低溫對(duì)茶樹葉片生理生化指標(biāo)的影響

劉宇鵬，陳 芳，胡家敏，谷曉平,2*

(1.貴州省山地環(huán)境氣候研究所，貴州 貴陽(yáng) 550002； 2.貴州省山地氣候與資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴州 貴陽(yáng) 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(jīng)濟(jì)作物之一，也是貴州農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的重要組成部分。近年來(lái)，種植規(guī)模不斷擴(kuò)大，種植面積2015年達(dá)到46萬(wàn)hm2，位居全國(guó)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(xiàn)象[1]，根據(jù)霜凍發(fā)生時(shí)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(fā)生凍害的主要原因。茶樹新生芽對(duì)低溫非常敏感，由于氣候變化，明顯的冬暖現(xiàn)象導(dǎo)致貴州茶樹茶芽萌動(dòng)期提前，春季霜凍使春茶生產(chǎn)面臨巨大威脅，搞清霜凍對(duì)茶樹的危害對(duì)指導(dǎo)茶葉生產(chǎn)具有重要意義。低溫影響植物多方面的生理生化指標(biāo)，包括葉綠素含量、葉綠素?zé)晒鈪?shù)、可溶性糖含量、相對(duì)電導(dǎo)率等，本研究應(yīng)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(shí)驗(yàn)，測(cè)定不同低溫條件下茶樹葉片生理生化指標(biāo)的變化，以期為春茶生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)，減少低溫對(duì)茶葉生產(chǎn)的影響。

1 材料與方法

1.1 材料及設(shè)計(jì)

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(gòu)自貴州省湄潭縣茶樹種植基地，選擇長(zhǎng)勢(shì)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(jīng)過(guò)3個(gè)月緩苗期后生長(zhǎng)良好。

1.1.2 設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)于2017年3—4月在貴州省人工氣候室進(jìn)行。所有試驗(yàn)材料在低溫處理前置于人工氣候室預(yù)冷處理7 d，然后開始正式試驗(yàn)，此時(shí)茶樹處于萌芽期。

實(shí)驗(yàn)按日最低氣溫-2、-1、0 ℃共設(shè)置3個(gè)處理，每個(gè)處理分別持續(xù)1、2、3 d，以日最低氣溫20 ℃作為對(duì)照。分析貴州地區(qū)多年春季低溫天氣過(guò)程發(fā)現(xiàn)，當(dāng)出現(xiàn)低溫天氣過(guò)程時(shí)氣溫日較差一般在5 ℃左右，因此設(shè)置每個(gè)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(guò)程，每日氣溫從最低升至最高，然后再降至最低(表1)。每個(gè)處理結(jié)束后按照“兩葉一芽”的標(biāo)準(zhǔn)采樣，用冰袋保存立刻送往實(shí)驗(yàn)室，每個(gè)指標(biāo)重復(fù)測(cè)試3次取平均值。

1.2 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.2.1 測(cè)定指標(biāo)

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

1.2.2 數(shù)據(jù)分析

用Excel 2003對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

表1 人工氣候室模擬低溫天氣過(guò)程溫度設(shè)置 ℃

2 結(jié)果與分析

2.1 低溫對(duì)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(xì)胞受害程度，其含量越高，植物受害越嚴(yán)重[8]。從圖1可以看出，與對(duì)照相比，在相同的處理時(shí)間內(nèi)，3個(gè)處理MDA含量都高于對(duì)照，且溫度越低，MDA含量越高。同一處理下，隨著持續(xù)天數(shù)增加，MDA含量也不斷增加。表明低溫處理下，溫度越低，持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)，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(duì)茶樹葉片可溶性蛋白含量的影響

植物受到低溫脅迫時(shí)，通過(guò)可溶性蛋白的積累提高細(xì)胞液濃度，降低其滲透勢(shì)，維持細(xì)胞膨壓，對(duì)細(xì)胞膜起到保護(hù)作用[9]。從圖2可以看出，日最低氣溫在-1和0 ℃時(shí)，隨著持續(xù)天數(shù)的增加，可溶性蛋白含量逐漸增加，而日最低氣溫在-2 ℃時(shí)，隨著持續(xù)天數(shù)的增加，可溶性蛋白含量不升反降，有可能在此溫度強(qiáng)度下，茶樹受到嚴(yán)重傷害，自身保護(hù)系統(tǒng)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(duì)茶樹葉片SOD活性的影響

