低溫脅迫及生理生化指標綜合評價抗寒茶樹

李 巖， 田維麗， 謝恩俊， 岑 露， 趙德剛,2

(1.貴州大學生命科學學院/農業生物工程研究院,山地植物資源保護與種質創新教育部重點實驗室,山地生態與農業生物工程協同創新中心, 貴陽 550025；2.貴州省農業科學院國家農業農村部DUS中心貴陽分中心,貴州省農業科學院茶葉研究所， 貴陽 550006)

茶樹[Camelliasinensis(L.) O. Ktze.]為山茶科山茶屬多年生木本植物，起源于我國西南地區，異花授粉，喜溫濕氣候。貴州省有茶園面積46.2萬hm2，是我國茶樹栽培面積最大的省份，作為貴州省的特色優勢產業，茶產業是縱深推進農村產業革命的12個主導產業之一。貴州屬亞熱帶濕潤季風氣候，適宜茶樹的栽培和生長，但冬季氣溫低，年極端最低氣溫為-12.1～-4 ℃，均值為-7.7 ℃[1]，且每年3—4月份往往會有4 ℃以下的倒春寒現象，茶樹受低溫脅迫輕則造成芽葉葉尖變紅，嚴重時葉緣及芽變成黑褐色，葉片失水卷縮或脫落嚴重影響茶葉品質和產量。茶樹品種間遺傳差異大，抗低溫脅迫能力也有較大差異，因此，選育抗寒性強的優良品系對抵御茶園凍害和促進貴州茶葉提質、增收具有重要的意義。

低溫脅迫能夠引起茶樹的膜系統、細胞滲透壓、原生質膠體特性、物質代謝和保護酶系統等發生一系列改變，影響茶樹生長發育，嚴重時將導致植株死亡。一些植物長期在低溫逆境中已形成抗寒能力，如改變植物體內的滲透調節物質、酶活性等方式以增加對低溫脅迫的抗性[2]。宋緒忠研究認為，茶樹葉片的顏色及色素組成對抗寒性影響較大，葉綠素a和葉綠素b比值與抗寒性有較大關系[3]。可溶性糖含量與抗寒性之間呈正相關[4]。保護酶活性與抗寒性有著密切的關系，對藍莓[5]、核桃[6]、胡椒[7]等植物的研究表明，抗寒性強的品系抗氧化酶活性下降幅度小。低溫脅迫后超氧陰離子和過氧化氫會有所增加[8]。丙二醛(MDA)含量與茶樹抗寒性之間的規律不明顯[9]。茶樹葉片中保護酶活性、可溶性糖含量、丙二醛含量等主要滲透調節物質可作為茶樹抗寒性評價的參考指標[10-11]。本研究以貴州地區規模化種植且具有代表性茶樹黔茶1號、黔茶8號、福鼎白茶、紫魁為研究對象，通過低溫脅迫處理，測定等葉齡葉片的葉綠素(Chl)、可溶性糖、丙二醛(MDA)、過氧化氫酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)和過氧化物酶(POD)等生理生化指標，并進行綜合評價，為抗寒性茶樹選育提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材 料

供試材料黔茶1號(湄潭苔茶群體N-61栽培種)、黔茶8號、福鼎白茶和紫魁(N-61紫化芽變材料)均種植于貴州大學南校區農業生物工程研究院茶樹種質資源圃。

1.2 方 法

1.2.1低溫脅迫處理

根據李葉云等[12]的研究方法，對盆栽茶樹黔茶1號、黔茶8號、福鼎白茶和紫魁進行低溫脅迫處理，采用4 ℃和-4 ℃2個溫度處理24 h，每個處理重復3次，以常溫(28 ℃)未處理為對照組(ck)。盆栽茶樹樹苗在光照培養箱中進行培養和低溫處理，光照強度20 000 lx，光周期12 h·d-1。

1.2.2測定指標

1.3 數據處理

本研究采用Microsoft Excel軟件和SPSS Statistics 17.0軟件對數據進行處理、分析及作圖。

2 結果與分析

2.1 低溫脅迫對葉綠素含量的影響

測定4種茶樹4 ℃和-4 ℃低溫脅迫下的葉綠素含量，結果表明，處理前(28 ℃)紫魁與黔茶1號的葉綠素含量較高，而黔茶8號與福鼎白茶較低。4 ℃處理后，4種茶樹葉片的葉綠素含量均降低，此時，紫魁的葉綠素含量最高，福鼎白茶次之，而黔茶8號和黔茶1號的葉綠素含量較低分別為1.315 mg·g-1和1.221 mg·g-1。-4 ℃處理后，紫魁的葉綠素含量仍然最高，為1.550 mg·g-1，福鼎白茶的葉綠素含量降低幅度最(見表1)。

