氮素水平對茶樹重要農藝性狀和化學成分含量的影響

李海琳，王麗鴛，成浩，韋康，阮麗，吳立赟

中國農業科學院茶葉研究所/國家茶樹改良中心，農業部茶樹生物學與資源利用重點實驗室，浙江 杭州 310008

氮素水平對茶樹重要農藝性狀和化學成分含量的影響

李海琳，王麗鴛*，成浩，韋康，阮麗，吳立赟

中國農業科學院茶葉研究所/國家茶樹改良中心，農業部茶樹生物學與資源利用重點實驗室，浙江 杭州 310008

以龍井43為對照，分析了不同氮素水平對4個茶樹品系重要農藝性狀和化學成分含量的影響。結果表明：氮素供應充足時，各茶樹品系葉綠素含量提高，茶芽萌發和新梢生長加快，發芽密度與著葉數增加，可以有效提高茶葉產量；氮素影響氨基酸、咖啡堿和多酚類物質在茶樹體內的代謝，施用氮肥可以增加茶葉中茶氨酸、咖啡堿等的含量，提高茶葉品質。本研究還發現中茗22號和LY002對氮素響應比較明顯，可為今后氮素高效型茶樹品種選育提供依據。

氮素水平；茶樹；農藝性狀；化學成分

茶樹是多年生木本植物，在其整個生命周期的各個階段，總是有規律地從土壤中吸收礦質營養元素，以保持其正常生長發育[1]。肥料在提高茶葉產量和品質中有特殊地位，施肥已經成為茶園管理中最重要的常規技術之一，其中氮肥具有極其重要的作用。林心炯等[2]研究發現，氮肥對茶葉生物產量起主效作用，隨著施 N量的增加，茶樹芽葉形成力不斷增強，其新梢總數和密度等產量構成因子得到有效提高；夏建國等[3]建立了茶葉高產優化施肥的數學模型，發現施 N對茶葉產量的影響，通常呈二次拋物線型變化，適量施N與茶葉產量呈顯著的正相關；潘根生[4]指出，春夏茶芽中的氨基酸和咖啡堿含量基本表現為施氮處理高于不施氮處理，兒茶素則以不施氮為高；趙衛星[5]發現，適量施 N對茶葉產量和含 N量、游離氨基酸、咖啡堿和茶氨酸等品質成分有較好的促進作用，同時 C/N和茶多酚表現出明顯下降趨勢。阮建云等[6]研究發現，不同茶樹品種在氮素吸收效率方面存在差異，認為根系吸收氮素的能力差異是茶樹品種間氮素吸收效率差異的重要原因。王新超等[7-8]對6個茶樹品種的氮素效率進行了比較，結果發現在 4種施氮條件下，茶樹的氮素利用效率在品種間存在顯著性差異，吸收效率是決定不同品種茶樹氮素效率差異的主要因素。

本研究以中茗 22號、18A、LY002等 4個對氮素響應差異較大的茶樹品系為試驗材料，龍井43作為對照，分析不同氮素水平下各茶樹品系的重要農藝性狀和化學成分含量的差異，為今后氮素高效型茶樹的品種選育提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料取自中國農業科學院茶葉研究所試驗茶園。試驗品系為中茗 22號、18A、LY002、LY20B，以國家級優良品種龍井 43為對照。2013年 10月，每個品系選取 40株生長一致的14月齡扦插苗，大行距150 cm，小行距40 cm，穴距33 cm，采取雙株側窩種植。采用常規栽培技術進行管理，茶樹生長勢良好。2016年 3月底，分別取其成熟葉、根系（分一級根和二級根），洗凈，然后將所有樣品放入烘箱，80℃烘干至恒重，磨碎，－20℃冰箱中保存備用。

1.2 試驗方法

茶苗按照大田常規管理示范進行，供試肥料：氮肥主要為尿素（含 N 46%），粒徑0.85～2.80 mm，河南心連心化肥有限公司；餅肥為菜籽餅肥（N≥5.25%，P2O5≥3.91，K2O≥2.7）。施肥方式：單側開溝 15～20 cm。施肥時間：2015年10月底按4 500 kg·hm-2的量施用菜籽餅肥作為基肥；2016年2月底按45 kg·hm-2的量施用尿素追肥，作為春茶的催芽肥。施肥溝一側的茶樹行以H（high）-N表示，遠離施肥溝一側的茶樹行以L（low）-N表示，分別作為試驗的2個處理。

