茶樹抗寒性研究文獻系統(tǒng)性評價

張歡，韓兆嵐，朱旭君，房婉萍，郝姍，馬媛春，吳娟

南京農(nóng)業(yè)大學園藝學院，江蘇 南京 210095

茶樹（Camellia sinensis） 屬多年生常綠植物，是中國乃至世界范圍廣泛種植的重要經(jīng)濟作物之一，對各種植區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展有重要貢獻。我國茶樹種植歷史悠久，文化底蘊深厚，茶產(chǎn)業(yè)是農(nóng)民增收的支柱產(chǎn)業(yè)。茶樹具有喜溫畏寒的特性，近年來，北方茶區(qū)和“倒春寒”時期茶園常常受低溫凍害的影響，導致茶葉低產(chǎn)、低質(zhì)，茶農(nóng)遭受巨大經(jīng)濟損失。另外，茶園規(guī)模化種植和推廣也因茶樹抗寒性較差而受限，茶業(yè)發(fā)展受到限制。因此，開展茶樹抗寒機理的相關研究對促進茶學科研和推動茶區(qū)經(jīng)濟發(fā)展具有重大意義。

目前，有關植物抗寒性和茶樹抗寒性的綜述已開展較多，但還缺乏對現(xiàn)有研究及其內(nèi)容的系統(tǒng)分析和歸納。文獻的系統(tǒng)性評價是針對某一特定的科學問題，對既有的文獻進行嚴密的評價，系統(tǒng)的搜索和綜合科學問題相關的研究證據(jù)，從而總結科學問題的研究方法[1]。本文結合文獻系統(tǒng)性評價的研究方法，選擇2010—2021年近12年包含茶樹抗寒性研究的中外文文獻，從文獻計量的角度對其研究主題和研究內(nèi)容進行綜合統(tǒng)計分析，目的是總結茶樹抗寒性研究規(guī)律和重點趨勢，以期為茶樹未來的抗寒性相關研究提供參考和借鑒。

1 材料與方法

1.1 文獻檢索策略

通過檢索Web of Science（簡稱WOS）和中國知網(wǎng)CNKI平臺，搜索國內(nèi)外有關茶樹抗寒性研究的期刊文獻。檢索日為2021年12月28日，檢索語言僅包括中文及英文。檢索策略采用文獻主題詞和檢索式結合的方式。

外文文獻檢索式為（TS = cold OR TS = low temperature OR TS= chilling OR TS= freezing OR TS= frost）AND TS = tea。外文文獻主題詞包括stress、acclimation、tolerance、resistance。

中文文獻檢索式為，主題：茶+ 茶樹（精確）；篇名：低溫+低溫脅迫+冷脅迫+冷馴化+冷害+凍害+抗寒+耐寒+越冬+倒春寒（模糊檢索）。

1.2 文獻篩選與資料提取

1.2.1 文獻納入與排除標準

研究類型：研究型論文，排除綜述型論文；研究對象：茶樹抗寒性相關研究，排除非茶樹物種領域研究和茶樹其他逆境脅迫研究；研究時限為2010年1月1日至2021年12月28日期間發(fā)表的文獻（包括2021年已網(wǎng)絡首發(fā)，并將于2022年出版的文獻），時間跨度為12年；其他要求：文章篇幅字數(shù)大于1 000字，排除篇幅字數(shù)不足、無法獲得全文的文獻。

外文文獻通過WOS平臺檢索為主，輸入檢索式后得到4 587 條文獻；設置發(fā)表時間為2010—2022年，在排除項目欄保留“論文”和“在線發(fā)表”類文獻，剩余2 209條文獻；為進一步精確檢索結果，在結果中分別輸入檢索詞stress、acclimation、tolerance、resistance，共 得 到550 篇 文獻；排除重復文獻200篇、無全文文獻5篇、其他領域文獻240 篇（包括非期刊文獻、非茶樹物種領域、茶樹非抗寒性領域）、中文文獻15 篇，共90篇外文文獻納入后續(xù)分析。

