7 种茶树叶片高温失水过程中水分-光合指标变化及抗旱性评价

黄薇，李婧，鄢朝俊，李焰焰*

（1.福建农林大学 园艺学院,福州 350002；2.武夷学院 茶与食品学院，武夷山 354300）

茶树(Camellia sinensis (L.) O.Kuntze)起源于中国，是重要的经济作物，对我国特色农业和茶文化传承具有重要意义[1]。茶树是多年生常绿木本植物，喜温暖湿润气候，年降雨量需达到1000 mm，而我国茶叶多个产区夏秋气温高，水分蒸发量大，空气湿度低，易造成伏旱和秋旱[2]。大量研究表明，高温干旱严重的影响了茶树的生长发育，导致茶叶的产量和质量的下降，造成较大的经济损失[3-5]。

使用茶树抗旱性的综合评价，能弥补和缓和单个指标对评定抗旱性的片面性，从而使评定结果与实际结果更为接近[6]。汤肖玮[7]通过对茶用菊干旱和涝渍胁迫，基于隶属函数值的聚类分析将供试材料分为4 个抗旱类型和4 个耐涝类型，并筛选出7 份抗旱种质和5 份耐涝种质。郝西[8]以6 个花生品种为研究材料，通过PEG-6000 模拟干旱胁迫对不同花生品种生长发育及生理指标的影响，根据综合隶属函数值分析得出豫花9326、豫花15 的抗旱性较强,花育34、ST001、远杂9847 的抗旱性一般，湘花2008 抗旱性较差。徐淑萍[9]、沈思言[2]采用隶属函数值法，得到了多个茶树品种的光合能力、耐旱性综合分析结果。

本研究以武夷学院茶山基地栽培的7 个茶树品种为对象，对叶片离体失水过程中的叶片形态、水分含量、光合色素、叶绿素荧光参数等指标进行测定，分析叶片形态、水分、光合特性各指标间的相关性，并采用模糊数学中的隶属函数法，对7 种茶树在高温失水条件下的叶片保水、光合等综合性能进行分析比较，以期对茶树种质资源信息及抗旱育种提供一定的理论参考。

1 材料与方法

1.1 材料

研究地点位于武夷学院茶山基地，该地区年平均气温17.9 ℃，降水量约为2000 mm，平均相对湿度80%[10]。实验材料为武夷学院茶树种质资源圃保存的7 个茶树品种：水仙、毛蟹、肉桂、丹桂、金观音、奇兰、九龙袍。

1.2 方法

供试材料选取武夷山茶树基地长势较一致的一年生茶树，取茶树顶端三片完全展开叶，设定烘箱温度为40 ℃，对茶树叶片进行0、1、2、3、4、5 和6 h 的离体模拟高温失水干旱处理，0 h 为对照，共7 个处理，每次处理结束后立即测定叶片叶绿素含量及叶绿素荧光参数值，每个指标进行3 次生物学重复测定。

1.2.1 叶片形态及水分指标

叶形态指标选用数显游标卡尺测量叶片的叶长a、叶宽b，计算叶片面积S=0.7546 ab、叶片指数=a/b。水分指标测定项目及计算公式如下[11-13]：

称叶片鲜质量Wf，将其浸入蒸馏水中使叶片充分吸水至饱和状态，得其质量Wt；再将样品烘干得干质量Wd。

1.2.2 叶绿素含量

采用丙酮浸提-比色法测定，分别计算叶绿素a(chlorophyll a)、叶绿素b(chlorophyll b)、叶绿素总量(chlorophyll)[14]：Chla(mg/L)=12.7A663-2.69A645、Chlb(mg/L)=22.9A645-4.68A663、ChlT(mg/L)=Chla+Chlb=20.2A645+8.02A663。

1.2.3 叶绿素荧光参数

用德国Walz 公司的PAM 便携式调制叶绿素荧光仪，按仪器使用说明测定以下指标：叶绿素初始荧光F0、最大荧光Fm、PSII 的实际光合效率Y(II)、光化学荧光淬灭系数qP、非光化学淬灭系数NPQ、PSⅡ的最大光合效率Fv/Fm等[9]。