1.2.1 物候期測定

2016年 3月底，以掛牌法觀察各茶樹品系的春季嫩梢物候期，并記錄其魚葉期、一芽一葉期和一芽二葉期。

1.2.2 百芽重和干茶產量測定

隨機采摘各茶樹品系 100個長勢均勻的一芽二葉嫩梢，稱量，3次以上的平均值，即為百芽重。

采摘各茶樹品系的一芽二葉第一輪嫩梢，攤放過夜后，在龍井鍋220～280℃范圍內手工殺青，手工揉捻，6CHM-901型電熱式碧螺春烘干機120℃烘5 min，然后80℃烘干至恒重，制成烘青茶樣，稱其重量。

1.2.3 其他生長指標測定

選取各茶樹品系中具有代表性的植株，分別測其生產層（10 cm）芽數、蓬面（30 cm）老葉鮮重、蓬面新葉鮮重、一級根鮮重和干重、二級根鮮重和干重。

1.2.4 葉片SPAD值和葉綠素含量測定

選取各茶樹品系新梢上發育較好的葉片30個，利用葉綠素含量測定儀 SPAD-502進行SPAD值測定，取其平均值。每個葉片測定時，要求避開有損傷的葉片和葉脈，在葉片的上部、中部和下部各測定1次，計算平均值[9]。

葉綠素含量的測定采用丙酮法[10]。老葉粉碎以后，每個樣本準確稱取 0.100 g，加入10 mL 浸提液（V丙酮∶V95%乙醇=1∶1），震蕩混勻，室溫避光浸提 24 h，3 000 r·min-1，離心10 min，在SHIMADZU UV-2550型分光光度計上測定663 nm和645 nm的光吸收值，每個樣品測3次重復。

葉綠素含量采用Arnon法的修正公式：

式中：Ca為葉綠素a的含量（mg·g-1）；Cb為葉綠素 b的含量（mg·g-1）；Ct為葉綠素的總量（mg·g-1）；D645、D663分別表示在663 nm和645 nm波長下的光密度，V為定容體積（mL），m為稱樣量（g）。

1.3 主要生化成分含量測定

游離氨基酸的測定：樣品直接按 AccQ.Tag方法柱前衍生，高效液相色譜法測定[11]；茶多酚總量的測定：參照 GB/T 8313—2008福林酚（Folin-Ciocalten）比色法[12]；咖啡堿和兒茶素含量的測定：高效液相色譜法[13]。

1.4 數據處理和統計分析

測定數據利用DPS和SPSS 16統計分析軟件進行差異顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 氮素水平對物候期的影響

高氮素水平可以促進茶芽萌發，提早茶樹物候期。由表1可知，高氮條件下，各品系的魚葉期在 3月 26—30日，最早的為中茗 22號和LY002，比對照遲1 d；一芽一葉期在3月28日—4月1日，最早的為中茗22號和LY002，比對照遲1 d；一芽二葉期在3月30日—4月6日，最早的為中茗22號，與對照同一天。不同氮素水平下，各品系的物候期趨勢基本一致，中茗22號和LY002比對照遲0～5 d，屬于中生型品系，18A和LY20B比對照遲3～8 d，屬于晚生型品系。

2.2 氮素水平對百芽重和干茶產量的影響

由表2可知，與低氮相比，高氮條件下，各品系的百芽重和干茶產量均顯著增加，品系之間存在顯著性差異。百芽重增加最多的是LY002，增幅比對照多了35.49百分點；干茶產量增加最多的是中茗22號，但增幅比對照少了22.85百分點。

2.3 氮素水平對其他生長指標的影響

氮素參與茶樹生長發育的所有過程，對茶樹各器官的生長發育都有著顯著的影響。由圖1可知，與低氮條件相比，高氮條件下，各品系的生產層芽數均有增加，增幅大小為LY002＞LY20B＞中茗 22 號＞18A。LY002、LY20B和中茗22號的生產層芽數顯著高于對照，育芽能力較強，而18A育芽能力較弱。

表1 氮素水平對不同茶樹品系的物候期的影響Table 1 The nitrogen supply effects on phenophase of tea varieties

由圖2可知，高氮條件下，各品系的其他生長指標也均有增加，各品系之間存在一定差異。蓬面老葉鮮重增加最多的為LY002，但增幅比對照少了40.42百分點；蓬面新葉鮮重增加最多的為LY20B，但增幅比對照少了18.84百分點；一級根和二級根鮮重增加最多的均為中茗22號，增幅分別比對照高了 29.84百分點和39.86百分點。

表2 氮素水平對不同茶樹品系的百芽重和干茶產量的影響Table 2 The nitrogen supply effects on one-hundred-bud weight and dry tea yield of tea varieties g

