為初始熒光（也叫作最小變熒光強度），是光合機構(gòu)PSⅡ反應中心全部開放時的熒光水平，其數(shù)值升高表示PSⅡ反應中心受到傷害或不可逆失活[19-21]，代表最大熒光值，其降低表示光抑制，代表了PSⅡ的潛在活性，反映了PSⅡ的最大光能轉(zhuǎn)化效率，也叫最大光化學量子產(chǎn)量，在未受脅迫的情況下，植物數(shù)值相對穩(wěn)定，一般在0.8左右，當植物遭受脅迫時，數(shù)值會降低[22-24]且其響應逆境脅迫較為敏感[25]。由圖6可知，干旱脅迫下HJC-1的葉綠素熒光參數(shù)變化不明顯，而值除HPS-8、XN-18、XN-9809和XN-9810與對照組有顯著性外（<0.01），其他品種（系）的減少幅度不大；HPS-8、XN-9803、XN-9809和XN-9810干旱處理組的值顯著高于對照組（<0.01）。處理間值的變化和值有相同的趨勢，HPS-8、XN-18、XN-9809和XN-9810干旱處理組的和值均顯著低于對照組。

由此可見，在干旱脅迫的條件下，葉綠素熒光參數(shù)在HPS-8、XN-18、XN-9809和XN-9810這4個茶樹品系中表現(xiàn)最突出。

2.5 干旱脅迫對茶樹葉片可溶性糖含量的影響

可溶性糖是植物葉片滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，其含量直接反映葉片受逆境脅迫的程度[26]。如圖7所示，在干旱脅迫下，10個茶樹品種（系）處理組的可溶性糖含量基本高于對照組，且除XN-1和XN-9802外，其他茶樹品種（系）處理組與對照組相比均呈現(xiàn)顯著增加（<0.01）。試驗結(jié)果與前人研究結(jié)論[27-28]基本一致，說明茶樹在干旱脅迫條件下，葉片可溶性含量會有所增加。

2.6 抗旱性隸屬函數(shù)分析

植物的抗旱性由多種因素決定，并不是只受單一的因素影響，因此在判定植物抗旱性時要對各指標進行綜合分析，避免單個因素造成誤差。模糊隸屬函數(shù)值法常被應用于植物耐旱性綜合分析[29]，本研究計算了10個茶樹品種多項生理生化指標的隸屬函數(shù)值，求其平均值并排序（表3），結(jié)果顯示其耐旱性強弱依次為：HJC-1＞HPS-15＞XN-1＞XN-9802＞HPS-20＞HPS-8＞XN-18＞XN-9803＞XN-9810＞XN-9809。

圖4 10個茶樹品種（系）葉綠素含量

圖5 10個茶樹品種（系）葉綠素熒光值

圖6 10個茶樹品種（系）可溶性糖含量

表3 10個茶樹品種（系）抗旱性隸屬函數(shù)值

3 討論

水是茶樹正常生長的要素之一，環(huán)境水分不足對茶樹的生長及品質(zhì)有著嚴重的影響。干旱會使得茶樹在幼苗生長、光合作用和代謝等過程中產(chǎn)生一系列的應對機制，主要呈現(xiàn)在表型、葉片結(jié)構(gòu)、葉綠素含量、葉綠素熒光參數(shù)和可溶性糖等的變化中。劉聲傳等[30]研究表明，茶樹在干旱脅迫下會出現(xiàn)葉片卷曲皺縮、焦斑、甚至干死掉落的癥狀，嚴重的整株死亡。本研究中干旱處理組的葉片出現(xiàn)了葉緣卷曲、葉色加深、葉片下垂、葉片數(shù)減少、植株矮化等現(xiàn)象，通過對表型相關(guān)指標的觀測發(fā)現(xiàn)，XN-18、XN-9809和XN-9810在干旱脅迫下的生長變化較大。

