不同品種茶樹葉片光合特性與葉綠素?zé)晒鈪?shù)的比較

涂淑萍，黃 航，杜 曲，陶凌劍

（1.江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)院，江西 南昌 330045；2.湛江科技學(xué)院，廣東 湛江 524094）

【研究意義】作物干物質(zhì)中有90%～95%是由光合作用所合成的有機(jī)物，茶葉的品質(zhì)成分如茶多酚、氨基酸、咖啡堿等亦為光合作用的產(chǎn)物及其衍生物[1]。故光合作用對茶葉的產(chǎn)量和品質(zhì)具有決定性作用，研究茶樹Camellia sinensis及其品種間的光合特性，可為高光效茶樹品種的選擇，改善栽培技術(shù)措施，提高茶葉產(chǎn)量提供理論依據(jù)?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】葉綠素參與光能的吸收、傳遞和轉(zhuǎn)化，是植物細(xì)胞內(nèi)參與光合作用的重要色素，又是綠茶干茶和葉底色澤的主要物質(zhì)，葉綠素含量是葉片光合生理活性的重要指標(biāo)之一。葉片葉綠度值（SPAD）又稱之為葉綠素相對含量，與葉綠素含量之間存在顯著正相關(guān)關(guān)系[2-4]，利用SPAD 葉綠素儀可快速、無損地測定出葉片葉綠素相對含量[5]。茶樹光合生理特性可作為評價(jià)茶樹生產(chǎn)力和適應(yīng)性的重要指標(biāo)[6]，研究植物的光合特性，可以預(yù)測植物的生長和發(fā)育態(tài)勢[7]。葉綠素?zé)晒夥治黾夹g(shù)是研究植物光合生理狀況的新型活體診斷技術(shù)，具有方便、快捷、無損的特點(diǎn)[8-9]，被認(rèn)為是研究植物光合作用與環(huán)境關(guān)系的內(nèi)在探針[10-11]，通過葉綠素?zé)晒鈪?shù)可分析葉片對光能的吸收和利用[12]，該技術(shù)還可用于判斷外界環(huán)境對植物光合生理特性的影響[13]。【本研究切入點(diǎn)】目前對茶樹品種光合生理特性的研究多集中在氮素水平[14-16]、逆境脅迫[17-19]、外源生長調(diào)節(jié)劑[20]等對茶樹光合特性或葉綠素?zé)晒馓匦缘挠绊?，從選育高光效品種的角度，綜合比較不同品種茶樹葉綠素相對含量、光合特性和葉綠素?zé)晒鈪?shù)的研究甚少?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本研究以江西省上猶縣猶江綠月食品有限公司茶樹品種園栽培的9個(gè)茶樹品種為對象，對其葉片葉綠素相對含量（SPAD）、光合與熒光特性進(jìn)行測定與對比分析，并利用模糊數(shù)學(xué)中的隸屬函數(shù)法對9個(gè)茶樹品種的光合能力進(jìn)行綜合評價(jià)，以期為贛南茶區(qū)高光效茶樹品種的篩選及制定高效栽培技術(shù)措施提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)在上猶猶江綠月食品有限公司茶樹品種園進(jìn)行。試驗(yàn)地位于江西省贛州市上猶縣梅水鄉(xiāng)園村（25°42′～26°01′N、114°1′～114°40′E），該地年平均氣溫19.8 ℃，年降水量1 800～2 000 mm，四季分明，無霜期307 d，土壤為紅黃壤，有機(jī)質(zhì)豐富。供試茶樹品種分別為：黃金芽、贛茶3號、中茶108、福鼎大白茶、浙農(nóng)117、安吉白茶、烏牛早、龍井43和迎霜等9個(gè)，樹齡4年，單行條列式栽培，行叢距為150 cm×33 cm。

1.2 測定項(xiàng)目與方法

1.2.1 葉綠素相對含量（SPAD）利用SPAD-502型手持便攜式葉綠素儀進(jìn)行測定。每個(gè)參試品種選擇3叢茶樹，每叢茶樹分別從樹冠層?xùn)|南西北不同方位隨機(jī)選擇5枚當(dāng)年生成熟葉片進(jìn)行測定，取平均值。

1.2.2 光合特性 利用Li-6400便攜式光合儀，于晴朗天氣進(jìn)行測定。測定茶叢及葉位同上。測定指標(biāo)包括凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、胞間CO2濃度（Ci）等。并計(jì)算水分利用效率（WUE），。