圖1 不同茶樹品系的生產層芽數Fig. 1 The number of buds in the plucking canopy of tea varieties

圖2 不同茶樹品系的其他生長指標Fig. 2 Other growth indexes of tea varieties

2.4 氮素水平對SPAD值和葉綠素含量的影響

由表3可知，與低氮條件下相比較，高氮條件下，各品系的 SPAD、Ca、Cb、Ct均顯著增加，品系之間也存在顯著性差異。SPAD值與Ct增加最多的品系均為 LY002，增幅分別比對照多了21.69百分點和49.88百分點。由表4可知，SPAD值與葉綠素含量呈極顯著正相關，這與楊亦揚[14]的研究結果也是一致的，其與Ca、Cb和Ct的相關系數分別為0.943、0.950和 0.947（P＜0.01）。

2.5 氮素水平對氨基酸和咖啡堿含量的影響

2.5.1 氨基酸含量分析

氮素水平與氨基酸含量呈高度正相關[14]，由表 5可知，與低氮條件下相比，高氮條件下，各品系的成熟葉、一級根和二級根中的氨基酸含量均顯著增加，品系之間也存在顯著性差異。成熟葉和二級根中氨基酸含量增加最多的均為 LY002，增幅分別比對照多了89.12百分點和319.02百分點；一級根中氨基酸含量的增加量最多的18A，增幅比對照多了67.23百分點，其次是LY002的一級根中氨基酸含量的增加量比 18A少，但增幅卻比對照多了100.74百分點。

2.5.2 咖啡堿含量分析

咖啡堿為茶樹氮素循環的重要物質，施氮后茶樹新梢葉片中的硝酸還原酶活性提高，咖啡堿的含量增加[15]。由表 5可知，與低氮條件下相比，高氮條件下，成熟葉中的咖啡堿含量顯著增加，品系之間存在顯著性差異。成熟葉中咖啡堿含量增加最多的品系為LY002，增幅比對照多了9百分點；一芽二葉中咖啡堿含量增加最多的品系為 LY20B，但增幅比對照少了0.62百分點。

表3 氮素水平對不同茶樹品系中SPAD和葉綠素含量的影響（n=3）Table 3 The nitrogen supply effects on SPAD and chlorophyll contents of tea varieties (n=3)

表4 SPAD值與葉綠素含量的相關性Table 4 Correlation between SPAD value and chlorophyll content

表5 氮素水平對不同茶樹品系中氨基酸和咖啡堿含量的影響（n=3)Table 5 The nitrogen supply and genotypic effects on amino acids and caffeine contents of tea varieties（n=3) mg·g-1

2.6 主要氨基酸組分分析

氨基酸為茶葉鮮爽味的主要物質，特別是茶氨酸、谷氨酸、天冬氨酸、精氨酸等與綠茶品質有著極大相關性[16]。不同氮素水平下，測定的茶樹成熟葉、一級根、二級根和一芽二葉中的氨基酸主要有天冬氨酸（Asparate，Asp）、谷氨酸（Glutamate，Glu）、精氨酸（Argine，Arg）、丙氨酸（Alanine，Ala）、γ-氨基丁酸（γ-aminobutyric acid，GABA）和茶氨酸（Theanine，The）。由圖3可知，高氮條件下，各品系的主要氨基酸組分均有增加，其中二級根中的Arg和一芽二葉中的The增加極顯著，其它組織中的其他氨基酸組分增加不顯著。二級根中Arg含量增加最多的品系為18A，增幅比對照多了 266.40百分點；一芽二葉中 The含量增加最多的品系為LY002，增幅比對照多了47.69百分點。

2.7 兒茶素組分、含量和總量分析

兒茶素是茶葉多酚類物質的主體，分為酯型兒茶素和非酯型兒茶素，施氮肥能夠降低多酚類物質的含量[17]。由表 6可知，成熟葉和一芽二葉中的主要酯型兒茶素組分為 EGCG和 ECG，主要非酯型兒茶素組分為 EGC和EC。高氮條件下，成熟葉和一芽二葉中的EGCG降低最多的品系均為中茗22號，降幅均顯著大于對照；成熟葉中的ECG降低最多的為LY002，降幅顯著大于對照；一芽二葉中的ECG降低最多的為中茗22號，但降幅比對照少了6.43百分點。成熟葉中的EGC降低最多的品系均為中茗22號，降幅顯著大于對照；各品系一芽二葉中的EGC降幅均小于對照；成熟葉中的EC降幅最多的為LY002，但降幅比對照少了3.83百分點；一芽二葉中的EC降幅最多的為LY20B，但降幅比對照少了12.46百分點；成熟葉中的兒茶素總量降低最多的為LY002，降幅顯著大于對照；一芽二葉中的兒茶素總量降低最多的為中茗22號，但降幅比對照少了2.92百分點。

