鍺處理對茶樹幼苗光合生理特性的影響*

蘇奇倩,朱文婷,吳成遠,鐘建蘭,李章采,蔣 嬋,安福全,馬春蓮,于龍鳳**

(1.滇西科技師范學院 生物技術與工程學院,云南 臨滄 677000;2.云南省紅茶工程技術研究中心,云南 臨滄 677000;3.云南滇紅集團股份有限公司,云南 臨滄 677000)

有機鍺化合物對于人體健康具有至關重要的作用，被廣泛應用于醫療領域和膳食補充[1]。無機鍺可被植物吸收，在植物組織中進行富集并轉化為有機鍺化合物，可進一步開發為富鍺產品。同時，鍺處理可以提高植物的光合作用等生理功能。通過外源施加無機鍺肥，以提高富鍺植物的鍺含量是獲取更多有機鍺的有效途徑。茶樹(Camelliasinensis)是一種天然富鍺植物，作為提供有機鍺的膳食來源，具有獨特的抗氧化、消炎、抗菌和抗癌等性能，對人體健康有益。目前關于添加外源鍺來制備富鍺茶，以及鍺處理對茶樹幼苗光合生理特性的影響研究報道較少。因此，本研究擬利用不同質量濃度的外源鍺溶液對茶樹幼苗進行培育，分析不同質量濃度外源鍺處理對茶樹幼苗光合生理特性的影響，以篩選出最適合茶樹生長發育的鍺質量濃度，為日后提升茶葉的營養品質與富鍺茶的栽培種植提供理論參考和技術支持。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

實驗場地：滇紅集團茶葉科學研究院茶樹種質資源苗圃地；實驗材料：云抗10號扦插一年茶樹幼苗；鍺源：無機鍺(GeO2)，分析純，99.999%，云南臨滄鑫圓鍺業股份有限公司提供。

1.2 儀器設備

電子天平(規格型號：BS224S)、SHZ-D3型予華牌循環水真空泵鞏義市予華儀器有限責任公司(型號：SHZ-D3)、電熱恒溫水浴鍋(上海博迅實業有限公司醫療設備廠，型號：HHS-21-4)、電熱鼓風干燥箱(北京市永光明醫療儀器廠，型號：101-0ES)、離心機(上海安亭科學儀器廠，型號：TDL-40B)、實驗室純水系統(上海和泰儀器有限公司，型號：Master-S15UV)、紫外可見光分光光度計。

1.3 實驗方法

1.3.1 實驗材料的前處理

隨機選取生長一致的茶苗1000株，將營養袋和茶苗根系土壤去除，隨后轉移至塑料花盆中。每盆25株茶苗，共40盆，每盆加入自來水 1 L，饑餓培養 3 d。去除死苗后，選取長勢、株高、葉色一致的茶苗，轉移至1/2營養液中培養。7 d 后加入 1 L 完全營養液，將所有水培茶樹苗去除死苗、弱苗后，平均分為8組，每組進行不同質量濃度鍺的處理，設置含GeO2完全營養液8個質量濃度梯度為：0、3、6、12、15、21、30、60 mg/L。培養 28 d 后分別從每組的不同鍺質量濃度處理中取10株茶苗為樣本，將不同部位的材料切割裝袋，放入 -80 ℃ 的冰箱冷凍儲藏，待用。

1.3.2 光合生理指標測定

使用紫外分光光度法測定葉綠素含量[2]，考馬斯亮藍法測定可溶性蛋白質含量[3]，硫代巴比妥酸法測定丙二醛含量[4]，磺基水楊酸法測定游離脯氨酸含量[5]。

1.4 數據處理

采用Excel和SPSS軟件對實驗數據分別進行整理和分析。

2 結果與分析

2.1 鍺處理對云抗10號茶樹幼苗葉綠素含量的影響

葉綠素是植物進行光合作用必不可少的一類綠色色素。葉綠素a是作物主要的光合色素，用以反映葉片對波長的吸收程度[6]。不同質量濃度鍺處理對云抗10號茶樹幼苗葉綠素a含量的影響見圖1。由圖1可知，不同質量濃度鍺處理對云抗10號茶樹幼苗葉綠素a含量的影響不同，6、12 mg/L 鍺處理的葉綠素a含量均高于對照組，12 mg/L 鍺處理的云抗10號茶樹幼苗葉綠素含量最高，60 mg/L 鍺處理的云抗10號茶樹幼苗含量最低。由此可見，鍺質量濃度為 12 mg/L 的處理對云抗10號茶樹幼苗葉綠素a含量具有明顯促進作用。

