贵州福鼎大白茶低温冻害指标研究

胡家敏，侯双双，古书鸿，谷晓平，张 波

(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；3.贵州大学，贵州 贵阳 550025)

茶叶是世界三大饮品之一，是中国重要的经济作物，其中春茶产值占茶叶生产总值的1/2以上，而春季倒春寒产生的低温灾害严重限制了茶叶产业的健康高效发展。农业气象灾害保险是春季茶叶生产过程中遭遇低温灾害时有效的防灾减灾途径。考虑到农业保险技术障碍和道德层面带来的基差风险，自2007年起，农业气象灾害保险的设计以气象指数这一客观指数为主要指标。准确衡量低温灾害和低温灾损间的关系是农业气象灾害保险是否合理的关键[1-4]，气象指数偏高或偏低则会导致保险双方利益受到损伤，不利于农业气象灾害保险的健康发展。因此，探索低温灾害对贵州主要茶叶种植品种——福鼎大白茶生长发育的影响，并通过植物细胞伤害率计算茶叶的半致死温度以量化福鼎大白茶低温冻害指标对茶叶冻害的防灾减灾气象服务有重要的意义。

低温胁迫对茶叶的生理生化伤害本质为植物膜脂过氧化及膜透性的破坏[5-7]，茶叶对低温的生理生化响应主要体现在这两方面。丙二醛(MDA)是植物逆境环境下膜脂过氧化的产物，是植物膜氧化损伤指标[8]，众多逆境胁迫的植物生理响应均以此为重要指标。膜透性破坏用相对电导率(R)来表示，相对电导率直接表征物细胞伤害程度[9]。当低温达到一定程度时，植物达到半致死状态，即伤害率达到50%，若温度低于该温度，植物所受的低温损伤则不可恢复甚至死亡，该界限温度称为低温半致死温度[10-12]，低温半致死温度通常用于衡量植物对逆境环境的忍受程度。基于细胞伤害率的低温半致死温度研究广泛应用于不同环境胁迫情况下和不同种类的植物耐寒性评价[13-20]。对茶叶耐低温性研究最早源自于20世纪80年代末针对福建茶叶耐寒性的研究[21]，该研究认为利用低温半致死温度、伤害率对茶叶耐寒性的种质进行筛选较为可靠。自2007年以来，近10年期间，茶叶低温半致死温度的研究主要集中在根据茶叶低温半致死温度展开的茶叶抗寒性评价方面，涉及江浙、重庆、福建和山东等产茶区域[22-30]，其中浙江气象局基于低温半致死温度制定了茶叶冻害等级标准[31]，对茶叶春季冻害的农业气象服务具有重要参考价值。这一系列的研究成果均说明以低温半致死温度作为茶叶低温灾害指标是更精准的农业气象服务的必要途径。

贵州是中国著名的茶叶产区之一，气候变化导致的愈发严重和频繁的倒春寒给贵州春茶生产造成严重威胁。然而以低温半致死温度为主要指标对贵州春茶低温灾害的研究未见报道。为此，笔者根据贵州低温冻害发生特征，通过人工气候室模拟贵州福鼎大白茶开采期的低温冻害过程，并测定不同处理的相对电导率和伤害率(M)以及膜氧化损伤指标丙二醛(MDA)，利用伤害率进行低温Logistic函数的拟合，通过分析研究，获得贵州福鼎大白茶的春茶生产过程中低温冻害的低温半致死温度，以期为贵州茶叶产业发展及其气象服务、茶叶气象保险等业务的开展提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 材料

福鼎大白茶：盆栽规格为50 cm(直径)×50 cm(高)，盆栽茶树选用无病虫害的10年生健康茶树，取自贵州省遵义市凤冈茶园，土壤、水肥管理均同于茶树正常田间管理。