植物葉片是對環(huán)境變化可塑性最強的器官，其結(jié)構(gòu)變化能較清晰的反映干旱對茶樹生長發(fā)育的影響。周媛等[31]對杜鵑葉片表皮解剖結(jié)構(gòu)進行研究，發(fā)現(xiàn)其葉片柵欄組織厚度增大，葉片總體厚度、海綿組織厚度以及其他組織厚度均下降；陳昕等[10]研究發(fā)現(xiàn)，隨干旱脅迫加劇，石灰花楸成齡葉變薄、柵欄組織細胞在中度和重度脅迫下明顯短縮，柵海比在輕度和中度脅迫下有所升高，重度脅迫下則顯著降低，說明植物葉片在受到干旱脅迫時首先會產(chǎn)生相應的適應性變化，然后隨著脅迫的強度增加，會出現(xiàn)生長代謝受阻的反應。而本研究中，干旱脅迫下10個茶樹品種（系）的葉片厚度、上表皮厚度、柵欄組織厚度、海綿組織厚度、下表皮厚度以及柵欄組織同海綿組織的比值都呈降低趨勢，說明供試茶樹受到干旱脅迫的強度較大，其葉片結(jié)構(gòu)已經(jīng)出現(xiàn)了不良變化，其中XN-18、HJC-1和HPS-8尤為突出。發(fā)達的柵欄組織是植物的一個耐旱特征[32]，柵欄組織給葉片提供機械支撐，海綿組織能夠儲存大量的水分，可以有效地防止由于外部環(huán)境干旱導致葉片水分的散失[33]，柵欄組織和海綿組織的顯著減少會導致葉片鎖水能力降低，而難以抵抗干旱環(huán)境，從而通過柵欄組織厚度、海綿組織厚度以及柵欄組織同海綿組織比值的變化可以推測不同茶樹品種（系）應對干旱脅迫的抗性大小。

光合色素是植物將無機物轉(zhuǎn)變成有機物的關(guān)鍵介質(zhì)，是反映植物光合作用能力及營養(yǎng)作用的重要指標之一，光合色素的含量以及各組分的比例對植物光合作用有很大影響，在一定程度上影響植株的正常生長和抗逆性[34]。劉濟明等[35]研究發(fā)現(xiàn)，米槁幼苗葉綠素a/b的值隨著干旱脅迫強度的增加呈上升趨勢，推測米槁通過增加葉綠素a的含量適應重度干旱脅迫環(huán)境。本研究中，干旱脅迫后的茶樹葉片與對照組相比，葉綠素a、葉綠素b和葉綠素a/b的值呈現(xiàn)上升趨勢，推測是試驗的干旱處理強度較大，且葉綠素a應對干旱脅迫的變化比葉綠素b和類胡蘿卜素更為敏感。本研究中葉綠素含量的增加，與魏鵬[36]和劉玉英等[37]的研究結(jié)果相反，與區(qū)智等[38]和沈思言等[39]的研究一致，分析其原因：本試驗于4月下旬在溫室大棚內(nèi)展開，正值茶樹生長旺盛時期，葉片葉綠素含量的提高，有助于茶樹在干旱脅迫環(huán)境下的生長[40]；茶樹葉片的相對含水量在干旱脅迫時下降到較低水平，葉片中葉綠素處于濃縮狀態(tài)，造成單位鮮重葉綠素含量升高。

植物的光合作用是一個復雜的生理過程，其形態(tài)結(jié)構(gòu)及生理變化可直接反映植株適應和抵御干旱的能力，通過葉綠素熒光特性可分析葉片對光能的吸收和利用[41]。本研究發(fā)現(xiàn)，與對照組相比，供試茶樹在干旱脅迫下、和值減小，值增大，與前人研究的結(jié)果較為符合，表明缺水環(huán)境使得茶樹葉片PSⅡ反應中心受到損傷，其開放程度、光能轉(zhuǎn)化效率、潛在活性不斷下降[5, 42-43]。逆境中植物品種內(nèi)或品種間遺傳物質(zhì)的差異會使其葉綠素熒光參數(shù)從本質(zhì)上產(chǎn)生不同[44-45]，所以不同品種間的變化有很大差異，其中受光抑制最顯著的是HPS-8、XN-18、XN-9809和XN-9810。