SOD是一種存在于植物體內(nèi)的可以清除超氧陰離子自由基的酶，當(dāng)植物在逆境條件下，SOD活性會(huì)迅速增強(qiáng)，抑制細(xì)胞膜內(nèi)不飽和脂肪酸的過(guò)氧化作用，從而起到保護(hù)細(xì)胞膜的作用[10]。從圖3可以看出，與對(duì)照相比，相同的持續(xù)天數(shù)下，溫度越低，SOD活性越強(qiáng)；同一低溫處理下，持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)，SOD活性越強(qiáng)。表明低溫脅迫下，氣溫越低，持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)，SOD活性越強(qiáng)。

圖3 低溫脅迫下茶樹葉片SOD活性變化

2.4 低溫對(duì)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(guān)系密切[11]。從圖4可以看出，與對(duì)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(xù)天數(shù)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(xù)時(shí)間越長(zhǎng)，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(duì)茶樹葉片POD活性的影響

POD是植物抗氧化系統(tǒng)的組成部分，能夠清除超氧自由基，抵御組織細(xì)胞膜質(zhì)過(guò)氧化[12]，其活性大幅升高對(duì)于維持細(xì)胞膜的穩(wěn)定非常重要。從圖5可以看出，與對(duì)照相比，相同持續(xù)時(shí)間下，3組處理POD活性都高于對(duì)照，且溫度越低，活性越高。同一低溫處理下，持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)，POD活性越高。表明低溫脅迫下，溫度越低，持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)，POD活性越強(qiáng)。

圖5 低溫脅迫下茶樹葉片POD活性變化

3 小結(jié)與討論

低溫對(duì)于茶樹生理生化指標(biāo)的影響，多年來(lái)有很多的研究。李葉云等[13]的研究發(fā)現(xiàn)，在-6 ℃時(shí)，不同茶樹品種可溶性蛋白含量高于對(duì)照(未經(jīng)低溫處理)，在-15和-18 ℃時(shí)則低于對(duì)照，表明-6 ℃的低溫不會(huì)對(duì)茶樹葉片的細(xì)胞膜造成損傷。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果則表明，日最低氣溫-2 ℃時(shí)，茶樹的細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)就遭到了破壞，這可能與茶樹品種自身的抗寒性有關(guān)。張玉翠等[14]研究結(jié)果表明，隨著溫度降低，農(nóng)抗早、鳧早二號(hào)、福鼎大白茶3個(gè)茶樹品種的MDA含量均呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，這點(diǎn)與本文的研究結(jié)果一致，但是POD活性和SOD活性則表現(xiàn)出先升后降的趨勢(shì)，本文研究結(jié)果則是這兩種酶活性表現(xiàn)出不斷上升的趨勢(shì)，這種差異說(shuō)明低溫脅迫初期，這兩種保護(hù)酶通過(guò)增加活性消除低溫引起的細(xì)胞內(nèi)自由基的積累，但是當(dāng)超過(guò)一定溫度界限，低溫會(huì)造成酶活性下降，細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)和功能受損。楊再?gòu)?qiáng)等[15]研究結(jié)果表明，烏井43號(hào)、鳩坑、烏牛早、福鼎大白茶4個(gè)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(jié)果一致。朱政等[16]將茶樹枝條置于-5 ℃下持續(xù)10 d，發(fā)現(xiàn)茶樹葉片SOD活性先下降后上升再下降，作者認(rèn)為出現(xiàn)這種變化可能是低溫脅迫初期植物體內(nèi)活性氧含量突然增加導(dǎo)致SOD活性下降，隨后低溫誘導(dǎo)SOD合成，活性又升高，之后隨著低溫脅迫加劇，植物防御系統(tǒng)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(duì)低溫環(huán)境逐漸適應(yīng)的表現(xiàn)。

綜上所述，本實(shí)驗(yàn)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(qiáng)，葉綠素含量不斷下降。通過(guò)與前人研究成果對(duì)比分析，有必要增加溫度和低溫持續(xù)時(shí)間梯度設(shè)置，才能更加科學(xué)準(zhǔn)確地得出低溫對(duì)本地茶樹品種造成危害的界限溫度，同時(shí)，低溫過(guò)后茶樹恢復(fù)情況的分析對(duì)比也很有必要。