7 種茶樹葉片高溫失水過程中水分-光合指標變化及抗旱性評價

黃薇，李婧，鄢朝俊，李焰焰*

（1.福建農林大學 園藝學院,福州 350002；2.武夷學院 茶與食品學院，武夷山 354300）

茶樹(Camellia sinensis (L.) O.Kuntze)起源于中國，是重要的經濟作物，對我國特色農業和茶文化傳承具有重要意義[1]。茶樹是多年生常綠木本植物，喜溫暖濕潤氣候，年降雨量需達到1000 mm，而我國茶葉多個產區夏秋氣溫高，水分蒸發量大，空氣濕度低，易造成伏旱和秋旱[2]。大量研究表明，高溫干旱嚴重的影響了茶樹的生長發育，導致茶葉的產量和質量的下降，造成較大的經濟損失[3-5]。

使用茶樹抗旱性的綜合評價，能彌補和緩和單個指標對評定抗旱性的片面性，從而使評定結果與實際結果更為接近[6]。湯肖瑋[7]通過對茶用菊干旱和澇漬脅迫，基于隸屬函數值的聚類分析將供試材料分為4 個抗旱類型和4 個耐澇類型，并篩選出7 份抗旱種質和5 份耐澇種質。郝西[8]以6 個花生品種為研究材料，通過PEG-6000 模擬干旱脅迫對不同花生品種生長發育及生理指標的影響，根據綜合隸屬函數值分析得出豫花9326、豫花15 的抗旱性較強,花育34、ST001、遠雜9847 的抗旱性一般，湘花2008 抗旱性較差。徐淑萍[9]、沈思言[2]采用隸屬函數值法，得到了多個茶樹品種的光合能力、耐旱性綜合分析結果。

本研究以武夷學院茶山基地栽培的7 個茶樹品種為對象，對葉片離體失水過程中的葉片形態、水分含量、光合色素、葉綠素熒光參數等指標進行測定，分析葉片形態、水分、光合特性各指標間的相關性，并采用模糊數學中的隸屬函數法，對7 種茶樹在高溫失水條件下的葉片保水、光合等綜合性能進行分析比較，以期對茶樹種質資源信息及抗旱育種提供一定的理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料

研究地點位于武夷學院茶山基地，該地區年平均氣溫17.9 ℃，降水量約為2000 mm，平均相對濕度80%[10]。實驗材料為武夷學院茶樹種質資源圃保存的7 個茶樹品種：水仙、毛蟹、肉桂、丹桂、金觀音、奇蘭、九龍袍。

1.2 方法

供試材料選取武夷山茶樹基地長勢較一致的一年生茶樹，取茶樹頂端三片完全展開葉，設定烘箱溫度為40 ℃，對茶樹葉片進行0、1、2、3、4、5 和6 h 的離體模擬高溫失水干旱處理，0 h 為對照，共7 個處理，每次處理結束后立即測定葉片葉綠素含量及葉綠素熒光參數值，每個指標進行3 次生物學重復測定。

1.2.1 葉片形態及水分指標

葉形態指標選用數顯游標卡尺測量葉片的葉長a、葉寬b，計算葉片面積S=0.7546 ab、葉片指數=a/b。水分指標測定項目及計算公式如下[11-13]：

稱葉片鮮質量Wf，將其浸入蒸餾水中使葉片充分吸水至飽和狀態，得其質量Wt；再將樣品烘干得干質量Wd。

1.2.2 葉綠素含量

采用丙酮浸提-比色法測定，分別計算葉綠素a(chlorophyll a)、葉綠素b(chlorophyll b)、葉綠素總量(chlorophyll)[14]：Chla(mg/L)=12.7A663-2.69A645、Chlb(mg/L)=22.9A645-4.68A663、ChlT(mg/L)=Chla+Chlb=20.2A645+8.02A663。

1.2.3 葉綠素熒光參數

用德國Walz 公司的PAM 便攜式調制葉綠素熒光儀，按儀器使用說明測定以下指標：葉綠素初始熒光F0、最大熒光Fm、PSII 的實際光合效率Y(II)、光化學熒光淬滅系數qP、非光化學淬滅系數NPQ、PSⅡ的最大光合效率Fv/Fm等[9]。