中文文獻通過CNKI 平臺檢索，轉(zhuǎn)入檢索式，設置發(fā)表時間“2010.01.01—2022.10.01”，勾選“中文文獻”，獲得340 篇文獻，并入WOS 檢索到的中文文獻15篇，共355篇文獻；排除重復文獻6篇、其他領域文獻122 篇（包括非期刊文獻、非茶樹物種領域、茶樹非抗寒性領域）和非完整文獻5篇，共218篇中文文獻納入分析。

1.2.2 文獻篩選和提取

文獻篩選根據(jù)不同數(shù)據(jù)庫的特征，結合檢索策略，根據(jù)檢索要求，再次手動篩選文獻。最終將308 篇文獻導入到EndNote X9 進行管理精煉，閱讀分析全文。初檢共獲得外文文獻540 篇，中文文獻240 篇，經(jīng)去重、初篩和復篩，最終保留外文文獻90 篇，中文文獻218 篇。將文獻全部導入到EndNote X9 后，下載全文后閱讀文獻提取文獻信息。

1.3 圖標制作方法

采用Excel 2021軟件整理分析和作圖。

2 結果與分析

2.1 基礎發(fā)文量分析

2010年到2021年，有關茶樹抗寒性的研究論文一共308篇，其中中文文獻218篇，外文文獻90篇。由圖1 可見，中文文獻近12年發(fā)文量雖有波動，但總體較穩(wěn)定；外文文獻發(fā)文量自2012年開始波動上升，并自2020年起開始超過中文文獻的年發(fā)文量。

圖1 2010—2021年發(fā)文量

按照第一作者單位所屬國別對納入分析的308篇文獻進行整理，外文文獻（90 篇）中來自中國的文獻數(shù)量最多，達到75 篇，占比83%；而后依次是韓國（4 篇）、印度（3 篇）；俄羅斯、美國、日本發(fā)文量均為2 篇；伊朗和土耳其發(fā)文量為1篇。

2.2 研究內(nèi)容分析

分析308 篇文獻的研究內(nèi)容，大致可分為低溫響應、育種栽培、氣象研究和其他四大類。其中有關低溫響應的文章數(shù)量最多，其次為育種栽培類、氣象研究類。其中，低溫響應類文獻主要研究方向包括茶樹對低溫脅迫的生理響應和分子機制、物質(zhì)處理對茶樹抗寒性的影響等；育種栽培類文獻主要研究方向包括抗寒性茶樹品種選育、茶樹品種間的抗寒性鑒定、茶樹抗寒性種質(zhì)資源調(diào)查、提高茶樹抗寒性的農(nóng)藝措施和機械設施等；氣象研究類文獻包括對茶樹低溫災害的氣象分析等。中文文獻中氣象研究類、農(nóng)藝栽培措施類和農(nóng)業(yè)機械設施類研究等文獻占比較多，其次是生理類；外文文獻中則同時涉及分子試驗和生理試驗的文章達36 篇，占40%，而后依次是分子類、生理類。

分析308 篇文獻研究材料的取樣來源發(fā)現(xiàn)，中文文獻研究多采用大田試驗（71篇，33%）；外文文獻研究則多采用室內(nèi)試驗（53篇，59%）。

對納入分析的文獻所使用的茶樹材料品種進行統(tǒng)計整理，結果如表1。從表中可見，龍井43、福鼎大白茶、舒茶早是研究學者選擇最多的試驗材料，頻數(shù)分別為65、35、23。其中龍井43又是格外受重視的茶樹品種。受到較多關注的茶樹品種依次是迎霜、烏牛早、鐵觀音、龍井長葉、白葉1 號。在上述茶樹品種中，龍井43、福鼎大白茶、舒茶早、迎霜、鐵觀音、龍井長葉是通過審（認、鑒） 定的國家級茶樹優(yōu)良品種[2]，這些茶樹品種在全國范圍內(nèi)的種植面積較廣，在產(chǎn)量、品質(zhì)和抗逆性上的表現(xiàn)均較好。

