低溫脅迫下茶樹(shù)葉片細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)變化及光合特性

摘要：為探討茶樹(shù)響應(yīng)低溫脅迫的分子機(jī)制，通過(guò)模擬“倒春寒”溫度模式，以低溫處理下的福鼎大白茶為研究材料進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測(cè)序。利用GO和KEGG數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)差異基因代謝通路進(jìn)行富集分析，發(fā)現(xiàn)差異基因主要富集在與植物細(xì)胞壁和光合作用相關(guān)的代謝通路。選取13個(gè)差異基因進(jìn)行實(shí)時(shí)熒光定量PCR驗(yàn)證，結(jié)果與轉(zhuǎn)錄組測(cè)序結(jié)果趨勢(shì)一致，證明轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)可靠。以福鼎大白茶和舒茶早為試驗(yàn)材料，對(duì)茶樹(shù)葉片組織結(jié)構(gòu)、細(xì)胞壁組分含量、葉綠素含量及葉綠素?zé)晒鈪?shù)等生理指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定。結(jié)果顯示，低溫脅迫后福鼎大白茶和舒茶早葉片各組織結(jié)構(gòu)均有不同程度的增厚，葉片纖維素、半纖維含量變化顯著，果膠含量變化不明顯；葉綠素含量、光化學(xué)猝滅系數(shù)、最大光化學(xué)效率和相對(duì)電子傳遞速率呈下降趨勢(shì)，非光化學(xué)猝滅系數(shù)呈上升趨勢(shì)。結(jié)果表明，茶樹(shù)葉片細(xì)胞壁組分變化尤其是半纖維素和光合相關(guān)參數(shù)的改變?cè)陧憫?yīng)低溫的過(guò)程中發(fā)揮著重要作用。

關(guān)鍵詞：茶樹(shù)；低溫脅迫；轉(zhuǎn)錄組；細(xì)胞壁；光合作用

中圖分類號(hào)：S571.1；S326 " " " " " " " " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A " " " " " " " 文章編號(hào)：1000-369X（2024）06-917-11

Changes in Cell Wall Structure and Photosynthetic Characteristics of Tea Leaves under

Low Temperature Stress

LIU Xiaolu1， ZHU Yalan2， YU Min1， GAI Xinyue1， FAN Yangen1， SUN Ping1*， HUANG Xiaoqin1*

1. College of Horticulture Science and Engineering， Shandong Agricultural University， Tai'an 271018， China;

2. Agricultural Technical Service Center of Lanshan District， Rizhao 276808， China

Abstract： To investigate the molecular mechanisms of tea plants in response to low temperature stress， this study simulated the spring chill temperature pattern， using ‘Fuding Dabaicha’ as the experimental material for transcriptome sequencing， and subjected it to varying low temperature treatments. Differentially expressed genes （DEGs） were analyzed using the GO and KEGG pathway databases for metabolic pathway enrichment analysis， which revealed that these genes were mainly enriched in plant cell wall and metabolic pathways related to photosynthesis. Subsequently， thirteen DEGs were selected for validation via real-time quantitative PCR （qPCR）， confirming the consistency of the qPCR results with the transcriptome sequencing data， thereby validating the reliability of the transcriptome data. In a subsequent study， two tea cultivars， ‘Fuding Dabaicha’ and ‘Shuchazao’， were used to evaluate various physiological indices， including leaf tissue structure， the contents of various cell wall components （cellulose， hemicellulose， and pectin）， chlorophyll content， and chlorophyll fluorescence parameters. The results indicate that the leaf tissue structures of both tea cultivars underwent different degrees of thickening in response to low-temperature stress. Notably， significant differences were observed in the contents of cellulose and hemicellulose between the two cultivars， whereas the pectin content change was less pronounced. Furthermore， the chlorophyll content， photochemical quenching coefficient， maximum photochemical efficiency， and relative electron transport rate all exhibited a downward trend. Conversely， the non-photochemical quenching coefficient showed an upward trend. These observations highlight the key role of changes in cell wall components， particularly hemicellulose， and changes in photosynthesis-related parameters in the tea plants’ response to low temperature.

