茶樹抗非生物逆境的研究進(jìn)展

曹 丹，馬林龍，金孝芳，龔自明

（湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院果樹茶葉研究所，湖北 武漢 430064）

作物在生長(zhǎng)發(fā)育中對(duì)自然界的適應(yīng)能力不僅取決于其自身的遺傳特性，而且還會(huì)受外界環(huán)境中生物因素（動(dòng)物、病原菌）和非生物因素的影響。非生物脅迫主要包括旱害、鹽害、低溫和重金屬脅迫等不良環(huán)境條件。每年在世界范圍內(nèi)非生物脅迫所導(dǎo)致的農(nóng)作物減產(chǎn)量超過平均產(chǎn)量的1/2。茶樹常會(huì)遇到多種逆境脅迫，嚴(yán)重影響茶樹正常的生長(zhǎng)發(fā)育，可導(dǎo)致茶樹減產(chǎn)甚至死亡，從而給茶葉生產(chǎn)造成極大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，研究逆境對(duì)茶樹的影響對(duì)于抗逆性品種的選育具有非常重要的意義。

1 非生物脅迫對(duì)茶樹生長(zhǎng)發(fā)育的影響

1.1 干旱對(duì)茶樹生長(zhǎng)發(fā)育的影響

干旱致使植物細(xì)胞失水，正常的細(xì)胞結(jié)構(gòu)被破壞，影響植物水分和二氧化碳的動(dòng)態(tài)平衡，進(jìn)而影響植物光合作用和物質(zhì)運(yùn)輸[1]。近年，對(duì)于茶樹干旱脅迫研究較多的主要有干旱對(duì)茶樹滲透調(diào)節(jié)系統(tǒng)、保護(hù)酶系統(tǒng)、內(nèi)源激素、光合作用等的影響。研究表明，干旱脅迫可使茶樹體內(nèi)脯氨酸含量增加，其升高程度和旱害程度與茶樹的抗旱性相關(guān)。此外，干旱還可導(dǎo)致葉片可溶性蛋白質(zhì)含量減少以及可溶性糖含量升高，其變化幅度大的多為抗旱能力較強(qiáng)的品種[2]。有學(xué)者認(rèn)為，在干旱脅迫下，茶樹中CAT（過氧化氫酶）和SOD（超氧化物歧化酶）的活性呈現(xiàn)先升后降的趨勢(shì)，且活性增加的速度與葉齡相關(guān)，不過增加的速度均表現(xiàn)為“快—慢”的趨勢(shì)；另有研究者發(fā)現(xiàn)茶樹在抗旱脅迫時(shí)體內(nèi)SOD、POD（過氧化物酶）和CAT活性的增加跟茶樹抗旱能力的提高相關(guān)[3]。潘根生等[4-8]對(duì)不同水分脅迫下茶樹內(nèi)源激素含量的消長(zhǎng)進(jìn)行了研究，結(jié)果表明在水分脅迫下，葉片內(nèi)源玉米素含量降低，脫落酸和吲哚乙酸迅速累積。郭春芳等[9]研究發(fā)現(xiàn)聚乙二醇脅迫下茶樹幼苗葉片的葉綠素?zé)晒鈪?shù)Fv，F(xiàn)m，F(xiàn)v/Fm，F(xiàn)v/Fo、Yield、T1/2、qP 和ETR 等都呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，綜合反映了茶樹幼苗在水分脅迫下PSII 損傷和光合功能受到抑制。茶樹在干旱脅迫下的反應(yīng)極其復(fù)雜，涉及多種基因的表達(dá)。孫云南等[10]利用cDNA-AFLP 技術(shù)研究茶樹在干旱脅迫下基因的差異表達(dá)，共獲得27個(gè)表達(dá)片段，并通過RT-PCR 驗(yàn)證GH2 和GH15 片段均受到干旱脅迫誘導(dǎo)表達(dá)。陳盛相等[11]采用mRNA 差異顯示技術(shù)研究了干旱與正常對(duì)照的mRNA 差異表達(dá)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在干旱條件下減量表達(dá)的片段N3-5 與茶樹無性系Sajin 茶葉色突變基因組序列標(biāo)簽S31.B15 有75%的同源性，故推測(cè)，該片段可能與茶樹的抗旱性相關(guān)。此外，研究發(fā)現(xiàn)干旱脅迫還可影響茶樹的形態(tài)特征和主要內(nèi)含成分等。

