氮素形态和弱光胁迫对茶树生长代谢的影响

申瑞寒，马立锋，杨向德，方丽

1. 中国农业科学院茶叶研究所/农业农村部茶树生物学与资源利用重点实验室，浙江 杭州 310008；2. 中国农业科学院研究生院，北京 100081

我国茶叶生产已从追求产量向注重品质转变，新梢中的氨基酸、茶多酚、咖啡碱、叶绿素等茶叶品质成分含量会受到茶树品种、生长环境和加工条件等的影响[1-3]。茶树是叶用植物，施氮（N）肥对提高茶叶品质具有非常重要的作用[4]。和是作物吸收N素的两种主要形态，N 素供应形态会影响茶树初级和次级代谢产物[5]，而茶树是喜铵作物，在供应下谷氨酰胺合成酶的活性和N转运蛋白基因表达显著升高，更能促进游离氨基酸的生物合成[6-7]。光照是调节植物生长的重要生态因子[8]，通过遮阴可以影响茶叶的代谢产物，改变茶叶品质，如增加天冬氨酸、天冬酰胺等氨基酸含量，提高咖啡碱含量，降低表儿茶素和表没食子儿茶素含量等，高品质的抹茶鲜叶原料就利用了高遮阴技术（遮阴度约为90%）[1,9-11]。但也有研究认为，长期过度遮阴会影响茶树对N 素的利用效率，进而影响茶树生长及茶叶品质[9,12-14]。

N 肥调控和遮阴是提高鲜叶品质的常用技术措施。由于茶树的喜铵特性及的易淋溶性，一般不建议茶园使用肥，但高遮阴条件是否会影响茶树对和的吸收，以及N 素形态和弱光胁迫交互作用对茶树生长代谢的影响，目前未见相关文献报道。因此，本研究拟通过供给2 种不同形态N 素（和），设置2 种光照条件（正常光照与弱光），探究N 素形态和弱光胁迫耦合对茶树生长代谢的影响，以期为解析N 素形态和光照影响茶树生长代谢机制提供理论依据，为生产高质量茶叶提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

供试茶树材料为2 年生龙井43 扦插苗。选取生长状况相对一致的茶苗，根部用纯净水清洗干净，将其放置在人工气候室于纯净水中通气饥饿培养7 d，随后转移至营养液中通气培养[15]，营养液每周更换1 次。人工气候室条件为遮阴14 h/黑暗10 h、温度25 ℃、湿度70%；营养液pH 约为5.5，用小型通气泵全天24 h 通气，保证根部氧气量。培养8 周后，茶苗长势良好，将茶苗修剪，待茶苗重新萌发长出新梢后将其分成4 组，分别在0.187 5 mmol·L-1(NH4)2SO4和0.375 0 mmol·L-1KNO3为唯一氮源的营养液中放入两组，营养液成分按1/8 完全营养液浓度加入，其他条件不变，各取一组进行遮阴处理，正常光照强度为13 234.0 lx，遮阴度约为90%。处理3 周后，分别取新梢、成熟叶和嫩根，于清水中洗净，擦干后转入液氮中，然后保存于-80 ℃冰箱备用。

1.2 光合速率测定

利用LI-COR 6400xt 型便携式光合荧光测量系统在遮阴强度为600 μmol·m-2·s-1、CO2浓度为400 μmol·mol-1条件下测定茶苗新梢第二叶的净光合速率。

1.3 叶绿素相对含量测定

取0.2 g 新鲜叶片样品研磨成粉末，研磨过程中加入液氮和10 mL 80%丙酮（约含1 g CaCO3），研磨好的匀浆需在避光处放置一昼夜，放置期间振荡2～3 次。使用UV-1800 分光光度计（日本岛津）分别测量在663 nm 和645 nm 处的吸光度OD663和OD645。叶绿素a（Chl a）和叶绿素b（Chl b）浓度的计算公式为：

式中，m为叶片样品的质量[16]。

1.4 茶多酚、氨基酸和咖啡碱及N 含量的测定

根据GB/T 8313—2018 中福林酚比色法测定茶多酚总量，根据GB/T 8314—2013 中茚三酮比色法测定游离氨基酸总量，根据GB/T 8312—2013 测定咖啡碱含量。采用Vario MAX CN 分析仪（德国Elementar）进行N 含量测定。

1.5 数据处理

采用 R Studio (4.1.1) bruceR 包中的MANOVA 函数进行交互作用分析，采用EMMEANS 函数进行简单效应分析，采用最小显著性差异（LSD）法检验差异显著性。

2 结果与分析

2.1 N 素形态和光照强度对茶苗净光合速率的影响

表1 N 素形态和光照强度对茶苗净光合速率的影响Table 1 Effect of N form and light intensity on net photosynthetic rate of the seedlings μmol·m-2·s-1

显著性分析表明，本研究条件下光照对茶苗净光合速率没有产生显著影响，N 素形态对茶苗净光合速率有显著影响（P＜0.05），而N素形态和光照对茶苗的净光合速率无显著的交互影响，说明茶苗净光合速率主要受N 素形态影响（表1）。

