氮素形態(tài)和弱光脅迫對(duì)茶樹(shù)生長(zhǎng)代謝的影響

申瑞寒，馬立鋒，楊向德，方麗

1. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部茶樹(shù)生物學(xué)與資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 310008；2. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院研究生院，北京 100081

我國(guó)茶葉生產(chǎn)已從追求產(chǎn)量向注重品質(zhì)轉(zhuǎn)變，新梢中的氨基酸、茶多酚、咖啡堿、葉綠素等茶葉品質(zhì)成分含量會(huì)受到茶樹(shù)品種、生長(zhǎng)環(huán)境和加工條件等的影響[1-3]。茶樹(shù)是葉用植物，施氮（N）肥對(duì)提高茶葉品質(zhì)具有非常重要的作用[4]。和是作物吸收N素的兩種主要形態(tài)，N 素供應(yīng)形態(tài)會(huì)影響茶樹(shù)初級(jí)和次級(jí)代謝產(chǎn)物[5]，而茶樹(shù)是喜銨作物，在供應(yīng)下谷氨酰胺合成酶的活性和N轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因表達(dá)顯著升高，更能促進(jìn)游離氨基酸的生物合成[6-7]。光照是調(diào)節(jié)植物生長(zhǎng)的重要生態(tài)因子[8]，通過(guò)遮陰可以影響茶葉的代謝產(chǎn)物，改變茶葉品質(zhì)，如增加天冬氨酸、天冬酰胺等氨基酸含量，提高咖啡堿含量，降低表兒茶素和表沒(méi)食子兒茶素含量等，高品質(zhì)的抹茶鮮葉原料就利用了高遮陰技術(shù)（遮陰度約為90%）[1,9-11]。但也有研究認(rèn)為，長(zhǎng)期過(guò)度遮陰會(huì)影響茶樹(shù)對(duì)N 素的利用效率，進(jìn)而影響茶樹(shù)生長(zhǎng)及茶葉品質(zhì)[9,12-14]。

N 肥調(diào)控和遮陰是提高鮮葉品質(zhì)的常用技術(shù)措施。由于茶樹(shù)的喜銨特性及的易淋溶性，一般不建議茶園使用肥，但高遮陰條件是否會(huì)影響茶樹(shù)對(duì)和的吸收，以及N 素形態(tài)和弱光脅迫交互作用對(duì)茶樹(shù)生長(zhǎng)代謝的影響，目前未見(jiàn)相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道。因此，本研究擬通過(guò)供給2 種不同形態(tài)N 素（和），設(shè)置2 種光照條件（正常光照與弱光），探究N 素形態(tài)和弱光脅迫耦合對(duì)茶樹(shù)生長(zhǎng)代謝的影響，以期為解析N 素形態(tài)和光照影響茶樹(shù)生長(zhǎng)代謝機(jī)制提供理論依據(jù)，為生產(chǎn)高質(zhì)量茶葉提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

供試茶樹(shù)材料為2 年生龍井43 扦插苗。選取生長(zhǎng)狀況相對(duì)一致的茶苗，根部用純凈水清洗干凈，將其放置在人工氣候室于純凈水中通氣饑餓培養(yǎng)7 d，隨后轉(zhuǎn)移至營(yíng)養(yǎng)液中通氣培養(yǎng)[15]，營(yíng)養(yǎng)液每周更換1 次。人工氣候室條件為遮陰14 h/黑暗10 h、溫度25 ℃、濕度70%；營(yíng)養(yǎng)液pH 約為5.5，用小型通氣泵全天24 h 通氣，保證根部氧氣量。培養(yǎng)8 周后，茶苗長(zhǎng)勢(shì)良好，將茶苗修剪，待茶苗重新萌發(fā)長(zhǎng)出新梢后將其分成4 組，分別在0.187 5 mmol·L-1(NH4)2SO4和0.375 0 mmol·L-1KNO3為唯一氮源的營(yíng)養(yǎng)液中放入兩組，營(yíng)養(yǎng)液成分按1/8 完全營(yíng)養(yǎng)液濃度加入，其他條件不變，各取一組進(jìn)行遮陰處理，正常光照強(qiáng)度為13 234.0 lx，遮陰度約為90%。處理3 周后，分別取新梢、成熟葉和嫩根，于清水中洗凈，擦干后轉(zhuǎn)入液氮中，然后保存于-80 ℃冰箱備用。

