花期低溫對(duì)油茶生理生化指標(biāo)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(dá)447萬hm2，占我國木本食用油料樹種栽培面積的80%以上，預(yù)期至2025年全國油茶種植面積將達(dá)到600萬hm2。

栽種范圍北至漢中，南至廣西，主產(chǎn)地湖南、江西、浙江、廣西、河南等5個(gè)省份。油茶是本土油料植物，抗逆境能力較強(qiáng)，但花期對(duì)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?dú)庀笠蜃覽1]，低溫影響油茶開花，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致花瓣凍壞，甚至整枝開花不整齊或者花蕾脫落的現(xiàn)象[2]，導(dǎo)致茶果產(chǎn)量下降，嚴(yán)重影響了油茶產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

溫度是控制開花時(shí)間早遲的關(guān)鍵氣象因子，花期低溫凍害對(duì)經(jīng)濟(jì)作物的產(chǎn)量、品質(zhì)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(xiàn)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(yàn)材料，通過對(duì)自然越冬狀態(tài)下油茶各項(xiàng)生理指標(biāo)的測(cè)試，研究了油茶抗寒能力及其有關(guān)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(xué)成分的差異，并對(duì)部分樹齡進(jìn)行了室內(nèi)低溫脅迫試驗(yàn)[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(yīng)機(jī)制和不同品種的抗寒能力，在人工氣候室內(nèi)進(jìn)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(xù)時(shí)間的脅迫試驗(yàn)，分析探討了冷害發(fā)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(biāo)，以期根據(jù)種植地區(qū)的氣候條件組合油茶花期、適用防凍技術(shù)措施提供參考，為油茶產(chǎn)業(yè)安全生產(chǎn)提供服務(wù)，這對(duì)提高油茶產(chǎn)油量和產(chǎn)油品質(zhì)至關(guān)重要。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與方法

試驗(yàn)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(yè)試驗(yàn)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(yùn)送至南昌市的江西省防災(zāi)減災(zāi)科技園進(jìn)行培養(yǎng)。

將長勢(shì)基本相似(地徑、株高、冠幅和外型)、花苞數(shù)接近的12株試驗(yàn)油茶樹苗按每組4株的數(shù)量平均分成3組。當(dāng)觀測(cè)到某組4株中有5%～10%花苞開花時(shí)，則從中挑取開花數(shù)最多的3株為試驗(yàn)油茶樹苗并編號(hào)，基本統(tǒng)一選擇一個(gè)時(shí)間，于第二天早上放入氣候箱中(已提前預(yù)冷至試驗(yàn)所需溫度12 ℃、8 ℃、4 ℃三個(gè)等級(jí)，并持續(xù)12 h，4 ℃為油茶花粉生活力的溫度臨界指標(biāo)，4 ℃為一個(gè)間隔主要考慮花粉萌發(fā)率的溫度變化均一性)[15]。

將放置在外界自然環(huán)境中的對(duì)照株設(shè)為CK組，試驗(yàn)期間外界日平均氣溫為18.3 ℃，氣候箱中設(shè)定恒定濕度為60%，試驗(yàn)油茶樹苗在氣候箱中的培養(yǎng)時(shí)間為84 h，根據(jù)油茶感光特性和生理機(jī)制，設(shè)計(jì)3級(jí)、2級(jí)、1級(jí)、0級(jí)光強(qiáng)分別在14 h、2 h、2 h、6 h周期下進(jìn)行光暗交替處理，每隔4 h對(duì)試驗(yàn)油茶樹苗和對(duì)照組進(jìn)行生理觀測(cè)，對(duì)照株以外界實(shí)際自然溫度處理。

1.2 生理指標(biāo)的測(cè)定方法

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

2 結(jié)果與分析

2.1 低溫脅迫對(duì)開花進(jìn)程的影響

由表1可知，隨著環(huán)境溫度的降低，油茶新增綻放花蕾的比例逐漸降低。經(jīng)過低溫脅迫處理，4 ℃環(huán)境下平均開花率僅為1.389%，8 ℃環(huán)境下平均開花率提高至5.655%，12 ℃環(huán)境下為6.868%，對(duì)照組為24.767%，比脅迫溫度中有明顯提高。F值為6.613，表明環(huán)境溫度對(duì)開花率有明顯影響，隨著溫度的降低，開花率逐漸降低，12 ℃時(shí)的開花率略高于8 ℃，而8 ℃時(shí)的開花率明顯高于4 ℃，4 ℃時(shí)的開花量極少，可見低于8 ℃的環(huán)境溫度對(duì)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(nèi)光照條件與外部環(huán)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(shù)量有顯著差異的原因之一，因試驗(yàn)條件所限，光照影響暫且忽略。

表1 不同溫度處理對(duì)開花數(shù)量的影響

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

以上研究可知：當(dāng)試驗(yàn)溫度降低和延長時(shí)，試驗(yàn)油茶樹苗組葉片MDA含量呈增加走勢(shì),即在一定生長界限溫度范圍內(nèi)，溫度越低，MDA含量的增加幅度就越顯著，油茶生長機(jī)能下降；但是，3種低溫試驗(yàn)情況均在第64 h時(shí)MDA含量基本趨于穩(wěn)定，分析其原因可能有2種：第一種是在第64 h時(shí)，植株葉片中MDA的調(diào)節(jié)功能達(dá)到對(duì)外界低溫的適應(yīng)性；第二種可能性是植株葉片在低溫環(huán)境的影響下遭到了破壞，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)部MDA的調(diào)節(jié)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(duì)可溶性蛋白Pro含量的影響