近年來，從其他作物的抗旱研究發(fā)現(xiàn)，作物的抗旱性與體內(nèi)可溶性糖含量有關(guān)。錢瑭璜等[27]研究華南地區(qū)8種常見園林地被植物抗旱性發(fā)現(xiàn)，葉片可溶性糖含量隨干旱脅迫程度加深而增加；肖涵等[28]研究發(fā)現(xiàn)3種宿根花卉受到干旱脅迫后葉片可溶性糖含量呈增加趨勢。干旱缺水時可溶性糖增加多的品種，抗旱性強。干旱脅迫下植物體內(nèi)可溶性糖含量提高可以使細胞液濃度增加，原生質(zhì)膠體束縛水含量升高，從而提高植物對水分的吸收能力和保水能力[46]。本研究結(jié)果表明，茶樹在干旱脅迫下，可溶性糖含量的變化與其他大多作物的變化趨勢一致，與對照組相比均有所增加，且大多具有顯著性。

綜上所述，在干旱脅迫下，供試茶樹表型變化體現(xiàn)在葉長、葉寬和葉片數(shù)減少，側(cè)根數(shù)增多，以及植株矮化；同時，其葉片厚度、上表皮厚度、柵欄組織厚度、海綿組織厚度、下表皮厚度及柵欄組織同海綿組織的比值均會相應下降。干旱脅迫使得10個供試茶樹品種（系）的葉綠素含量增多以適應缺水環(huán)境，但葉片受光抑制影響，凈光合速率減弱，生長減緩。可溶性糖含量增多，從而影響其他生理代謝的響應。最后，本試驗通過比較不同茶樹品種（系）的耐旱隸屬函數(shù)值，推測茶樹HPS-8、XN-18、XN-9803、XN-9810和XN-9809的抗旱能力較弱，屬于干旱敏感型茶樹品種（系），而HJC-1、HPS-15、XN-1、XN-9802和HPS-20的抗旱能力相對較強，屬于耐旱型茶樹品種（系）。

[1] 劉彥, 汪志威, 張冬蓮, 等. 茶樹抗旱研究進展[J]. 江西農(nóng)業(yè), 2018(14): 56-57. Liu Y, Wang Z W, Zhang D L, et al. Research progress on tea tree drought resistance [J]. Jiangxi Agriculture, 2018(14): 56-57.

[2] 陳一萬. 茶葉生產(chǎn)氣象要素分析及氣象災害預防策略[J]. 科學技術(shù)創(chuàng)新, 2018(30): 57-58. Chen Y W. Analysis of meteorological elements in tea production and meteorological disaster prevention strategies [J]. Scientific and technological innovation, 2018(30): 57-58.

[3] Cheruiyot E K, Mumera L M, Ng'Etich W K, et al. High fertilizer rates increase susceptibility of tea to water stress [J]. Journal of Plant Nutrition, 2009, 33(1): 115-129.

[4] 朱俊欣. 高溫干旱對貴州省茶葉產(chǎn)量的影響[J]. 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技, 2019(8): 42- 43. Zhu J X. Effect of high temperature and drought on tea yield in Guizhou Province [J]. Modern Agricultural Science and Technology, 2019(8): 42-43.

[5] 翟秀明, 唐敏, 胡方潔, 等. 高溫干旱脅迫對茶樹葉綠素熒光特性的影響[J]. 南方農(nóng)業(yè), 2019, 13(4): 46-49, 59. Zhai X M, Tang M, Hu F J, et al. Effects of high temperature and drought stress on chlorophyll fluorescence characteristics of tea tree [J]. South China Agriculture, 2019, 13(4): 46-49, 59.

[6] 姜燕敏, 馬軍輝, 李漢美, 等. 麗水市2013年7—8月高溫熱害對茶葉生產(chǎn)的影響[J]. 中國農(nóng)學通報, 2014, 30(16): 158-163. Jiang Y M, Ma J H, Li H M, et al. The effect of high temperature damage on tea production during July-August 2013 in Lishui [J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2014, 30(16): 158-163.

[7] Lin S K，Lin J，Liu Q L，et al. Time-course of photosynthesis and non-structural carbon compounds in the leaves of tea plants (L.)in response to deficit irrigation [J]. Agricultural Water Management, 2014, 144: 98-106.