Keywords： tea plant， low-temperature stress， transcriptome， cell wall， photosynthetic characteristics

茶樹(shù)[Camellia sinensis （L.） O. Kuntze]是一種重要的木本經(jīng)濟(jì)作物，目前已在我國(guó)廣泛種植。在我國(guó)許多茶葉產(chǎn)區(qū)，三月下旬至四月上旬“倒春寒”頻繁發(fā)生，此時(shí)茶芽正處萌發(fā)期，抗凍能力較弱[1]。低溫脅迫會(huì)導(dǎo)致茶樹(shù)生長(zhǎng)嚴(yán)重受損，降低茶葉產(chǎn)量和品質(zhì)[2-3]。此外，“倒春寒”還會(huì)延緩茶樹(shù)葉片生長(zhǎng)，推遲春季名優(yōu)茶的采摘時(shí)間。

細(xì)胞壁是植物在面對(duì)逆境脅迫時(shí)的第一道屏障，植物通過(guò)細(xì)胞壁重塑、細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)和組成的改變等策略應(yīng)對(duì)環(huán)境的動(dòng)態(tài)變化[4-6]。細(xì)胞壁的主要組分包括纖維素、半纖維素、果膠和結(jié)構(gòu)蛋白等，各組分的代謝過(guò)程和細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)的變化影響著植株對(duì)低溫的耐受性[7-9]。當(dāng)植物受到各種環(huán)境信號(hào)的影響時(shí)，細(xì)胞壁的組分在含量和結(jié)構(gòu)上發(fā)生變化，進(jìn)而影響其機(jī)械性能[10]。這種對(duì)逆境環(huán)境的適應(yīng)調(diào)整可能涉及提高細(xì)胞壁的保水能力、增強(qiáng)機(jī)械強(qiáng)度以及調(diào)節(jié)細(xì)胞壁與酶之間的相互作用。光合作用能在植物進(jìn)行生命活動(dòng)時(shí)提供物質(zhì)基礎(chǔ)，是判斷植物生長(zhǎng)和抗逆性強(qiáng)弱的重要指標(biāo)。植物吸收的光能主要轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，未能轉(zhuǎn)化利用的激發(fā)能則以熱量和熒光的形式耗散。光合作用的利用效率是影響茶樹(shù)生長(zhǎng)發(fā)育的重要因子[11]，低溫脅迫會(huì)造成光合速率降低，影響茶樹(shù)的光合作用和葉綠素生物合成，從而影響植株的正常生長(zhǎng)和發(fā)育[12-13]。通過(guò)對(duì)不同低溫處理下的茶樹(shù)葉片進(jìn)行測(cè)序分析，發(fā)現(xiàn)差異基因主要富集在谷胱甘肽代謝、葉綠體及膜相關(guān)、氧化還原過(guò)程、碳代謝等途徑[14-15]。低溫脅迫通過(guò)抑制酶的活性、損傷膜系統(tǒng)、破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)等方式極大地限制了植物的生長(zhǎng)發(fā)育。不同溫度處理下，福鼎大白茶茶樹(shù)的光合特性及產(chǎn)量受到影響，低溫脅迫會(huì)損傷茶樹(shù)葉片的光系統(tǒng)Ⅱ反應(yīng)中心，導(dǎo)致過(guò)剩的激發(fā)能積累；而葉綠素作為光合作用的主要色素，其含量也會(huì)隨著溫度的降低和持續(xù)時(shí)間的增加而下降[16]。然而，關(guān)于低溫脅迫下茶樹(shù)細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)、各組分含量變化，以及光合作用特性的系統(tǒng)研究還較為缺乏。

