貴州福鼎大白茶低溫凍害指標研究

胡家敏，侯雙雙，古書鴻，谷曉平，張 波

(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；3.貴州大學，貴州 貴陽 550025)

茶葉是世界三大飲品之一，是中國重要的經濟作物，其中春茶產值占茶葉生產總值的1/2以上，而春季倒春寒產生的低溫災害嚴重限制了茶葉產業的健康高效發展。農業氣象災害保險是春季茶葉生產過程中遭遇低溫災害時有效的防災減災途徑。考慮到農業保險技術障礙和道德層面帶來的基差風險，自2007年起，農業氣象災害保險的設計以氣象指數這一客觀指數為主要指標。準確衡量低溫災害和低溫災損間的關系是農業氣象災害保險是否合理的關鍵[1-4]，氣象指數偏高或偏低則會導致保險雙方利益受到損傷，不利于農業氣象災害保險的健康發展。因此，探索低溫災害對貴州主要茶葉種植品種——福鼎大白茶生長發育的影響，并通過植物細胞傷害率計算茶葉的半致死溫度以量化福鼎大白茶低溫凍害指標對茶葉凍害的防災減災氣象服務有重要的意義。

低溫脅迫對茶葉的生理生化傷害本質為植物膜脂過氧化及膜透性的破壞[5-7]，茶葉對低溫的生理生化響應主要體現在這兩方面。丙二醛(MDA)是植物逆境環境下膜脂過氧化的產物，是植物膜氧化損傷指標[8]，眾多逆境脅迫的植物生理響應均以此為重要指標。膜透性破壞用相對電導率(R)來表示，相對電導率直接表征物細胞傷害程度[9]。當低溫達到一定程度時，植物達到半致死狀態，即傷害率達到50%，若溫度低于該溫度，植物所受的低溫損傷則不可恢復甚至死亡，該界限溫度稱為低溫半致死溫度[10-12]，低溫半致死溫度通常用于衡量植物對逆境環境的忍受程度。基于細胞傷害率的低溫半致死溫度研究廣泛應用于不同環境脅迫情況下和不同種類的植物耐寒性評價[13-20]。對茶葉耐低溫性研究最早源自于20世紀80年代末針對福建茶葉耐寒性的研究[21]，該研究認為利用低溫半致死溫度、傷害率對茶葉耐寒性的種質進行篩選較為可靠。自2007年以來，近10年期間，茶葉低溫半致死溫度的研究主要集中在根據茶葉低溫半致死溫度展開的茶葉抗寒性評價方面，涉及江浙、重慶、福建和山東等產茶區域[22-30]，其中浙江氣象局基于低溫半致死溫度制定了茶葉凍害等級標準[31]，對茶葉春季凍害的農業氣象服務具有重要參考價值。這一系列的研究成果均說明以低溫半致死溫度作為茶葉低溫災害指標是更精準的農業氣象服務的必要途徑。

貴州是中國著名的茶葉產區之一，氣候變化導致的愈發嚴重和頻繁的倒春寒給貴州春茶生產造成嚴重威脅。然而以低溫半致死溫度為主要指標對貴州春茶低溫災害的研究未見報道。為此，筆者根據貴州低溫凍害發生特征，通過人工氣候室模擬貴州福鼎大白茶開采期的低溫凍害過程，并測定不同處理的相對電導率和傷害率(M)以及膜氧化損傷指標丙二醛(MDA)，利用傷害率進行低溫Logistic函數的擬合，通過分析研究，獲得貴州福鼎大白茶的春茶生產過程中低溫凍害的低溫半致死溫度，以期為貴州茶葉產業發展及其氣象服務、茶葉氣象保險等業務的開展提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 材料

福鼎大白茶：盆栽規格為50 cm(直徑)×50 cm(高)，盆栽茶樹選用無病蟲害的10年生健康茶樹，取自貴州省遵義市鳳岡茶園，土壤、水肥管理均同于茶樹正常田間管理。