1.2 鹽脅迫對(duì)茶樹生長(zhǎng)發(fā)育的影響

當(dāng)土壤中鹽分含量超過0.3%時(shí)，植物就會(huì)受到傷害。鹽害可使植物受到離子毒害，以及植物滲透失水等。鹽離子可使根部土壤滲透勢(shì)升高，引起細(xì)胞脫水，導(dǎo)致細(xì)胞失去膨壓，進(jìn)而影響細(xì)胞生理代謝功能，同時(shí)單一鹽離子濃度過高會(huì)抑制根部對(duì)其他無機(jī)離子的吸收，導(dǎo)致單鹽毒害[1]。周旋等[12]研究了外源水楊酸（SA）對(duì)鹽脅迫下茶樹的影響，結(jié)果顯示一定濃度的外源SA 可大幅度提高鹽脅迫下茶樹葉片的相對(duì)含水量，降低水分飽和虧；能顯著提高抗氧化物質(zhì)的含量以及增強(qiáng)茶樹葉片抗氧化酶的活性；此外，還可促進(jìn)鹽脅迫下茶樹光合速率的提高，并緩解茶樹葉片受到的損傷。柳潔等[13]進(jìn)行了鹽脅迫下叢枝菌根對(duì)茶樹生長(zhǎng)及茶葉品質(zhì)的影響研究，表明叢枝菌根真菌（AMF）可以通過促進(jìn)鹽脅迫下茶樹對(duì)礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)的吸收，促進(jìn)茶樹生長(zhǎng)，增強(qiáng)茶樹對(duì)鹽脅迫的耐性，進(jìn)而提高茶葉產(chǎn)量和改善其營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)。此外，王麗珊等[14]應(yīng)用同源克隆方法獲得茶樹P5CS 基因，預(yù)測(cè)其為親水性跨膜蛋白，并對(duì)18個(gè)物種的P5CS 進(jìn)行聚類分析，得出生物學(xué)酚類及進(jìn)化關(guān)系相吻合。利用RT-PCR 分析表明，該基因轉(zhuǎn)錄本在高鹽脅迫48 h 后升至9.9 倍，故該基因可能與滲透脅迫有關(guān)。

1.3 低溫對(duì)茶樹生長(zhǎng)發(fā)育的影響

低溫可分為零上低溫和零下低溫。零上低溫對(duì)植物的危害成為冷害，而零下低溫可使植物產(chǎn)生胞外冰核，乃至胞內(nèi)冰核，對(duì)其造成的損害為凍害[15]。低溫對(duì)茶樹的傷害主要是在原生質(zhì)膜。張玉翠等[16]研究表明，不同低溫脅迫可使茶樹葉片的丙二醛含量和電解質(zhì)的滲透率均呈上升趨勢(shì)，POD 和SOD 活性變化趨勢(shì)大致相同，均表現(xiàn)為“先升后降”，而CAT 的活性呈下降趨勢(shì)。鄒中偉等[17]利用cDNA-AFLP 技術(shù)分析了茶樹在低溫脅迫下的基因差異表達(dá)，用16 對(duì)引物對(duì)3個(gè)樣品池進(jìn)行差異條帶的篩選，研究表明，在冷脅迫的不同處理時(shí)期相關(guān)基因的表達(dá)存在顯著差異，共得到86個(gè)差異片段，在選擇回收的差異表達(dá)片段中，通過Blast 序列同源性分析，發(fā)現(xiàn)片段5 與擬南芥冷誘導(dǎo)表達(dá)相關(guān)60sRPL7B 有89%的同源性，片段8 與1種逆境誘導(dǎo)蛋白有79%的同源性。尹盈[18]通過花序侵染法，將CsICE、CsCBF基因轉(zhuǎn)到擬南芥中，對(duì)其進(jìn)行低溫脅迫，通過生理指標(biāo)測(cè)定，結(jié)果表明野生型株系的抗寒性效果不如轉(zhuǎn)基因株系的好，CsCBF基因可以提高植物抵抗低溫的能力。