表1 2010—2021年茶樹抗寒性研究使用的茶樹品種

對納入分析的文獻中所測定的各項指標進行統(tǒng)計整理。按照閾值分類法對其進行分析，如表2。關于茶樹抗寒性關注較多的依次是：相對電導率、丙二醛（MDA）、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)（可溶性糖、脯氨酸、可溶性蛋白）、葉綠素含量、光合參數(shù)（葉綠素熒光參數(shù)和光合氣體交換參數(shù)）、抗氧化酶（超氧化物歧化酶SOD、過氧化氫酶CAT、過氧化物酶POD 等）活性、茶樹品質(zhì)化學成分（氨基酸、兒茶素、咖啡堿等）含量、茶樹受害程度、受凍面積和植物學特征等。

表2 2010—2021年茶樹抗寒性研究涉及的各項指標

根據(jù)308 篇文獻研究材料的主要內(nèi)容，特別分析外源物質(zhì)施用對茶樹抗寒性的影響，涉及到的外源物質(zhì)共32 種（表3）?？梢?，在本次分析中，外源物質(zhì)主要包括：植物生長調(diào)節(jié)劑（脫落酸ABA、水楊酸、褪黑素、細胞分裂素）、植物免疫誘抗劑（超敏蛋白、殼聚糖類）、生理活性物質(zhì)（γ-氨基丁酸GABA、NO、等離子制劑、多胺類、化學元素類等）和肥料類。另外，有關低溫脅迫下茶樹Ca2+信號傳導途徑的研究較多，涉及到的物質(zhì)包括外源Ca2+供體LaCl3和CaCl2和特異性胞外游離Ca2+螯合劑乙二醇-雙-（2-氨基乙醚）（EGTA）。

表3 2010—2021年茶樹抗寒性相關研究涉及到的外源物質(zhì)

從外源物質(zhì)施用涉及的研究方向角度看，主要包括對提高或降低茶樹抗寒性的效能、茶園抗寒防凍的栽培管理和茶樹低溫響應途徑的信號研究等。這些物質(zhì)中能通過提高茶樹滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量、抗氧化酶活性、光合作用效率從而提高茶樹抗寒性的物質(zhì)包括：GABA、綠藻粉、竹醋液、海藻提取物、5-氨基乙酰丙酸（ALA）、6-芐氨基嘌呤（6-BA）、ABA、硝譜鈉SNP、超敏蛋白、5%氨基寡糖素、SA、殼聚糖（COS）、褪黑素、硒；能促進茶樹恢復樹勢、新梢萌發(fā)，提高茶葉產(chǎn)量和品質(zhì)的物質(zhì)包括：6-BA、鎢酸鈉、等離子制劑、5%氨基寡糖素、菜籽餅、復合肥、氨基酸商品有機肥、有機葉面肥凱普克和獅馬綠、鎂葆靈催芽寶、富安氨基酸營養(yǎng)液、硒。

對納入文獻涉及到的基因研究進行整理分析，分析結果如表4。目前，涉及到茶樹抗寒性的基因家族共107 個，50 個基因家族的部分成員已完成克隆鑒定，其中8 個基因家族已完成轉(zhuǎn)基因功能驗證（bZIP、CBF、HDAC、HSP、ICE、INV、MIEL、SWEET），而剩余49 個基因參與了茶樹抗寒性研究的熒光定量表達。涉及到的轉(zhuǎn)錄因子基因家族包括：BES1、bZIP、bHLH、C2H2-ZFP、CBF、CIGR、CPP、FHY3/FAR1、DELLA、DREB、GRF、HSF、ICE、MYB、NAC、RAV、WOX、WRKY 和ZF-HD，共19 個基因家族，占17%。

