低溫對茶樹葉片生理生化指標的影響

劉宇鵬，陳 芳，胡家敏，谷曉平,2*

(1.貴州省山地環境氣候研究所，貴州 貴陽 550002； 2.貴州省山地氣候與資源重點實驗室，貴州 貴陽 550002)

茶樹屬山茶科山茶屬植物，多年生常綠木本葉用植物，是貴州重要的經濟作物之一，也是貴州農村經濟的重要組成部分。近年來，種植規模不斷擴大，種植面積2015年達到46萬hm2，位居全國第一。霜凍是指早春或深秋作物遭受0 ℃以下低溫天氣，植物組織受損，甚至死亡的現象[1]，根據霜凍發生時期，分為秋霜凍和春霜凍[2]，春季驟然降溫的春霜凍是幼果、嫩梢發生凍害的主要原因。茶樹新生芽對低溫非常敏感，由于氣候變化，明顯的冬暖現象導致貴州茶樹茶芽萌動期提前，春季霜凍使春茶生產面臨巨大威脅，搞清霜凍對茶樹的危害對指導茶葉生產具有重要意義。低溫影響植物多方面的生理生化指標，包括葉綠素含量、葉綠素熒光參數、可溶性糖含量、相對電導率等，本研究應用人工氣候箱，選擇處于萌芽期的茶樹，開展低溫脅迫控制實驗，測定不同低溫條件下茶樹葉片生理生化指標的變化，以期為春茶生產提供科學依據，減少低溫對茶葉生產的影響。

1 材料與方法

1.1 材料及設計

1.1.1 材料

以貴州主要茶樹品種福鼎大白茶為供試材料，樹齡為6年，2016年12月購自貴州省湄潭縣茶樹種植基地，選擇長勢一致的茶樹，并攜帶原土，種在圓形塑料盆中，每盆一株。在室外自然條件下正常管理，經過3個月緩苗期后生長良好。

1.1.2 設計

實驗于2017年3—4月在貴州省人工氣候室進行。所有試驗材料在低溫處理前置于人工氣候室預冷處理7 d，然后開始正式試驗，此時茶樹處于萌芽期。

實驗按日最低氣溫-2、-1、0 ℃共設置3個處理，每個處理分別持續1、2、3 d，以日最低氣溫20 ℃作為對照。分析貴州地區多年春季低溫天氣過程發現，當出現低溫天氣過程時氣溫日較差一般在5 ℃左右，因此設置每個處理日最高氣溫為日最低氣溫加5 ℃。利用人工氣候室模擬低溫天氣過程，每日氣溫從最低升至最高，然后再降至最低(表1)。每個處理結束后按照“兩葉一芽”的標準采樣，用冰袋保存立刻送往實驗室，每個指標重復測試3次取平均值。

1.2 測定項目與方法

1.2.1 測定指標

用硫代巴比妥酸顯色法[3]測定葉片MDA(丙二醛)含量；考馬斯亮藍染色法測定SP(可溶性蛋白)含量[4]；NBT光還原法測定SOD(超氧化物歧化酶)活性[5]；丙酮法[6]測定葉綠素含量；愈創木酚法[7]測定POD活性。

1.2.2 數據分析

用Excel 2003對實驗數據進行統計分析。

表1 人工氣候室模擬低溫天氣過程溫度設置 ℃

2 結果與分析

2.1 低溫對茶樹葉片MDA含量的影響

MDA含量常用于表示植物在逆境條件下細胞受害程度，其含量越高，植物受害越嚴重[8]。從圖1可以看出，與對照相比，在相同的處理時間內，3個處理MDA含量都高于對照，且溫度越低，MDA含量越高。同一處理下，隨著持續天數增加，MDA含量也不斷增加。表明低溫處理下，溫度越低，持續時間越長，MDA含量越高，受到的傷害越重。

圖1 低溫脅迫下茶樹葉片MDA含量變化

2.2 低溫對茶樹葉片可溶性蛋白含量的影響

植物受到低溫脅迫時，通過可溶性蛋白的積累提高細胞液濃度，降低其滲透勢，維持細胞膨壓，對細胞膜起到保護作用[9]。從圖2可以看出，日最低氣溫在-1和0 ℃時，隨著持續天數的增加，可溶性蛋白含量逐漸增加，而日最低氣溫在-2 ℃時，隨著持續天數的增加，可溶性蛋白含量不升反降，有可能在此溫度強度下，茶樹受到嚴重傷害，自身保護系統受到破壞，合成的可溶性蛋白含量下降。