1.2 试验设计

茶树开采前低温冻害控制试验于2017年3月27日至4月24日，在贵州省黔东南州气象局的人工气候室中进行，茶树移栽恢复正常生长后进行分组设置低温冻害试验。根据贵州倒春寒过程特征，设置3组动态低温处理，即:0℃，最高5℃，表示为处理0/5；-1℃，最高4℃，表示为处理-1/4；-2℃，最高3℃，表示为处理-2/3。每组按气温日变化特征设置6：00为最低温，14：00为最高温，人工气候室根据气温日变化周期性特征模拟低温天气的气温日变化动态。将处于萌发期的茶树放入不同低温下的气候室，低温处理后，观察茶树叶片形态，每组试验处理的天数持续至新芽出现超过2/3的焦黑色时停止处理。每组预设9棵茶树，另设对照(CK)：室外，常温。每组处理完毕后采集成熟叶片用冰袋保存立即送往实验室进行茶叶生理生化指标的测定。

1.3 生理生化指标的测定

1.3.1 丙二醛(MDA) 冻害处理后，称取试验材料1 g，剪碎，加入5%TCA(三氯乙酸)2 mL，研磨至匀浆，再加8 mL TCA进一步研磨，匀浆在3 000 r/min离心10 min，上清液为样品提取液；吸取离心的上清液2 mL，加入2 mL 0.6%TBA(硫代巴比妥酸)溶液，摇匀。将试管放入沸水浴中煮沸10 min(自试管内溶液中出现小气泡开始计时)，取出试管并冷却，3 000 r/min离心15 min。取上清液并量其体积，利用式(1)计算MDA含量。

(1)

1.3.2 膜透性测定(电导仪法) 冻害处理后，选取茶树叶片，剪下后用湿布包住。试验时用自来水将供试叶片冲洗，除去表面沾污物，再用蒸馏水冲洗1～2次，用干净纱布轻轻吸干叶片表面水分，然后剪成约1 cm2的小叶片，将剪下的小叶片混合均匀，快速称取鲜样3份，每份1～2 g，分别放入3个烧杯中，加入蒸馏水淹没叶片。将装有样品的烧杯分别放入真空干燥器，用抽气机抽气7～8 min，以抽出细胞间的空气，重新缓缓放入空气，空气中的水即被压入组织而使叶下沉。将抽过气的烧杯取出，放在实验桌上静置20 min，期间轻轻摇动，在20～25℃恒温下，用电导仪测定溶液电导率(R1)。之后将烧杯放入100℃沸水中15 min，以杀死植物组织，取出放入室温冷却1 h，在20～25℃恒温下测其煮沸电导率(R2)。3份样品的R1、R2取平均值，并通过式(2)和式(3)计算相对电导率(R)和细胞伤害率(M)。

(2)

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1.4 低温半致死温度计算

试验茶树低温冻害低温半致死温度的确定可应用Logistic 函数计算得到。式(4)为低温与细胞伤害率的Logistic函数，y为细胞伤害率(%)，x为低温(℃)，a、b为待定参数，K为饱和参数，对于伤害率来讲饱和值为100%。当伤害率为50%时即为低温半致死温度(lna/b)。将式(4)通过等式两边取自然对数进行线性转换(式5)，通过线性拟合确定待定参数值。

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2 结果与分析

2.1 不同低温胁迫下福鼎大白茶茶叶的形态变化

通过不同冻害程度处理，反映出不同冻害程度的茶叶形态响应不同。当进行最低温度为0℃处理时，茶树的叶片形态没有明显变化；当进行最低温度为-1℃的处理时，仅1 d茶叶的叶片形态便出现明显的焦黑，随着处理时间的延长焦黑现象越来越严重，经过2 d的处理50%左右的叶片出现明显冻害特征，持续3 d大部分叶片出现焦黑现象；当进行最低温度为-2℃的处理时，仅1 d大部分茶叶叶片形态便出现明显的焦黑，处理2 d后80%左右的茶叶出现焦黑现象，故停止了冻害胁迫处理。

2.2 低温胁迫下福鼎大白茶生理特性的变化

2.2.1 丙二醛(MDA) MDA是植物受低温胁迫时膜脂过氧化产物，其含量多少是植物受到伤害的重要标志[5-7]，是植物逆境胁迫下常用指标。从表1看出，MDA含量因低温程度和胁迫时间而出现不同的响应特征。相同低温处理下，MDA含量随着胁迫时间的延长而升高(-2/3处理呈先升高后下降趋势)；相同胁迫时间下，MDA含量与低温变化大致呈先升后降的变化趋势。0/5处理持续3 d时，MDA含量最高，为2.38 μmol/L，是对照的40倍，0/5处理持续2 d时MDA含量较高，是对照处理的33倍。当低温胁迫时间为1 d时，除-2/3处理表现出较明显的生理反应，0/5、-1/4处理的MDA含量变化与对照(CK)差异不大，表明茶树生长在一定温度范围内对短时间的低温有一定的免疫能力；当低温胁迫时间达到2 d和3 d时，各温度处理MDA含量均表现出明显的变化，表明低温2 d对茶叶生长的损伤明显。