1.2.3 葉綠素?zé)晒鈪?shù) 利用PAM-2500 便攜式調(diào)制葉綠素?zé)晒鈨x進(jìn)行測定。測定茶叢及葉位同上。測定前，葉片經(jīng)過20 min 暗適應(yīng)后，測定暗適應(yīng)下葉片葉綠素初始熒光（F0）、最大熒光（Fm）、PSII 的實(shí)際光合效率或?qū)嶋H光化學(xué)量子效率（YⅡ）、非光化學(xué)淬滅系數(shù)（NPQ）、光化學(xué)熒光淬滅系數(shù)（qP）。計(jì)算可變熒光（Fv，F(xiàn)v=Fm-F0），以及PSⅡ的最大光合效率或最大光化學(xué)量子產(chǎn)量（Fv/Fm）。

以上每個(gè)測定指標(biāo)均重復(fù)3次。測定時(shí)間為2020年7月上旬的08：00—11：30。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

利用Excel 2017進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和繪圖。利用統(tǒng)計(jì)分析軟件SPSS 22進(jìn)行多重比較（Duncans法）和皮爾遜（Pearson）相關(guān)性分析，利用模糊數(shù)學(xué)中的隸屬函數(shù)法對茶樹品種的光合能力進(jìn)行綜合評價(jià)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同品種茶樹葉片葉綠素相對含量（SPAD）的比較

由圖1 可以看出，不同品種茶樹葉片葉綠素相對含量（SPAD）以中茶108 最高，除與浙農(nóng)117、龍井43、烏牛早3個(gè)品種差異不顯著外，與其他5個(gè)品種差異均達(dá)顯著水平。各品種SPAD值由高到低依次為中茶108（84.23）、浙農(nóng)117（83.07）、龍井43（77.33）、烏牛早（77.00）、迎霜（74.67）、贛茶3 號（72.13）、安吉白茶（62.47）、福鼎大白茶（55.43）和黃金芽（41.03）。

圖1 不同品種茶樹葉綠素相對含量的比較Fig.1 Comparison of relative chlorophyll content of different varieties of Camellia sinensis

2.2 不同品種茶樹光合特性的比較

由表1可知，9個(gè)品種茶樹凈光合速率（Pn）以龍井43最高，為21.98 μmol/（m2·s），與烏牛早（21.75 μmol/（m2·s））和中茶108（20.60 μmol/（m2·s））差異不顯著，但與其他6個(gè)品種差異均達(dá)顯著水平；中茶108與迎霜Pn差異不顯著；迎霜與浙農(nóng)117、贛茶3 號Pn差異不顯著。故龍井43、烏牛早和中茶108 凈光合速率（Pn）相對較強(qiáng)，而迎霜、浙農(nóng)117 和贛茶3 號凈光合速率（Pn）中等，而福鼎大白茶、安吉白茶和黃金茶凈光合速率（Pn）相對較弱。氣孔導(dǎo)度（Gs）以烏牛早和龍井43最高，均為0.42 mmol/（m2·s），二者與浙農(nóng)117、中茶108以及贛茶3 號等品種氣孔導(dǎo)度（Gs）差異不顯著，而與黃金芽、福鼎大白茶、安吉白茶、迎霜等品種氣孔導(dǎo)度（Gs）差異達(dá)顯著水平；安吉白茶氣孔導(dǎo)度（Gs）最低，與其他8 個(gè)品種相比氣孔導(dǎo)度（Gs）差異達(dá)顯著水平。胞間CO2濃度（Ci）以黃金芽最高，平均為328.57 μmol/mol，與其他8個(gè)品種差異均達(dá)顯著水平；其次為中茶108（304.58 μmol/mol），它與贛茶3 號（304.29 μmol/mol）、福鼎大白茶（295.31 μmol/mol）和浙農(nóng)117（286.40 μmol/mol）胞間CO2濃度（Ci）差異不顯著；安吉白茶胞間CO2濃度（Ci）最低，且顯著低于其他8個(gè)品種。蒸騰速率（Tr）以烏牛早最強(qiáng)，達(dá)6.59 mmol/（m2·s），與其他8個(gè)品種差異均達(dá)顯著水平，龍井43次之，為5.77 mmol/（m2·s），黃金芽居第3，為5.11 mmol/（m2·s），排第4的是迎霜，為4.55 mmol/（m2·s），安吉白茶蒸騰速率（Tr）最低，為2.74 mmol/（m2·s），且顯著低于其他8 個(gè)品種。水分利用率（WUE）以安吉白茶最高，與其他8個(gè)品種相比差異達(dá)顯著水平；福鼎大白茶次之，它與中茶108、浙農(nóng)117、迎霜4個(gè)品種之間WUE差異不顯著；水分利用率（WUE）最低的是黃金芽，其次為烏牛早和龍井43。故安吉白茶水分利用率高，耐干旱能力強(qiáng)；其次為福鼎大白茶、中茶108、浙農(nóng)117、迎霜；而黃金芽、烏牛早、龍井43，這3個(gè)品種水分利用率較低，耐干旱能力相對較弱。