圖2 低溫脅迫下茶樹葉片可溶性蛋白含量變化

2.3 低溫對茶樹葉片SOD活性的影響

SOD是一種存在于植物體內的可以清除超氧陰離子自由基的酶，當植物在逆境條件下，SOD活性會迅速增強，抑制細胞膜內不飽和脂肪酸的過氧化作用，從而起到保護細胞膜的作用[10]。從圖3可以看出，與對照相比，相同的持續天數下，溫度越低，SOD活性越強；同一低溫處理下，持續時間越長，SOD活性越強。表明低溫脅迫下，氣溫越低，持續時間越長，SOD活性越強。

圖3 低溫脅迫下茶樹葉片SOD活性變化

2.4 低溫對茶樹葉片葉綠素含量的影響

葉綠素是植物光合作用的主要色素，其含量影響作物的光合作用程度，與植物的抗寒性關系密切[11]。從圖4可以看出，與對照相比，3組低溫處理下茶樹葉片的葉綠素含量都有不同程度的下降，同一處理下，隨著持續天數的增加，葉綠素含量都是逐漸降低，表明低溫脅迫下，溫度越低，持續時間越長，葉綠素含量越低。

圖4 低溫脅迫下茶樹葉片葉綠素含量變化

2.5 低溫對茶樹葉片POD活性的影響

POD是植物抗氧化系統的組成部分，能夠清除超氧自由基，抵御組織細胞膜質過氧化[12]，其活性大幅升高對于維持細胞膜的穩定非常重要。從圖5可以看出，與對照相比，相同持續時間下，3組處理POD活性都高于對照，且溫度越低，活性越高。同一低溫處理下，持續時間越長，POD活性越高。表明低溫脅迫下，溫度越低，持續時間越長，POD活性越強。

圖5 低溫脅迫下茶樹葉片POD活性變化

3 小結與討論

低溫對于茶樹生理生化指標的影響，多年來有很多的研究。李葉云等[13]的研究發現，在-6 ℃時，不同茶樹品種可溶性蛋白含量高于對照(未經低溫處理)，在-15和-18 ℃時則低于對照，表明-6 ℃的低溫不會對茶樹葉片的細胞膜造成損傷。本實驗結果則表明，日最低氣溫-2 ℃時，茶樹的細胞膜結構就遭到了破壞，這可能與茶樹品種自身的抗寒性有關。張玉翠等[14]研究結果表明，隨著溫度降低，農抗早、鳧早二號、福鼎大白茶3個茶樹品種的MDA含量均呈現上升趨勢，這點與本文的研究結果一致，但是POD活性和SOD活性則表現出先升后降的趨勢，本文研究結果則是這兩種酶活性表現出不斷上升的趨勢，這種差異說明低溫脅迫初期，這兩種保護酶通過增加活性消除低溫引起的細胞內自由基的積累，但是當超過一定溫度界限，低溫會造成酶活性下降，細胞膜結構和功能受損。楊再強等[15]研究結果表明，烏井43號、鳩坑、烏牛早、福鼎大白茶4個茶樹品種葉綠素含量隨氣溫的降低而降低，POD活性、MDA含量隨氣溫的降低而升高，與本文研究結果一致。朱政等[16]將茶樹枝條置于-5 ℃下持續10 d，發現茶樹葉片SOD活性先下降后上升再下降，作者認為出現這種變化可能是低溫脅迫初期植物體內活性氧含量突然增加導致SOD活性下降，隨后低溫誘導SOD合成，活性又升高，之后隨著低溫脅迫加劇，植物防御系統受到損壞，SOD活性又開始下降。可溶性蛋白含量則是先降低后升高，是茶樹對低溫環境逐漸適應的表現。

綜上所述，本實驗條件下，福鼎大白茶在低溫脅迫下，葉片可溶性蛋白含量先升后降，MDA含量不斷升高，SOD和POD活性不斷增強，葉綠素含量不斷下降。通過與前人研究成果對比分析，有必要增加溫度和低溫持續時間梯度設置，才能更加科學準確地得出低溫對本地茶樹品種造成危害的界限溫度，同時，低溫過后茶樹恢復情況的分析對比也很有必要。