低温胁迫及生理生化指标综合评价抗寒茶树

李 岩， 田维丽， 谢恩俊， 岑 露， 赵德刚,2

(1.贵州大学生命科学学院/农业生物工程研究院,山地植物资源保护与种质创新教育部重点实验室,山地生态与农业生物工程协同创新中心, 贵阳 550025；2.贵州省农业科学院国家农业农村部DUS中心贵阳分中心,贵州省农业科学院茶叶研究所， 贵阳 550006)

茶树[Camelliasinensis(L.) O. Ktze.]为山茶科山茶属多年生木本植物，起源于我国西南地区，异花授粉，喜温湿气候。贵州省有茶园面积46.2万hm2，是我国茶树栽培面积最大的省份，作为贵州省的特色优势产业，茶产业是纵深推进农村产业革命的12个主导产业之一。贵州属亚热带湿润季风气候，适宜茶树的栽培和生长，但冬季气温低，年极端最低气温为-12.1～-4 ℃，均值为-7.7 ℃[1]，且每年3—4月份往往会有4 ℃以下的倒春寒现象，茶树受低温胁迫轻则造成芽叶叶尖变红，严重时叶缘及芽变成黑褐色，叶片失水卷缩或脱落严重影响茶叶品质和产量。茶树品种间遗传差异大，抗低温胁迫能力也有较大差异，因此，选育抗寒性强的优良品系对抵御茶园冻害和促进贵州茶叶提质、增收具有重要的意义。

低温胁迫能够引起茶树的膜系统、细胞渗透压、原生质胶体特性、物质代谢和保护酶系统等发生一系列改变，影响茶树生长发育，严重时将导致植株死亡。一些植物长期在低温逆境中已形成抗寒能力，如改变植物体内的渗透调节物质、酶活性等方式以增加对低温胁迫的抗性[2]。宋绪忠研究认为，茶树叶片的颜色及色素组成对抗寒性影响较大，叶绿素a和叶绿素b比值与抗寒性有较大关系[3]。可溶性糖含量与抗寒性之间呈正相关[4]。保护酶活性与抗寒性有着密切的关系，对蓝莓[5]、核桃[6]、胡椒[7]等植物的研究表明，抗寒性强的品系抗氧化酶活性下降幅度小。低温胁迫后超氧阴离子和过氧化氢会有所增加[8]。丙二醛(MDA)含量与茶树抗寒性之间的规律不明显[9]。茶树叶片中保护酶活性、可溶性糖含量、丙二醛含量等主要渗透调节物质可作为茶树抗寒性评价的参考指标[10-11]。本研究以贵州地区规模化种植且具有代表性茶树黔茶1号、黔茶8号、福鼎白茶、紫魁为研究对象，通过低温胁迫处理，测定等叶龄叶片的叶绿素(Chl)、可溶性糖、丙二醛(MDA)、过氧化氢酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)等生理生化指标，并进行综合评价，为抗寒性茶树选育提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 材 料

供试材料黔茶1号(湄潭苔茶群体N-61栽培种)、黔茶8号、福鼎白茶和紫魁(N-61紫化芽变材料)均种植于贵州大学南校区农业生物工程研究院茶树种质资源圃。

1.2 方 法

1.2.1低温胁迫处理

根据李叶云等[12]的研究方法，对盆栽茶树黔茶1号、黔茶8号、福鼎白茶和紫魁进行低温胁迫处理，采用4 ℃和-4 ℃2个温度处理24 h，每个处理重复3次，以常温(28 ℃)未处理为对照组(ck)。盆栽茶树树苗在光照培养箱中进行培养和低温处理，光照强度20 000 lx，光周期12 h·d-1。

1.2.2测定指标

1.3 数据处理

本研究采用Microsoft Excel软件和SPSS Statistics 17.0软件对数据进行处理、分析及作图。

2 结果与分析

2.1 低温胁迫对叶绿素含量的影响

测定4种茶树4 ℃和-4 ℃低温胁迫下的叶绿素含量，结果表明，处理前(28 ℃)紫魁与黔茶1号的叶绿素含量较高，而黔茶8号与福鼎白茶较低。4 ℃处理后，4种茶树叶片的叶绿素含量均降低，此时，紫魁的叶绿素含量最高，福鼎白茶次之，而黔茶8号和黔茶1号的叶绿素含量较低分别为1.315 mg·g-1和1.221 mg·g-1。-4 ℃处理后，紫魁的叶绿素含量仍然最高，为1.550 mg·g-1，福鼎白茶的叶绿素含量降低幅度最(见表1)。

