氮素水平对茶树重要农艺性状和化学成分含量的影响

李海琳，王丽鸳，成浩，韦康，阮丽，吴立赟

中国农业科学院茶叶研究所/国家茶树改良中心，农业部茶树生物学与资源利用重点实验室，浙江 杭州 310008

氮素水平对茶树重要农艺性状和化学成分含量的影响

李海琳，王丽鸳*，成浩，韦康，阮丽，吴立赟

中国农业科学院茶叶研究所/国家茶树改良中心，农业部茶树生物学与资源利用重点实验室，浙江 杭州 310008

以龙井43为对照，分析了不同氮素水平对4个茶树品系重要农艺性状和化学成分含量的影响。结果表明：氮素供应充足时，各茶树品系叶绿素含量提高，茶芽萌发和新梢生长加快，发芽密度与着叶数增加，可以有效提高茶叶产量；氮素影响氨基酸、咖啡碱和多酚类物质在茶树体内的代谢，施用氮肥可以增加茶叶中茶氨酸、咖啡碱等的含量，提高茶叶品质。本研究还发现中茗22号和LY002对氮素响应比较明显，可为今后氮素高效型茶树品种选育提供依据。

氮素水平；茶树；农艺性状；化学成分

茶树是多年生木本植物，在其整个生命周期的各个阶段，总是有规律地从土壤中吸收矿质营养元素，以保持其正常生长发育[1]。肥料在提高茶叶产量和品质中有特殊地位，施肥已经成为茶园管理中最重要的常规技术之一，其中氮肥具有极其重要的作用。林心炯等[2]研究发现，氮肥对茶叶生物产量起主效作用，随着施 N量的增加，茶树芽叶形成力不断增强，其新梢总数和密度等产量构成因子得到有效提高；夏建国等[3]建立了茶叶高产优化施肥的数学模型，发现施 N对茶叶产量的影响，通常呈二次抛物线型变化，适量施N与茶叶产量呈显著的正相关；潘根生[4]指出，春夏茶芽中的氨基酸和咖啡碱含量基本表现为施氮处理高于不施氮处理，儿茶素则以不施氮为高；赵卫星[5]发现，适量施 N对茶叶产量和含 N量、游离氨基酸、咖啡碱和茶氨酸等品质成分有较好的促进作用，同时 C/N和茶多酚表现出明显下降趋势。阮建云等[6]研究发现，不同茶树品种在氮素吸收效率方面存在差异，认为根系吸收氮素的能力差异是茶树品种间氮素吸收效率差异的重要原因。王新超等[7-8]对6个茶树品种的氮素效率进行了比较，结果发现在 4种施氮条件下，茶树的氮素利用效率在品种间存在显著性差异，吸收效率是决定不同品种茶树氮素效率差异的主要因素。

本研究以中茗 22号、18A、LY002等 4个对氮素响应差异较大的茶树品系为试验材料，龙井43作为对照，分析不同氮素水平下各茶树品系的重要农艺性状和化学成分含量的差异，为今后氮素高效型茶树的品种选育提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验材料取自中国农业科学院茶叶研究所试验茶园。试验品系为中茗 22号、18A、LY002、LY20B，以国家级优良品种龙井 43为对照。2013年 10月，每个品系选取 40株生长一致的14月龄扦插苗，大行距150 cm，小行距40 cm，穴距33 cm，采取双株侧窝种植。采用常规栽培技术进行管理，茶树生长势良好。2016年 3月底，分别取其成熟叶、根系（分一级根和二级根），洗净，然后将所有样品放入烘箱，80℃烘干至恒重，磨碎，－20℃冰箱中保存备用。

1.2 试验方法

茶苗按照大田常规管理示范进行，供试肥料：氮肥主要为尿素（含 N 46%），粒径0.85～2.80 mm，河南心连心化肥有限公司；饼肥为菜籽饼肥（N≥5.25%，P2O5≥3.91，K2O≥2.7）。施肥方式：单侧开沟 15～20 cm。施肥时间：2015年10月底按4 500 kg·hm-2的量施用菜籽饼肥作为基肥；2016年2月底按45 kg·hm-2的量施用尿素追肥，作为春茶的催芽肥。施肥沟一侧的茶树行以H（high）-N表示，远离施肥沟一侧的茶树行以L（low）-N表示，分别作为试验的2个处理。