圖1 鍺處理的云抗10號茶樹幼苗葉綠素含量

作物體細胞內葉綠素b是輔助色素，起收集能量并將其傳遞給葉綠素a的作用。如果作物含有較高的葉綠素b，表明該作物具有良好的吸收和傳輸陽光的能力，這也是獲得高產的先決條件。不同質量濃度鍺處理對云抗10號茶樹幼苗葉綠素b含量的影響見圖1。由圖1可知，不同質量濃度鍺處理對云抗10號茶樹幼苗葉綠素b含量具有一定影響。其中，鍺質量濃度為 12 mg/L 處理的葉綠素b含量最高，鍺質量濃度為 30 mg/L 處理的葉綠素含量最低。鍺質量濃度為 12 mg/L 處理的葉綠素b含量明顯高于鍺質量濃度為0處理的，而鍺質量濃度為3、6、15、21、30、60 mg/L 處理的葉綠素b含量均低于鍺質量濃度為0處理的?？梢姡N質量濃度為 12 mg/L 的處理對云抗10號茶樹幼苗葉綠素b含量促進作用明顯。

光合強度隨作物葉綠素a+葉綠素b的含量增加而加強，因此，葉綠素a+葉綠素b含量也用以反映作物高產穩產的重要指標。不同質量濃度鍺處理對茶樹幼苗葉綠素a+葉綠素b含量的影響見圖1。由圖1可知，不同質量濃度鍺處理對茶樹幼苗葉綠素a+葉綠素b含量有一定的影響，鍺質量濃度為 12 mg/L 處理組的葉綠素a+葉綠素b含量顯著高于其他處理組的?？梢?，處理 12 mg/L 對茶樹幼苗葉綠素a+葉綠素b含量產生明顯促進作用。

2.2 鍺處理對云抗10號茶樹幼苗可溶性蛋白質含量的影響

植物體內可溶性蛋白質可用以測定植物的抗逆性，其屬酶類，通常參與植物體內的各種代謝。植物體內可溶性蛋白質在逆境條件下會增加，植物的適應性也會隨之增強，因此，可溶性蛋白質含量是反映植物體總代謝的重要指標[7]。根據圖2得出，不同質量濃度鍺處理對茶樹幼苗的可溶性蛋白質有影響。其中，鍺質量濃度處理為 12 mg/L 時，可溶性蛋白質的含量最高；鍺質量濃度為 15 mg/L 處理的可溶性蛋白質含量最低。鍺質量濃度為 12 mg/L 處理的可溶性蛋白質含量高于其他鍺質量濃度處理的，而鍺質量濃度為3、6、15、21、30、60 mg/L 處理的可溶性蛋白質含量均低于鍺質量濃度為 0 mg/L 處理的?？梢?，鍺質量濃度為 12 mg/L 的處理下云抗10號茶樹幼苗可溶性蛋白質含量相對較高。相反，鍺質量濃度為3、6、15、21、30、60 mg/L 的處理對云抗10號茶樹幼苗可溶性蛋白質含量有一定程度上抑制作用。其中，鍺質量濃度為 15 mg/L 處理時的抑制作用相對明顯。