表1 不同品種茶樹光合參數(shù)的比較Tab.1 Comparison of the photosynthetic parameters of different varieties of Camellia sinensis

2.3 不同品種茶樹葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)的比較

由表2 可知，PSII 的最大光合效率（Fv/Fm）以贛茶3 號最低，與其他8 個(gè)品種相比，差異達(dá)顯著水平，而其他8個(gè)品種之間差異均不顯著。表明贛茶3號品種的光能轉(zhuǎn)換效率低，該品種受到光照的抑制程度較大[22]。PSII 的實(shí)際光合效率（YII）不同品種之間差異不顯著。光化學(xué)淬滅系數(shù)（qP）以龍井43 最低，除與贛茶3號和安吉白茶差異達(dá)顯著水平外，與其他品種差異均不顯著。非光化學(xué)淬滅系數(shù)（NPQ）以黃金芽最高，除與中茶108、浙農(nóng)117、贛茶3號3個(gè)品種差異達(dá)顯著水平外，與其他品種差異不顯著。

2.4 各指標(biāo)間的相關(guān)分析

由表3 可知，葉綠度值（SPAD）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、蒸騰速率（Tr）、PSII最大光合效率（Fv/Fm）和PSII實(shí)際光合效率（YII）均與凈光合速率（Pn）呈正相關(guān)；而胞間CO2濃度（Ci）、水分利用率（WUE）、光化學(xué)淬滅（qP）和非光化學(xué)淬滅（NPQ）則與凈光合速率（Pn）呈負(fù)相關(guān)；但相關(guān)性均不顯著。葉綠度值（SPAD）與胞間CO2濃度（Ci）呈極顯著負(fù)相關(guān)（r=-0.84），與PSII的實(shí)際光合效率（YII）呈顯著正相關(guān)（r=0.67）；氣孔導(dǎo)度（Gs）與蒸騰速率（Tr）呈顯著正相關(guān)（r=0.76）；蒸騰速率（Tr）與水分利用率（WUE）呈極顯著負(fù)相關(guān)（r=-0.82）；PSII的最大光合效率（Fv/Fm）與光化學(xué)淬滅（qP）呈顯著正相關(guān)（r=0.68）。

表3 各指標(biāo)間的相關(guān)系數(shù)Tab.3 Correlation coefficients among indicators

2.5 不同品種茶樹光合能力的綜合評價(jià)

利用模糊數(shù)學(xué)中的隸屬函數(shù)法對9個(gè)茶樹品種葉片葉綠素相對含量（SPAD）、凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、胞間CO2濃度（Ci）、蒸騰速率（Tr）、水分利用率（WUE）、PSII 的最大光合效率（Fv/Fm）、PSII 的實(shí)際光合效率（YⅡ）、光化學(xué)淬滅（qP）、非光化學(xué)淬滅（NPQ）等10 個(gè)指標(biāo)進(jìn)行綜合分析，綜合評價(jià)9 個(gè)茶樹品種的光合作用強(qiáng)弱。

用模糊數(shù)學(xué)中的隸屬函數(shù)方法，對不同品種9 個(gè)指標(biāo)隸屬函數(shù)值進(jìn)行累加，求取平均數(shù)。計(jì)算方法[23]如下：

分別對所測定指標(biāo)用下式求出各品種各項(xiàng)指標(biāo)的具體隸屬函數(shù)值：

與凈光合速率呈負(fù)相關(guān)的指標(biāo)，則利用反隸屬函數(shù)計(jì)算。

由表3可知，胞間二氧化碳濃度（Ci）、水分利用率（WUE）、光化學(xué)淬滅（qP）和非光化學(xué)淬滅（NPQ）與凈光合速率（Pn）呈負(fù)相關(guān)，故上述4個(gè)指標(biāo)則求出其反隸屬函數(shù)值。

式（1）、（2）中：X為各品種的某一指標(biāo)測定值，Xmax、Xmin分別為所有品種中此指標(biāo)的最大值和最小值。

把每個(gè)品種各項(xiàng)指標(biāo)的隸屬函數(shù)值（Xu）累加，取平均值，根據(jù)各品種平均值大小確定光合作用強(qiáng)弱。平均值越大，光合作用越強(qiáng)。