表1 不同温度下4种茶树叶片叶绿素与可溶性糖含量

在4 ℃和-4 ℃处理后紫魁叶片的叶绿素含量一直保持最高，特别是在-4 ℃处理后其明显高于其它3种材料，可见紫魁在2种温度下均较好地保持了较高的叶绿素含量，福鼎白茶在4 ℃处理时保持了较高的叶绿素含量，但在-4 ℃处理后含量迅速下降，可能是从4 ℃降低温度到-4 ℃后，叶绿素大量降解所导致。

2.2 低温胁迫对可溶性糖含量的影响

可溶性糖是植物渗透调节的重要物质。由表1和图1可见，处理前，紫魁的可溶性糖含量最高，福鼎白茶含量次之，黔茶1号和黔茶8号的可溶性糖含量较少；4 ℃处理后，4种茶树可溶性糖含量均增加，说明4种茶树在4 ℃下通过增加可溶性糖含量来抵抗低温，此时黔茶8号可溶性糖含量增加最多，福鼎白茶和紫魁次之，而黔茶1号最低。-4 ℃处理后福鼎白茶和紫魁的可溶性糖含量继续增加，在-4 ℃下仍然能够通过合成更高的可溶性糖来抵抗低温，而此时黔茶1号和黔茶8号含量相较4 ℃处理出现了明显的下降(见图1)。

图1 不同温度下4种茶树叶片可溶性糖含量变化

紫魁和福鼎白茶在4 ℃和-4 ℃均保持持续上升，提高低温胁迫抗性。而黔茶1号和黔茶8号-4 ℃出现下降，失去了持续提高可溶性糖的能力。

2.3 低温胁迫对保护酶酶活性的影响

2.3.1低温胁迫对CAT酶活性的影响

CAT是植物体内清除过氧化氢能力的重要指标。由表2和图2可见，处理前，紫魁的CAT酶活性最高，显著高于福鼎白茶和黔茶8号，而最低为黔茶1号。4 ℃处理后，4种茶树叶片的CAT酶活性均增加且均达到最大值，紫魁最高，福鼎白茶次之，而黔茶8号增幅最小。-4 ℃时，4种茶树叶片的CAT酶活性均下降，此时紫魁CAT酶活性仍然最高，福鼎白茶次之，黔茶8号和黔茶1号的CAT酶活性较低。

图2 不同温度下4种茶树叶片CAT酶活性变化

紫魁在4 ℃和-4 ℃均具有最高的CAT酶活性，能够更有效的清除过氧化氢。而福鼎白茶、黔茶8号、黔茶1号次之。

2.3.2低温胁迫对SOD酶活性的影响

SOD是植物体内清除超氧阴离子能力的重要指标。随着处理温度的下降，4种茶树叶片的SOD酶活性变化差异显著(见表2，图3)。28 ℃时紫魁的SOD酶活性最高，其次为黔茶8号和福鼎白茶；黔茶1号最低。4 ℃低温处理后，黔茶1号、黔茶8号和福鼎白茶叶片的SOD酶活性均出现下降，而紫魁的SOD酶活性升高；-4 ℃处理后，紫魁SOD酶活性继续提高，此时黔茶1号、黔茶8号和福鼎白茶也出现提高，但仍然低于紫魁。

图3 不同温度下4种茶树叶片SOD酶活性变化

表2 不同温度下4种茶树叶片保护酶含量

紫魁在4 ℃和-4 ℃的SOD酶活性均最高，能够更有效的清除超氧阴离子。其次为黔茶8号、福鼎白茶和黔茶1号。

2.3.3低温胁迫对POD酶活性的影响

POD也是植物体内清除过氧化物能力的重要指标。测定结果显示，未处理前，福鼎白茶的POD酶活性最高，黔茶8号和紫魁次之，而黔茶1号的POD酶活性最低。4 ℃处理时，黔茶1号、黔茶8号、福鼎白茶和紫魁的POD酶活性均降低。-4 ℃处理时，黔茶8号、福鼎白茶和紫魁的POD酶活性均增加，而黔茶1号的POD酶活性却减少(见表2，图4)。

图4 不同温度下4种茶树叶片POD酶活性变化

紫魁在整个低温胁迫中POD酶活性增加幅度最大，降低幅度最小；其次是福鼎白茶和黔茶8号，而黔茶1号的POD酶活性在整个过程中均减少。并且紫魁在整个低温胁迫中酶活性均为最高，能够更有效的清除过氧化物。