表1不同低温及时间处理福鼎大白茶的丙二醛含量
Table 1 MDA content of Fortin White Tea under different low temperature treatments and time μmol/L

处理Treatment持续时间/dDuration time123CK0.060.060.060/50.261.972.38-1/40.00.520.74-2/31.130.85试验停止

2.2.2 相对电导率 当植物受到逆境危害时，细胞膜受到损伤，导致膜透性增大，从而使细胞内电解质外渗，使得细胞提取液电导率增大，通常用相对电导率反映膜透性情况，相对电导率越大，则植物损伤越严重[14]。从表2看出，随着低温胁迫程度的增加(处理温度的降低及持续时间的延长)，相对电导率均表现出升高趋势。从不同的低温处理看，最低温度越低，植物受到的伤害越重，相对电导率越大；从低温胁迫持续时间看，胁迫时间越长相对电导率越大。由于-2/3处理持续2 d时，茶叶80%以上的叶片出现焦黑现象，停止了胁迫时间的持续，因此，在-2/3处理持续2 d时，相对电导率最大，为81.75%，明显高于对照(73.5%)。与对照相比，当低温处理为0/5时，持续1 d、2 d和3 d的相对电导率分别较对照高0.5百分点、0.5百分点和1.5百分点；当低温处理为-1/4时，持续1 d、2 d和3 d的相对电导率分别较对照高1.73百分点、2.39百分点和3.35百分点；当低温处理为-2/3时，持续1 d和2 d的相对电导率分别较对照高2.96百分点和8.25百分点。由此可知，低温胁迫程度对相对电导率的影响不均匀，0℃的低温对相对电导率影响不明显，-1℃和-2℃的低温对相对电导率的影响迅速体现，从茶叶形态对低温胁迫响应特征也可印证这一点，0℃时茶叶形态特征无明显响应，而当温度低至-1℃和-2℃时，茶叶明显出现焦黑冻伤现象。表明，茶叶能够耐受一定范围的低温，其耐受低温程度与持续时间有关。

表2不同低温及时间处理福鼎大白茶的相对电导率变化
Table 2 Relative conductivity of Fortin White Tea under different low temperature treatments and time %

处理Treatment持续时间/dDuration time123CK73.5073.5073.500/574.0074.0075.00-1/475.2375.8976.85-2/376.4681.75试验停止

2.3 福鼎大白茶低温半致死温度

从表3可知，经线性回归分析，低温胁迫时间为1 d和2 d的参数a，b分别为35.54，1.17和30.1，1.09。通过参数计算可知，低温冻害胁迫情况下，胁迫时间持续1 d和2 d的低温半致死温度差异不大，分别为-3.1℃和-3.0℃。

表3 低温胁迫下的茶叶 Logistic函数参数值及低温半致死温度Table 3 Parameters of the Logistic function and semi-lethal temperature of tea in response to low temperature stress

注：**拟合度达P<0.05的显著性水平;*拟合度达P<0.1的显著性水平。
Note:** and * indicate 5% and 1% significant levels respectively.

