茶树抗非生物逆境的研究进展

曹 丹，马林龙，金孝芳，龚自明

（湖北省农业科学院果树茶叶研究所，湖北 武汉 430064）

作物在生长发育中对自然界的适应能力不仅取决于其自身的遗传特性，而且还会受外界环境中生物因素（动物、病原菌）和非生物因素的影响。非生物胁迫主要包括旱害、盐害、低温和重金属胁迫等不良环境条件。每年在世界范围内非生物胁迫所导致的农作物减产量超过平均产量的1/2。茶树常会遇到多种逆境胁迫，严重影响茶树正常的生长发育，可导致茶树减产甚至死亡，从而给茶叶生产造成极大的经济损失。因此，研究逆境对茶树的影响对于抗逆性品种的选育具有非常重要的意义。

1 非生物胁迫对茶树生长发育的影响

1.1 干旱对茶树生长发育的影响

干旱致使植物细胞失水，正常的细胞结构被破坏，影响植物水分和二氧化碳的动态平衡，进而影响植物光合作用和物质运输[1]。近年，对于茶树干旱胁迫研究较多的主要有干旱对茶树渗透调节系统、保护酶系统、内源激素、光合作用等的影响。研究表明，干旱胁迫可使茶树体内脯氨酸含量增加，其升高程度和旱害程度与茶树的抗旱性相关。此外，干旱还可导致叶片可溶性蛋白质含量减少以及可溶性糖含量升高，其变化幅度大的多为抗旱能力较强的品种[2]。有学者认为，在干旱胁迫下，茶树中CAT（过氧化氢酶）和SOD（超氧化物歧化酶）的活性呈现先升后降的趋势，且活性增加的速度与叶龄相关，不过增加的速度均表现为“快—慢”的趋势；另有研究者发现茶树在抗旱胁迫时体内SOD、POD（过氧化物酶）和CAT活性的增加跟茶树抗旱能力的提高相关[3]。潘根生等[4-8]对不同水分胁迫下茶树内源激素含量的消长进行了研究，结果表明在水分胁迫下，叶片内源玉米素含量降低，脱落酸和吲哚乙酸迅速累积。郭春芳等[9]研究发现聚乙二醇胁迫下茶树幼苗叶片的叶绿素荧光参数Fv，Fm，Fv/Fm，Fv/Fo、Yield、T1/2、qP 和ETR 等都呈现下降趋势，综合反映了茶树幼苗在水分胁迫下PSII 损伤和光合功能受到抑制。茶树在干旱胁迫下的反应极其复杂，涉及多种基因的表达。孙云南等[10]利用cDNA-AFLP 技术研究茶树在干旱胁迫下基因的差异表达，共获得27个表达片段，并通过RT-PCR 验证GH2 和GH15 片段均受到干旱胁迫诱导表达。陈盛相等[11]采用mRNA 差异显示技术研究了干旱与正常对照的mRNA 差异表达，结果发现在干旱条件下减量表达的片段N3-5 与茶树无性系Sajin 茶叶色突变基因组序列标签S31.B15 有75%的同源性，故推测，该片段可能与茶树的抗旱性相关。此外，研究发现干旱胁迫还可影响茶树的形态特征和主要内含成分等。

1.2 盐胁迫对茶树生长发育的影响

当土壤中盐分含量超过0.3%时，植物就会受到伤害。盐害可使植物受到离子毒害，以及植物渗透失水等。盐离子可使根部土壤渗透势升高，引起细胞脱水，导致细胞失去膨压，进而影响细胞生理代谢功能，同时单一盐离子浓度过高会抑制根部对其他无机离子的吸收，导致单盐毒害[1]。周旋等[12]研究了外源水杨酸（SA）对盐胁迫下茶树的影响，结果显示一定浓度的外源SA 可大幅度提高盐胁迫下茶树叶片的相对含水量，降低水分饱和亏；能显著提高抗氧化物质的含量以及增强茶树叶片抗氧化酶的活性；此外，还可促进盐胁迫下茶树光合速率的提高，并缓解茶树叶片受到的损伤。柳洁等[13]进行了盐胁迫下丛枝菌根对茶树生长及茶叶品质的影响研究，表明丛枝菌根真菌（AMF）可以通过促进盐胁迫下茶树对矿质营养的吸收，促进茶树生长，增强茶树对盐胁迫的耐性，进而提高茶叶产量和改善其营养品质。此外，王丽珊等[14]应用同源克隆方法获得茶树P5CS 基因，预测其为亲水性跨膜蛋白，并对18个物种的P5CS 进行聚类分析，得出生物学酚类及进化关系相吻合。利用RT-PCR 分析表明，该基因转录本在高盐胁迫48 h 后升至9.9 倍，故该基因可能与渗透胁迫有关。