1.2.4 综合评价

用模糊数学中的隶属函数值法[15]，选取以上三类指标中的RWC、RWL、WSD、Chla、Chlb、ChlT、F0、Fm、qP、NPQ、Y(II)、Fv/Fm12 个指标进行综合评价。

隶属函数值计算公式：

式中Xi为指标测定值,Xmin、Xmax为所有参试材料某一指标的最小值和最大值。

如果为负相关,则用反隶属函数进行转换,计算公式为：

1.3 数据处理

采用SPSS 26 软件进行方差分析和相关性分析，采用Excel 2003 软件制作表格[16]。

2 结果与分析

2.1 茶树叶片形态指标及水分指标分析

7 种茶树叶片形态指标方差分析表明，水仙、奇兰的叶长、叶宽、叶面积均显著高于其余5 种，丹桂最小，九龙袍的叶片指数显著高于其余6 种，叶型最为狭长（P<0.05）（表1）。

表1 七种茶树的叶片形态参数Tab.1 Leaf morphological parameters of seven tea trees

水分利用率是评价植物耐旱性强弱的重要指标[17]。测定数据表明（表2），随处理时间的延长，叶片失水加剧，7 种茶树叶片的相对含水量、叶片失水率均呈上升趋势，而水分饱和亏缺（WSD）均下降趋势，且皆在处理1-2 h 时间段内的变幅最大，说明这7 种茶树对高温失水反映迅速，均能耐受一定程度的高温干旱。其中肉桂的RWC 变化最小（7.55%），表明其对干旱的耐受力在7 种茶树中最强，在处理0-3 h 内，水仙RWL的上升速率最低，金观音的最大，处理6 h 后7 种茶树叶片的RWL 大小依次为金观音、肉桂、九龙袍、丹桂、毛蟹、水仙、奇兰；此时WSD 值最小者是肉桂，仅3.49%。综上，肉桂、水仙、奇兰受到的影响较小，保水能力较优，金观音最弱。

表2 七种茶树叶片RWC、RWL、WSD 随高温失水时间变化情况Tab.2 Changes of RWC、RWL and WSD of seven tea leaves with water loss time at high temperature

表3 7 种茶树叶片形态与水分指标的相关分析Tab.3 Correlation analysis between leaf morphological indexes and water physiological status of seven tea plants

7 种茶树叶片形态与水分指标的相关分析表明:叶长、叶宽显著正相关，叶面积和叶长、叶宽极显著正相关，WSD 与RWC 极显著负相关，在高温胁迫下，茶树叶宽、叶面积和叶片指数与叶片失水率（RWL）显著负相关。

2.2 茶树叶片光合色素含量变化分析

光合色素含量变化直接影响植物光合能力[18]。测定结果表明（表4）：7 种茶树的Chla 含量在30.07～30.74 mg/L 之间，属同一水平，而Chlb 变幅在11.78～28.56 mg/L，品种间差异显著（P<0.05）。在失水0～2 h 期间，7 种茶树叶绿素总量除水仙保持不变、毛蟹上升外，其余5 种均下降、失水3～6 h 期间，除金观音一直下降之外，其余6 种茶树叶绿素总量均出现无规律波动。

表4 7 种茶树叶片离体失水过程中的叶绿素含量变化(mg/L)Tab.4 Changes of chlorophyll content in leaves of seven tea plants during water loss in vitro

2.3 茶树叶片叶绿素荧光参数变化分析

叶绿素荧光参数中，Y(II)表示植物光合作用电子传递的量子产额，是植物叶片光合电子传递速率快慢的重要指标[9]。实验结果表明（表5）：0～3 h 是茶树高温失水逆境下的重要反映期。多数茶树品种在叶片失水过程中，Y(II)的变化为0～2 h 下降、2～3 h 上升、之后出现波动，但差异不显著。