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

以上研究可知，隨著試驗(yàn)溫度的降低和時(shí)間的延長，葉片中Pro含量呈增加趨勢(shì)；在一定生長界限溫度范圍內(nèi)，溫度越低，Pro含量增加幅度越明顯，表明其細(xì)胞調(diào)節(jié)功能隨著溫度的降低，活躍性在變大；同時(shí)，隨著試驗(yàn)時(shí)間的延長，4 ℃試驗(yàn)油茶樹苗組葉片Pro含量呈上升趨勢(shì)；而8 ℃、12 ℃試驗(yàn)油茶樹苗組葉片中Pro含量均在第56 h時(shí)趨于穩(wěn)定，表明這2組試驗(yàn)油茶樹苗組的Pro調(diào)節(jié)功能在第56 h時(shí)已達(dá)到對(duì)試驗(yàn)低溫的適應(yīng)性。

2.4 低溫脅迫對(duì)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(yàn)油茶樹苗組葉片中POD酶活性均呈減少趨勢(shì)，而對(duì)照組株中POD酶活性變化不明顯，趨于穩(wěn)定。其中，4 ℃、8 ℃和12 ℃試驗(yàn)油茶樹苗組72 h時(shí)葉片中POD酶活性比0 h時(shí)分別減少了76.46%、36.20%和9.52%。在相同低溫處理時(shí)間下，POD酶活性4 ℃試驗(yàn)油茶樹苗組均低于8 ℃試驗(yàn)油茶樹苗組，8 ℃試驗(yàn)油茶樹苗組均低于12 ℃試驗(yàn)油茶樹苗組。圖3中各擬合函數(shù)R2值均大于0.83，P值均小于0.05。

通過對(duì)4 ℃、8 ℃和12 ℃三組試驗(yàn)油茶樹苗組POD酶活性的研究可知，隨著處理溫度降低和時(shí)間延長，葉片POD酶活性呈下降趨勢(shì)，并且試驗(yàn)溫度越低，POD酶活性下降幅度越大，表明溫度越低，細(xì)胞內(nèi)膜脂累積越多，對(duì)細(xì)胞膜傷害越大，導(dǎo)致酶活性不活躍。4 ℃試驗(yàn)油茶樹苗組植株葉片POD酶活性在56 h時(shí)趨于穩(wěn)定；8 ℃、12 ℃試驗(yàn)油茶樹苗組POD酶活性分別在第56 h時(shí)、第32 h時(shí)達(dá)到基本穩(wěn)定，只有小幅波動(dòng)。這表明試驗(yàn)油茶樹苗組4 ℃低溫處理56 h時(shí)，能夠破壞植株葉片的細(xì)胞膜保護(hù)調(diào)節(jié)功能，強(qiáng)烈的過氧化作用生成過多膜脂，導(dǎo)致POD酶活性消失；而8 ℃、12 ℃試驗(yàn)油茶樹苗組POD酶活性只存在小幅波動(dòng)，說明調(diào)節(jié)機(jī)能較穩(wěn)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(duì)超氧化物歧化酶(SOD)活性的影響

由圖4可知，不同試驗(yàn)低溫下，試驗(yàn)油茶樹苗組和對(duì)照株葉片中SOD酶活性表現(xiàn)各異，其中試驗(yàn)油茶樹苗組葉片中SOD酶活性振幅明顯，呈先增后減之勢(shì)，但對(duì)照株中的SOD酶活性基本不變化。4 ℃試驗(yàn)油茶樹苗組SOD酶活性在達(dá)到峰值時(shí)(24 h)和72 h時(shí)分別為0 h時(shí)的298.05%和180.03%；8 ℃試驗(yàn)油茶樹苗組SOD酶活性在達(dá)到峰值時(shí)(32 h)和72 h時(shí)分別為0 h時(shí)的232.93%和124.28%；12 ℃試驗(yàn)油茶樹苗組SOD酶活性在達(dá)到峰值時(shí)(40 h)和72 h時(shí)分別為0 h時(shí)的180.58%和99.62%。在相同試驗(yàn)時(shí)間下，SOD酶活性表現(xiàn)為4 ℃>8 ℃>12 ℃，SOD酶活性峰值在4 ℃試驗(yàn)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(shù)值越大，活性越低，不利于開花，反之，SOD酶活性數(shù)值越小，活性越強(qiáng)，有利于開花。

以上研究結(jié)果表明，隨著試驗(yàn)溫度的降低、時(shí)間的延長，葉片SOD酶活性呈先增加后減少趨勢(shì)。在同一時(shí)間，說明4 ℃試驗(yàn)溫度對(duì)植株的影響高于8 ℃；而12 ℃試驗(yàn)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(jié)論與討論

環(huán)境溫度是控制花期的主要?dú)庀笠蛩刂弧Ｑ芯拷Y(jié)果表明，油茶開花前若遭遇低溫天氣，將會(huì)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(dòng)，油茶花期授粉受阻，出現(xiàn)油茶早花、異花、花而不實(shí)、花粉花瓣腐爛和落花現(xiàn)象，最終影響其結(jié)果和產(chǎn)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(jié)果率[19]。本試驗(yàn)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(dá)12 ℃或以上的天氣，油茶開花授粉均能正常進(jìn)行，若溫度繼續(xù)下降，油茶開花授粉將受到抑制，一般認(rèn)為12 ℃為油茶正常開花授粉的最佳下限溫度。8 ℃環(huán)境下油茶苗雖然仍能開花，但新增花蕾綻放數(shù)量均明顯低于對(duì)照組和12 ℃試驗(yàn)溫度組，說明8 ℃對(duì)油茶開花產(chǎn)生了一定抑制作用，開花出現(xiàn)異常，而在4 ℃環(huán)境下只新綻放了1朵花蕾，基本處于不開花狀態(tài)。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(chǎn)生影響，溫度越往下降，對(duì)開花越不利，氣溫4 ℃導(dǎo)致油茶苗基本不開花。

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