1.3 低温对茶树生长发育的影响

低温可分为零上低温和零下低温。零上低温对植物的危害成为冷害，而零下低温可使植物产生胞外冰核，乃至胞内冰核，对其造成的损害为冻害[15]。低温对茶树的伤害主要是在原生质膜。张玉翠等[16]研究表明，不同低温胁迫可使茶树叶片的丙二醛含量和电解质的渗透率均呈上升趋势，POD 和SOD 活性变化趋势大致相同，均表现为“先升后降”，而CAT 的活性呈下降趋势。邹中伟等[17]利用cDNA-AFLP 技术分析了茶树在低温胁迫下的基因差异表达，用16 对引物对3个样品池进行差异条带的筛选，研究表明，在冷胁迫的不同处理时期相关基因的表达存在显著差异，共得到86个差异片段，在选择回收的差异表达片段中，通过Blast 序列同源性分析，发现片段5 与拟南芥冷诱导表达相关60sRPL7B 有89%的同源性，片段8 与1种逆境诱导蛋白有79%的同源性。尹盈[18]通过花序侵染法，将CsICE、CsCBF基因转到拟南芥中，对其进行低温胁迫，通过生理指标测定，结果表明野生型株系的抗寒性效果不如转基因株系的好，CsCBF基因可以提高植物抵抗低温的能力。

1.4 重金属胁迫对茶树生长发育的影响

近年，随着农业、工业和交通业的高速发展，利用各种方式排入环境中的重金属（如Cu、Hg、Pb、Cd、Cr 和As 等）、农药（如菊酯类、有机磷类和有机氯类农药）越来越多，导致农产品受到的污染和危害也越来越严重。重金属对茶树的影响可能是通过改变土壤微生物生活环境、微生物的生命过程以及土壤酸度等，进而改变茶树对营养物质和重金属的吸收积累[19]。韩文炎等[20]研究发现，过多的锌会抑制茶树的生长，并导致产量和品质下降。另外，马伟伟等[21]利用mRNA 差异显示技术对3个代表性样品进行了研究，选取差异表达的阳性基因片段，经Blast 比对分析，发现其与控制丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶家族基因和葡萄的假定蛋白同源性较高，可能与茶树新梢生理生化以及各类代谢变化有关。

茶叶中的重金属主要来源于土壤、大气、水和加工过程。其中，茶园土壤是茶叶中的重金属最直接和最主要的污染源。目前对于土壤重金属污染的研究主要集中在污染后的修复上，如有研究者将磷肥和稻草添加到茶园土壤中可以改变重金属Zn、Cu、Pb 和Cd的形态分布，可以降低提取态的重金属含量[22]。然而，关于任何污染的治理，预防都是最重要的，解决土壤重金属污染的关键还在于从源头上把关。

2 展 望

茶树除了可能遭受上述非生物环境胁迫外，还有可能会受到淹涝、高温及强光等的影响。对茶树品种的选育不仅要关注产量、品质以及抗病、抗虫性等性状的改良，而且要注重茶树抵抗非生物胁迫能力的增强。现今对茶树的抗逆研究取得了显著成果，然而仍有一些不足。

（1）茶树在生长过程中，往往可能同时受到低温、干旱以及土壤盐渍化等各种环境胁迫，但是有关茶树逆境交叉适应的研究少有报道。因此，有关茶树逆境交叉适应胁迫预处理条件及逆境交叉适应性机理还有待进一步研究。

（2）针对重金属胁迫对茶树的影响研究中，茶园土壤的重金属也并不是单一存在的，而是多种元素相互作用，实际上复合污染的情况更常见。现有研究大多集中在单一污染的试验中，而多种重金属复合污染的研究少有报道，因此对复合重金属的污染及其致毒机理的研究有待加强。

（3）目前，对茶树逆境的响应机制研究大多集中在生理变化和抗逆反应上，然而对其相关分子机制的研究较少，故挖掘调控茶树对不同逆境反应代谢途径、基因和蛋白质，对具有胁迫抗性种质资源的育成具有深远的意义。

[1]黄 云，蓝家样，陈全求，等. 浅述棉花的抗逆性与抗逆育种研究进展[J]. 棉花科学，2015，37（1）：3-9.