1.2.4 綜合評價

用模糊數學中的隸屬函數值法[15]，選取以上三類指標中的RWC、RWL、WSD、Chla、Chlb、ChlT、F0、Fm、qP、NPQ、Y(II)、Fv/Fm12 個指標進行綜合評價。

隸屬函數值計算公式：

式中Xi為指標測定值,Xmin、Xmax為所有參試材料某一指標的最小值和最大值。

如果為負相關,則用反隸屬函數進行轉換,計算公式為：

1.3 數據處理

采用SPSS 26 軟件進行方差分析和相關性分析，采用Excel 2003 軟件制作表格[16]。

2 結果與分析

2.1 茶樹葉片形態指標及水分指標分析

7 種茶樹葉片形態指標方差分析表明，水仙、奇蘭的葉長、葉寬、葉面積均顯著高于其余5 種，丹桂最小，九龍袍的葉片指數顯著高于其余6 種，葉型最為狹長（P<0.05）（表1）。

表1 七種茶樹的葉片形態參數Tab.1 Leaf morphological parameters of seven tea trees

水分利用率是評價植物耐旱性強弱的重要指標[17]。測定數據表明（表2），隨處理時間的延長，葉片失水加劇，7 種茶樹葉片的相對含水量、葉片失水率均呈上升趨勢，而水分飽和虧缺（WSD）均下降趨勢，且皆在處理1-2 h 時間段內的變幅最大，說明這7 種茶樹對高溫失水反映迅速，均能耐受一定程度的高溫干旱。其中肉桂的RWC 變化最小（7.55%），表明其對干旱的耐受力在7 種茶樹中最強，在處理0-3 h 內，水仙RWL的上升速率最低，金觀音的最大，處理6 h 后7 種茶樹葉片的RWL 大小依次為金觀音、肉桂、九龍袍、丹桂、毛蟹、水仙、奇蘭；此時WSD 值最小者是肉桂，僅3.49%。綜上，肉桂、水仙、奇蘭受到的影響較小，保水能力較優，金觀音最弱。

表2 七種茶樹葉片RWC、RWL、WSD 隨高溫失水時間變化情況Tab.2 Changes of RWC、RWL and WSD of seven tea leaves with water loss time at high temperature

表3 7 種茶樹葉片形態與水分指標的相關分析Tab.3 Correlation analysis between leaf morphological indexes and water physiological status of seven tea plants

7 種茶樹葉片形態與水分指標的相關分析表明:葉長、葉寬顯著正相關，葉面積和葉長、葉寬極顯著正相關，WSD 與RWC 極顯著負相關，在高溫脅迫下，茶樹葉寬、葉面積和葉片指數與葉片失水率（RWL）顯著負相關。

2.2 茶樹葉片光合色素含量變化分析

光合色素含量變化直接影響植物光合能力[18]。測定結果表明（表4）：7 種茶樹的Chla 含量在30.07～30.74 mg/L 之間，屬同一水平，而Chlb 變幅在11.78～28.56 mg/L，品種間差異顯著（P<0.05）。在失水0～2 h 期間，7 種茶樹葉綠素總量除水仙保持不變、毛蟹上升外，其余5 種均下降、失水3～6 h 期間，除金觀音一直下降之外，其余6 種茶樹葉綠素總量均出現無規律波動。

表4 7 種茶樹葉片離體失水過程中的葉綠素含量變化(mg/L)Tab.4 Changes of chlorophyll content in leaves of seven tea plants during water loss in vitro

2.3 茶樹葉片葉綠素熒光參數變化分析

葉綠素熒光參數中，Y(II)表示植物光合作用電子傳遞的量子產額，是植物葉片光合電子傳遞速率快慢的重要指標[9]。實驗結果表明（表5）：0～3 h 是茶樹高溫失水逆境下的重要反映期。多數茶樹品種在葉片失水過程中，Y(II)的變化為0～2 h 下降、2～3 h 上升、之后出現波動，但差異不顯著。

表5 7 種茶樹葉片離體失水過程中的Y(II)變化Tab.5 Changes of Y(II) in leaves of seven tea plants during in vitro water loss