[8] 潘根生, 駱耀平, 錢利生. 茶樹對水分的生理響應[J]. 茶葉, 1999(4): 197-201. Pan G S, Luo Y P, Qian L S. Physiological responses of tea () to different soil moisture regimes [J]. Journal of Tea, 1999(4): 197-201.

[9] Yuan X K, Yang Z Q, Li Y X, et al. Effects of different levels of water stress on leaf photosynthetic characteristics and antioxidant enzyme activities of greenhouse tomato [J]. Photosynthetica, 2016, 54(1): 28-39.

[10] 陳昕, 徐宜鳳, 張振英. 干旱脅迫下石灰花楸幼苗葉片的解剖結(jié)構(gòu)和光合生理響應[J]. 西北植物學報, 2012, 32(1): 111-116. Chen X, Xu Y F, Zhang Z Y. Leaf anatomical structure and photosynthetic physiological responses of Sorbusseedlings under drought stress [J]. Acta Botanica Boreali-Occidentalia Sinica, 2012, 32(1): 111-116.

[11] 王學奎. 植物生理生化實驗原理和技術(shù)[M]. 2版. 北京: 高等教育出版社, 1999. Wang X K. Principles and techniques of plant physiology and biochemistry experiment [M]. 2nd ed. Beijing: Higher Education Press, 1999.

[12] 馮曉敏, 張永清. 水分脅迫對糜子植株苗期生長和光合特性的影響[J]. 作物學報, 2012, 38(8): 1513-1521. Feng X M, Zhang Y Q. Effect of water stress on seedling growth and photosynthetic characteristics in broomcorn millet [J]. Acta Agron Sin, 2012, 38(8): 1513-1521.

[13] 吳曉鳳, 倪沛, 楊濤, 等. 10種菊科植物的抗旱性與抗鹽性評價[J]. 生態(tài)學雜志, 2018, 37(7): 1959-1968. Wu X F, Ni P, Yang T, et al. Evaluation of drought and salt resistance of 10 species from Asteraceae [J]. Chinese Journal of Ecology, 2018, 37(7): 1959-1968.

[14] 吳會會, 鄒英寧, 吳強盛. 干旱脅迫下AMF對盆栽枳實生苗生長和活性氧代謝的影響[J]. 中國南方果樹, 2018, 47(2): 36-38, 45. Wu H H, Zou Y N, Wu Q S. Effects offungi on growth and reactive oxygen metabolism of trifoliate orange under drought stress [J]. South China Fruits, 2018, 47(2): 36-38, 45.

[15] 史剛榮, 程雪蓮, 劉蕾, 等. 扁擔木葉片和次生木質(zhì)部解剖和水分生理特征的可塑性[J]. 應用生態(tài)學報, 2006, 17(10): 1801-1806. Shi G R, Cheng X L, Liu L, et al. Anatomical and water physiological plasticity ofvar.leaf and secondary xylem [J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2006, 17(10): 1801-1806.

[16] Manoj K, Schneider B, Raveh E, Noemi T Z. Leaf anatomical characteristics and physiological responses to short-term drought in(Lamk.) [J]. Scientia Horticulturae, 2010, 124(3): 316-322.

[17] Chartzoulakis K, Patakas A, Kofidis G, et al. Water stress affects leaf anatomy, gas exchange, water relations and growth of two avocado cultivers [J]. Scientia Horticulturae, 2002, 95(1): 39-50.

[18] 楊菲, 李蓓蓓, 何辰宇. 高溫干旱對茶樹生長和品質(zhì)影響機理的研究進展[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學, 2017, 45(3): 10-13, 40. Yang F, Li B B, He C Y. Research progress on the effects of high temperature and drought on tea tree growth and quality [J]. Jiangsu Agricultural Science, 2017, 45(3): 10-13, 40.

[19] Peterson R B, Sivak M N, Walker D A. Relationship between steady-state fluorescence yield and photosynthetic efficiency in spinach leaf tissue [J]. Plant Physiology, 1988, 88(1): 158-163.

[20] 許大全, 張玉忠, 張榮銑, 等. 植物光合作用的光抑制[J]. 植物生理學通訊, 1992, 28(4): 237-243. Xu D Q, Zhang Y Z, Zhang R X, et al. Photoinhibition of photosynthesis in plants [J]. Plant Physiology Communications, 1992, 28(4): 237-243.

