花期低溫對油茶生理生化指標的影響

郭水連，陶 瑤，朱 丹

(1.江西省宜春市氣象局，江西 宜春 336000;2.江西省上饒市氣象局，江西 上饒 334000)

油茶(CamelliaoleiferaAbel)，別名茶子樹、茶油樹，喜溫暖，怕寒冷，屬于山茶科山茶屬植物，油茶與油棕、油橄欖、椰子并稱世界四大木本油料植物，油茶與核桃、油桐、烏桕并稱為我國四大木本油料植物。我國目前油茶林種植總面積已達447萬hm2，占我國木本食用油料樹種栽培面積的80%以上，預期至2025年全國油茶種植面積將達到600萬hm2。

栽種范圍北至漢中，南至廣西，主產地湖南、江西、浙江、廣西、河南等5個省份。油茶是本土油料植物，抗逆境能力較強，但花期對氣候條件較為敏感。全國油茶的花期一般從10月初開始至第二年的初春，此期間的低溫天氣是影響油茶開花授粉的重要氣象因子[1]，低溫影響油茶開花，嚴重時導致花瓣凍壞，甚至整枝開花不整齊或者花蕾脫落的現象[2]，導致茶果產量下降，嚴重影響了油茶產業的經濟效益。

溫度是控制開花時間早遲的關鍵氣象因子，花期低溫凍害對經濟作物的產量、品質都有較大的影響，如丁香花[3]、蘋果[4]、梨[5]、杏[6]、番茄[7]、櫻桃[8-9]、椪柑[10]。早在1987年，黎章矩研究表明，油茶花期日均溫在8 ℃以上的晴天及陰天，花粉受粉、受精正常；日均溫低于8 ℃，油茶坐果率出現下降；日均溫低于5 ℃以下，油茶坐果率急劇下降；如遇雨天或0 ℃以下的天氣，油茶坐果率極低，甚至為0[11]。吳林森等選用5種不同品種油茶為試驗材料，通過對自然越冬狀態下油茶各項生理指標的測試，研究了油茶抗寒能力及其有關生理生化特性的變化[12]。文佳研究了不同樹齡油茶葉片主要化學成分的差異，并對部分樹齡進行了室內低溫脅迫試驗[13]。王國霞等為探明油茶在變溫低溫條件下的生理生化反應機制和不同品種的抗寒能力，在人工氣候室內進行了變溫低溫脅迫處理[14]。

本研究開展了不同低溫和不同低溫持續時間的脅迫試驗，分析探討了冷害發生過程中油茶生理生化特性的變化，研究了油茶花期低溫指標，以期根據種植地區的氣候條件組合油茶花期、適用防凍技術措施提供參考，為油茶產業安全生產提供服務，這對提高油茶產油量和產油品質至關重要。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與方法

試驗材料油茶苗來自江西省新余市分宜縣中國林科院亞熱帶林業試驗中心苗圃，為長林下屬無性系列，樹齡3～4年，高度、大小、外冠較相似。于2016年10月上旬袋裝后運送至南昌市的江西省防災減災科技園進行培養。

將長勢基本相似(地徑、株高、冠幅和外型)、花苞數接近的12株試驗油茶樹苗按每組4株的數量平均分成3組。當觀測到某組4株中有5%～10%花苞開花時，則從中挑取開花數最多的3株為試驗油茶樹苗并編號，基本統一選擇一個時間，于第二天早上放入氣候箱中(已提前預冷至試驗所需溫度12 ℃、8 ℃、4 ℃三個等級，并持續12 h，4 ℃為油茶花粉生活力的溫度臨界指標，4 ℃為一個間隔主要考慮花粉萌發率的溫度變化均一性)[15]。

將放置在外界自然環境中的對照株設為CK組，試驗期間外界日平均氣溫為18.3 ℃，氣候箱中設定恒定濕度為60%，試驗油茶樹苗在氣候箱中的培養時間為84 h，根據油茶感光特性和生理機制，設計3級、2級、1級、0級光強分別在14 h、2 h、2 h、6 h周期下進行光暗交替處理，每隔4 h對試驗油茶樹苗和對照組進行生理觀測，對照株以外界實際自然溫度處理。

1.2 生理指標的測定方法

丙二醛(MDA)含量測定采用硫代巴比妥酸法，過氧化物酶(POD)活性測定采用愈創木酚顯色法，超氧化物歧化酶(SOD)活性測定采用NBT光還原顯色法，可溶性蛋白Pro含量測定采用考馬斯亮藍染色法[16-18]。