1.4 重金屬脅迫對(duì)茶樹生長(zhǎng)發(fā)育的影響

近年，隨著農(nóng)業(yè)、工業(yè)和交通業(yè)的高速發(fā)展，利用各種方式排入環(huán)境中的重金屬（如Cu、Hg、Pb、Cd、Cr 和As 等）、農(nóng)藥（如菊酯類、有機(jī)磷類和有機(jī)氯類農(nóng)藥）越來越多，導(dǎo)致農(nóng)產(chǎn)品受到的污染和危害也越來越嚴(yán)重。重金屬對(duì)茶樹的影響可能是通過改變土壤微生物生活環(huán)境、微生物的生命過程以及土壤酸度等，進(jìn)而改變茶樹對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和重金屬的吸收積累[19]。韓文炎等[20]研究發(fā)現(xiàn)，過多的鋅會(huì)抑制茶樹的生長(zhǎng)，并導(dǎo)致產(chǎn)量和品質(zhì)下降。另外，馬偉偉等[21]利用mRNA 差異顯示技術(shù)對(duì)3個(gè)代表性樣品進(jìn)行了研究，選取差異表達(dá)的陽性基因片段，經(jīng)Blast 比對(duì)分析，發(fā)現(xiàn)其與控制絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶家族基因和葡萄的假定蛋白同源性較高，可能與茶樹新梢生理生化以及各類代謝變化有關(guān)。

茶葉中的重金屬主要來源于土壤、大氣、水和加工過程。其中，茶園土壤是茶葉中的重金屬最直接和最主要的污染源。目前對(duì)于土壤重金屬污染的研究主要集中在污染后的修復(fù)上，如有研究者將磷肥和稻草添加到茶園土壤中可以改變重金屬Zn、Cu、Pb 和Cd的形態(tài)分布，可以降低提取態(tài)的重金屬含量[22]。然而，關(guān)于任何污染的治理，預(yù)防都是最重要的，解決土壤重金屬污染的關(guān)鍵還在于從源頭上把關(guān)。

2 展 望

茶樹除了可能遭受上述非生物環(huán)境脅迫外，還有可能會(huì)受到淹澇、高溫及強(qiáng)光等的影響。對(duì)茶樹品種的選育不僅要關(guān)注產(chǎn)量、品質(zhì)以及抗病、抗蟲性等性狀的改良，而且要注重茶樹抵抗非生物脅迫能力的增強(qiáng)?，F(xiàn)今對(duì)茶樹的抗逆研究取得了顯著成果，然而仍有一些不足。

（1）茶樹在生長(zhǎng)過程中，往往可能同時(shí)受到低溫、干旱以及土壤鹽漬化等各種環(huán)境脅迫，但是有關(guān)茶樹逆境交叉適應(yīng)的研究少有報(bào)道。因此，有關(guān)茶樹逆境交叉適應(yīng)脅迫預(yù)處理?xiàng)l件及逆境交叉適應(yīng)性機(jī)理還有待進(jìn)一步研究。

（2）針對(duì)重金屬脅迫對(duì)茶樹的影響研究中，茶園土壤的重金屬也并不是單一存在的，而是多種元素相互作用，實(shí)際上復(fù)合污染的情況更常見?，F(xiàn)有研究大多集中在單一污染的試驗(yàn)中，而多種重金屬復(fù)合污染的研究少有報(bào)道，因此對(duì)復(fù)合重金屬的污染及其致毒機(jī)理的研究有待加強(qiáng)。

（3）目前，對(duì)茶樹逆境的響應(yīng)機(jī)制研究大多集中在生理變化和抗逆反應(yīng)上，然而對(duì)其相關(guān)分子機(jī)制的研究較少，故挖掘調(diào)控茶樹對(duì)不同逆境反應(yīng)代謝途徑、基因和蛋白質(zhì)，對(duì)具有脅迫抗性種質(zhì)資源的育成具有深遠(yuǎn)的意義。

[1]黃 云，藍(lán)家樣，陳全求，等. 淺述棉花的抗逆性與抗逆育種研究進(jìn)展[J]. 棉花科學(xué)，2015，37（1）：3-9.

[2]黃福平，陳榮冰. 茶樹抗旱生理研究進(jìn)展[J]. 福建茶葉，2000，（3）：2-4.

