低温对茶树叶片生理生化指标的影响

刘宇鹏，陈 芳，胡家敏，谷晓平,2*

(1.贵州省山地环境气候研究所，贵州 贵阳 550002； 2.贵州省山地气候与资源重点实验室，贵州 贵阳 550002)

茶树属山茶科山茶属植物，多年生常绿木本叶用植物，是贵州重要的经济作物之一，也是贵州农村经济的重要组成部分。近年来，种植规模不断扩大，种植面积2015年达到46万hm2，位居全国第一。霜冻是指早春或深秋作物遭受0 ℃以下低温天气，植物组织受损，甚至死亡的现象[1]，根据霜冻发生时期，分为秋霜冻和春霜冻[2]，春季骤然降温的春霜冻是幼果、嫩梢发生冻害的主要原因。茶树新生芽对低温非常敏感，由于气候变化，明显的冬暖现象导致贵州茶树茶芽萌动期提前，春季霜冻使春茶生产面临巨大威胁，搞清霜冻对茶树的危害对指导茶叶生产具有重要意义。低温影响植物多方面的生理生化指标，包括叶绿素含量、叶绿素荧光参数、可溶性糖含量、相对电导率等，本研究应用人工气候箱，选择处于萌芽期的茶树，开展低温胁迫控制实验，测定不同低温条件下茶树叶片生理生化指标的变化，以期为春茶生产提供科学依据，减少低温对茶叶生产的影响。

1 材料与方法

1.1 材料及设计

1.1.1 材料

以贵州主要茶树品种福鼎大白茶为供试材料，树龄为6年，2016年12月购自贵州省湄潭县茶树种植基地，选择长势一致的茶树，并携带原土，种在圆形塑料盆中，每盆一株。在室外自然条件下正常管理，经过3个月缓苗期后生长良好。

1.1.2 设计

实验于2017年3—4月在贵州省人工气候室进行。所有试验材料在低温处理前置于人工气候室预冷处理7 d，然后开始正式试验，此时茶树处于萌芽期。

实验按日最低气温-2、-1、0 ℃共设置3个处理，每个处理分别持续1、2、3 d，以日最低气温20 ℃作为对照。分析贵州地区多年春季低温天气过程发现，当出现低温天气过程时气温日较差一般在5 ℃左右，因此设置每个处理日最高气温为日最低气温加5 ℃。利用人工气候室模拟低温天气过程，每日气温从最低升至最高，然后再降至最低(表1)。每个处理结束后按照“两叶一芽”的标准采样，用冰袋保存立刻送往实验室，每个指标重复测试3次取平均值。

1.2 测定项目与方法

1.2.1 测定指标

用硫代巴比妥酸显色法[3]测定叶片MDA(丙二醛)含量；考马斯亮蓝染色法测定SP(可溶性蛋白)含量[4]；NBT光还原法测定SOD(超氧化物歧化酶)活性[5]；丙酮法[6]测定叶绿素含量；愈创木酚法[7]测定POD活性。

1.2.2 数据分析

用Excel 2003对实验数据进行统计分析。

表1 人工气候室模拟低温天气过程温度设置 ℃

2 结果与分析

2.1 低温对茶树叶片MDA含量的影响

MDA含量常用于表示植物在逆境条件下细胞受害程度，其含量越高，植物受害越严重[8]。从图1可以看出，与对照相比，在相同的处理时间内，3个处理MDA含量都高于对照，且温度越低，MDA含量越高。同一处理下，随着持续天数增加，MDA含量也不断增加。表明低温处理下，温度越低，持续时间越长，MDA含量越高，受到的伤害越重。

图1 低温胁迫下茶树叶片MDA含量变化

2.2 低温对茶树叶片可溶性蛋白含量的影响

植物受到低温胁迫时，通过可溶性蛋白的积累提高细胞液浓度，降低其渗透势，维持细胞膨压，对细胞膜起到保护作用[9]。从图2可以看出，日最低气温在-1和0 ℃时，随着持续天数的增加，可溶性蛋白含量逐渐增加，而日最低气温在-2 ℃时，随着持续天数的增加，可溶性蛋白含量不升反降，有可能在此温度强度下，茶树受到严重伤害，自身保护系统受到破坏，合成的可溶性蛋白含量下降。