本研究模擬“倒春寒”的溫度模式，以山東省引種面積較大的福鼎大白茶為研究材料進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測(cè)序，探究低溫脅迫下茶樹(shù)葉片解剖結(jié)構(gòu)、細(xì)胞壁組分含量、葉綠素含量及葉綠素?zé)晒鈪?shù)等指標(biāo)的變化，以期為茶樹(shù)響應(yīng)低溫脅迫的機(jī)制研究提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試茶樹(shù)品種為福鼎大白茶與舒茶早（福鼎大白茶抗寒性弱于舒茶早[17-18]），各選取50株一年生無(wú)性系、長(zhǎng)勢(shì)一致的茶樹(shù)幼苗（高11 cm）栽于穴盤中，采用人工基質(zhì)培養(yǎng)。在冷光源培養(yǎng)箱內(nèi)進(jìn)行預(yù)培養(yǎng)，培養(yǎng)條件為溫度25 ℃，光周期12 h/12 h，光照強(qiáng)度125 μmol·m-2·s-1，空氣濕度80%，培養(yǎng)21 d后取樣作為預(yù)培養(yǎng)組（CKF）。將預(yù)培養(yǎng)后的茶苗進(jìn)行試驗(yàn)處理，15 ℃培養(yǎng)21 d設(shè)置為對(duì)照組（DKF），隨后將溫度降至4 ℃處理12 h設(shè)置為處理組（NKF）。分別取福鼎大白茶第二功能葉，液氮固定后保存于﹣80 ℃超低溫冰箱，用于轉(zhuǎn)錄組測(cè)序和實(shí)時(shí)熒光定量PCR（RT-qPCR）驗(yàn)證；另取福鼎大白茶和舒茶早第二功能葉用于葉片組織結(jié)構(gòu)觀察和相關(guān)參數(shù)測(cè)定，每個(gè)處理分別選取3個(gè)不同植株葉片。通過(guò)常規(guī)石蠟切片法制備切片標(biāo)本，用于后續(xù)葉片組織結(jié)構(gòu)觀察。

1.2 差異基因富集和表達(dá)分析

使用SAM/BAM文件和舒茶早茶樹(shù)參考基因組[19]的結(jié)構(gòu)注釋GTF文件，通過(guò)HTseq軟件的聯(lián)合方案對(duì)每個(gè)轉(zhuǎn)錄本的reads數(shù)目進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，使用FPKM對(duì)轉(zhuǎn)錄本的表達(dá)量進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。使用DEGseq軟件進(jìn)行差異基因篩選，篩選條件為表達(dá)差異倍數(shù)|log2FoldChange|＞1，顯著性P值＜0.05。利用基因本體（Gene ontology，GO）和京都基因與基因組百科全書(shū)（Kyoto encyclopedia of genes and genomes，KEGG）數(shù)據(jù)庫(kù)，以整個(gè)基因組為背景，利用超幾何分布計(jì)算差異基因顯著富集的GO功能類別和KEGG代謝途徑，以確定差異基因顯著富集的GO功能條目及主要參與的代謝途徑和信號(hào)通路。

1.3 RT-qPCR驗(yàn)證

為確保轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)的可靠性，同時(shí)驗(yàn)證與細(xì)胞壁及光合作用相關(guān)基因在低溫條件下的表達(dá)模式，選取6個(gè)與細(xì)胞壁相關(guān)（CSS0021714、CSS0033400、CSS0045044、CSS0037361、CSS0010581、CSS0003045）以及5個(gè)與光合作用相關(guān)（CSS0028326、CSS0047578、CSS0030453、CSS0002306、CSS0037274）的

差異表達(dá)基因進(jìn)行RT-qPCR驗(yàn)證。通過(guò)Primer Premier 5軟件設(shè)計(jì)RT-qPCR引物（表1），引物序列由生工生物工程（上海）股份有限公司合成。使用Trizol試劑盒（南京諾唯贊生物科技有限公司）提取各樣本的總RNA，通過(guò)HiScript Ⅱ Q RT SuperMix for qPCR逆轉(zhuǎn)錄試劑盒（南京諾唯贊生物科技有限公司）將RNA逆轉(zhuǎn)錄成cDNA，并將cDNA質(zhì)量濃度統(tǒng)一稀釋至10 ng·μL-1。采用相對(duì)定量的方法，以β-actin為內(nèi)參基因，RT-qRCR的反應(yīng)體系為2×Cham Q Universal SYBR qPCR Master Mix 10 μL，cDNA模板1 μL，上下游引物各0.8 μL，加ddH2O至終體積20 μL。反應(yīng)程序?yàn)?5 ℃預(yù)變性30 s；94 ℃變性10 s，60 ℃退火30 s，40個(gè)循環(huán)；3次技術(shù)重復(fù)，采用 法計(jì)算基因的相對(duì)表達(dá)量。