3 討論

為滿足茶樹生育所需，促進新梢正常生長，提高鮮葉的有效成分含量，改良土壤肥力，在栽培過程中，根據茶樹營養特點、需肥規律和肥料效應對茶園進行合理施肥尤為重要。其中氮是茶樹生長中最重要的營養元素之一，茶葉產量及品質與施氮量密切相關。適量施用氮肥，芽葉含氮量增加，茶樹細胞分裂加速，細胞增長加快，營養生長旺盛，內含物豐富，芽葉肥壯，葉綠素含量提高，發芽密度增加，葉面積增大，光合作用增強，茶葉產量增加[5]。同時氮是茶葉品質成分游離氨基酸、咖啡堿等化合物的重要組成部分，增施氮肥可以提高游離氨基酸，尤其是茶氨酸的含量，從而提高綠茶的鮮爽度[18]；增施氮肥可以提高咖啡堿的含量，咖啡堿是茶葉中重要的滋味物質，其本身具有苦味，與茶黃素以氫鍵締合形成的復合物具有鮮爽味，對茶葉的品質形成均具有重要作用[19]。

圖3 氮素水平對不同茶樹品系的主要氨基酸組分的影響Fig. 3 The nitrogen supply effects on major amino acid components of tea varieties

表6 氮素水平對不同茶樹品系中兒茶素含量的影響（n=3）Table 6 The nitrogen supply and genotypic effects on catechin components of tea varieties (n=3) mg·g-1

本研究結果表明，適量施氮促進茶芽萌發和新梢生長，提高茶樹成熟葉中的葉綠素含量，增加發芽密度與著葉數，有效提高茶葉產量；同時，氮素還調控氨基酸、咖啡堿和多酚類等品質成分在茶樹體內的代謝，施用氮肥可以增加茶葉中茶氨酸、咖啡堿等的含量，提高茶葉品質。本研究還發現中茗22號和LY002對氮素響應比較明顯，可為今后氮素高效型茶樹品種選育提供依據。相關研究發現，適宜的氮肥用量對茶樹生長具有良好的促進作用，但是氮肥施用不足和過量均會對茶樹產生不利影響[20]。缺氮會阻礙蛋白質、核酸和葉綠素的生物合成所導致的嫩芽生長緩慢、頂側芽萌芽輪次減少及密度稀疏，出現大量對夾葉，影響品質及產量[21]；若施用較多的氮肥，對鮮爽滋味有貢獻的茶氨酸含量增加有限，卻有更多的精氨酸被合成，而精氨酸的苦澀味會導致茶葉品質下降[22-23]。過量施用氮素不僅增加了生產成本，而且增加了土壤、水源中的硝酸鹽含量，造成環境污染。除了氮素施用量之外，茶樹氮效應的大小還受到土壤原有的氮素水平、茶樹品種及原有生長勢、壤條件、氣候條件等因素的影響與制約。因此今后需要加強茶樹氮素吸收利用調控方面的研究，為確定茶樹最佳氮肥用量和施用時間，提高茶園氮素利用效率，提供研究基礎。

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The Effects of Nitrogen Supply on Agronomic Traits and Chemical Components of Tea Plant

LI Hailin, WANG Liyuan*, CHENG Hao, WEI Kang, RUAN Li, WU Liyun
Tea Research Institute, Chinese Academy of Agricultural Sciences , National Center for Tea Improvement, Key Laboratory of Tea Biology and Resources Utilization, Ministry of Agriculture, Hangzhou 310008, China

In this study, the effects of nitrogen supply on the important agronomic traits and chemical components were analyzed in 4 tea varieties using Longjing 43 as control. The results showed that sufficient nitrogen application effectively increased the tea yields by changing some key agronomic traits, such as increasing the chlorophyll content in mature leaves, accelerating the germination and growth of new shoots and increasing the density of germination. Meanwhile, nitrogen application affected the metabolisms of main chemical components (theanine,caffeine and polyphenols) in tea plant, resulting in the improvement of tea quality. The Zhongming 22 and LY002 showed more sensitive responses to high nitrogen application. These results provide important backgrounds for breeding of tea cultivars with higher nitrogen use efficiency.

nitrogen level, tea plant (Camellia sinensis), agronomic trait, chemical components

S571.1；S143

A

1000-369X（2017）04-383-09

2017-03-16

2017-04-07

國家自然科學基金項目（31570695）、國家現代農業產業技術體系建設專項資金項目（CARS-23）、浙江省農業新品種選育重大科技專項（2016C02053）

李海琳，女，碩士研究生，助理研究員，主要從事茶樹種質資源與育種研究。*通訊作者：wangly@tricaas.com