表4 2010—2021年茶樹抗寒性研究涉及到的基因家族

在本次分析中，有關抗氧化酶合成基因（APX、CAT、CSD、GPX、GR、POD、PPO）、類胡蘿卜素生物合成通路相關基因（DXS、DXR、HDS、HDR、PSY、PDS、Z-ISO、ZDS、CRTISO、LCY、CHXB、CHXE）、抗壞血酸途徑基因（PMM、GGP、GalDH、PGI、PMI、GalLDH、GPP、GMP、GME、MIOX、GalUR、MDAR、DHAR、AO、GR）、脅迫響應Ca2+信號途徑基因（CAM、CBL、CML、CPK）的關注較多，主要是涉及到低溫脅迫下活性氧清除系統(tǒng)、光合作用系統(tǒng)和Ca2+離子信號傳遞途徑的研究。

3 小結與討論

3.1 2010—2021年茶樹抗寒性相關研究基礎文獻分析

茶樹抗寒性研究近12年發(fā)展迅速，有關的研究論文共308篇，其中中文文獻218篇，外文文獻90篇。中文文獻近12年發(fā)文量較穩(wěn)定；外文文獻發(fā)文量自2012年開始波動上升，并自2020年起開始超過中文文獻的年發(fā)文量。分析其原因是2017年中國科學院昆明植物所率先利用二代測序技術公布了“云抗10 號”的基因組[3]，開創(chuàng)了茶樹基因組學研究的先河，此后茶樹的分子研究快速發(fā)展，茶學科研的基礎研究比重逐漸增大。2018年安徽農(nóng)業(yè)大學發(fā)布了茶樹品種“舒茶早”的基因組[4]，后續(xù)不斷完善數(shù)據(jù)庫，并開發(fā)了TPIA 數(shù)據(jù)庫（http://tpia.teaplant.org/index.html）[5]，為茶學科研作出了貢獻。隨著測序技術的發(fā)展，中國農(nóng)業(yè)科學院茶葉研究所、福建農(nóng)林大學、華南農(nóng)業(yè)大學也陸續(xù)發(fā)布了龍井43[6]、黃旦和鐵觀音[7-8]、碧云[9]的染色體級別基因組，這些數(shù)據(jù)庫的完善為茶學科研提供了極大助力，茶樹分子學領域科研進一步發(fā)展。

在本研究納入分析的308 篇文獻中，外文文獻第一作者單位所屬國別最多的是中國，高達83%，其次依次是韓國、印度、俄羅斯、美國、日本。分析其原因是中國作為世界第一產(chǎn)茶大國和傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)大國，幅員遼闊且地形氣候環(huán)境復雜，茶區(qū)分布廣泛且低溫災害頻發(fā)，因此茶樹抗寒性研究依然是茶學科研的重點研究方向。

近年來，植物領域研究的分子生物學技術發(fā)

展迅速?，F(xiàn)有的茶樹抗寒性研究也更注重分子機制的研究，中文文獻涉及到分子研究的文獻占17%，外文文獻占78%；中文文獻涉及到生理研究的文獻占37%，外文文獻占53%。目前，我國發(fā)表在外文期刊上有關茶樹抗寒性的研究更著眼于分子機制的研究，同時生理研究作為傳統(tǒng)典型的研究方式，為茶樹抗寒性的研究提供了強有力的佐證。其他類研究多是應用型研究，對產(chǎn)業(yè)發(fā)展更具推動作用。未來需要進一步完善茶樹抗寒性應用型研究體系，平衡好應用型研究和基礎科研的關系。

納入分析的文獻中，室內(nèi)研究和大田研究均發(fā)揮著不可替代的作用，中外文文獻的大田試驗和室內(nèi)研究基本上趨于平衡，但農(nóng)藝栽培措施類研究缺乏具體的研究重點。茶樹低溫氣象研究和農(nóng)藝機械設施類研究對茶園低溫凍害防御有直接的指導作用，未來需進一步深入。