3 结论与讨论

3.1 结论

逆境胁迫导致植物生理层面的表现为过氧化产物增加和膜透性增大，从而对植物的新陈代谢产生有害影响，低温胁迫对茶树生长的影响同样体现为有害物质和细胞功能损伤两个方面，研究选择丙二醛(MDA)和相对电导率(R)2个典型指标分析在低温冻害胁迫环境下贵州茶叶主栽品种福鼎大白茶的生理特性变化，并通过Logistic函数拟合确定低温半致死温度，从而确定贵州福鼎大白茶低温冻害指标。研究结果表明：MDA含量因低温程度和胁迫时间而出现不同的响应特征，MDA含量随着胁迫时间的延长而呈大致升高趋势，随低温下降呈先增高再下降的趋势，综合表现为0℃持续3 d时MDA含量达到峰值。对相对电导率而言，不论是处理温度的降低还是持续时间的延长，相对电导率均表现出升高趋势，上升趋势不均匀，0℃对相对电导率的影响极不明显，-1℃和-2℃对相对电导率的影响逐渐明显，综合表现为-2℃持续2 d时相对电导率最大。通过对不同低温处理程度与细胞伤害率二者关系的Logistic函数拟合，得出在胁迫时间持续1 d和2 d的低温半致死温分别为-3.1℃和-3.0℃，不同胁迫时间下低温半致死温度不同，胁迫时间越长低温半致死温度越高。因此，茶叶低温冻害指标应与实际的低温天气过程密切相关，低温持续天数越长则低温半致死温度越高，相应的低温冻害界限温度应越高。

3.2 讨论

本研究发现丙二醛(MDA)含量随处理温度的下降呈现单峰型现象，即先升高后下降。低温胁迫下，植物膜脂过氧化产物MDA的积累对植物细胞会造成伤害，随着温度的下降，植物本身清除能力下降，因此MDA含量上升，达到一定损伤程度后MDA含量达到极大值，试验对福鼎大白茶的研究表明，MDA极值点为0℃。试验中的MDA含量变化趋势与其他植物低温胁迫下MDA含量变化的研究结果相吻合[4,32-33]。王瑞等[32]研究低温胁迫对玉米幼苗MDA含量的影响表明，随着低温胁迫时间的延长，玉米品种四密21和东农250表现出先升高后减少势，屯玉88则表现为持续升高趋势，说明，不同品种的MDA对低温胁迫的响应特征存在差异。尹航等[11]的相关研究表明，低温胁迫下烟草的MDA含量特征也同样出现单峰型趋势。该试验福鼎大白茶MDA含量随着胁迫时间的延长出现升高趋势。李仁忠等[31]对浙江春茶不同品种霜冻指标确定的研究表明，随着温度的下降，春茶中MDA均呈现升高趋势。因其研究茶叶低温胁迫试验处理均为0～10℃的低温且低温胁迫时间仅1 d，因此，茶叶中MDA含量未出现单峰型特征，极有可能是由于试验设置未达到MDA峰值出现的低温胁迫程度所致。

电导率是衡量茶叶植株细胞组织的幼嫩程度和细胞质膜是否受到伤害的指标。通常情况下,细胞内的电解质受细胞膜的阻隔保留在细胞内，当细胞膜遭受某种伤害时，电解质则大量涌向细胞外，导致电解质激增。试验结果与其他相关研究结论相吻合[4,31-34]，福鼎大白茶相对电导率随低温胁迫程度的加深(不论是温度降低还是胁迫时间延长)呈上升趋势，试验研究结果与众多茶叶的相对电导率在低温胁迫下的变化结果一致。李仁忠等[31]的研究表明，低温胁迫下，浙江春茶的相对电导率呈升高趋势，并在-1℃变化尤为剧烈。试验表明，福鼎大白茶的相对电导率随温度下降出现不均匀上升，该结果与李叶云等[34]研究结果一致。由此表明，春茶生长过程中，在倒春寒低温逆境中，若温度未达到一定的低温，相对电导率的响应不明显。

该研究表明，不同胁迫时间下低温半致死温度不同，胁迫时间越长低温半致死温度越高。试验中胁迫时间为1 d和2 d的低温半致死温度差异较小，与刘映宁等[2-4]的研究结果一致，显然相同品种在不同低温灾害发生时(不同持续时间和低温强度)，其低温半致死温度不同。因此，对贵州福鼎大白茶低温冻害的预警和预防工作中应考虑不同地域茶树适应状态和当地倒春寒发生情况来确定具体的茶叶低温冻害界限。试验材料是遵义凤冈茶园茶树，并且仅探索了10年树龄的福鼎大白茶对低温胁迫的响应特征，树龄的影响以及持续时间的影响均需进一步探索，才能使贵州茶叶气象服务工作更加完善。