1.2 試驗設計

茶樹開采前低溫凍害控制試驗于2017年3月27日至4月24日，在貴州省黔東南州氣象局的人工氣候室中進行，茶樹移栽恢復正常生長后進行分組設置低溫凍害試驗。根據貴州倒春寒過程特征，設置3組動態低溫處理，即:0℃，最高5℃，表示為處理0/5；-1℃，最高4℃，表示為處理-1/4；-2℃，最高3℃，表示為處理-2/3。每組按氣溫日變化特征設置6：00為最低溫，14：00為最高溫，人工氣候室根據氣溫日變化周期性特征模擬低溫天氣的氣溫日變化動態。將處于萌發期的茶樹放入不同低溫下的氣候室，低溫處理后，觀察茶樹葉片形態，每組試驗處理的天數持續至新芽出現超過2/3的焦黑色時停止處理。每組預設9棵茶樹，另設對照(CK)：室外，常溫。每組處理完畢后采集成熟葉片用冰袋保存立即送往實驗室進行茶葉生理生化指標的測定。

1.3 生理生化指標的測定

1.3.1 丙二醛(MDA) 凍害處理后，稱取試驗材料1 g，剪碎，加入5%TCA(三氯乙酸)2 mL，研磨至勻漿，再加8 mL TCA進一步研磨，勻漿在3 000 r/min離心10 min，上清液為樣品提取液；吸取離心的上清液2 mL，加入2 mL 0.6%TBA(硫代巴比妥酸)溶液，搖勻。將試管放入沸水浴中煮沸10 min(自試管內溶液中出現小氣泡開始計時)，取出試管并冷卻，3 000 r/min離心15 min。取上清液并量其體積，利用式(1)計算MDA含量。

(1)

1.3.2 膜透性測定(電導儀法) 凍害處理后，選取茶樹葉片，剪下后用濕布包住。試驗時用自來水將供試葉片沖洗，除去表面沾污物，再用蒸餾水沖洗1～2次，用干凈紗布輕輕吸干葉片表面水分，然后剪成約1 cm2的小葉片，將剪下的小葉片混合均勻，快速稱取鮮樣3份，每份1～2 g，分別放入3個燒杯中，加入蒸餾水淹沒葉片。將裝有樣品的燒杯分別放入真空干燥器，用抽氣機抽氣7～8 min，以抽出細胞間的空氣，重新緩緩放入空氣，空氣中的水即被壓入組織而使葉下沉。將抽過氣的燒杯取出，放在實驗桌上靜置20 min，期間輕輕搖動，在20～25℃恒溫下，用電導儀測定溶液電導率(R1)。之后將燒杯放入100℃沸水中15 min，以殺死植物組織，取出放入室溫冷卻1 h，在20～25℃恒溫下測其煮沸電導率(R2)。3份樣品的R1、R2取平均值，并通過式(2)和式(3)計算相對電導率(R)和細胞傷害率(M)。

(2)

(3)

1.4 低溫半致死溫度計算

試驗茶樹低溫凍害低溫半致死溫度的確定可應用Logistic 函數計算得到。式(4)為低溫與細胞傷害率的Logistic函數，y為細胞傷害率(%)，x為低溫(℃)，a、b為待定參數，K為飽和參數，對于傷害率來講飽和值為100%。當傷害率為50%時即為低溫半致死溫度(lna/b)。將式(4)通過等式兩邊取自然對數進行線性轉換(式5)，通過線性擬合確定待定參數值。

(4)

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2 結果與分析

2.1 不同低溫脅迫下福鼎大白茶茶葉的形態變化

通過不同凍害程度處理，反映出不同凍害程度的茶葉形態響應不同。當進行最低溫度為0℃處理時，茶樹的葉片形態沒有明顯變化；當進行最低溫度為-1℃的處理時，僅1 d茶葉的葉片形態便出現明顯的焦黑，隨著處理時間的延長焦黑現象越來越嚴重，經過2 d的處理50%左右的葉片出現明顯凍害特征，持續3 d大部分葉片出現焦黑現象；當進行最低溫度為-2℃的處理時，僅1 d大部分茶葉葉片形態便出現明顯的焦黑，處理2 d后80%左右的茶葉出現焦黑現象，故停止了凍害脅迫處理。