1.4 葉片組織結(jié)構(gòu)觀察

將茶樹(shù)葉片樣品用蒸餾水沖洗干凈并吸干表面水分，用標(biāo)準(zhǔn)固定液FAA（70%酒精∶冰醋酸∶甲醛=90∶5∶5）固定，常規(guī)石蠟切片法制備。采用Image pro plus 6.0（Media Cybernetics）軟件測(cè)量茶樹(shù)葉片厚度（Thickness of leaf，TL）、柵欄組織厚度（Thickness of palisade tissue，TP）、海綿組織厚度（Thickness of spongy tissue，TS）等指標(biāo)。計(jì)算柵海比（Palisade/Spongy，P/S）、葉片組織細(xì)胞結(jié)構(gòu)緊密度（Cell structure compactness ratio，CTR）、葉片組織細(xì)胞結(jié)構(gòu)疏松度（Cell structure looseness ratio，SR）。

1.5 細(xì)胞壁組分含量測(cè)定

將茶樹(shù)葉片樣品置于80 ℃烘箱中烘干至恒重后，進(jìn)行細(xì)胞壁組分含量測(cè)定，重復(fù)3次取平均值。纖維素、半纖維素及果膠含量采用蘇州格銳思生物科技有限公司相應(yīng)試劑盒進(jìn)行測(cè)定。

1.6 葉綠素相對(duì)含量及葉綠素?zé)晒鈪?shù)測(cè)定

利用便攜式葉綠素分析儀SPAD測(cè)定茶樹(shù)第二功能葉（每個(gè)處理分別選取3個(gè)不同植株葉片）的葉綠素相對(duì)含量，每個(gè)葉片重復(fù)6次，取平均值。利用FMS-2型脈沖調(diào)試熒光儀（Hanstrch，UK）測(cè)量葉綠素?zé)晒鈪?shù)。測(cè)量前將茶苗置于黑暗中預(yù)處理30 min，在125 μmol·m-2·s-1光照強(qiáng)度下測(cè)量暗適應(yīng)葉片的最小和最大熒光值。在自然光下測(cè)量初始、最大和發(fā)光熒光值。計(jì)算葉片的最大光系統(tǒng)Ⅱ（PSⅡ）效率（Fv/Fm）、非光化學(xué)猝滅系數(shù)（NPQ）、光化學(xué)猝滅系數(shù)（qP）和相對(duì)PSⅡ電子傳遞速率（ETR）。

2 結(jié)果與分析

2.1 轉(zhuǎn)錄組測(cè)序統(tǒng)計(jì)分析

NKF VS DKF處理組之間差異基因的基本分布如圖1所示，溫度從15 ℃降至4 ℃的過(guò)程中引起1 301個(gè)基因差異表達(dá)，其中631個(gè)基因上調(diào)表達(dá)，670個(gè)基因下調(diào)表達(dá)。

2.2 差異基因GO和KEGG功能富集分析

在NKF VS DKF組中共得到1 052個(gè)GO功能富集，以校正之后的P值≤0.05為閾值，篩選顯著富集的GO功能類別有289條。根據(jù)其功能可分為細(xì)胞組分、分子功能和生物過(guò)程三大類，分別取前10條顯著富集的GO功能類別進(jìn)行分析（圖2）。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞葡聚糖代謝過(guò)程（GO：0006073）、植物型細(xì)胞壁（GO：0009505）、質(zhì)外體（GO：0048046）、細(xì)胞壁（GO：0005618）、木葡聚糖：木葡糖基轉(zhuǎn)移酶活性（GO：0016762）等多個(gè)途徑與細(xì)胞壁多糖的修飾和合成相關(guān)；過(guò)氧化氫跨膜運(yùn)輸（GO：0080170）、水運(yùn)輸（GO：0006833）、趨光性（GO：0009638）、線粒體內(nèi)膜（GO：0005743）、膜的錨定成分（GO：0031225）、水通道活性（GO：0015250）等途徑與植物的光合作用密切相關(guān)。

