7 種茶樹(shù)葉片高溫失水過(guò)程中水分-光合指標(biāo)變化及抗旱性評(píng)價(jià)

黃薇，李婧，鄢朝俊，李焰焰*

（1.福建農(nóng)林大學(xué) 園藝學(xué)院,福州 350002；2.武夷學(xué)院 茶與食品學(xué)院，武夷山 354300）

茶樹(shù)(Camellia sinensis (L.) O.Kuntze)起源于中國(guó)，是重要的經(jīng)濟(jì)作物，對(duì)我國(guó)特色農(nóng)業(yè)和茶文化傳承具有重要意義[1]。茶樹(shù)是多年生常綠木本植物，喜溫暖濕潤(rùn)氣候，年降雨量需達(dá)到1000 mm，而我國(guó)茶葉多個(gè)產(chǎn)區(qū)夏秋氣溫高，水分蒸發(fā)量大，空氣濕度低，易造成伏旱和秋旱[2]。大量研究表明，高溫干旱嚴(yán)重的影響了茶樹(shù)的生長(zhǎng)發(fā)育，導(dǎo)致茶葉的產(chǎn)量和質(zhì)量的下降，造成較大的經(jīng)濟(jì)損失[3-5]。

使用茶樹(shù)抗旱性的綜合評(píng)價(jià)，能彌補(bǔ)和緩和單個(gè)指標(biāo)對(duì)評(píng)定抗旱性的片面性，從而使評(píng)定結(jié)果與實(shí)際結(jié)果更為接近[6]。湯肖瑋[7]通過(guò)對(duì)茶用菊干旱和澇漬脅迫，基于隸屬函數(shù)值的聚類分析將供試材料分為4 個(gè)抗旱類型和4 個(gè)耐澇類型，并篩選出7 份抗旱種質(zhì)和5 份耐澇種質(zhì)。郝西[8]以6 個(gè)花生品種為研究材料，通過(guò)PEG-6000 模擬干旱脅迫對(duì)不同花生品種生長(zhǎng)發(fā)育及生理指標(biāo)的影響，根據(jù)綜合隸屬函數(shù)值分析得出豫花9326、豫花15 的抗旱性較強(qiáng),花育34、ST001、遠(yuǎn)雜9847 的抗旱性一般，湘花2008 抗旱性較差。徐淑萍[9]、沈思言[2]采用隸屬函數(shù)值法，得到了多個(gè)茶樹(shù)品種的光合能力、耐旱性綜合分析結(jié)果。

本研究以武夷學(xué)院茶山基地栽培的7 個(gè)茶樹(shù)品種為對(duì)象，對(duì)葉片離體失水過(guò)程中的葉片形態(tài)、水分含量、光合色素、葉綠素?zé)晒鈪?shù)等指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定，分析葉片形態(tài)、水分、光合特性各指標(biāo)間的相關(guān)性，并采用模糊數(shù)學(xué)中的隸屬函數(shù)法，對(duì)7 種茶樹(shù)在高溫失水條件下的葉片保水、光合等綜合性能進(jìn)行分析比較，以期對(duì)茶樹(shù)種質(zhì)資源信息及抗旱育種提供一定的理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料

研究地點(diǎn)位于武夷學(xué)院茶山基地，該地區(qū)年平均氣溫17.9 ℃，降水量約為2000 mm，平均相對(duì)濕度80%[10]。實(shí)驗(yàn)材料為武夷學(xué)院茶樹(shù)種質(zhì)資源圃保存的7 個(gè)茶樹(shù)品種：水仙、毛蟹、肉桂、丹桂、金觀音、奇蘭、九龍袍。

1.2 方法

供試材料選取武夷山茶樹(shù)基地長(zhǎng)勢(shì)較一致的一年生茶樹(shù)，取茶樹(shù)頂端三片完全展開(kāi)葉，設(shè)定烘箱溫度為40 ℃，對(duì)茶樹(shù)葉片進(jìn)行0、1、2、3、4、5 和6 h 的離體模擬高溫失水干旱處理，0 h 為對(duì)照，共7 個(gè)處理，每次處理結(jié)束后立即測(cè)定葉片葉綠素含量及葉綠素?zé)晒鈪?shù)值，每個(gè)指標(biāo)進(jìn)行3 次生物學(xué)重復(fù)測(cè)定。