2.2 低溫脅迫下福鼎大白茶生理特性的變化

2.2.1 丙二醛(MDA) MDA是植物受低溫脅迫時膜脂過氧化產物，其含量多少是植物受到傷害的重要標志[5-7]，是植物逆境脅迫下常用指標。從表1看出，MDA含量因低溫程度和脅迫時間而出現不同的響應特征。相同低溫處理下，MDA含量隨著脅迫時間的延長而升高(-2/3處理呈先升高后下降趨勢)；相同脅迫時間下，MDA含量與低溫變化大致呈先升后降的變化趨勢。0/5處理持續3 d時，MDA含量最高，為2.38 μmol/L，是對照的40倍，0/5處理持續2 d時MDA含量較高，是對照處理的33倍。當低溫脅迫時間為1 d時，除-2/3處理表現出較明顯的生理反應，0/5、-1/4處理的MDA含量變化與對照(CK)差異不大，表明茶樹生長在一定溫度范圍內對短時間的低溫有一定的免疫能力；當低溫脅迫時間達到2 d和3 d時，各溫度處理MDA含量均表現出明顯的變化，表明低溫2 d對茶葉生長的損傷明顯。

表1不同低溫及時間處理福鼎大白茶的丙二醛含量
Table 1 MDA content of Fortin White Tea under different low temperature treatments and time μmol/L

處理Treatment持續時間/dDuration time123CK0.060.060.060/50.261.972.38-1/40.00.520.74-2/31.130.85試驗停止

2.2.2 相對電導率 當植物受到逆境危害時，細胞膜受到損傷，導致膜透性增大，從而使細胞內電解質外滲，使得細胞提取液電導率增大，通常用相對電導率反映膜透性情況，相對電導率越大，則植物損傷越嚴重[14]。從表2看出，隨著低溫脅迫程度的增加(處理溫度的降低及持續時間的延長)，相對電導率均表現出升高趨勢。從不同的低溫處理看，最低溫度越低，植物受到的傷害越重，相對電導率越大；從低溫脅迫持續時間看，脅迫時間越長相對電導率越大。由于-2/3處理持續2 d時，茶葉80%以上的葉片出現焦黑現象，停止了脅迫時間的持續，因此，在-2/3處理持續2 d時，相對電導率最大，為81.75%，明顯高于對照(73.5%)。與對照相比，當低溫處理為0/5時，持續1 d、2 d和3 d的相對電導率分別較對照高0.5百分點、0.5百分點和1.5百分點；當低溫處理為-1/4時，持續1 d、2 d和3 d的相對電導率分別較對照高1.73百分點、2.39百分點和3.35百分點；當低溫處理為-2/3時，持續1 d和2 d的相對電導率分別較對照高2.96百分點和8.25百分點。由此可知，低溫脅迫程度對相對電導率的影響不均勻，0℃的低溫對相對電導率影響不明顯，-1℃和-2℃的低溫對相對電導率的影響迅速體現，從茶葉形態對低溫脅迫響應特征也可印證這一點，0℃時茶葉形態特征無明顯響應，而當溫度低至-1℃和-2℃時，茶葉明顯出現焦黑凍傷現象。表明，茶葉能夠耐受一定范圍的低溫，其耐受低溫程度與持續時間有關。

表2不同低溫及時間處理福鼎大白茶的相對電導率變化
Table 2 Relative conductivity of Fortin White Tea under different low temperature treatments and time %

處理Treatment持續時間/dDuration time123CK73.5073.5073.500/574.0074.0075.00-1/475.2375.8976.85-2/376.4681.75試驗停止

2.3 福鼎大白茶低溫半致死溫度

從表3可知，經線性回歸分析，低溫脅迫時間為1 d和2 d的參數a，b分別為35.54，1.17和30.1，1.09。通過參數計算可知，低溫凍害脅迫情況下，脅迫時間持續1 d和2 d的低溫半致死溫度差異不大，分別為-3.1℃和-3.0℃。

表3 低溫脅迫下的茶葉 Logistic函數參數值及低溫半致死溫度Table 3 Parameters of the Logistic function and semi-lethal temperature of tea in response to low temperature stress

注：**擬合度達P<0.05的顯著性水平;*擬合度達P<0.1的顯著性水平。
Note:** and * indicate 5% and 1% significant levels respectively.