NKF VS DKF組顯著富集的前20條KEGG代謝通路中（圖3），淀粉和蔗糖代謝（ko00500）、苯丙素生物合成（ko00940）、氨基糖和核苷酸糖代謝（ko00520）等代謝通路與細(xì)胞壁合成密切相關(guān)，萜類骨架生物合成（ko00900）、MAPK信號(hào)通路（ko04010）、鈣信號(hào)通路（ko04020）、類黃酮生物合成（ko00941）等代謝通路在調(diào)控植物光合作用的過(guò)程中發(fā)揮重要作用。

2.3 低溫脅迫下茶樹(shù)細(xì)胞壁合成途徑的響應(yīng)

2.3.1 低溫脅迫對(duì)茶樹(shù)葉片組織結(jié)構(gòu)的影響

福鼎大白茶和舒茶早葉片組織結(jié)構(gòu)觀察如圖4所示，與DKF組相比，NKF組福鼎大白茶的葉片厚度、上表皮厚度、柵欄組織厚度、海綿組織厚度、柵海比分別增加了12.10%、5.13%、19.90%、16.17%、3.22%。舒茶早的葉片厚度、上表皮厚度、下表皮厚度、角質(zhì)層厚度、柵欄組織厚度、海綿組織厚度分別增加了13.77%、5.03%、7.69%、36.36%、16.62%、

18.19%，而柵海比下降了1.33%。表明低溫脅迫對(duì)茶樹(shù)葉片的組織結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了顯著影響。

2.3.2 低溫對(duì)茶樹(shù)葉片細(xì)胞壁組分的影響

將25 ℃預(yù)培養(yǎng)茶苗的培養(yǎng)溫度降至15 ℃，培養(yǎng)21 d，再在4 ℃處理12 h，對(duì)低溫脅迫后抗寒性不同的福鼎大白茶和舒茶早進(jìn)行細(xì)胞壁組分含量測(cè)定。結(jié)果顯示，纖維素含量在兩個(gè)品種中變化趨勢(shì)基本一致，而半纖維素和果膠含量在兩個(gè)茶樹(shù)品種中變化有所不同，福鼎大白茶半纖維素和果膠含量隨著溫度的降低持續(xù)下降；舒茶早的半纖維素與果膠含量在15 ℃處理后升高，溫度降至4 ℃后下降（圖5）。表明半纖維素與果膠可能在茶樹(shù)應(yīng)對(duì)低溫脅迫時(shí)發(fā)揮重要作用。

2.4 低溫脅迫下茶樹(shù)葉綠素合成途徑的響應(yīng)

低溫脅迫會(huì)影響茶樹(shù)葉綠素生物合成和光合作用，從而影響植株的正常生長(zhǎng)和發(fā)育[20-21]。與15 ℃對(duì)照處理相比，4 ℃處理下福鼎大白茶和舒茶早的葉綠素相對(duì)含量（SPAD）分別下

降39.8%、36.0%（圖6A）。隨著溫度的降低，各類葉綠素?zé)晒鈪?shù)，如最大光系統(tǒng)Ⅱ效率（圖6B）、相對(duì)電子傳遞速率（圖6C）、光化學(xué)猝滅系數(shù)（圖6D）不斷下降，而非光化學(xué)猝滅系數(shù)隨著溫度的降低呈現(xiàn)上升趨勢(shì)（圖6E）。

2.5 低溫脅迫下相關(guān)基因表達(dá)模式分析

將NKF VS DKF比較組中DEGs富集到具體的GO途徑和KEGG代謝通路中，發(fā)現(xiàn)多個(gè)與細(xì)胞壁和光合相關(guān)的途徑，選擇顯著富集的木葡聚糖：木葡糖基轉(zhuǎn)移酶活性（GO：0016762）的DEGs（CSS0021714、CSS0033400、CSS0045044、CSS0037361、CSS0010581、CSS0003045）和與光合相關(guān)DEGs（CSS0028326、CSS0047578、CSS0030453、CSS0002306、CSS0037274）進(jìn)行RT-qPCR。如圖7所示，RT-qPCR結(jié)果與轉(zhuǎn)錄組測(cè)序的FPKM值的趨勢(shì)基本一致。