[2]黄福平，陈荣冰. 茶树抗旱生理研究进展[J]. 福建茶叶，2000，（3）：2-4.

[3]韦朝领，李叶云，江昌俊. 茶树逆境生理及其分子生物学研究进展[J]. 安徽农业大学学报，2009，36（3）：335-339.

[4]潘根生，吴伯千，沈生荣，等. 水分胁迫过程中茶树新梢内源激素水平的消长及其与耐旱性的关系[J]. 中国农业科学，1996，29（5）：9-15.

[5]王守生. 茶树游离脯氨酸含量及水分胁迫对其影响[J]. 茶叶，1995，（1）：22-25.

[6]Stephens W.A water stress index for tea（Camellia sinensis）[J].Experimental Agriculture，1989，25（4）：545-558.

[7]廖书娟，李华钧，吉当岭. 干旱胁迫对茶树内源ABA 的影响[J]. 福建茶叶，2004，（4）：26-27.

[8]潘根生，钱利生，吴伯干，等. 茶树新梢生育的内源激素水平及其调控机理（第三报）干旱胁迫对茶树内源激素的影响[J]. 茶叶，

2001，27（1）：35-38.

[9]郭春芳，孙 云，李 伟，等. 聚乙二醇胁迫对茶树幼苗叶片叶绿素荧光特性的影响[J].福建农林大学学报，2008，37（1）：41-46.

[10]孙云南，陈林波，夏丽飞，等. 干旱胁迫下茶树基因表达的AFLP分析[J].植物生理学报，2012，48（3）：241-246.

[11]陈盛相，齐桂年，夏建冰，等. 茶树在干旱条件下的mRNA 差异表达[J]. 茶叶科学，2012，32（1）：53-58.

[12]周 旋. 盐胁迫下茶树对外源水杨酸的生理响应[D]. 杨凌：西北农林科技大学，2014.

[13]柳 洁，肖 斌，王丽霞，等. 盐胁迫下丛枝菌根（AM）对茶树生长及茶叶品质的影响[J]. 茶叶科学，2013，33（2）：140-146.

[14]王丽珊，林清凡，陈兰平，等. 茶树P5CS 基因克隆及其在渗透和高盐胁迫下的表达分析[J]. 热带作物学报，2015，36（1）：68-75.

[15]Pearce R S. Plant freezing and damage[J]. Annals of Botany，2001，（87）：417-424.

[16]张玉翠，王连翠. 低温对茶树叶片膜透性和保护酶活性的影响[J]. 北方园艺，2010,（9）：38-40.

[17]邹中伟，房婉萍，张 定，等. 低温胁迫下茶树基因表达的差异分析[J]. 茶叶科学，2008，28（4）：249-254.

[18]尹 盈. 茶树低温胁迫转录因子CsICE 和CsCBF 的亚细胞定位、表达分析及功能验证[D].南京：南京农业大学，2013.

[19]雷 雨，苏晓倩，王 芳，等. 茶树重金属胁迫研究概况[J].中国食物与营养，2010，（5）：19-23.

[20]韩文炎，许允文，伍炳华. 铜与锌对茶树生育特性及生理代谢的影响Ⅱ．锌对茶树的生长和生理效应[J]. 茶叶科学，1994，14（1）：23-29.

[21]马伟伟. 铅胁迫水培茶树新梢特征成分与基因表达的差异性[D]. 雅安：四川农业大学，2012.

[22]胡星明，袁新松，王丽平，等. 磷肥和稻草对土壤重金属形态微生物活性和植物有效性的影响[J]. 环境科学研究，2001，25（1）：77-82.