1.2 光合速率測(cè)定

利用LI-COR 6400xt 型便攜式光合熒光測(cè)量系統(tǒng)在遮陰強(qiáng)度為600 μmol·m-2·s-1、CO2濃度為400 μmol·mol-1條件下測(cè)定茶苗新梢第二葉的凈光合速率。

1.3 葉綠素相對(duì)含量測(cè)定

取0.2 g 新鮮葉片樣品研磨成粉末，研磨過(guò)程中加入液氮和10 mL 80%丙酮（約含1 g CaCO3），研磨好的勻漿需在避光處放置一晝夜，放置期間振蕩2～3 次。使用UV-1800 分光光度計(jì)（日本島津）分別測(cè)量在663 nm 和645 nm 處的吸光度OD663和OD645。葉綠素a（Chl a）和葉綠素b（Chl b）濃度的計(jì)算公式為：

式中，m為葉片樣品的質(zhì)量[16]。

1.4 茶多酚、氨基酸和咖啡堿及N 含量的測(cè)定

根據(jù)GB/T 8313—2018 中福林酚比色法測(cè)定茶多酚總量，根據(jù)GB/T 8314—2013 中茚三酮比色法測(cè)定游離氨基酸總量，根據(jù)GB/T 8312—2013 測(cè)定咖啡堿含量。采用Vario MAX CN 分析儀（德國(guó)Elementar）進(jìn)行N 含量測(cè)定。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用 R Studio (4.1.1) bruceR 包中的MANOVA 函數(shù)進(jìn)行交互作用分析，采用EMMEANS 函數(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)單效應(yīng)分析，采用最小顯著性差異（LSD）法檢驗(yàn)差異顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 N 素形態(tài)和光照強(qiáng)度對(duì)茶苗凈光合速率的影響

表1 N 素形態(tài)和光照強(qiáng)度對(duì)茶苗凈光合速率的影響Table 1 Effect of N form and light intensity on net photosynthetic rate of the seedlings μmol·m-2·s-1

顯著性分析表明，本研究條件下光照對(duì)茶苗凈光合速率沒(méi)有產(chǎn)生顯著影響，N 素形態(tài)對(duì)茶苗凈光合速率有顯著影響（P＜0.05），而N素形態(tài)和光照對(duì)茶苗的凈光合速率無(wú)顯著的交互影響，說(shuō)明茶苗凈光合速率主要受N 素形態(tài)影響（表1）。

2.2 N 素形態(tài)和光照強(qiáng)度對(duì)新梢葉綠素含量的影響

2.2.1 葉綠素含量

表2 氮素形態(tài)和光照強(qiáng)度對(duì)新梢葉綠素含量的影響Table 2 Effect of N form and light intensity on chlorophyll content in young shoots

數(shù)據(jù)分析表明，本研究條件下茶苗新梢葉綠素含量主要受N 素形態(tài)和光照條件共同影響，存在顯著的交互作用（表2）。

2.2.2 葉綠素a/b 比值

本研究條件下，茶苗新梢葉綠素含量及Chl a/b 值受到N 素形態(tài)和光照共同影響，存在顯著的交互作用（表2）。

2.3 N 素形態(tài)和光照強(qiáng)度對(duì)茶苗氮素吸收的影響

表3 N 素形態(tài)和光照強(qiáng)度對(duì)茶苗各部位N 含量的影響Table 3 Effects of N form and light intensity on N content in the seedlings mg·g-1

在本研究條件下，茶苗地上部分N 素吸收受N 素形態(tài)和光照條件共同影響，存在顯著的交互作用；而根系N 素吸收并沒(méi)有受到光照影響，受N 素形態(tài)影響顯著，受光照和N素形態(tài)之間交互作用不顯著（表3）。

2.4 N 素形態(tài)和光照強(qiáng)度對(duì)新梢品質(zhì)成分的影響

表4 N 素形態(tài)和光照強(qiáng)度對(duì)新梢品質(zhì)成分的影響Table 4 Effects of N form and light intensity on quality components in young shoots

從表5 可知，與正常光照相比，遮陰后茶苗地上部游離氨基酸總量顯著增加，而根系中游離氨基酸總量無(wú)顯著差異，說(shuō)明弱光脅迫會(huì)促進(jìn)根部合成的游離氨基酸向地上部的轉(zhuǎn)運(yùn)。

表5 氮素形態(tài)和光照強(qiáng)度對(duì)成熟葉和根中游離氨基酸總量的影響Table 5 Effects of N form and light intensity on total free amino acids in mature leaves and roots mg·g-1