圖2 鍺處理的云抗10號茶樹幼苗可溶性蛋白質含量

2.3 鍺處理對云抗10號茶樹幼苗丙二醛含量的影響

在受外界逆境脅迫時，植物會發生膜脂過氧化作用，而形成的最終產物之一就是丙二醛，植物體所含丙二醛的多少可用以反映植物所受脅迫的損害程度[8]。由圖3看出，不同質量濃度鍺處理對茶樹幼苗的丙二醛含量有影響。鍺質量濃度處理為 21 mg/L 時，丙二醛的含量最高，鍺質量濃度為 60 mg/L 處理的丙二醛含量最低。鍺質量濃度為 21 mg/L 處理的丙二醛含量高于鍺質量濃度為 0 mg/L 處理的，而除了鍺質量濃度為 60 mg/L 處理的丙二醛含量低于鍺質量濃度為 0 mg/L 處理的，其他濃度鍺處理丙二醛含量都高于鍺質量濃度為 0 mg/L 處理的?？梢?，除去鍺質量濃度為 60 mg/L 的處理對丙二醛含量有明顯抑制作用，其余濃度鍺處理均對云抗10號茶樹幼苗的丙二醛含量有促進作用，其中 21 mg/L 的處理對云抗10號茶樹幼苗丙二醛含量促進作用明顯。

圖3 鍺處理的云抗10號茶樹幼苗丙二醛含量

2.4 鍺處理對云抗10號茶樹幼苗游離脯氨酸含量的影響

植物體內脯氨酸含量是反映植物抗逆性的重要指標之一，一般而言，抗旱性強的品種往往會積累較多的脯氨酸[9]。所以，在抗旱育種時，所含脯氨酸是重要生理指標。由圖4看出，不同質量濃度鍺處理對茶樹幼苗的游離脯氨酸含量有影響。其中，鍺質量濃度處理為 15 mg/L 時，游離脯氨酸的含量最高；鍺質量濃度為 0 mg/L 處理的游離脯氨酸含量最低。鍺質量濃度為3、6、12、15、21、30、60 mg/L 處理的游離脯氨酸含量均高于鍺質量濃度為 0 mg/L 處理的；鍺質量濃度為 15 mg/L 處理的游離脯氨酸達到最高?？梢姡N質量濃度為 15 mg/L 處理的在一定程度上提高了云抗10號茶樹幼苗中的游離脯氨酸含量。

圖4 鍺處理的云抗10號茶樹幼苗游離氨基酸含量

3 討論

3.1 茶樹幼苗物質含量變化與光合生理特性

近年來，許多關于作物抗逆性的研究發現，作物體內存在葉綠素和可溶性蛋白質，而作物的抗逆性與其變化有較大關聯[10]。在逆境條件下，植株體內葉綠素和可溶性蛋白質含量相對高的品種，抗逆性相對于含量低的品種強；同時，也得知脯氨酸參與了植株的滲透調節作用[11]。由于不同的研究者會采用不同的研究方法對不同的作物進行抗逆性研究，因此，目前對于游離脯氨酸與作物抗逆性之間的關系有著不同的看法。本實驗通過不同質量濃度鍺處理云抗10號茶樹幼苗，測定分析參與滲透和調節的葉綠素、可溶性蛋白質、丙二醛以及游離脯氨酸的含量，該結果對進一步研究茶樹幼苗的光合生理特性有重要參考價值。

3.2 茶樹幼苗葉綠素含量變化與光合生理特性

葉綠素在植物光合作用中吸收和轉化光能，其質量濃度的多少可直接影響光合作用的強弱[12]。葉綠素含量的高低很大程度上決定著光合作用的強弱，二者之間呈正相關關系[13]。植物在遭受逆境時，細胞內葉綠素含量會下降，抵抗力強的植物葉綠素下降幅度小[14]。本研究證明，鍺質量濃度為 12 mg/L 處理的對茶樹幼苗葉綠素a和葉綠素b含量以及葉綠素a+葉綠素b含量最高。由此得出，鍺質量濃度為 12 mg/L 處理的云抗10號茶樹幼苗所合成的葉綠素含量最高，其光合能力最強。