3.2 2010—2021年茶樹抗寒性相關研究文獻研究內(nèi)容分析

3.2.1 文獻主題

根據(jù)研究主題和內(nèi)容，將近12年有關茶樹抗寒性的308 篇文章大致分為低溫響應、育種栽培、氣象研究和其他研究4 類。結果顯示，這些文獻中有關低溫響應的文章數(shù)量最多，其次關注較多的是相關的育種栽培研究?？梢?，有關茶樹植株響應低溫的機理機制研究仍是茶樹抗寒性研究的主要方向，分析原因是因為近年分子生物學技術的快速發(fā)展，植物界的逆境響應研究整體發(fā)展迅速，對茶樹響應低溫的研究也不斷豐富。但是茶樹作為一類重要的葉用經(jīng)濟作物，有關抗寒性品種選育和茶園栽培的研究還需要加強，對育種栽培的進一步研究才更能解決實際生產(chǎn)中面臨的問題，以推動茶產(chǎn)業(yè)更好的發(fā)展。

3.2.2 茶樹品種

根據(jù)研究所使用的茶樹材料品種進行統(tǒng)計，結果顯示最受關注的茶樹品種（頻次≥10）多為國家認定的優(yōu)良茶樹品種[10]，其中龍井43、福鼎大白茶、舒茶早是茶樹抗寒性研究使用最多的材料?？梢园l(fā)現(xiàn)，茶樹抗寒性研究材料選擇總體的趨勢，一是選擇種植面積大的茶樹品種，二是采取抗寒性優(yōu)劣品種結合的原則。福鼎大白茶、龍井43和舒茶早3個品種分別于1985年、1987年和2002年認定為國家級優(yōu)良品種[10]，均屬無性系茶樹品種，是我國早期認定的優(yōu)良茶樹品種。這3個品種在全國范圍內(nèi)廣泛推廣種植，遍布各個茶區(qū)，因此較多作為茶樹抗寒性研究材料，同時可以發(fā)現(xiàn)各省市的特色品種和地方主栽品種受到的關注較少，未來也需對特異的抗寒茶樹新品種和地方特色或主栽品種進一步研究，加強對抗寒性特異的新品種研究，挖掘茶樹抗寒新品種的抗寒機理的同時，進一步推動我國抗寒茶樹新品種的選育，豐富抗寒性強的優(yōu)良茶樹種質(zhì)資源庫。

3.2.3 外源物質(zhì)

根據(jù)茶樹抗寒性研究中有關低溫響應的不同方向，特別分析已在茶樹抗寒性研究上應用的外源物質(zhì)。從外源物質(zhì)施用的研究內(nèi)容看，主要涉及茶樹抗寒性增減、茶園栽培管理和茶樹低溫響應途徑3 個方向。值得注意的是，茶樹抗寒性研究涉及到的外源物質(zhì)主要包括：植物激素類（ABA、6-BA、SA、褪黑素）、生物誘抗劑（氨基寡糖素、超敏蛋白、殼聚糖）、生理活性物質(zhì)（GABA、ALA、亞精胺、硒、海藻提取物等）、肥料類和其他物質(zhì)。這些物質(zhì)主要是從提高茶樹抗寒性和提高產(chǎn)量及品質(zhì)兩個方面發(fā)揮作用，以ABA、氨基寡糖素等物質(zhì)為代表的外源物質(zhì)主要通過提高茶樹滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量、抗氧化酶活性、光合作用效率從而提高茶樹抗寒性；以鎢酸鈉、6-BA等為代表的外源物質(zhì)能促進茶樹恢復樹勢、新梢萌發(fā)，提高茶葉產(chǎn)量和品質(zhì)。

目前，生產(chǎn)上降低茶樹低溫損害主要是采取選育抗寒性強的茶樹良種和進行相關農(nóng)藝防護措施或栽培管理（溫室、覆膜等）[11]，而外源物質(zhì)的施用是最簡單便捷、見效快的方式。尤其是近年來隨著綠色農(nóng)業(yè)的政策引導，生物誘抗劑因其效果顯著、綠色生態(tài)、用量小、成本低等優(yōu)點受到了關注[12-13]。未來可進一步加強對抗寒性外源物質(zhì)施用的研究，探究其響應低溫脅迫機理的同時，探索適宜的農(nóng)藝措施以應對北方茶園越冬和倒春寒災害，減少茶產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟損失。