本研究條件下，N 素形態(tài)對(duì)茶苗新梢游離氨基酸總量、茶多酚含量和咖啡堿含量無(wú)顯著影響，光照顯著影響了品質(zhì)成分變化，但 N素形態(tài)和光照之間的交互作用對(duì)品質(zhì)成分并沒(méi)有顯著影響。新梢酚氨比受到N 素形態(tài)和光照的顯著影響，交互作用影響顯著（表 4和表5）。

3 討論

有研究表明，N 素形態(tài)和光照會(huì)對(duì)茶樹(shù)新梢N 的再分配產(chǎn)生影響[5,17]。本研究發(fā)現(xiàn)，在正常光照條件下，處理的茶苗N 含量要明顯高于處理，這可能與茶樹(shù)的喜銨特性有關(guān)，更適合茶樹(shù)生長(zhǎng)發(fā)育[6]。本研究結(jié)果表明，雖然正常光照條件下茶樹(shù)對(duì)的吸收要明顯高于，但遮陰后茶樹(shù)對(duì)的吸收會(huì)明顯加快，這可能與茶樹(shù)對(duì)外界逆境的應(yīng)激反應(yīng)有關(guān)，弱光脅迫會(huì)刺激茶樹(shù)對(duì)養(yǎng)分的吸收[18]。

弱光脅迫對(duì)茶樹(shù)光合作用的影響與透光度有關(guān)[19]，本研究通過(guò)遮陰降低透光率的處理，發(fā)現(xiàn)遮光降低了茶樹(shù)的凈光合速率，與閆小莉等[20]的研究結(jié)果一致，但本研究結(jié)果的趨勢(shì)并不顯著，主要可能與本研究營(yíng)養(yǎng)液濃度較低有關(guān)，有研究表明在低含量N 素條件下會(huì)抑制茶苗的光合作用[21]。在正常光照條件下，處理茶苗新梢葉綠素含量要明顯高于處理，遮陰后葉綠素含量進(jìn)一步提高，供應(yīng)的N 源不同，新梢中Chl a、Chl b含量有明顯差異，導(dǎo)致Chl a/b 值發(fā)生明顯變化，處理Chl a/b 值顯著提高，而處理Chl a/b 值基本維持不變，甚至略有下降。有研究表明，Chl a/b 值是衡量作物耐蔭性的指標(biāo)之一，比值越小，代表其在弱光條件下捕獲光的能力越強(qiáng)[18]，本研究結(jié)果表明，在遮陰后供給的茶樹(shù)比供給的茶樹(shù)更具耐蔭性。

茶葉中游離氨基酸總量和酚氨比是綠茶重要的品質(zhì)指標(biāo)，在正常光照條件下供應(yīng) N素，新梢中游離氨基酸總量相對(duì)較低、酚氨比較高，遮陰后游離氨基酸總量明顯增加，酚氨比明顯下降，可見(jiàn)弱光脅迫有助于提升綠茶品質(zhì)。弱光脅迫與促進(jìn)根部合成的游離氨基酸向地上部轉(zhuǎn)運(yùn)有關(guān)，這與前人的研究相一致，在弱光脅迫下茶樹(shù)N 的再分配產(chǎn)生了明顯差異、對(duì)N 素濃度和N 素形態(tài)反應(yīng)比較敏感[5,10,22]。本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，雖然N 素形態(tài)對(duì)新梢游氨基酸總量和茶多酚含量沒(méi)有產(chǎn)生明顯的改變，但顯著改變了新梢酚氨比，正常光照條件下處理新梢酚氨比要顯著高于處理，弱光脅迫后酚氨比不再有顯著差異。

本研究表明，茶苗凈光合速率主要受 N素形態(tài)影響，新梢N 素吸收、葉綠素含量及Chl a/b 值受N 素形態(tài)或者光照單因素影響，茶苗新梢品質(zhì)成分主要受光照影響。正常光照條件下施用，茶樹(shù)的N 含量和新梢葉綠素含量比施用的高，綠茶品質(zhì)要明顯高于處理，但遮陰后處理對(duì)茶苗N 的吸收會(huì)明顯加快、葉綠素含量進(jìn)一步提高、Chl a/b 值更低，茶樹(shù)更具耐蔭性，對(duì)新梢酚氨比有調(diào)節(jié)作用。在遮陰覆蓋處理后配施，對(duì)指導(dǎo)生產(chǎn)有積極意義，但配施量及比例，需要進(jìn)一步研究。