1.2.1 葉片形態(tài)及水分指標(biāo)

葉形態(tài)指標(biāo)選用數(shù)顯游標(biāo)卡尺測(cè)量葉片的葉長(zhǎng)a、葉寬b，計(jì)算葉片面積S=0.7546 ab、葉片指數(shù)=a/b。水分指標(biāo)測(cè)定項(xiàng)目及計(jì)算公式如下[11-13]：

稱葉片鮮質(zhì)量Wf，將其浸入蒸餾水中使葉片充分吸水至飽和狀態(tài)，得其質(zhì)量Wt；再將樣品烘干得干質(zhì)量Wd。

1.2.2 葉綠素含量

采用丙酮浸提-比色法測(cè)定，分別計(jì)算葉綠素a(chlorophyll a)、葉綠素b(chlorophyll b)、葉綠素總量(chlorophyll)[14]：Chla(mg/L)=12.7A663-2.69A645、Chlb(mg/L)=22.9A645-4.68A663、ChlT(mg/L)=Chla+Chlb=20.2A645+8.02A663。

1.2.3 葉綠素?zé)晒鈪?shù)

用德國(guó)Walz 公司的PAM 便攜式調(diào)制葉綠素?zé)晒鈨x，按儀器使用說(shuō)明測(cè)定以下指標(biāo)：葉綠素初始熒光F0、最大熒光Fm、PSII 的實(shí)際光合效率Y(II)、光化學(xué)熒光淬滅系數(shù)qP、非光化學(xué)淬滅系數(shù)NPQ、PSⅡ的最大光合效率Fv/Fm等[9]。

1.2.4 綜合評(píng)價(jià)

用模糊數(shù)學(xué)中的隸屬函數(shù)值法[15]，選取以上三類指標(biāo)中的RWC、RWL、WSD、Chla、Chlb、ChlT、F0、Fm、qP、NPQ、Y(II)、Fv/Fm12 個(gè)指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

隸屬函數(shù)值計(jì)算公式：

式中Xi為指標(biāo)測(cè)定值,Xmin、Xmax為所有參試材料某一指標(biāo)的最小值和最大值。

如果為負(fù)相關(guān),則用反隸屬函數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換,計(jì)算公式為：

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 26 軟件進(jìn)行方差分析和相關(guān)性分析，采用Excel 2003 軟件制作表格[16]。

2 結(jié)果與分析

2.1 茶樹(shù)葉片形態(tài)指標(biāo)及水分指標(biāo)分析

7 種茶樹(shù)葉片形態(tài)指標(biāo)方差分析表明，水仙、奇蘭的葉長(zhǎng)、葉寬、葉面積均顯著高于其余5 種，丹桂最小，九龍袍的葉片指數(shù)顯著高于其余6 種，葉型最為狹長(zhǎng)（P<0.05）（表1）。

表1 七種茶樹(shù)的葉片形態(tài)參數(shù)Tab.1 Leaf morphological parameters of seven tea trees

水分利用率是評(píng)價(jià)植物耐旱性強(qiáng)弱的重要指標(biāo)[17]。測(cè)定數(shù)據(jù)表明（表2），隨處理時(shí)間的延長(zhǎng)，葉片失水加劇，7 種茶樹(shù)葉片的相對(duì)含水量、葉片失水率均呈上升趨勢(shì)，而水分飽和虧缺（WSD）均下降趨勢(shì)，且皆在處理1-2 h 時(shí)間段內(nèi)的變幅最大，說(shuō)明這7 種茶樹(shù)對(duì)高溫失水反映迅速，均能耐受一定程度的高溫干旱。其中肉桂的RWC 變化最小（7.55%），表明其對(duì)干旱的耐受力在7 種茶樹(shù)中最強(qiáng)，在處理0-3 h 內(nèi)，水仙RWL的上升速率最低，金觀音的最大，處理6 h 后7 種茶樹(shù)葉片的RWL 大小依次為金觀音、肉桂、九龍袍、丹桂、毛蟹、水仙、奇蘭；此時(shí)WSD 值最小者是肉桂，僅3.49%。綜上，肉桂、水仙、奇蘭受到的影響較小，保水能力較優(yōu)，金觀音最弱。