2 結果與分析

2.1 低溫脅迫對開花進程的影響

由表1可知，隨著環境溫度的降低，油茶新增綻放花蕾的比例逐漸降低。經過低溫脅迫處理，4 ℃環境下平均開花率僅為1.389%，8 ℃環境下平均開花率提高至5.655%，12 ℃環境下為6.868%，對照組為24.767%，比脅迫溫度中有明顯提高。F值為6.613，表明環境溫度對開花率有明顯影響，隨著溫度的降低，開花率逐漸降低，12 ℃時的開花率略高于8 ℃，而8 ℃時的開花率明顯高于4 ℃，4 ℃時的開花量極少，可見低于8 ℃的環境溫度對油茶開花有明顯的抑制作用。但需要注意的是，除溫度影響外，人工氣候箱內光照條件與外部環境的差異在其中也起了一定作用，這也是CK較低溫脅迫條件下的開花數量有顯著差異的原因之一，因試驗條件所限，光照影響暫且忽略。

表1 不同溫度處理對開花數量的影響

2.2 低溫脅迫對油茶丙二醛(MDA)含量的影響

由圖1表明，不同低溫處理下，試驗油茶樹苗組葉片中MDA含量增加，對照株中的MDA含量變化不明顯。4 ℃、8 ℃、12 ℃試驗油茶樹苗組72 h時葉片中MDA含量比0 h時分別增加了42.27%、25.55%、20.10%；在相同低溫處理時間下，4 ℃試驗油茶樹苗組葉片中MDA含量最高，隨著低溫越低、時間越長，葉片中MDA含量越高。圖1中各擬合函數R2值(決定系數)均大于0.78，P值均小于0.05。

以上研究可知：當試驗溫度降低和延長時，試驗油茶樹苗組葉片MDA含量呈增加走勢,即在一定生長界限溫度范圍內，溫度越低，MDA含量的增加幅度就越顯著，油茶生長機能下降；但是，3種低溫試驗情況均在第64 h時MDA含量基本趨于穩定，分析其原因可能有2種：第一種是在第64 h時，植株葉片中MDA的調節功能達到對外界低溫的適應性；第二種可能性是植株葉片在低溫環境的影響下遭到了破壞，導致細胞內部MDA的調節功能失效。

圖1 低溫脅迫過程中丙二醛(MDA)含量的變化

2.3 低溫脅迫對可溶性蛋白Pro含量的影響

由圖2可知，不同試驗低溫下，試驗油茶樹苗組葉片中可溶性蛋白Pro含量均呈增加趨勢，而對照株葉片中Pro含量基本變化不明顯。其中，4 ℃、8 ℃、12 ℃試驗油茶樹苗組72 h時葉片中Pro含量比0 h時分別增加了49.41%、22.45%、9.71%。同時，在相同低溫試驗情況下，4 ℃試驗油茶樹苗組72 h時葉片中Pro含量最高。圖2中各擬合函數R2值均大于0.8，P值均小于0.05。

以上研究可知，隨著試驗溫度的降低和時間的延長，葉片中Pro含量呈增加趨勢；在一定生長界限溫度范圍內，溫度越低，Pro含量增加幅度越明顯，表明其細胞調節功能隨著溫度的降低，活躍性在變大；同時，隨著試驗時間的延長，4 ℃試驗油茶樹苗組葉片Pro含量呈上升趨勢；而8 ℃、12 ℃試驗油茶樹苗組葉片中Pro含量均在第56 h時趨于穩定，表明這2組試驗油茶樹苗組的Pro調節功能在第56 h時已達到對試驗低溫的適應性。

2.4 低溫脅迫對過氧化物歧化酶(POD)活性的影響

由圖3表明，在不同低溫脅迫處理下，試驗油茶樹苗組葉片中POD酶活性均呈減少趨勢，而對照組株中POD酶活性變化不明顯，趨于穩定。其中，4 ℃、8 ℃和12 ℃試驗油茶樹苗組72 h時葉片中POD酶活性比0 h時分別減少了76.46%、36.20%和9.52%。在相同低溫處理時間下，POD酶活性4 ℃試驗油茶樹苗組均低于8 ℃試驗油茶樹苗組，8 ℃試驗油茶樹苗組均低于12 ℃試驗油茶樹苗組。圖3中各擬合函數R2值均大于0.83，P值均小于0.05。