1.2.1 物候期测定

2016年 3月底，以挂牌法观察各茶树品系的春季嫩梢物候期，并记录其鱼叶期、一芽一叶期和一芽二叶期。

1.2.2 百芽重和干茶产量测定

随机采摘各茶树品系 100个长势均匀的一芽二叶嫩梢，称量，3次以上的平均值，即为百芽重。

采摘各茶树品系的一芽二叶第一轮嫩梢，摊放过夜后，在龙井锅220～280℃范围内手工杀青，手工揉捻，6CHM-901型电热式碧螺春烘干机120℃烘5 min，然后80℃烘干至恒重，制成烘青茶样，称其重量。

1.2.3 其他生长指标测定

选取各茶树品系中具有代表性的植株，分别测其生产层（10 cm）芽数、蓬面（30 cm）老叶鲜重、蓬面新叶鲜重、一级根鲜重和干重、二级根鲜重和干重。

1.2.4 叶片SPAD值和叶绿素含量测定

选取各茶树品系新梢上发育较好的叶片30个，利用叶绿素含量测定仪 SPAD-502进行SPAD值测定，取其平均值。每个叶片测定时，要求避开有损伤的叶片和叶脉，在叶片的上部、中部和下部各测定1次，计算平均值[9]。

叶绿素含量的测定采用丙酮法[10]。老叶粉碎以后，每个样本准确称取 0.100 g，加入10 mL 浸提液（V丙酮∶V95%乙醇=1∶1），震荡混匀，室温避光浸提 24 h，3 000 r·min-1，离心10 min，在SHIMADZU UV-2550型分光光度计上测定663 nm和645 nm的光吸收值，每个样品测3次重复。

叶绿素含量采用Arnon法的修正公式：

式中：Ca为叶绿素a的含量（mg·g-1）；Cb为叶绿素 b的含量（mg·g-1）；Ct为叶绿素的总量（mg·g-1）；D645、D663分别表示在663 nm和645 nm波长下的光密度，V为定容体积（mL），m为称样量（g）。

1.3 主要生化成分含量测定

游离氨基酸的测定：样品直接按 AccQ.Tag方法柱前衍生，高效液相色谱法测定[11]；茶多酚总量的测定：参照 GB/T 8313—2008福林酚（Folin-Ciocalten）比色法[12]；咖啡碱和儿茶素含量的测定：高效液相色谱法[13]。

1.4 数据处理和统计分析

测定数据利用DPS和SPSS 16统计分析软件进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 氮素水平对物候期的影响

高氮素水平可以促进茶芽萌发，提早茶树物候期。由表1可知，高氮条件下，各品系的鱼叶期在 3月 26—30日，最早的为中茗 22号和LY002，比对照迟1 d；一芽一叶期在3月28日—4月1日，最早的为中茗22号和LY002，比对照迟1 d；一芽二叶期在3月30日—4月6日，最早的为中茗22号，与对照同一天。不同氮素水平下，各品系的物候期趋势基本一致，中茗22号和LY002比对照迟0～5 d，属于中生型品系，18A和LY20B比对照迟3～8 d，属于晚生型品系。

2.2 氮素水平对百芽重和干茶产量的影响

由表2可知，与低氮相比，高氮条件下，各品系的百芽重和干茶产量均显著增加，品系之间存在显著性差异。百芽重增加最多的是LY002，增幅比对照多了35.49百分点；干茶产量增加最多的是中茗22号，但增幅比对照少了22.85百分点。

2.3 氮素水平对其他生长指标的影响

氮素参与茶树生长发育的所有过程，对茶树各器官的生长发育都有着显著的影响。由图1可知，与低氮条件相比，高氮条件下，各品系的生产层芽数均有增加，增幅大小为LY002＞LY20B＞中茗 22 号＞18A。LY002、LY20B和中茗22号的生产层芽数显著高于对照，育芽能力较强，而18A育芽能力较弱。

表1 氮素水平对不同茶树品系的物候期的影响Table 1 The nitrogen supply effects on phenophase of tea varieties

由图2可知，高氮条件下，各品系的其他生长指标也均有增加，各品系之间存在一定差异。蓬面老叶鲜重增加最多的为LY002，但增幅比对照少了40.42百分点；蓬面新叶鲜重增加最多的为LY20B，但增幅比对照少了18.84百分点；一级根和二级根鲜重增加最多的均为中茗22号，增幅分别比对照高了 29.84百分点和39.86百分点。

表2 氮素水平对不同茶树品系的百芽重和干茶产量的影响Table 2 The nitrogen supply effects on one-hundred-bud weight and dry tea yield of tea varieties g

