低溫凍害對(duì)茶樹(shù)生理的影響及應(yīng)對(duì)技術(shù)

郝心愿，王璐，曾建明，李娜娜，丁長(zhǎng)慶，楊亞軍，王新超

中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所 國(guó)家茶樹(shù)改良中心，310008

低溫是影響茶葉生產(chǎn)、茶樹(shù)生長(zhǎng)和地域分布的最重要環(huán)境因子之一。通常在環(huán)境溫度下降過(guò)程中，茶樹(shù)體內(nèi)會(huì)發(fā)生一系列的適應(yīng)性變化，以增強(qiáng)低溫耐受能力，但是不同生長(zhǎng)階段和遺傳背景的茶樹(shù)材料抗寒性存在明顯差異。近年來(lái)隨著氣候變化加劇，極端氣候條件下的低溫凍害給茶葉生產(chǎn)造成巨大損失，抗寒機(jī)理成為茶學(xué)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)，也取得了很多新的進(jìn)展。生產(chǎn)上針對(duì)低溫凍害已形成了一套較為完善的技術(shù)措施，但仍缺乏經(jīng)濟(jì)有效的方法來(lái)快速提高茶樹(shù)的抗寒能力。

一、茶樹(shù)對(duì)低溫凍害的生理學(xué)響應(yīng)

通常小葉種茶樹(shù)抗寒能力強(qiáng)于大葉種茶樹(shù)，成熟組織對(duì)低溫的耐受能力好于幼嫩部位。不同茶樹(shù)材料葉片組織結(jié)構(gòu)存在較大差異，不同組織的厚度和排列緊密程度與葉片抗寒能力密切相關(guān)[1]。自然越冬過(guò)程中，茶樹(shù)葉片的上表皮、下表皮、柵欄組織和海綿組織厚度隨時(shí)間推移總體上呈現(xiàn)先降低后升高的變化趨勢(shì)[2]。研究還表明葉片中的束縛水含量及所占比例、不飽和脂肪酸含量及脂肪酸不飽和指數(shù)、可溶性糖含量、脯氨酸含量和γ-氨基丁酸含量等隨溫度降低顯著增加，是茶樹(shù)提高自身抗寒能力的重要生理代謝變化[3-6]。目前用于表征茶樹(shù)抗寒能力或者受低溫傷害程度的生理指標(biāo)主要包括電導(dǎo)率、半致死溫度、Fv/Fm、丙二醛含量、脯氨酸含量和可溶性糖含量等[7]。當(dāng)茶樹(shù)經(jīng)歷低溫脅迫后，除物理結(jié)構(gòu)的損傷外，葉肉細(xì)胞中活性氧的過(guò)度積累可能是導(dǎo)致葉片受損的主要原因，不同茶樹(shù)品種對(duì)積累活性氧清除能力的強(qiáng)弱存在差異，進(jìn)而影響抗寒性[8]。

我國(guó)多數(shù)茶區(qū)冬季最低溫度低于0℃，茶樹(shù)能夠安全越冬免受低溫傷害的主要原因是在臨界低溫來(lái)臨前存在一個(gè)冷馴化過(guò)程，其間茶樹(shù)在形態(tài)結(jié)構(gòu)如組織結(jié)構(gòu)變化、細(xì)胞壁加厚等，以及生理生化如可溶性糖、不飽和脂肪酸、保護(hù)性酶類(lèi)、小分子抗凍蛋白積累等方面發(fā)生了一系列的適應(yīng)性變化，抗寒能力明顯增強(qiáng)[9]。冷馴化是一個(gè)復(fù)雜的生理過(guò)程，涉及到激素響應(yīng)、膜的穩(wěn)定性、抗氧化系統(tǒng)、光合作用和碳水化合物合成等，是目前茶樹(shù)抗寒機(jī)理研究的熱點(diǎn)[10]。分子生物學(xué)手段特別是多種組學(xué)的應(yīng)用得以在轉(zhuǎn)錄、代謝和蛋白水平對(duì)茶樹(shù)冷馴化過(guò)程中胞內(nèi)發(fā)生的變化進(jìn)行了更為全面的揭示，大量參與低溫響應(yīng)的轉(zhuǎn)錄因子、功能基因和信號(hào)途徑被鑒定[7]。植物激素、鈣離子信號(hào)、MAPK 信號(hào)、活性氧代謝、糖代謝、光合作用、脂肪酸代謝、抗凍蛋白積累等被認(rèn)為是茶樹(shù)冷馴化過(guò)程中參與低溫信號(hào)感知和抗寒能力提升的關(guān)鍵信號(hào)途徑和生物學(xué)過(guò)程[9,11]。