由表4 可知，9 個(gè)茶樹品種光合能力由強(qiáng)到弱排序依次為龍井43、烏牛早、浙農(nóng)117、中茶108、迎霜、贛茶3號、福鼎大白茶、黃金芽和安吉白茶。除安吉白茶和黃金芽光合能力較福鼎大白茶弱之外，其他6個(gè)品種的光合能力均較福鼎大白茶強(qiáng)。

表4 不同品種茶樹光合能力綜合評價(jià)Tab.4 comprehensive evaluation of photosynthesis capacity of different varieties of Camellia sinensis

3 結(jié)論與討論

研究表明，中茶108、浙農(nóng)117、龍井43 和烏牛早4 個(gè)品種的葉綠素相對含量（SPAD）較高，其光合能力亦較強(qiáng)，但葉綠素相對含量與凈光合速率、光合能力的排序不完全一致，該結(jié)果與袁祖麗等[1]和劉曉軍等[24]的研究結(jié)果一致。此外，不同品種茶樹凈光合速率（Pn）與氣孔導(dǎo)度（Gs）呈正相關(guān)（r=0.65），與胞間二氧化碳濃度（Ci）呈負(fù)相關(guān)（r=-0.34），說明氣孔開放程度大，有利于吸收CO2及提高光合速率[25]，但由于光合速率的提高，導(dǎo)致Ci值的降低。9 個(gè)茶樹品種中，烏牛早、龍井43、中茶108 和浙農(nóng)117 為光合能力強(qiáng)，高產(chǎn)潛力大的品種，但烏牛早和龍井43 蒸騰速率大、水分利用率低，不耐干旱，故生產(chǎn)上宜選擇肥水條件均較好的地方栽培。安吉白茶為低光合、低蒸騰、水分利用率高的品種，其抗旱耐瘠薄能力要強(qiáng)于其他8 個(gè)品種。黃金芽為低光合、高蒸騰、水分利用效率低的品種，不宜在贛南山區(qū)大面積推廣種植。

植物葉綠素?zé)晒馀c植物光合作用關(guān)系密切，它是植物光合作用研究的有效探針[26]。本研究表明，9個(gè)品種茶樹葉片的葉綠素?zé)晒鈪?shù)存在差異，有學(xué)者在對月季、油茶、一品紅等植物的研究中也得到類似的結(jié)論[27-29]。表明植物葉片的光合效率受遺傳基因的影響。植物通過葉綠素吸收的光能大部分用于植物的光合作用，但還有一些以熱量方式消耗或者以熒光重新發(fā)射出來[25,30]。PSII的最大光合效率（Fv/Fm），反映PSII反應(yīng)中心葉片進(jìn)行光化學(xué)反應(yīng)的“域”或“能力范圍”[31]。Fv/Fm值越低，表明植物的光抑制程度越高[32]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，贛茶3號PSII的最大光合效率最低，光抑制程度較高。

PSII 的實(shí)際光合效率（YII），反映了PSII 反應(yīng)中心部分關(guān)閉情況下的實(shí)際原初光能捕獲效率，可作為植物葉片光合電子傳遞速率快慢的相對指標(biāo)。較高的YII值，能夠?yàn)榘捣磻?yīng)的光合碳同化積累更多所需的能量，以促進(jìn)碳同化的高效運(yùn)轉(zhuǎn)和有機(jī)物積累[33]。本試驗(yàn)表明，9個(gè)茶樹品種中，YII值以浙農(nóng)117最高，除與黃金芽差異顯著外，與其他品種之間差異均不顯著。

熒光淬滅是指葉綠素?zé)晒猱a(chǎn)量的下降。它可以由光合作用的增加引起，也可以由熱耗散的增加引起。由光合作用引起的熒光淬滅稱之為光化學(xué)淬滅（qP），為PSII吸收的光能用于進(jìn)行光化學(xué)反應(yīng)的比例，在一定程度上反映了PSII反應(yīng)中心的開放程度[34-35]，光化學(xué)淬滅反映了植物光合活性的高低。由熱耗散引起的熒光淬滅稱之為非光化學(xué)淬滅（NPQ），反映了植物耗散過剩光能為熱量的能力，也就是光保護(hù)能力。本試驗(yàn)表明，光化學(xué)淬滅系數(shù)（qP）以龍井43 最低，除與贛茶3 號和安吉白茶差異達(dá)顯著水平外，與其他品種差異均不顯著。非光化學(xué)淬滅系數(shù)（NPQ）以黃金芽最高，除與中茶108、浙農(nóng)117、贛茶3號3 個(gè)品種差異達(dá)顯著水平外，與其他品種差異不顯著。表明中茶108、浙農(nóng)117 和贛茶3 號3 個(gè)品種的光保護(hù)能力較弱，故栽培過程中應(yīng)注意適度遮蔭。