2.2 N 素形态和光照强度对新梢叶绿素含量的影响

2.2.1 叶绿素含量

表2 氮素形态和光照强度对新梢叶绿素含量的影响Table 2 Effect of N form and light intensity on chlorophyll content in young shoots

数据分析表明，本研究条件下茶苗新梢叶绿素含量主要受N 素形态和光照条件共同影响，存在显著的交互作用（表2）。

2.2.2 叶绿素a/b 比值

本研究条件下，茶苗新梢叶绿素含量及Chl a/b 值受到N 素形态和光照共同影响，存在显著的交互作用（表2）。

2.3 N 素形态和光照强度对茶苗氮素吸收的影响

表3 N 素形态和光照强度对茶苗各部位N 含量的影响Table 3 Effects of N form and light intensity on N content in the seedlings mg·g-1

在本研究条件下，茶苗地上部分N 素吸收受N 素形态和光照条件共同影响，存在显著的交互作用；而根系N 素吸收并没有受到光照影响，受N 素形态影响显著，受光照和N素形态之间交互作用不显著（表3）。

2.4 N 素形态和光照强度对新梢品质成分的影响

表4 N 素形态和光照强度对新梢品质成分的影响Table 4 Effects of N form and light intensity on quality components in young shoots

从表5 可知，与正常光照相比，遮阴后茶苗地上部游离氨基酸总量显著增加，而根系中游离氨基酸总量无显著差异，说明弱光胁迫会促进根部合成的游离氨基酸向地上部的转运。

表5 氮素形态和光照强度对成熟叶和根中游离氨基酸总量的影响Table 5 Effects of N form and light intensity on total free amino acids in mature leaves and roots mg·g-1

本研究条件下，N 素形态对茶苗新梢游离氨基酸总量、茶多酚含量和咖啡碱含量无显著影响，光照显著影响了品质成分变化，但 N素形态和光照之间的交互作用对品质成分并没有显著影响。新梢酚氨比受到N 素形态和光照的显著影响，交互作用影响显著（表 4和表5）。

3 讨论

有研究表明，N 素形态和光照会对茶树新梢N 的再分配产生影响[5,17]。本研究发现，在正常光照条件下，处理的茶苗N 含量要明显高于处理，这可能与茶树的喜铵特性有关，更适合茶树生长发育[6]。本研究结果表明，虽然正常光照条件下茶树对的吸收要明显高于，但遮阴后茶树对的吸收会明显加快，这可能与茶树对外界逆境的应激反应有关，弱光胁迫会刺激茶树对养分的吸收[18]。

弱光胁迫对茶树光合作用的影响与透光度有关[19]，本研究通过遮阴降低透光率的处理，发现遮光降低了茶树的净光合速率，与闫小莉等[20]的研究结果一致，但本研究结果的趋势并不显著，主要可能与本研究营养液浓度较低有关，有研究表明在低含量N 素条件下会抑制茶苗的光合作用[21]。在正常光照条件下，处理茶苗新梢叶绿素含量要明显高于处理，遮阴后叶绿素含量进一步提高，供应的N 源不同，新梢中Chl a、Chl b含量有明显差异，导致Chl a/b 值发生明显变化，处理Chl a/b 值显著提高，而处理Chl a/b 值基本维持不变，甚至略有下降。有研究表明，Chl a/b 值是衡量作物耐荫性的指标之一，比值越小，代表其在弱光条件下捕获光的能力越强[18]，本研究结果表明，在遮阴后供给的茶树比供给的茶树更具耐荫性。

茶叶中游离氨基酸总量和酚氨比是绿茶重要的品质指标，在正常光照条件下供应 N素，新梢中游离氨基酸总量相对较低、酚氨比较高，遮阴后游离氨基酸总量明显增加，酚氨比明显下降，可见弱光胁迫有助于提升绿茶品质。弱光胁迫与促进根部合成的游离氨基酸向地上部转运有关，这与前人的研究相一致，在弱光胁迫下茶树N 的再分配产生了明显差异、对N 素浓度和N 素形态反应比较敏感[5,10,22]。本研究结果发现，虽然N 素形态对新梢游氨基酸总量和茶多酚含量没有产生明显的改变，但显著改变了新梢酚氨比，正常光照条件下处理新梢酚氨比要显著高于处理，弱光胁迫后酚氨比不再有显著差异。

本研究表明，茶苗净光合速率主要受 N素形态影响，新梢N 素吸收、叶绿素含量及Chl a/b 值受N 素形态或者光照单因素影响，茶苗新梢品质成分主要受光照影响。正常光照条件下施用，茶树的N 含量和新梢叶绿素含量比施用的高，绿茶品质要明显高于处理，但遮阴后处理对茶苗N 的吸收会明显加快、叶绿素含量进一步提高、Chl a/b 值更低，茶树更具耐荫性，对新梢酚氨比有调节作用。在遮阴覆盖处理后配施，对指导生产有积极意义，但配施量及比例，需要进一步研究。