3 結論與討論

3.1 結論

逆境脅迫導致植物生理層面的表現為過氧化產物增加和膜透性增大，從而對植物的新陳代謝產生有害影響，低溫脅迫對茶樹生長的影響同樣體現為有害物質和細胞功能損傷兩個方面，研究選擇丙二醛(MDA)和相對電導率(R)2個典型指標分析在低溫凍害脅迫環境下貴州茶葉主栽品種福鼎大白茶的生理特性變化，并通過Logistic函數擬合確定低溫半致死溫度，從而確定貴州福鼎大白茶低溫凍害指標。研究結果表明：MDA含量因低溫程度和脅迫時間而出現不同的響應特征，MDA含量隨著脅迫時間的延長而呈大致升高趨勢，隨低溫下降呈先增高再下降的趨勢，綜合表現為0℃持續3 d時MDA含量達到峰值。對相對電導率而言，不論是處理溫度的降低還是持續時間的延長，相對電導率均表現出升高趨勢，上升趨勢不均勻，0℃對相對電導率的影響極不明顯，-1℃和-2℃對相對電導率的影響逐漸明顯，綜合表現為-2℃持續2 d時相對電導率最大。通過對不同低溫處理程度與細胞傷害率二者關系的Logistic函數擬合，得出在脅迫時間持續1 d和2 d的低溫半致死溫分別為-3.1℃和-3.0℃，不同脅迫時間下低溫半致死溫度不同，脅迫時間越長低溫半致死溫度越高。因此，茶葉低溫凍害指標應與實際的低溫天氣過程密切相關，低溫持續天數越長則低溫半致死溫度越高，相應的低溫凍害界限溫度應越高。

3.2 討論

本研究發現丙二醛(MDA)含量隨處理溫度的下降呈現單峰型現象，即先升高后下降。低溫脅迫下，植物膜脂過氧化產物MDA的積累對植物細胞會造成傷害，隨著溫度的下降，植物本身清除能力下降，因此MDA含量上升，達到一定損傷程度后MDA含量達到極大值，試驗對福鼎大白茶的研究表明，MDA極值點為0℃。試驗中的MDA含量變化趨勢與其他植物低溫脅迫下MDA含量變化的研究結果相吻合[4,32-33]。王瑞等[32]研究低溫脅迫對玉米幼苗MDA含量的影響表明，隨著低溫脅迫時間的延長，玉米品種四密21和東農250表現出先升高后減少勢，屯玉88則表現為持續升高趨勢，說明，不同品種的MDA對低溫脅迫的響應特征存在差異。尹航等[11]的相關研究表明，低溫脅迫下煙草的MDA含量特征也同樣出現單峰型趨勢。該試驗福鼎大白茶MDA含量隨著脅迫時間的延長出現升高趨勢。李仁忠等[31]對浙江春茶不同品種霜凍指標確定的研究表明，隨著溫度的下降，春茶中MDA均呈現升高趨勢。因其研究茶葉低溫脅迫試驗處理均為0～10℃的低溫且低溫脅迫時間僅1 d，因此，茶葉中MDA含量未出現單峰型特征，極有可能是由于試驗設置未達到MDA峰值出現的低溫脅迫程度所致。

電導率是衡量茶葉植株細胞組織的幼嫩程度和細胞質膜是否受到傷害的指標。通常情況下,細胞內的電解質受細胞膜的阻隔保留在細胞內，當細胞膜遭受某種傷害時，電解質則大量涌向細胞外，導致電解質激增。試驗結果與其他相關研究結論相吻合[4,31-34]，福鼎大白茶相對電導率隨低溫脅迫程度的加深(不論是溫度降低還是脅迫時間延長)呈上升趨勢，試驗研究結果與眾多茶葉的相對電導率在低溫脅迫下的變化結果一致。李仁忠等[31]的研究表明，低溫脅迫下，浙江春茶的相對電導率呈升高趨勢，并在-1℃變化尤為劇烈。試驗表明，福鼎大白茶的相對電導率隨溫度下降出現不均勻上升，該結果與李葉云等[34]研究結果一致。由此表明，春茶生長過程中，在倒春寒低溫逆境中，若溫度未達到一定的低溫，相對電導率的響應不明顯。

該研究表明，不同脅迫時間下低溫半致死溫度不同，脅迫時間越長低溫半致死溫度越高。試驗中脅迫時間為1 d和2 d的低溫半致死溫度差異較小，與劉映寧等[2-4]的研究結果一致，顯然相同品種在不同低溫災害發生時(不同持續時間和低溫強度)，其低溫半致死溫度不同。因此，對貴州福鼎大白茶低溫凍害的預警和預防工作中應考慮不同地域茶樹適應狀態和當地倒春寒發生情況來確定具體的茶葉低溫凍害界限。試驗材料是遵義鳳岡茶園茶樹，并且僅探索了10年樹齡的福鼎大白茶對低溫脅迫的響應特征，樹齡的影響以及持續時間的影響均需進一步探索，才能使貴州茶葉氣象服務工作更加完善。