[21] 馬雪梅, 吳朝峰. 干旱脅迫對金銀花葉片葉綠素含量及熒光特性的影響[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學, 2018, 46(17): 133-136. Ma X M, Wu Z F. Influences of drought stress on chlorophyll content and fluorescence characteristics of honeysuckle leave [J]. Jiangsu Agricultural Science, 2018, 46(17): 133-136.

[22] 張守仁. 葉綠素熒光動力學參數(shù)的意義及討論[J]. 植物學通報, 1999, 16(4): 444-448. Zhang S R. Significance and discussion of chlorophyll fluorescence kinetic parameters [J]. Botanical Bulletin, 1999, 16(4): 444-448.

[23] 盧從明, 張其德, 匡延云. 水分脅迫對小麥葉綠體激發(fā)能分配和光系統(tǒng)Ⅱ原初光能轉(zhuǎn)換效率的影響[J]. 植物物理學報, 1995, 11(1): 82-86. Lu C M, Zhang Q D, Kuang Y Y. The effects of water stress on distribution of excitation energy and efficiency of primary conversion of light energy of photosystem Ⅱ in wheat chloroplasts [J]. Journal of Plant Physics, 1995, 11(1): 82-86.

[24] 趙麗英, 鄧西平, 山侖. 不同水分處理下冬小麥旗葉葉綠素熒光參數(shù)的變化研究[J]. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學報, 2007, 15(1): 63-66. Zhao L Y, Deng X P, Shan L. Effects of altered water condition on some chlorophyll fluorescence parameters of flag leaves of winter wheat [J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2007, 15(1): 63-66.

[25] Papageorgiou G C, Govindjee. ChloRophyll a fluorescence: a signature of photosynthesis [M]. Berlin: Springer Science & Business Media, 2007.

[26] 劉旭, 羅桂杰. 干旱脅迫對麻櫟幼苗生長及生理生化特性的影響[J]. 北方農(nóng)業(yè)學報, 2019, 47(2): 11-14. Liu X, Luo G J. Effects of water stress on growth and physiological characteristics in[J]. Journal of Northern Agriculture, 2019, 47(2): 11-14.

[27] 錢瑭璜, 雷江麗, 莊雪影. 華南地區(qū)8種常見園林地被植物抗旱性比較研究[J]. 西北植物學報, 2012, 32(4): 759-766. Qian T H, Lei J L, Zhuang X Y. Comparative research on drought resistance of 8 common garden ground cover plants in South China [J]. Acta Botanica Boreali-Occidentalia Sinica, 2012, 32(4): 759-766.

[28] 肖涵, 張鴻翎, 韓濤, 等. 干旱脅迫對3種宿根花卉生理生化指標的影響[J]. 西北林學院學報, 2019, 34(5): 102-107. Xiao H, Zhang H L, Han T, et al. Effects of drought stress on physiological and biochemical indices of three species perennial flowers [J]. Journal of Northwest Forestry University, 2019, 34(5): 102-107.

[29] 單長卷, 韓蕊蓮, 梁宗鎖. 干旱脅迫下黃土高原4種鄉(xiāng)土禾草抗氧化特性[J]. 生態(tài)學報, 2012, 32(4): 1174-1184. Shan C J, Han R L, Liang Z S, Antioxidant properties of four native grasses in Loess Plateau under drought stress [J]. Acta Ecologica Sinica, 2012, 32(4): 1174-1184.

[30] 劉聲傳, 陳亮. 茶樹耐旱機理及抗旱節(jié)水研究進展[J]. 茶葉科學, 2014, 34(2): 111-121. Liu S C, Chen L. Research advances on the drought-resistance mechanism and strategy of tea plant [J]. Journal of Tea Science, 2014, 34(2): 111-121.

[31] 周媛, 方林川, 童俊, 等. 干旱脅迫對杜鵑葉片表皮解剖結(jié)構(gòu)的影響[J]. 湖北農(nóng)業(yè)科學, 2018, 57(14): 67-72. Zhou Y, Fang L C, Tong J, et al. Effect of drought stress on leaf epidermal anatomical structure of[J]. Hubei Agricultural Sciences, 2018, 57(14): 67-72.