近年來(lái)隨著氣候變化加劇，不規(guī)律的極端低溫天氣頻繁發(fā)生，對(duì)茶葉生產(chǎn)造成巨大損失。早春茶樹(shù)脫馴化后的低溫，特別是倒春寒天氣對(duì)茶葉生產(chǎn)為害最大，因?yàn)檫@個(gè)時(shí)期的茶樹(shù)在低溫脅迫前沒(méi)有冷馴化過(guò)程，新梢低溫抗性也較成熟葉弱。

研究表明與冷脅迫相比，冷馴化過(guò)程中有更多的基因表達(dá)存在差異調(diào)控，二者在信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、應(yīng)激反應(yīng)、激素相關(guān)信號(hào)途徑、糖代謝、活性氧代謝和光合作用中均存在明顯差異[12]。在冷馴化過(guò)程中，茶樹(shù)中大量低溫相關(guān)基因被激活，細(xì)胞壁不斷加厚，對(duì)低溫耐受力增強(qiáng)；而在冷脅迫條件下，低溫引起的大量活性氧積累不能被及時(shí)清除，引起組織損傷，茶樹(shù)表現(xiàn)為凍害[13]。與成熟葉相比，萌發(fā)新梢中MAPK 依賴(lài)的乙烯信號(hào)途徑和鈣離子信號(hào)途徑均會(huì)被低溫快速誘導(dǎo)，進(jìn)而激活下游低溫信號(hào)，提高活性氧清除能力和糖代謝水平，增強(qiáng)新梢低溫抗性[14]。低溫脅迫下，包括兒茶素、花青素在內(nèi)的茶樹(shù)次生代謝會(huì)發(fā)生顯著變化，其在增強(qiáng)受凍組織抗氧化能力中的作用正越來(lái)越多地被關(guān)注[15-16]。

二、應(yīng)對(duì)低溫凍害的技術(shù)措施

1.預(yù)防凍害措施

影響茶樹(shù)抗寒性的因素是多方面的，因此凍害防治需要綜合品種、栽培管理、防御補(bǔ)救等多種措施[17-18]。通常預(yù)防茶樹(shù)凍害的措施主要有以下幾個(gè)方面。

（1）合理選址、科學(xué)建園，栽種抗凍能力強(qiáng)的優(yōu)良品種

一般茶園建設(shè)首選背風(fēng)向陽(yáng)地段。海拔較高的地區(qū)還可以通過(guò)茶園外圍構(gòu)建防護(hù)林帶幫助阻擋寒流，改善茶園氣候。

（2）行間套種綠肥或培土增溫

可以通過(guò)行間種植綠肥以提高土壤溫度，防止凍害的同時(shí)有效控制田間雜草。如未套種綠肥，可將雜草、秸稈、草皮、稻麥殼、廄肥等于寒潮來(lái)臨前鋪蓋在茶園行間，以減少凍害。還可以結(jié)合耕作在茶樹(shù)根部覆土，保護(hù)茶樹(shù)根系免受凍害。

（3）茶園熏煙、覆蓋、噴淋或者安裝防霜風(fēng)扇

在晚霜來(lái)臨之前，氣溫降至2℃左右時(shí)，可視風(fēng)向、地勢(shì)在茶園設(shè)堆點(diǎn)火，通過(guò)熏煙的方法預(yù)防晚霜凍害。有條件的茶園可以對(duì)茶蓬進(jìn)行適當(dāng)覆蓋。有噴灌設(shè)施的，可以在氣溫降低到0℃左右時(shí)及時(shí)噴水，減輕霜凍危害。還可以在茶園安裝大型防霜風(fēng)扇，通過(guò)增強(qiáng)近地面空氣對(duì)流防止霜害。

（4）加強(qiáng)茶園管理，提高茶樹(shù)抗寒能力

結(jié)合秋季深耕施足基肥，幼齡茶園建議有機(jī)肥和茶樹(shù)專(zhuān)用肥配合施用，增強(qiáng)樹(shù)勢(shì)，提高抗寒抗力。干旱地區(qū)在寒潮來(lái)臨前，可以通過(guò)茶園澆灌增加土壤含水量，改善茶園小氣候，降低受凍風(fēng)險(xiǎn)。