2.4 低温胁迫对含量的影响

图5 不同温度下4种茶树叶片的含量变化

表3 不同温度下4种茶树叶片含量和CAT含量

2.5 低温胁迫对H2O2含量的影响

随着处理温度的下降，4种茶树叶片的H2O2含量均增加，且变化显著(见表3，图6)。未处理前，黔茶8号的H2O2含量最多，其次为福鼎白茶和黔茶1号，紫魁最少。4 ℃处理时，黔茶1号的H2O2含量增加幅度最大，其次为黔茶8号和福鼎白茶；紫魁的H2O2含量增加幅度最小。-4 ℃处理时，黔茶8号的H2O2含量增加幅度最大；其次为黔茶1号和福鼎白茶；紫魁的H2O2含量增加幅度最小。

图6 不同温度下4种茶树叶片的H2O2含量变化

紫魁在4 ℃和-4 ℃处理时，H2O2含量均为最低，并且增加幅度也是最小，说明紫魁的保护酶系统对H2O2清除能力较强。其次为福鼎白茶、黔茶8号和黔茶1号。

2.6 低温胁迫对MDA含量的影响

MDA是膜脂过氧化产物的重要指标。随着处理温度的下降，4种茶树的MDA含量变化显著(见表4，图7)。未处理前，紫魁的MDA含量最高，其次为黔茶1号，福鼎白茶和黔茶8号相较之下较低。4 ℃处理时，黔茶1号、黔茶8号、福鼎白茶、紫魁的MDA含量均增加；-4 ℃处理时，黔茶1号、黔茶8号、福鼎白茶和紫魁的MDA含量均增加，并且整个过程中，紫魁增加幅度最小；黔茶8号的增加幅度最大。

图7 不同温度下4种茶树叶片MDA含量变化

紫魁在未处理与处理时MDA含量均为最高，但增加幅度却最小，说明紫魁的保护酶系统的清除能力较强。其次为福鼎白茶、黔茶1号和黔茶8号。本研究中紫魁28 ℃时MDA含量较高，其原因有待于进一步研究。

3 结论与讨论

低温胁迫处理下，4种茶树叶片的各项生理生化指标变化不同反映了不同茶树的抗寒性。茶树是贵州省重要的经济作物，但是每年都会因极端低温天气造成一定损失。选育抗寒性强的茶树品系具有重要意义。

Chl具有吸收与传递光能的作用。在一定范围内，光合速率与叶绿素含量呈正相关关系。另外，叶绿素含量与植物生长状态有着密切的关系，低温、元素缺乏、干旱等都会影响叶绿素的含量，导致植物不能正常进行光合作用，进而影响植物正常生长[14]。本研究利用低温胁迫处理4种不同品系茶树，结果表明，不同茶树的叶绿素含量均下降，与刘凯歌等[15]的研究结果一致。

可溶性糖是植物细胞中渗透调节物质，与植物抗寒性密切相关。低温胁迫下，细胞通过积累可溶性糖来提高细胞液浓度，冰点降低，缓减细胞质过度脱水，保护细胞质胶体不至遇冷凝固，利于抗冻[16]。本研究表明，低温处理下4种茶树叶片中可溶性糖含量都显著上升。黔茶1号和黔茶8号在4 ℃处理时，可溶性糖含量达到峰值后出现下降，可能是-4 ℃低温处理下膜系统受害，增加量相对减少。福鼎白茶和紫魁叶片的可溶性糖含量一直处于上升趋势，可能是细胞内通过增加可溶性糖含量来调节抗寒能力的生理响应较晚，这与赵洪春等[17]的研究结果一致。

CAT、SOD、POD是植物防止膜脂过氧化酶促防御体系中重要的保护酶。低温胁迫下，植物通过增加抗氧化酶活性清除过剩的活性氧自由基，防止膜质过氧化，降低细胞内膜系统的破坏程度，维持细胞膜的稳定性和完整性，在提高植物的抗性方面起到关键作用[18]。本研究中，随着处理温度的降低，4种茶树叶片的CAT酶活性先上升后下降，与严岳华等[19]对柑桔的研究结果一致。SOD和POD酶活性随处理温度的降低均先降低后上升，这是因为低温胁迫下活性氧自由基产生和消除平衡遭到破坏，加剧膜脂过氧化，蛋白质合成受阻。同时清除H2O2的酶类(CAT、POD)不协调，导致-4 ℃处理时SOD和POD酶活性增加，这与崔强旺等[20]的研究结果一致。

MDA是膜脂过氧化的产物，反映植物细胞膜受伤害的程度。低温胁迫引起植物细胞内活性氧的增加，最直接的作用是使膜脂的过氧化程度增加，产生大量膜质过氧化产物MDA[22]。膜质的过氧化程度越低，MDA积累降低，植物抗寒性就越强。本研究中，低温胁迫下4种茶树叶片的MDA含量随处理温度的降低均上升，上升幅度越小，说明抗寒性越强，这与刘国宇等[23]对观赏植物的耐寒性研究结果一致。