[32] 金研銘, 李良希. 雪柳、連翹和小葉丁香葉片解剖結(jié)構(gòu)及其抗旱關(guān)系的比較研究[J]. 東北農(nóng)業(yè)大學學報, 2012, 43(1): 116-120. Jin Y M, Li L X. Comparative study on relationship between leaf anatomical structure and drought resistance ofCarr.,Vahl., andDiels. [J]. Journal of Northeast Agricultural University, 2012, 43(1): 116-120.

[33] 趙翠仙, 黃子琛. 騰格里沙漠主要旱生植物旱性結(jié)構(gòu)的初步研究[J]. 植物學報, 1981, 23(4): 278-283, 347-348. Zhao C X, Huang Z C. A Preliminary study of xeromorphism of some important xerophytes growing in Tungeli Desert [J]. Journal of Integrative Plant Biology, 1981, 23(4): 278-285, 347-348.

[34] 孫小玲, 許岳飛, 馬魯沂, 等. 植株葉片的光合色素構(gòu)成對遮陰的響應[J]. 植物生態(tài)學報, 2010, 34(8): 989-999. Sun X L, Xu Y F, Ma L Y, et al. A review of acclimation of photosynthetic pigment composition in plant leaves to shade environment [J]. Chinese Journal of Plant Ecology, 2010, 34(8): 989-999.

[35] 劉濟明, 李佳, 文愛華, 等. 米槁幼苗光合色素與光合特征對干旱脅迫的響應[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學, 2019,47(9): 171-174. Liu J M, Li J, Wen A H, et al. Responses of photosynthetic pigment and photosynthetic characteristics of Cinnamomum migao to drought stress [J]. Jiangsu Agricultural Science, 2019, 47(9): 171-174.

[36] 魏鵬. 茶樹抗旱性部分生理生化指標的研究[D]. 重慶: 西南農(nóng)業(yè)大學, 2003. Wei P. Study on some physiological and biochemical indexes of tea tree drought resistance [D]. Chongqing: Southwest Agricultural University, 2003.

[37] 劉玉英, 易紅華, 徐澤. 干旱脅迫對不同茶樹品種葉綠素含量的影響[J]. 南方農(nóng)業(yè), 2007(1): 68-70. Liu Y Y, Yi H H, Xu Z. Effects of drought stress on chlorophyll content of different tea plant varieties [J]. Southern Agriculture, 2007(1): 68-70.

[38] 區(qū)智, 鄒旭, 周長梅, 等. PEG-6000模擬干旱脅迫對燈臺樹幼苗生理特性的影響[J]. 西南農(nóng)業(yè)學報, 2018, 31(6): 1180-1184. Qu Z, Zou X, Zhou C M, et al. Effect of PEG-6000 simulation drought stress on physiological characteristics ofseedlings [J]. Southwest China Journal of Agricultural Sciences, 2018, 31(6): 1180-1184.

[39] 沈思言, 徐艷霞, 馬春雷, 等. 干旱處理對不同品種茶樹生理特性影響及抗旱性綜合評價[J]. 茶葉科學, 2019, 39(2): 171-180. Shen S Y, Xu Y X, Ma C L, et al. Effects of physiological characteristics of different tea cultivars under drought treatment and evaluation on their drought resistance [J]. Journal of Tea Science, 2019, 39(2): 171-180.

[40] 馮慧芳, 薛立, 任向榮, 等. 4種闊葉幼苗對PEG模擬干旱的生理響應[J]. 生態(tài)學報, 2011, 31(2) : 371-382. Feng H F, Xue L, Ren X R, et al. Physiological responses of four broadleaved seedlings to drought stress simulated by PEG [J]. Acta Ecologica Sinica, 2011, 31(2) : 371-382.

[41] Banks J M. Chlorophyll fluorescence as a tool to identify drought stress in acer genotypes [J]. Environmental and Experimental Botany, 2018, 155: 118-127.

[42] Nultsch W, Pfau J, Huppertz K. Photoinhibition of photosynthetic oxygen production and its recovery in the subtidal red alga[J]. Botanica Acta, 1990, 103: 62-67.