表2 七種茶樹(shù)葉片RWC、RWL、WSD 隨高溫失水時(shí)間變化情況Tab.2 Changes of RWC、RWL and WSD of seven tea leaves with water loss time at high temperature

表3 7 種茶樹(shù)葉片形態(tài)與水分指標(biāo)的相關(guān)分析Tab.3 Correlation analysis between leaf morphological indexes and water physiological status of seven tea plants

7 種茶樹(shù)葉片形態(tài)與水分指標(biāo)的相關(guān)分析表明:葉長(zhǎng)、葉寬顯著正相關(guān)，葉面積和葉長(zhǎng)、葉寬極顯著正相關(guān)，WSD 與RWC 極顯著負(fù)相關(guān)，在高溫脅迫下，茶樹(shù)葉寬、葉面積和葉片指數(shù)與葉片失水率（RWL）顯著負(fù)相關(guān)。

2.2 茶樹(shù)葉片光合色素含量變化分析

光合色素含量變化直接影響植物光合能力[18]。測(cè)定結(jié)果表明（表4）：7 種茶樹(shù)的Chla 含量在30.07～30.74 mg/L 之間，屬同一水平，而Chlb 變幅在11.78～28.56 mg/L，品種間差異顯著（P<0.05）。在失水0～2 h 期間，7 種茶樹(shù)葉綠素總量除水仙保持不變、毛蟹上升外，其余5 種均下降、失水3～6 h 期間，除金觀音一直下降之外，其余6 種茶樹(shù)葉綠素總量均出現(xiàn)無(wú)規(guī)律波動(dòng)。

表4 7 種茶樹(shù)葉片離體失水過(guò)程中的葉綠素含量變化(mg/L)Tab.4 Changes of chlorophyll content in leaves of seven tea plants during water loss in vitro

2.3 茶樹(shù)葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)變化分析

葉綠素?zé)晒鈪?shù)中，Y(II)表示植物光合作用電子傳遞的量子產(chǎn)額，是植物葉片光合電子傳遞速率快慢的重要指標(biāo)[9]。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明（表5）：0～3 h 是茶樹(shù)高溫失水逆境下的重要反映期。多數(shù)茶樹(shù)品種在葉片失水過(guò)程中，Y(II)的變化為0～2 h 下降、2～3 h 上升、之后出現(xiàn)波動(dòng)，但差異不顯著。

表5 7 種茶樹(shù)葉片離體失水過(guò)程中的Y(II)變化Tab.5 Changes of Y(II) in leaves of seven tea plants during in vitro water loss

2.4 茶樹(shù)葉綠素?zé)晒鈪?shù)與葉綠素含量的相關(guān)分析

為明確高溫脫水逆境下植物的光合色素與葉綠素?zé)晒鈪?shù)有無(wú)直接關(guān)聯(lián)，分別對(duì)正常條件下和葉片失水處理3 h 兩種情況下7 種茶樹(shù)的葉綠素含量與葉綠素?zé)晒鈪?shù)值進(jìn)行相關(guān)分析，共選取13 項(xiàng)指標(biāo)（表6）。結(jié)果表明，正常條件下（對(duì)照0 h）：F0和Chla、Chlb、Chla+b 之間均極顯著正相關(guān)，NPQ 與qN 之間、qP 與qL 之間、Fm與Fv之間、Fv/F0與Fv/Fm之間也極顯著正相關(guān)，qP 與葉綠素含量、F0、NPQ 和qN 之間、qL 與NPQ 和qN 之間、F0/Fm與Fv/Fm和Fv/F0之間極顯著負(fù)相關(guān)；葉片失水處理3 h 時(shí)：極顯著正相關(guān)的有：Fm與F0、Fv、Fv/Fm、Fv/F0之間、qP 與qL 之間、Fv與Fv/Fm、Fv/F0之間、Fv/Fm與Fv/F0之間；顯著正相關(guān)的有：F0與Fv之間；極顯著負(fù)相關(guān)的有：F0/Fm與Fm、Fv、Fv/Fm、Fv/F0之間。