3 討論

3.1 低溫脅迫下細(xì)胞壁組分含量變化

細(xì)胞壁作為植物抵御逆境的第一道屏障，在植物抗寒過(guò)程中發(fā)揮著重要作用。研究表明，植物依靠細(xì)胞壁感知環(huán)境變化，通過(guò)質(zhì)膜將信號(hào)傳遞到細(xì)胞質(zhì)，繼而引發(fā)信號(hào)級(jí)聯(lián)，最終反饋到質(zhì)外體，導(dǎo)致細(xì)胞壁組成和性質(zhì)的變化[22]。低溫脅迫下，植物采用多種策略應(yīng)對(duì)動(dòng)態(tài)的環(huán)境變化，包括葉片組織結(jié)構(gòu)的適應(yīng)性變化[23]、細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)和組成的改變、調(diào)控與防御相關(guān)的信號(hào)傳導(dǎo)、蛋白質(zhì)修飾以及基因表達(dá)，對(duì)植物的結(jié)構(gòu)支撐、物質(zhì)運(yùn)輸及逆境抵御能力至關(guān)重要[24]。本研究在轉(zhuǎn)錄水平上鑒定到大量與細(xì)胞壁相關(guān)的差異基因，在細(xì)胞葡聚糖代謝過(guò)程（GO：0006073）、植物型細(xì)胞壁（GO：0009505）、細(xì)胞壁（GO：0005618）、木葡聚糖：木葡糖基轉(zhuǎn)移酶活性（GO：0016762）、

淀粉和蔗糖代謝（ko00500）、苯丙素生物合成（ko00940）等代謝途徑中顯著富集。已有研究表明，低溫處理會(huì)影響植物細(xì)胞壁的組成，如茶苗由4 ℃降至0 ℃以下，抗寒品種的半纖維素和果膠含量提高，纖維素含量下降；而抗寒性較弱品種的纖維素和果膠含量下降，半纖維素含量上升[24]。枇杷、柑橘等果實(shí)在低溫處理后，果皮細(xì)胞壁中纖維素和半纖維素含量增加[25-26]。本研究聚焦于抗寒性不同的兩個(gè)茶樹(shù)品種（福鼎大白茶與舒茶早），在低溫脅迫下對(duì)其葉片組織結(jié)構(gòu)變化及葉片中細(xì)胞壁組分含量等生理指標(biāo)進(jìn)行分析。結(jié)果顯示，低溫脅迫下茶樹(shù)葉片增厚，植株的抗寒性和對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力提升。福鼎大白茶與舒茶早的柵欄組織、海綿組織厚度均有增加，福鼎大白茶柵欄組織的增長(zhǎng)更為顯著，柵海比顯著增加，有利于植株在低溫下保持較高的光合作用效率；而舒茶早的海綿組織增長(zhǎng)更為顯著，植株的保溫能力和水分儲(chǔ)存能力更強(qiáng)。細(xì)胞壁組分含量方面，纖維素含量在兩個(gè)茶樹(shù)品種中的變化趨勢(shì)相似；果膠含量在不同溫度處理下變化趨勢(shì)不同，但差異不顯著；而半纖維素含量的變化則顯著不同，表明其在不同抗寒性茶樹(shù)品種中可能具有特異性作用，這一發(fā)現(xiàn)與劉靜[27]研究結(jié)果相似。細(xì)胞壁中的半纖維素-纖維素微纖絲網(wǎng)絡(luò)通過(guò)氫鍵和交聯(lián)形成，賦予細(xì)胞壁機(jī)械強(qiáng)度，福鼎大白茶在低溫下半纖維素含量顯著降低，可能削弱了其細(xì)胞壁的機(jī)械支撐能力和耐寒性，從而更易受到低溫?fù)p害。