2.4 茶樹葉綠素熒光參數與葉綠素含量的相關分析

為明確高溫脫水逆境下植物的光合色素與葉綠素熒光參數有無直接關聯，分別對正常條件下和葉片失水處理3 h 兩種情況下7 種茶樹的葉綠素含量與葉綠素熒光參數值進行相關分析，共選取13 項指標（表6）。結果表明，正常條件下（對照0 h）：F0和Chla、Chlb、Chla+b 之間均極顯著正相關，NPQ 與qN 之間、qP 與qL 之間、Fm與Fv之間、Fv/F0與Fv/Fm之間也極顯著正相關，qP 與葉綠素含量、F0、NPQ 和qN 之間、qL 與NPQ 和qN 之間、F0/Fm與Fv/Fm和Fv/F0之間極顯著負相關；葉片失水處理3 h 時：極顯著正相關的有：Fm與F0、Fv、Fv/Fm、Fv/F0之間、qP 與qL 之間、Fv與Fv/Fm、Fv/F0之間、Fv/Fm與Fv/F0之間；顯著正相關的有：F0與Fv之間；極顯著負相關的有：F0/Fm與Fm、Fv、Fv/Fm、Fv/F0之間。

表6 7 種茶樹葉片熒光參數與葉綠素含量的相關性分析Tab.6 Correlation analysis between fluorescence parameters and chlorophyll content in seven tea leaves

2.5 茶樹水分-色素-熒光參數隸屬函數分析

由于水分-色素-熒光參數三類指標的含義及單位均不同，故而本文采用隸屬函數分析法對三類指標綜合考量，根據平均隸屬函數值的大小將7 個茶樹品種在高溫干旱失水條件下的抗性進行排序（表7）。具體分析以7 種茶樹葉片脫水6 h 后的12 個指標為依據，排序結果表明7 個茶樹品種在高溫、干旱、失水條件下，抗性由大到小的順序為：肉桂＞九龍袍＞丹桂＞毛蟹＞金觀音＞水仙＞奇蘭。

表7 7 個茶樹品種綜合三類指標的隸屬函數值Tab.7 Membership function values of three comprehensive indexes of seven tea varieties

3 結論與討論

高水分利用率是作物抵御高溫干旱脅迫的重要途徑之一，茶樹是典型的亞熱帶常綠植物，全年降水量需求高達1000～1400 mm，水分利用效率的高低可作為評價茶樹耐旱性強弱的指標[17]。本實驗對7 個茶樹品種的測定結果表明：茶樹的葉片形態與保水性能之間有一定相關性，在高溫脅迫下，茶樹葉寬、葉面積和葉片指數與葉片失水率（RWL）顯著負相關。水分測定數據表明，隨處理時間的延長，7 種茶樹葉片的RWC、RWL 均呈上升趨勢，而WSD 均下降，且皆在處理1-2 h 時間段內變幅最大，說明這7 種茶樹對高溫失水反映迅速，均能在高溫脅迫初期通過調節自身水分提高抗旱能力，耐受一定程度的高溫干旱。其中，肉桂、水仙、奇蘭保水能力較優，金觀音的最弱。

光合色素含量測定表明，7 種茶樹品種的Chla 含量處于同一水平（30.07～30.74 mg/L），而Chlb 的變幅較大（11.78～28.56 mg/L）且品種之間差異顯著；失水0～2 h 期間，7 種茶樹葉綠素總量除了水仙保持不變、毛蟹上升之外，其余5 種均下降。

對上述光合色素含量和葉綠素熒光參數兩類共13 項指標的相關分析表明，茶樹的光合色素與葉綠素熒光參數間有相關性，并且在正常條件下和高溫失水時（3 h）的相關性存在差異。

植物在逆境下的表現受諸多因素的共同影響，單一類型指標的判斷易造成誤差。因此，本實驗用隸屬函數分析法綜合水分指標、色素含量、葉綠素熒光參數三類共12 個指標，評價7 種茶樹對高溫脫水逆境的適應能力，結果表明7 個茶樹品種的抗性由大到小為肉桂＞九龍袍＞丹桂＞毛蟹＞金觀音＞水仙＞奇蘭。