图1 不同茶树品系的生产层芽数Fig. 1 The number of buds in the plucking canopy of tea varieties

图2 不同茶树品系的其他生长指标Fig. 2 Other growth indexes of tea varieties

2.4 氮素水平对SPAD值和叶绿素含量的影响

由表3可知，与低氮条件下相比较，高氮条件下，各品系的 SPAD、Ca、Cb、Ct均显著增加，品系之间也存在显著性差异。SPAD值与Ct增加最多的品系均为 LY002，增幅分别比对照多了21.69百分点和49.88百分点。由表4可知，SPAD值与叶绿素含量呈极显著正相关，这与杨亦扬[14]的研究结果也是一致的，其与Ca、Cb和Ct的相关系数分别为0.943、0.950和 0.947（P＜0.01）。

2.5 氮素水平对氨基酸和咖啡碱含量的影响

2.5.1 氨基酸含量分析

氮素水平与氨基酸含量呈高度正相关[14]，由表 5可知，与低氮条件下相比，高氮条件下，各品系的成熟叶、一级根和二级根中的氨基酸含量均显著增加，品系之间也存在显著性差异。成熟叶和二级根中氨基酸含量增加最多的均为 LY002，增幅分别比对照多了89.12百分点和319.02百分点；一级根中氨基酸含量的增加量最多的18A，增幅比对照多了67.23百分点，其次是LY002的一级根中氨基酸含量的增加量比 18A少，但增幅却比对照多了100.74百分点。

2.5.2 咖啡碱含量分析

咖啡碱为茶树氮素循环的重要物质，施氮后茶树新梢叶片中的硝酸还原酶活性提高，咖啡碱的含量增加[15]。由表 5可知，与低氮条件下相比，高氮条件下，成熟叶中的咖啡碱含量显著增加，品系之间存在显著性差异。成熟叶中咖啡碱含量增加最多的品系为LY002，增幅比对照多了9百分点；一芽二叶中咖啡碱含量增加最多的品系为 LY20B，但增幅比对照少了0.62百分点。

表3 氮素水平对不同茶树品系中SPAD和叶绿素含量的影响（n=3）Table 3 The nitrogen supply effects on SPAD and chlorophyll contents of tea varieties (n=3)

表4 SPAD值与叶绿素含量的相关性Table 4 Correlation between SPAD value and chlorophyll content

表5 氮素水平对不同茶树品系中氨基酸和咖啡碱含量的影响（n=3)Table 5 The nitrogen supply and genotypic effects on amino acids and caffeine contents of tea varieties（n=3) mg·g-1

2.6 主要氨基酸组分分析

氨基酸为茶叶鲜爽味的主要物质，特别是茶氨酸、谷氨酸、天冬氨酸、精氨酸等与绿茶品质有着极大相关性[16]。不同氮素水平下，测定的茶树成熟叶、一级根、二级根和一芽二叶中的氨基酸主要有天冬氨酸（Asparate，Asp）、谷氨酸（Glutamate，Glu）、精氨酸（Argine，Arg）、丙氨酸（Alanine，Ala）、γ-氨基丁酸（γ-aminobutyric acid，GABA）和茶氨酸（Theanine，The）。由图3可知，高氮条件下，各品系的主要氨基酸组分均有增加，其中二级根中的Arg和一芽二叶中的The增加极显著，其它组织中的其他氨基酸组分增加不显著。二级根中Arg含量增加最多的品系为18A，增幅比对照多了 266.40百分点；一芽二叶中 The含量增加最多的品系为LY002，增幅比对照多了47.69百分点。

2.7 儿茶素组分、含量和总量分析

儿茶素是茶叶多酚类物质的主体，分为酯型儿茶素和非酯型儿茶素，施氮肥能够降低多酚类物质的含量[17]。由表 6可知，成熟叶和一芽二叶中的主要酯型儿茶素组分为 EGCG和 ECG，主要非酯型儿茶素组分为 EGC和EC。高氮条件下，成熟叶和一芽二叶中的EGCG降低最多的品系均为中茗22号，降幅均显著大于对照；成熟叶中的ECG降低最多的为LY002，降幅显著大于对照；一芽二叶中的ECG降低最多的为中茗22号，但降幅比对照少了6.43百分点。成熟叶中的EGC降低最多的品系均为中茗22号，降幅显著大于对照；各品系一芽二叶中的EGC降幅均小于对照；成熟叶中的EC降幅最多的为LY002，但降幅比对照少了3.83百分点；一芽二叶中的EC降幅最多的为LY20B，但降幅比对照少了12.46百分点；成熟叶中的儿茶素总量降低最多的为LY002，降幅显著大于对照；一芽二叶中的儿茶素总量降低最多的为中茗22号，但降幅比对照少了2.92百分点。