表6 7 種茶樹(shù)葉片熒光參數(shù)與葉綠素含量的相關(guān)性分析Tab.6 Correlation analysis between fluorescence parameters and chlorophyll content in seven tea leaves

2.5 茶樹(shù)水分-色素-熒光參數(shù)隸屬函數(shù)分析

由于水分-色素-熒光參數(shù)三類指標(biāo)的含義及單位均不同，故而本文采用隸屬函數(shù)分析法對(duì)三類指標(biāo)綜合考量，根據(jù)平均隸屬函數(shù)值的大小將7 個(gè)茶樹(shù)品種在高溫干旱失水條件下的抗性進(jìn)行排序（表7）。具體分析以7 種茶樹(shù)葉片脫水6 h 后的12 個(gè)指標(biāo)為依據(jù)，排序結(jié)果表明7 個(gè)茶樹(shù)品種在高溫、干旱、失水條件下，抗性由大到小的順序?yàn)椋喝夤穑揪琵埮郏镜す穑久罚窘鹩^音＞水仙＞奇蘭。

表7 7 個(gè)茶樹(shù)品種綜合三類指標(biāo)的隸屬函數(shù)值Tab.7 Membership function values of three comprehensive indexes of seven tea varieties

3 結(jié)論與討論

高水分利用率是作物抵御高溫干旱脅迫的重要途徑之一，茶樹(shù)是典型的亞熱帶常綠植物，全年降水量需求高達(dá)1000～1400 mm，水分利用效率的高低可作為評(píng)價(jià)茶樹(shù)耐旱性強(qiáng)弱的指標(biāo)[17]。本實(shí)驗(yàn)對(duì)7 個(gè)茶樹(shù)品種的測(cè)定結(jié)果表明：茶樹(shù)的葉片形態(tài)與保水性能之間有一定相關(guān)性，在高溫脅迫下，茶樹(shù)葉寬、葉面積和葉片指數(shù)與葉片失水率（RWL）顯著負(fù)相關(guān)。水分測(cè)定數(shù)據(jù)表明，隨處理時(shí)間的延長(zhǎng)，7 種茶樹(shù)葉片的RWC、RWL 均呈上升趨勢(shì)，而WSD 均下降，且皆在處理1-2 h 時(shí)間段內(nèi)變幅最大，說(shuō)明這7 種茶樹(shù)對(duì)高溫失水反映迅速，均能在高溫脅迫初期通過(guò)調(diào)節(jié)自身水分提高抗旱能力，耐受一定程度的高溫干旱。其中，肉桂、水仙、奇蘭保水能力較優(yōu)，金觀音的最弱。

光合色素含量測(cè)定表明，7 種茶樹(shù)品種的Chla 含量處于同一水平（30.07～30.74 mg/L），而Chlb 的變幅較大（11.78～28.56 mg/L）且品種之間差異顯著；失水0～2 h 期間，7 種茶樹(shù)葉綠素總量除了水仙保持不變、毛蟹上升之外，其余5 種均下降。

對(duì)上述光合色素含量和葉綠素?zé)晒鈪?shù)兩類共13 項(xiàng)指標(biāo)的相關(guān)分析表明，茶樹(shù)的光合色素與葉綠素?zé)晒鈪?shù)間有相關(guān)性，并且在正常條件下和高溫失水時(shí)（3 h）的相關(guān)性存在差異。

植物在逆境下的表現(xiàn)受諸多因素的共同影響，單一類型指標(biāo)的判斷易造成誤差。因此，本實(shí)驗(yàn)用隸屬函數(shù)分析法綜合水分指標(biāo)、色素含量、葉綠素?zé)晒鈪?shù)三類共12 個(gè)指標(biāo)，評(píng)價(jià)7 種茶樹(shù)對(duì)高溫脫水逆境的適應(yīng)能力，結(jié)果表明7 個(gè)茶樹(shù)品種的抗性由大到小為肉桂＞九龍袍＞丹桂＞毛蟹＞金觀音＞水仙＞奇蘭。