表1 不同溫度下4種茶樹葉片葉綠素與可溶性糖含量

在4 ℃和-4 ℃處理后紫魁葉片的葉綠素含量一直保持最高，特別是在-4 ℃處理后其明顯高于其它3種材料，可見紫魁在2種溫度下均較好地保持了較高的葉綠素含量，福鼎白茶在4 ℃處理時保持了較高的葉綠素含量，但在-4 ℃處理后含量迅速下降，可能是從4 ℃降低溫度到-4 ℃后，葉綠素大量降解所導致。

2.2 低溫脅迫對可溶性糖含量的影響

可溶性糖是植物滲透調節的重要物質。由表1和圖1可見，處理前，紫魁的可溶性糖含量最高，福鼎白茶含量次之，黔茶1號和黔茶8號的可溶性糖含量較少；4 ℃處理后，4種茶樹可溶性糖含量均增加，說明4種茶樹在4 ℃下通過增加可溶性糖含量來抵抗低溫，此時黔茶8號可溶性糖含量增加最多，福鼎白茶和紫魁次之，而黔茶1號最低。-4 ℃處理后福鼎白茶和紫魁的可溶性糖含量繼續增加，在-4 ℃下仍然能夠通過合成更高的可溶性糖來抵抗低溫，而此時黔茶1號和黔茶8號含量相較4 ℃處理出現了明顯的下降(見圖1)。

圖1 不同溫度下4種茶樹葉片可溶性糖含量變化

紫魁和福鼎白茶在4 ℃和-4 ℃均保持持續上升，提高低溫脅迫抗性。而黔茶1號和黔茶8號-4 ℃出現下降，失去了持續提高可溶性糖的能力。

2.3 低溫脅迫對保護酶酶活性的影響

2.3.1低溫脅迫對CAT酶活性的影響

CAT是植物體內清除過氧化氫能力的重要指標。由表2和圖2可見，處理前，紫魁的CAT酶活性最高，顯著高于福鼎白茶和黔茶8號，而最低為黔茶1號。4 ℃處理后，4種茶樹葉片的CAT酶活性均增加且均達到最大值，紫魁最高，福鼎白茶次之，而黔茶8號增幅最小。-4 ℃時，4種茶樹葉片的CAT酶活性均下降，此時紫魁CAT酶活性仍然最高，福鼎白茶次之，黔茶8號和黔茶1號的CAT酶活性較低。

圖2 不同溫度下4種茶樹葉片CAT酶活性變化

紫魁在4 ℃和-4 ℃均具有最高的CAT酶活性，能夠更有效的清除過氧化氫。而福鼎白茶、黔茶8號、黔茶1號次之。

2.3.2低溫脅迫對SOD酶活性的影響

SOD是植物體內清除超氧陰離子能力的重要指標。隨著處理溫度的下降，4種茶樹葉片的SOD酶活性變化差異顯著(見表2，圖3)。28 ℃時紫魁的SOD酶活性最高，其次為黔茶8號和福鼎白茶；黔茶1號最低。4 ℃低溫處理后，黔茶1號、黔茶8號和福鼎白茶葉片的SOD酶活性均出現下降，而紫魁的SOD酶活性升高；-4 ℃處理后，紫魁SOD酶活性繼續提高，此時黔茶1號、黔茶8號和福鼎白茶也出現提高，但仍然低于紫魁。

圖3 不同溫度下4種茶樹葉片SOD酶活性變化

表2 不同溫度下4種茶樹葉片保護酶含量

紫魁在4 ℃和-4 ℃的SOD酶活性均最高，能夠更有效的清除超氧陰離子。其次為黔茶8號、福鼎白茶和黔茶1號。

2.3.3低溫脅迫對POD酶活性的影響

POD也是植物體內清除過氧化物能力的重要指標。測定結果顯示，未處理前，福鼎白茶的POD酶活性最高，黔茶8號和紫魁次之，而黔茶1號的POD酶活性最低。4 ℃處理時，黔茶1號、黔茶8號、福鼎白茶和紫魁的POD酶活性均降低。-4 ℃處理時，黔茶8號、福鼎白茶和紫魁的POD酶活性均增加，而黔茶1號的POD酶活性卻減少(見表2，圖4)。

圖4 不同溫度下4種茶樹葉片POD酶活性變化

紫魁在整個低溫脅迫中POD酶活性增加幅度最大，降低幅度最小；其次是福鼎白茶和黔茶8號，而黔茶1號的POD酶活性在整個過程中均減少。并且紫魁在整個低溫脅迫中酶活性均為最高，能夠更有效的清除過氧化物。