[43] 陳雪妮, 李建揮, 吳毅, 等. 水分脅迫對2個藍莓品種葉綠素熒光特性的影響[J]. 中南林業(yè)科技大學學報, 2019, 39(8): 109-114, 138. Chen X N, Li J H, Wu Y, et al. Effects of soil water stress on chlorophyll fluorescence characteristic of two blueberry varieties [J]. Journal of Central South University of Forestry and Technology, 2019, 39(8): 109-114, 138.

[44] Dias M C, Correia S, Serodio J, et al. Chlorophyll fluorescence and oxidative stress endpoints to discriminate olive cultivars tolerance to drought and heat episodes [J]. Scientia Horticulturae, 2018, 231: 31-35.

[45] 解斌, 李俊豪, 趙軍, 等. 干旱脅迫對2種梨砧木生長及葉綠素熒光特性的影響[J]. 西北農(nóng)業(yè)學報, 2019, 28(5): 753-761. Xie B, Li J H, Zhao J, et al. Effect of drought stress on growth characteristics and chlorophyll fluorescence of pear rootstocks [J]. Acta Agriculturae Boreali-Occidentalis Sinica, 2019, 28(5): 753-761.

[46] 李廣敏, 關(guān)軍鋒. 作物抗旱生理與節(jié)水技術(shù)研究[M]. 北京: 氣象出版社, 2001. Li G M, Guan J F. Study on crop drought resistance physiology and water saving technology [M]. Beijing: Meteorological Press, 2001.

Effects of Drought Stress on Growth and Chlorophyll Fluorescence Characteristics of Tea Seedlings

WANG Minghan1,2,3, DING Ding3, ZHANG Chenyu1,2,3, GAO Xizhi1,2,3, CHEN Jianjiao1,2,3, TANG Han4, SHEN Chengwen1,2,3*

1. Lab of Tea Science of China Ministry of Education, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China; 2. National Research Center of Engineering Technology for Utilization of Functional Ingredients from Botanicals, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China; 3. College of Horticulture, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China; 4. Shaoyang Agricultural Science Research Institute, Shaoyang 422001, China

In the context of global warming, drought has become an important factor restricting the development of crop production, but there were relatively few studies on the physiological and biochemical responses of different tea cultivars to drought stress. Here, a pot water control experiment was conducted using annual tea seedlings of 10 tea cultivars (strains) such as Huangjincha 1 (HJC-1), HPS-8, and HPS-15 as materials. The chlorophyll content, chlorophyll fluorescence parameters and soluble sugar content were studied. The results show that: drought stress shortened the leaf length and width, reduced the number of leaves, increased the number of lateral roots, and dwarfed the plant. Furthermore, leaf thickness, upper epidermal thickness, fence tissue thickness, sponge tissue thickness, lower epidermal thickness and ratio of fence tissue to sponge tissue also decreased under stress. Chlorophyll a, chlorophyll b, and total chlorophyll contents increased compared to the control group, and the increase of chlorophyll a content was significant. Photoinhibition was observed in all tea cultivars (strains) under drought stress. The values of,andof tea cultivars under stress were lower than the control group, but thevalues showed an opposite trend. The soluble sugar content of leaves significantly increased under drought stress compared with the control, except tea cultivar XN-1Further analysis shows that HPS-8, XN-18, XN-9803, XN-9810 and XN-9809 have low drought tolerance but HJC-1, HPS-15, XN-1, XN-9802 and HPS-20 have relatively strong drought tolerance.

, stress, chlorophyll fluorescence, paraffin section

S571.1

A

1000-369X(2020)04-478-14

2019-10-24

2019-12-25

國家自然科學基金項目（31271789）、中央引導地方科技發(fā)展專項（2019XF5041）、湖南省重點研發(fā)計劃（2017NK2193）、湖南省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項（湘財農(nóng)指[2019]0047號）

王銘涵，女，碩士研究生，主要從事茶樹生物技術(shù)與種質(zhì)創(chuàng)新研究，578117245@qq.com。

scw69@163.com

投稿平臺：http://cykk.cbpt.cnki.net