[3]韋朝領(lǐng)，李葉云，江昌俊. 茶樹逆境生理及其分子生物學(xué)研究進(jìn)展[J]. 安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，36（3）：335-339.

[4]潘根生，吳伯千，沈生榮，等. 水分脅迫過程中茶樹新梢內(nèi)源激素水平的消長(zhǎng)及其與耐旱性的關(guān)系[J]. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，1996，29（5）：9-15.

[5]王守生. 茶樹游離脯氨酸含量及水分脅迫對(duì)其影響[J]. 茶葉，1995，（1）：22-25.

[6]Stephens W.A water stress index for tea（Camellia sinensis）[J].Experimental Agriculture，1989，25（4）：545-558.

[7]廖書娟，李華鈞，吉當(dāng)嶺. 干旱脅迫對(duì)茶樹內(nèi)源ABA 的影響[J]. 福建茶葉，2004，（4）：26-27.

[8]潘根生，錢利生，吳伯干，等. 茶樹新梢生育的內(nèi)源激素水平及其調(diào)控機(jī)理（第三報(bào)）干旱脅迫對(duì)茶樹內(nèi)源激素的影響[J]. 茶葉，

2001，27（1）：35-38.

[9]郭春芳，孫 云，李 偉，等. 聚乙二醇脅迫對(duì)茶樹幼苗葉片葉綠素?zé)晒馓匦缘挠绊慬J].福建農(nóng)林大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，37（1）：41-46.

[10]孫云南，陳林波，夏麗飛，等. 干旱脅迫下茶樹基因表達(dá)的AFLP分析[J].植物生理學(xué)報(bào)，2012，48（3）：241-246.

[11]陳盛相，齊桂年，夏建冰，等. 茶樹在干旱條件下的mRNA 差異表達(dá)[J]. 茶葉科學(xué)，2012，32（1）：53-58.

[12]周 旋. 鹽脅迫下茶樹對(duì)外源水楊酸的生理響應(yīng)[D]. 楊凌：西北農(nóng)林科技大學(xué)，2014.

[13]柳 潔，肖 斌，王麗霞，等. 鹽脅迫下叢枝菌根（AM）對(duì)茶樹生長(zhǎng)及茶葉品質(zhì)的影響[J]. 茶葉科學(xué)，2013，33（2）：140-146.

[14]王麗珊，林清凡，陳蘭平，等. 茶樹P5CS 基因克隆及其在滲透和高鹽脅迫下的表達(dá)分析[J]. 熱帶作物學(xué)報(bào)，2015，36（1）：68-75.

[15]Pearce R S. Plant freezing and damage[J]. Annals of Botany，2001，（87）：417-424.

[16]張玉翠，王連翠. 低溫對(duì)茶樹葉片膜透性和保護(hù)酶活性的影響[J]. 北方園藝，2010,（9）：38-40.

[17]鄒中偉，房婉萍，張 定，等. 低溫脅迫下茶樹基因表達(dá)的差異分析[J]. 茶葉科學(xué)，2008，28（4）：249-254.

[18]尹 盈. 茶樹低溫脅迫轉(zhuǎn)錄因子CsICE 和CsCBF 的亞細(xì)胞定位、表達(dá)分析及功能驗(yàn)證[D].南京：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)，2013.

[19]雷 雨，蘇曉倩，王 芳，等. 茶樹重金屬脅迫研究概況[J].中國(guó)食物與營(yíng)養(yǎng)，2010，（5）：19-23.

[20]韓文炎，許允文，伍炳華. 銅與鋅對(duì)茶樹生育特性及生理代謝的影響Ⅱ．鋅對(duì)茶樹的生長(zhǎng)和生理效應(yīng)[J]. 茶葉科學(xué)，1994，14（1）：23-29.

[21]馬偉偉. 鉛脅迫水培茶樹新梢特征成分與基因表達(dá)的差異性[D]. 雅安：四川農(nóng)業(yè)大學(xué)，2012.

[22]胡星明，袁新松，王麗平，等. 磷肥和稻草對(duì)土壤重金屬形態(tài)微生物活性和植物有效性的影響[J]. 環(huán)境科學(xué)研究，2001，25（1）：77-82.