3 讨论

为满足茶树生育所需，促进新梢正常生长，提高鲜叶的有效成分含量，改良土壤肥力，在栽培过程中，根据茶树营养特点、需肥规律和肥料效应对茶园进行合理施肥尤为重要。其中氮是茶树生长中最重要的营养元素之一，茶叶产量及品质与施氮量密切相关。适量施用氮肥，芽叶含氮量增加，茶树细胞分裂加速，细胞增长加快，营养生长旺盛，内含物丰富，芽叶肥壮，叶绿素含量提高，发芽密度增加，叶面积增大，光合作用增强，茶叶产量增加[5]。同时氮是茶叶品质成分游离氨基酸、咖啡碱等化合物的重要组成部分，增施氮肥可以提高游离氨基酸，尤其是茶氨酸的含量，从而提高绿茶的鲜爽度[18]；增施氮肥可以提高咖啡碱的含量，咖啡碱是茶叶中重要的滋味物质，其本身具有苦味，与茶黄素以氢键缔合形成的复合物具有鲜爽味，对茶叶的品质形成均具有重要作用[19]。

图3 氮素水平对不同茶树品系的主要氨基酸组分的影响Fig. 3 The nitrogen supply effects on major amino acid components of tea varieties

表6 氮素水平对不同茶树品系中儿茶素含量的影响（n=3）Table 6 The nitrogen supply and genotypic effects on catechin components of tea varieties (n=3) mg·g-1

本研究结果表明，适量施氮促进茶芽萌发和新梢生长，提高茶树成熟叶中的叶绿素含量，增加发芽密度与着叶数，有效提高茶叶产量；同时，氮素还调控氨基酸、咖啡碱和多酚类等品质成分在茶树体内的代谢，施用氮肥可以增加茶叶中茶氨酸、咖啡碱等的含量，提高茶叶品质。本研究还发现中茗22号和LY002对氮素响应比较明显，可为今后氮素高效型茶树品种选育提供依据。相关研究发现，适宜的氮肥用量对茶树生长具有良好的促进作用，但是氮肥施用不足和过量均会对茶树产生不利影响[20]。缺氮会阻碍蛋白质、核酸和叶绿素的生物合成所导致的嫩芽生长缓慢、顶侧芽萌芽轮次减少及密度稀疏，出现大量对夹叶，影响品质及产量[21]；若施用较多的氮肥，对鲜爽滋味有贡献的茶氨酸含量增加有限，却有更多的精氨酸被合成，而精氨酸的苦涩味会导致茶叶品质下降[22-23]。过量施用氮素不仅增加了生产成本，而且增加了土壤、水源中的硝酸盐含量，造成环境污染。除了氮素施用量之外，茶树氮效应的大小还受到土壤原有的氮素水平、茶树品种及原有生长势、壤条件、气候条件等因素的影响与制约。因此今后需要加强茶树氮素吸收利用调控方面的研究，为确定茶树最佳氮肥用量和施用时间，提高茶园氮素利用效率，提供研究基础。

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The Effects of Nitrogen Supply on Agronomic Traits and Chemical Components of Tea Plant

LI Hailin, WANG Liyuan*, CHENG Hao, WEI Kang, RUAN Li, WU Liyun
Tea Research Institute, Chinese Academy of Agricultural Sciences , National Center for Tea Improvement, Key Laboratory of Tea Biology and Resources Utilization, Ministry of Agriculture, Hangzhou 310008, China

In this study, the effects of nitrogen supply on the important agronomic traits and chemical components were analyzed in 4 tea varieties using Longjing 43 as control. The results showed that sufficient nitrogen application effectively increased the tea yields by changing some key agronomic traits, such as increasing the chlorophyll content in mature leaves, accelerating the germination and growth of new shoots and increasing the density of germination. Meanwhile, nitrogen application affected the metabolisms of main chemical components (theanine,caffeine and polyphenols) in tea plant, resulting in the improvement of tea quality. The Zhongming 22 and LY002 showed more sensitive responses to high nitrogen application. These results provide important backgrounds for breeding of tea cultivars with higher nitrogen use efficiency.

nitrogen level, tea plant (Camellia sinensis), agronomic trait, chemical components

S571.1；S143

A

1000-369X（2017）04-383-09

2017-03-16

2017-04-07

国家自然科学基金项目（31570695）、国家现代农业产业技术体系建设专项资金项目（CARS-23）、浙江省农业新品种选育重大科技专项（2016C02053）

李海琳，女，硕士研究生，助理研究员，主要从事茶树种质资源与育种研究。*通讯作者：wangly@tricaas.com