3.2 低溫脅迫對(duì)光合作用的影響

低溫不僅會(huì)直接損傷植物的光合機(jī)構(gòu)，也對(duì)光合傳遞及光合作用的整個(gè)過(guò)程產(chǎn)生抑制，進(jìn)而影響植物的生長(zhǎng)發(fā)育。光合作用作為茶樹(shù)生長(zhǎng)發(fā)育不可或缺的生理過(guò)程，為茶樹(shù)提供了生命活動(dòng)所必需的各類營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，并直接影響茶葉的產(chǎn)量與品質(zhì)，優(yōu)化光合作用是實(shí)現(xiàn)茶葉優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的關(guān)鍵研究方向[28-29]。本研究通過(guò)轉(zhuǎn)錄組測(cè)序分析發(fā)現(xiàn)，表達(dá)差異顯著的基因大量富集在過(guò)氧化氫跨膜運(yùn)輸（GO：0080170）、趨光性（GO：0009638）、線粒體內(nèi)膜（GO：0005743）、萜類骨架生物合成（ko00900）、MAPK信號(hào)通路（ko04010）、類黃酮生物合成（ko00941）等多條與葉綠體和光合作用相關(guān)的代謝通路中。葉綠素?zé)晒鈪?shù)能夠在一定程度上反映植物的光合能力和對(duì)生長(zhǎng)環(huán)境的適應(yīng)能力[30]。低溫脅迫對(duì)茶樹(shù)光合作用影響研究結(jié)果顯示，隨著溫度的降低，葉綠素相對(duì)含量持續(xù)下降，F(xiàn)v/Fm、ETR及qP等葉綠素?zé)晒鈪?shù)也呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，這表明茶樹(shù)在低溫脅迫下用于光合作用的量子產(chǎn)能和能量轉(zhuǎn)化效率降低，光合作用受到抑制，并將吸收的光能更多用于熱耗散[31]。非光化學(xué)猝滅系數(shù)可用來(lái)衡量植物對(duì)光系統(tǒng)損害的抵御程度，本研究中，低溫脅迫處理下，茶樹(shù)葉片的非光化學(xué)猝滅系數(shù)顯著升高，說(shuō)明茶樹(shù)在受到低溫脅迫時(shí)可能開(kāi)啟了自我保護(hù)機(jī)制，通過(guò)非光化學(xué)途徑減少光系統(tǒng)的過(guò)度損傷，然而，這種保護(hù)機(jī)制的實(shí)施也伴隨著光合作用效率的明顯下降，對(duì)茶樹(shù)的正常生長(zhǎng)與發(fā)育構(gòu)成了威脅。已有研究表明，茶樹(shù)葉綠體對(duì)低溫極為敏感[32]，短暫低溫處理即可破壞光系統(tǒng)中光能吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)和消耗的動(dòng)態(tài)平衡，導(dǎo)致過(guò)剩光能對(duì)光反應(yīng)中心的不可逆失活，并積累氧自由基進(jìn)一步損傷葉綠體內(nèi)部膜組織和其他細(xì)胞器，從而抑制葉綠體色素代謝及光合作用等生物過(guò)程[33-34]。本研究的結(jié)果與這些文獻(xiàn)相吻合，進(jìn)一步證實(shí)了低溫脅迫對(duì)茶樹(shù)光合作用的負(fù)面影響。

春季茶樹(shù)新梢萌發(fā)，細(xì)胞壁薄，生長(zhǎng)代謝旺盛，山東春季的“倒春寒”極易導(dǎo)致芽葉細(xì)胞內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)損傷、代謝紊亂，造成新梢的褐化和死亡。目前對(duì)于低溫脅迫下茶樹(shù)細(xì)胞壁和光合作用相關(guān)的生理及分子機(jī)制的研究仍較為淺顯，還需深入研究。此外，應(yīng)進(jìn)一步驗(yàn)證其相關(guān)基因的功能、研究代謝途徑，全面揭示茶樹(shù)乃至其他植物應(yīng)對(duì)環(huán)境脅迫的復(fù)雜機(jī)制，為茶樹(shù)乃至其他作物抗逆性改良提供更為深入的理論依據(jù)和實(shí)踐指導(dǎo)。

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