2.4 低溫脅迫對含量的影響

圖5 不同溫度下4種茶樹葉片的含量變化

表3 不同溫度下4種茶樹葉片含量和CAT含量

2.5 低溫脅迫對H2O2含量的影響

隨著處理溫度的下降，4種茶樹葉片的H2O2含量均增加，且變化顯著(見表3，圖6)。未處理前，黔茶8號的H2O2含量最多，其次為福鼎白茶和黔茶1號，紫魁最少。4 ℃處理時，黔茶1號的H2O2含量增加幅度最大，其次為黔茶8號和福鼎白茶；紫魁的H2O2含量增加幅度最小。-4 ℃處理時，黔茶8號的H2O2含量增加幅度最大；其次為黔茶1號和福鼎白茶；紫魁的H2O2含量增加幅度最小。

圖6 不同溫度下4種茶樹葉片的H2O2含量變化

紫魁在4 ℃和-4 ℃處理時，H2O2含量均為最低，并且增加幅度也是最小，說明紫魁的保護酶系統對H2O2清除能力較強。其次為福鼎白茶、黔茶8號和黔茶1號。

2.6 低溫脅迫對MDA含量的影響

MDA是膜脂過氧化產物的重要指標。隨著處理溫度的下降，4種茶樹的MDA含量變化顯著(見表4，圖7)。未處理前，紫魁的MDA含量最高，其次為黔茶1號，福鼎白茶和黔茶8號相較之下較低。4 ℃處理時，黔茶1號、黔茶8號、福鼎白茶、紫魁的MDA含量均增加；-4 ℃處理時，黔茶1號、黔茶8號、福鼎白茶和紫魁的MDA含量均增加，并且整個過程中，紫魁增加幅度最小；黔茶8號的增加幅度最大。

圖7 不同溫度下4種茶樹葉片MDA含量變化

紫魁在未處理與處理時MDA含量均為最高，但增加幅度卻最小，說明紫魁的保護酶系統的清除能力較強。其次為福鼎白茶、黔茶1號和黔茶8號。本研究中紫魁28 ℃時MDA含量較高，其原因有待于進一步研究。

3 結論與討論

低溫脅迫處理下，4種茶樹葉片的各項生理生化指標變化不同反映了不同茶樹的抗寒性。茶樹是貴州省重要的經濟作物，但是每年都會因極端低溫天氣造成一定損失。選育抗寒性強的茶樹品系具有重要意義。

Chl具有吸收與傳遞光能的作用。在一定范圍內，光合速率與葉綠素含量呈正相關關系。另外，葉綠素含量與植物生長狀態有著密切的關系，低溫、元素缺乏、干旱等都會影響葉綠素的含量，導致植物不能正常進行光合作用，進而影響植物正常生長[14]。本研究利用低溫脅迫處理4種不同品系茶樹，結果表明，不同茶樹的葉綠素含量均下降，與劉凱歌等[15]的研究結果一致。

可溶性糖是植物細胞中滲透調節物質，與植物抗寒性密切相關。低溫脅迫下，細胞通過積累可溶性糖來提高細胞液濃度，冰點降低，緩減細胞質過度脫水，保護細胞質膠體不至遇冷凝固，利于抗凍[16]。本研究表明，低溫處理下4種茶樹葉片中可溶性糖含量都顯著上升。黔茶1號和黔茶8號在4 ℃處理時，可溶性糖含量達到峰值后出現下降，可能是-4 ℃低溫處理下膜系統受害，增加量相對減少。福鼎白茶和紫魁葉片的可溶性糖含量一直處于上升趨勢，可能是細胞內通過增加可溶性糖含量來調節抗寒能力的生理響應較晚，這與趙洪春等[17]的研究結果一致。

CAT、SOD、POD是植物防止膜脂過氧化酶促防御體系中重要的保護酶。低溫脅迫下，植物通過增加抗氧化酶活性清除過剩的活性氧自由基，防止膜質過氧化，降低細胞內膜系統的破壞程度，維持細胞膜的穩定性和完整性，在提高植物的抗性方面起到關鍵作用[18]。本研究中，隨著處理溫度的降低，4種茶樹葉片的CAT酶活性先上升后下降，與嚴岳華等[19]對柑桔的研究結果一致。SOD和POD酶活性隨處理溫度的降低均先降低后上升，這是因為低溫脅迫下活性氧自由基產生和消除平衡遭到破壞，加劇膜脂過氧化，蛋白質合成受阻。同時清除H2O2的酶類(CAT、POD)不協調，導致-4 ℃處理時SOD和POD酶活性增加，這與崔強旺等[20]的研究結果一致。

MDA是膜脂過氧化的產物，反映植物細胞膜受傷害的程度。低溫脅迫引起植物細胞內活性氧的增加，最直接的作用是使膜脂的過氧化程度增加，產生大量膜質過氧化產物MDA[22]。膜質的過氧化程度越低，MDA積累降低，植物抗寒性就越強。本研究中，低溫脅迫下4種茶樹葉片的MDA含量隨處理溫度的降低均上升，上升幅度越小，說明抗寒性越強，這與劉國宇等[23]對觀賞植物的耐寒性研究結果一致。