通過對4 ℃、8 ℃和12 ℃三組試驗油茶樹苗組POD酶活性的研究可知，隨著處理溫度降低和時間延長，葉片POD酶活性呈下降趨勢，并且試驗溫度越低，POD酶活性下降幅度越大，表明溫度越低，細胞內膜脂累積越多，對細胞膜傷害越大，導致酶活性不活躍。4 ℃試驗油茶樹苗組植株葉片POD酶活性在56 h時趨于穩定；8 ℃、12 ℃試驗油茶樹苗組POD酶活性分別在第56 h時、第32 h時達到基本穩定，只有小幅波動。這表明試驗油茶樹苗組4 ℃低溫處理56 h時，能夠破壞植株葉片的細胞膜保護調節功能，強烈的過氧化作用生成過多膜脂，導致POD酶活性消失；而8 ℃、12 ℃試驗油茶樹苗組POD酶活性只存在小幅波動，說明調節機能較穩定。

圖2 低溫脅迫過程中可溶性蛋白Pro含量的變化

圖3 低溫脅迫過程中過氧化物歧化酶(POD)活性的變化

2.5 低溫脅迫對超氧化物歧化酶(SOD)活性的影響

由圖4可知，不同試驗低溫下，試驗油茶樹苗組和對照株葉片中SOD酶活性表現各異，其中試驗油茶樹苗組葉片中SOD酶活性振幅明顯，呈先增后減之勢，但對照株中的SOD酶活性基本不變化。4 ℃試驗油茶樹苗組SOD酶活性在達到峰值時(24 h)和72 h時分別為0 h時的298.05%和180.03%；8 ℃試驗油茶樹苗組SOD酶活性在達到峰值時(32 h)和72 h時分別為0 h時的232.93%和124.28%；12 ℃試驗油茶樹苗組SOD酶活性在達到峰值時(40 h)和72 h時分別為0 h時的180.58%和99.62%。在相同試驗時間下，SOD酶活性表現為4 ℃>8 ℃>12 ℃，SOD酶活性峰值在4 ℃試驗油茶樹苗組分別為8 ℃、12 ℃的1倍多，也就是說SOD酶活性峰值在4 ℃最大、12 ℃最小，SOD酶活性數值越大，活性越低，不利于開花，反之，SOD酶活性數值越小，活性越強，有利于開花。

以上研究結果表明，隨著試驗溫度的降低、時間的延長，葉片SOD酶活性呈先增加后減少趨勢。在同一時間，說明4 ℃試驗溫度對植株的影響高于8 ℃；而12 ℃試驗油茶樹苗組無明顯異常。

圖4 低溫脅迫過程中超氧化物歧化酶(SOD)活性的變化

3 結論與討論

環境溫度是控制花期的主要氣象因素之一。研究結果表明，油茶開花前若遭遇低溫天氣，將會一定程度上推遲花期；若油茶開花授粉期間遭遇低溫連陰雨天氣，將不利于蟲媒介活動，油茶花期授粉受阻，出現油茶早花、異花、花而不實、花粉花瓣腐爛和落花現象，最終影響其結果和產量；若在油茶開花末期遭遇低溫脅迫，將在一定程度上影響油茶的結果率[19]。本試驗中12 ℃溫度下油茶苗開花比例雖小于CK，但影響不是很明顯，說明溫度達12 ℃或以上的天氣，油茶開花授粉均能正常進行，若溫度繼續下降，油茶開花授粉將受到抑制，一般認為12 ℃為油茶正常開花授粉的最佳下限溫度。8 ℃環境下油茶苗雖然仍能開花，但新增花蕾綻放數量均明顯低于對照組和12 ℃試驗溫度組，說明8 ℃對油茶開花產生了一定抑制作用，開花出現異常，而在4 ℃環境下只新綻放了1朵花蕾，基本處于不開花狀態。由此可知，氣溫12 ℃是油茶苗正常開花授粉的最佳下限，氣溫8 ℃是油茶苗開花受抑制的下限，油茶開花明顯產生影響，溫度越往下降，對開花越不利，氣溫4 ℃導致油茶苗基本不開花。

人工控制低溫脅迫試驗表明，在一定范圍內，隨著溫度的下降和時間的延長，葉片MDA和Pro含量呈增加趨勢，POD酶活性呈減少趨勢，而SOD酶活性呈先增加后減少趨勢。說明脅迫溫度越低，對油茶的影響越大，12 ℃低溫處理時油茶開花基本無影響，細胞生理機制活動正常；8 ℃低溫處理時油茶開花及其細胞活性受到抑制；4 ℃低溫處理時油茶細胞活性受到較嚴重破壞，基本表現為不開花。不同品種、不同地域、不同種植、不同環境下的油茶對低溫耐受能力應該也是有差異的，本研究中所用試驗品種是本地有性培養的長林油茶系列，本研究對其他油茶品種以及其他地區同品系油茶具有一定的參考價值。