3.2.4 生理響應

低溫脅迫作為植物非生物脅迫中尤為重要的一類，對植物生長發(fā)育的多個方面產(chǎn)生影響[14-15]。在低溫脅迫下，植物在生物膜、逆境蛋白合成、滲透調(diào)節(jié)、激素合成、活性氧代謝等方面都產(chǎn)生了一系列的調(diào)控機制，從而降低或消除低溫帶來的傷害[16]。付曉偉等[17]通過對葡萄根系的相對電導率，可溶性糖、MDA、可溶性蛋白、脯氨酸、自由水含量的變化，以及根系解剖結構特征研究發(fā)現(xiàn)，相對電導率、MDA含量、根系解剖特征可以作為鑒定葡萄抗寒性的指標。同時，張立磊等[18]對紅葉碧桃進行抗寒性指標分析發(fā)現(xiàn)，可溶性糖含量和相對電導率相關性不顯著，而可溶性蛋白與其相關性顯著，結果表明可溶性蛋白比可溶性糖更具有抗寒性鑒定的意義。孫凌霄等[19]對廣玉蘭的抗寒性指標分析結果也表明相對電導率和可溶性蛋白可以作為其抗寒性鑒定指標加以選擇。

綜合分析結果表明，相對電導率、MDA、可溶性糖、SOD、葉綠素熒光參數(shù)、脯氨酸、CAT、POD、可溶性蛋白（質(zhì)）、葉綠素含量可以作為茶樹抗寒性鑒定的指標。

除了茶樹抗寒性的生理指標測定，有關茶樹的品質(zhì)化學成分測定也受到了關注，包括可溶性糖、氨基酸、兒茶素、咖啡堿、水浸出物、茶多酚等。其中，可溶性糖既作為植物逆境脅迫響應中滲透調(diào)節(jié)重要物質(zhì)，也是茶葉中甜味呈味物質(zhì)[20]。在茶樹抗寒性相關研究中，關于茶葉品質(zhì)化學成分的研究較少，生長發(fā)育和育種栽培環(huán)節(jié)獲得更多研究者的關注，因此，未來可加強對茶樹抗寒性相關品質(zhì)化學指標的研究，完善茶樹抗寒性研究方向，減少低溫災害對茶葉生產(chǎn)的影響。

3.2.5 分子響應

植物對低溫脅迫的分子響應機制是一個錯綜復雜的調(diào)控體系，除了可從相關生理指標直接判斷茶樹受凍害程度，從分子水平上揭示茶樹低溫響應機制才是提高抗寒性的根本舉措[21]。近年來有關茶樹低溫脅迫響應的分子機制發(fā)展迅速，主要圍繞茶樹抗寒性基因家族展開，已經(jīng)鑒定的基因家族共107 個，50 個基因家族的部分成員已完成克隆鑒定，8 個基因家族已完成轉(zhuǎn)基因功能驗證，剩余49個基因參與了茶樹抗寒性研究的熒光定量表達。從作用途徑來看，各基因家族行使功能的主要方向有轉(zhuǎn)錄調(diào)控（轉(zhuǎn)錄因子家族）、活性氧清除系統(tǒng)、光合作用系統(tǒng)和Ca2+離子信號傳遞途徑等?？梢?，目前有關茶樹抗寒性相關基因家族的研究還不夠完善和深入，未來需繼續(xù)加強茶樹低溫響應的分子機制，完善茶樹低溫響應調(diào)控網(wǎng)絡，同時推進茶樹遺傳轉(zhuǎn)化體系的完善，為分子育種奠定基礎。

4 展望

近年來，有關植物抗寒性機理以及茶樹抗寒性研究發(fā)展迅速，但仍存在茶樹植株再生體系不夠完善、重要性狀形成的分子機理和調(diào)控機制研究缺乏，特別是對信號轉(zhuǎn)導的機制、基因的調(diào)控表達及其表達產(chǎn)物與植物抗寒性關系的研究還缺乏深入的了解等問題。未來，抗寒性種質(zhì)資源收集、茶樹抗寒性品種的育種栽培研究、抗寒性生理活性物質(zhì)和茶樹低溫響應的分子機制是該領域進一步研究的重點方向。