图2 低温胁迫下茶树叶片可溶性蛋白含量变化

2.3 低温对茶树叶片SOD活性的影响

SOD是一种存在于植物体内的可以清除超氧阴离子自由基的酶，当植物在逆境条件下，SOD活性会迅速增强，抑制细胞膜内不饱和脂肪酸的过氧化作用，从而起到保护细胞膜的作用[10]。从图3可以看出，与对照相比，相同的持续天数下，温度越低，SOD活性越强；同一低温处理下，持续时间越长，SOD活性越强。表明低温胁迫下，气温越低，持续时间越长，SOD活性越强。

图3 低温胁迫下茶树叶片SOD活性变化

2.4 低温对茶树叶片叶绿素含量的影响

叶绿素是植物光合作用的主要色素，其含量影响作物的光合作用程度，与植物的抗寒性关系密切[11]。从图4可以看出，与对照相比，3组低温处理下茶树叶片的叶绿素含量都有不同程度的下降，同一处理下，随着持续天数的增加，叶绿素含量都是逐渐降低，表明低温胁迫下，温度越低，持续时间越长，叶绿素含量越低。

图4 低温胁迫下茶树叶片叶绿素含量变化

2.5 低温对茶树叶片POD活性的影响

POD是植物抗氧化系统的组成部分，能够清除超氧自由基，抵御组织细胞膜质过氧化[12]，其活性大幅升高对于维持细胞膜的稳定非常重要。从图5可以看出，与对照相比，相同持续时间下，3组处理POD活性都高于对照，且温度越低，活性越高。同一低温处理下，持续时间越长，POD活性越高。表明低温胁迫下，温度越低，持续时间越长，POD活性越强。

图5 低温胁迫下茶树叶片POD活性变化

3 小结与讨论

低温对于茶树生理生化指标的影响，多年来有很多的研究。李叶云等[13]的研究发现，在-6 ℃时，不同茶树品种可溶性蛋白含量高于对照(未经低温处理)，在-15和-18 ℃时则低于对照，表明-6 ℃的低温不会对茶树叶片的细胞膜造成损伤。本实验结果则表明，日最低气温-2 ℃时，茶树的细胞膜结构就遭到了破坏，这可能与茶树品种自身的抗寒性有关。张玉翠等[14]研究结果表明，随着温度降低，农抗早、凫早二号、福鼎大白茶3个茶树品种的MDA含量均呈现上升趋势，这点与本文的研究结果一致，但是POD活性和SOD活性则表现出先升后降的趋势，本文研究结果则是这两种酶活性表现出不断上升的趋势，这种差异说明低温胁迫初期，这两种保护酶通过增加活性消除低温引起的细胞内自由基的积累，但是当超过一定温度界限，低温会造成酶活性下降，细胞膜结构和功能受损。杨再强等[15]研究结果表明，乌井43号、鸠坑、乌牛早、福鼎大白茶4个茶树品种叶绿素含量随气温的降低而降低，POD活性、MDA含量随气温的降低而升高，与本文研究结果一致。朱政等[16]将茶树枝条置于-5 ℃下持续10 d，发现茶树叶片SOD活性先下降后上升再下降，作者认为出现这种变化可能是低温胁迫初期植物体内活性氧含量突然增加导致SOD活性下降，随后低温诱导SOD合成，活性又升高，之后随着低温胁迫加剧，植物防御系统受到损坏，SOD活性又开始下降。可溶性蛋白含量则是先降低后升高，是茶树对低温环境逐渐适应的表现。

综上所述，本实验条件下，福鼎大白茶在低温胁迫下，叶片可溶性蛋白含量先升后降，MDA含量不断升高，SOD和POD活性不断增强，叶绿素含量不断下降。通过与前人研究成果对比分析，有必要增加温度和低温持续时间梯度设置，才能更加科学准确地得出低温对本地茶树品种造成危害的界限温度，同时，低温过后茶树恢复情况的分析对比也很有必要。