3.3 茶樹幼苗可溶性蛋白質含量變化與光合生理特性

植物體中可溶性蛋白影響著茶樹幼苗的光合的光合作用，保護植物細胞的生物膜和生命物質[15]。作物遭受逆境脅迫可溶性蛋白質的增加積累，能提高細胞的保水能力，從而對植物細胞起保護作用，是選育抗逆性強的品種的重要指標。根據本研究可知鍺質量濃度處理為 12 mg/L 時，可溶性蛋白質的含量最高，而鍺質量濃度為3、6、15、21、30、60 mg/L 處理的可溶性蛋白質含量均低于鍺質量濃度為 0 mg/L 處理的。據此，鍺質量濃度為 12 mg/L 時，云抗10號茶樹幼苗保水能力強，其光合作用也越強；而鍺質量濃度為3、6、15、21、30、60 mg/L 時則降低了其保水能力，抑制了光合速率。

3.4 茶樹幼苗丙二醛含量變化與光合生理特性

植物體丙二醛含量多少，可以反映植物遭受傷害的程度[16]。丙二醛抑制植物離體葉片光合速率，加速葉綠素的降解，促進暗呼吸作用速率，增大細胞膜泄漏[17]。外界環境脅迫下，丙二醛濃度的增高以及處理時間的延長，會傷害植物的光合作用。本研究測定并分析了不同質量濃度鍺處理過程中丙二醛含量變化，鍺質量濃度處理為 21 mg/L 時，丙二醛的含量最高，鍺質量濃度為 60 mg/L 處理的丙二醛含量最低。由此可見，鍺質量濃度為 60 mg/L 處理的茶樹幼苗合成的丙二醛相對較少，遭受到的逆境傷害程度較輕，因此，光合速率相對于丙二醛含量高的茶樹幼苗高；而鍺質量濃度處理為 21 mg/L 的茶樹幼苗體內合成的丙二醛最多，暗呼吸作用速率增強，增大細胞膜泄漏，表現出光合作用明顯減弱。

3.5 茶樹幼苗游離脯氨酸含量變化與光合生理特性

在通常情況下，植株在缺水時，其體內的脯氨酸含量會增加。植株體內脯氨酸含量一定程度上反映了植株體內的水分情況。游離脯氨酸可以增加細胞滲透勢，促進植物細胞吸水，增強植物的抗逆性[18]。根據研究可知，鍺質量濃度處理為 15 mg/L 的游離脯氨酸的含量最高，鍺質量濃度為 0 mg/L 的游離脯氨酸含量最低。鍺質量濃度為3、6、12、15、21、30、60 mg/L 的游離脯氨酸含量均高于鍺質量濃度為 0 mg/L 時。由此得知，鍺質量濃度處理為 15 mg/L 的云抗10號茶樹幼苗抗逆性強，光合速率較高，沒有經過鍺處理的相對于進行了不同質量濃度鍺處理的茶樹幼苗抗逆性較低。

4 結論

不同質量濃度鍺處理對云抗10號茶樹幼苗體內葉綠素、可溶性蛋白質、丙二醛以及游離脯氨酸含量有不同影響，而葉綠素、可溶性蛋白質、丙二醛以及游離脯氨酸含量，對茶樹幼苗的光合生理特性也有著不同作用。對茶樹幼苗進行不同質量濃度鍺處理，綜合各物質含量高低對光合速率的影響，通過對比分析篩選出最佳濃度，促進茶樹幼苗光合速率，以期培育出優質茶樹。根據研究，發現不同濃度的鍺處理對云抗10號茶樹幼苗葉綠素含量具有明顯影響。其中，鍺質量濃度為 12 mg/L 的處理組，葉綠素a、葉綠素b、葉綠素a+葉綠素b，以及可溶性蛋白質含量最高；鍺質量濃度為 60 mg/L 的處理的丙二醛含量最低，鍺質量濃度為 12 mg/L 的處理組的丙二醛含量處于中等水平；鍺質量濃度處理為12、15、21 mg/L 的游離脯氨酸的含量都處于較高水平。綜合這幾個指標對茶樹幼苗光合作用的影響，在對茶樹幼苗進行鍺處理時，鍺質量濃度宜選擇 12 mg/L。由此推斷，該濃度鍺處理有助于茶樹幼苗生長發育。因此，篩選最佳鍺質量濃度 12 mg/L 處理茶樹幼苗，可為培育優質富鍺茶提供技術參考。