2.凍害補(bǔ)救措施

茶樹(shù)一旦遭受凍害應(yīng)及時(shí)采取合理的補(bǔ)救措施，減少損失，加快樹(shù)勢(shì)恢復(fù)。

（1）及時(shí)整枝修剪

根據(jù)茶樹(shù)受凍程度，采取輕修剪、深修剪或重修剪，剪除全部受凍枝葉，促進(jìn)新梢萌發(fā)和恢復(fù)樹(shù)勢(shì)。

（2）配合土肥管理

氣溫回升后，及時(shí)中耕除草改善土壤透氣狀況，增強(qiáng)根系吸收活力。還可以通過(guò)根施追肥和噴施葉面肥保障茶樹(shù)營(yíng)養(yǎng)需求，加快茶樹(shù)恢復(fù)生機(jī)。

（3）重視病蟲(chóng)綜合防治

受凍茶樹(shù)易發(fā)生炭疽病等病害和蚜蟲(chóng)、蚧類(lèi)、天牛等蟲(chóng)害。有病蟲(chóng)害的枯枝落葉應(yīng)及時(shí)清除，清園后再用石硫合劑全園噴施1 次，可有效防治病害。害蟲(chóng)可以通過(guò)黃板、燈光誘殺等方式進(jìn)行防治。

三、未來(lái)研究重點(diǎn)

除傳統(tǒng)的應(yīng)對(duì)措施外，最新研究證實(shí)外源噴施鈣離子、脫落酸、脯氨酸、甜菜堿、γ-氨基丁酸等物質(zhì)可以快速提高茶樹(shù)抗寒能力[16,19-21]，還有研究發(fā)現(xiàn)外源施用褪黑素、含有褐藻寡糖的海藻發(fā)酵液也可以一定程度上提高茶樹(shù)抗寒性[22-23]，雖然以上措施還不能完全應(yīng)用于生產(chǎn)，但是隨著對(duì)茶樹(shù)抗寒機(jī)理研究的不斷深入，相信不久的將來(lái)會(huì)有更經(jīng)濟(jì)有效的方法來(lái)提高茶樹(shù)的抗寒能力。針對(duì)目前茶樹(shù)低溫凍害的研究現(xiàn)狀，未來(lái)這個(gè)領(lǐng)域的研究重點(diǎn)應(yīng)該包括以下兩個(gè)主要方面。

1.加強(qiáng)茶樹(shù)抗寒遺傳機(jī)理基礎(chǔ)研究

一是進(jìn)行茶樹(shù)抗寒的遺傳規(guī)律研究。雖然上世紀(jì)80年代鳥(niǎo)屋尾忠之[24]就認(rèn)為茶樹(shù)具有較高的遺傳力，葉片抗寒性受多基因控制，而莖桿抗寒性是受少數(shù)基因控制，但迄今對(duì)抗寒遺傳機(jī)制的基礎(chǔ)研究尚無(wú)突破性進(jìn)展。加強(qiáng)這方面的研究，可以有目的地選配親本，進(jìn)行抗寒品種選育。二是進(jìn)行調(diào)控抗寒關(guān)鍵功能基因及其調(diào)控單元及網(wǎng)絡(luò)的發(fā)掘，進(jìn)而通過(guò)遺傳操作手段進(jìn)行茶樹(shù)抗寒的定向育種，或者開(kāi)發(fā)出穩(wěn)定的抗寒標(biāo)記，進(jìn)行茶樹(shù)抗寒育種的早期鑒定。

2.加強(qiáng)茶樹(shù)“倒春寒”快速響應(yīng)機(jī)制的研究

當(dāng)前低溫困擾茶產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵瓶頸是“倒春寒”。當(dāng)春季茶芽萌發(fā)以后，抗寒性減弱，易受低溫凍害。如果解析出茶樹(shù)快速響應(yīng)“倒春寒”的機(jī)理，尋找到能夠快速調(diào)控茶樹(shù)新梢低溫響應(yīng)的機(jī)制，并以此為基礎(chǔ)，研發(fā)相應(yīng)的調(diào)控技術(shù)，結(jié)合氣象預(yù)報(bào)，提升茶樹(shù)新梢自身的防御能力，是解決茶樹(shù)“倒春寒”這一難題的根本途徑。