表5 7 种茶树叶片离体失水过程中的Y(II)变化Tab.5 Changes of Y(II) in leaves of seven tea plants during in vitro water loss

2.4 茶树叶绿素荧光参数与叶绿素含量的相关分析

为明确高温脱水逆境下植物的光合色素与叶绿素荧光参数有无直接关联，分别对正常条件下和叶片失水处理3 h 两种情况下7 种茶树的叶绿素含量与叶绿素荧光参数值进行相关分析，共选取13 项指标（表6）。结果表明，正常条件下（对照0 h）：F0和Chla、Chlb、Chla+b 之间均极显著正相关，NPQ 与qN 之间、qP 与qL 之间、Fm与Fv之间、Fv/F0与Fv/Fm之间也极显著正相关，qP 与叶绿素含量、F0、NPQ 和qN 之间、qL 与NPQ 和qN 之间、F0/Fm与Fv/Fm和Fv/F0之间极显著负相关；叶片失水处理3 h 时：极显著正相关的有：Fm与F0、Fv、Fv/Fm、Fv/F0之间、qP 与qL 之间、Fv与Fv/Fm、Fv/F0之间、Fv/Fm与Fv/F0之间；显著正相关的有：F0与Fv之间；极显著负相关的有：F0/Fm与Fm、Fv、Fv/Fm、Fv/F0之间。

表6 7 种茶树叶片荧光参数与叶绿素含量的相关性分析Tab.6 Correlation analysis between fluorescence parameters and chlorophyll content in seven tea leaves

2.5 茶树水分-色素-荧光参数隶属函数分析

由于水分-色素-荧光参数三类指标的含义及单位均不同，故而本文采用隶属函数分析法对三类指标综合考量，根据平均隶属函数值的大小将7 个茶树品种在高温干旱失水条件下的抗性进行排序（表7）。具体分析以7 种茶树叶片脱水6 h 后的12 个指标为依据，排序结果表明7 个茶树品种在高温、干旱、失水条件下，抗性由大到小的顺序为：肉桂＞九龙袍＞丹桂＞毛蟹＞金观音＞水仙＞奇兰。

表7 7 个茶树品种综合三类指标的隶属函数值Tab.7 Membership function values of three comprehensive indexes of seven tea varieties

3 结论与讨论

高水分利用率是作物抵御高温干旱胁迫的重要途径之一，茶树是典型的亚热带常绿植物，全年降水量需求高达1000～1400 mm，水分利用效率的高低可作为评价茶树耐旱性强弱的指标[17]。本实验对7 个茶树品种的测定结果表明：茶树的叶片形态与保水性能之间有一定相关性，在高温胁迫下，茶树叶宽、叶面积和叶片指数与叶片失水率（RWL）显著负相关。水分测定数据表明，随处理时间的延长，7 种茶树叶片的RWC、RWL 均呈上升趋势，而WSD 均下降，且皆在处理1-2 h 时间段内变幅最大，说明这7 种茶树对高温失水反映迅速，均能在高温胁迫初期通过调节自身水分提高抗旱能力，耐受一定程度的高温干旱。其中，肉桂、水仙、奇兰保水能力较优，金观音的最弱。

光合色素含量测定表明，7 种茶树品种的Chla 含量处于同一水平（30.07～30.74 mg/L），而Chlb 的变幅较大（11.78～28.56 mg/L）且品种之间差异显著；失水0～2 h 期间，7 种茶树叶绿素总量除了水仙保持不变、毛蟹上升之外，其余5 种均下降。

对上述光合色素含量和叶绿素荧光参数两类共13 项指标的相关分析表明，茶树的光合色素与叶绿素荧光参数间有相关性，并且在正常条件下和高温失水时（3 h）的相关性存在差异。

植物在逆境下的表现受诸多因素的共同影响，单一类型指标的判断易造成误差。因此，本实验用隶属函数分析法综合水分指标、色素含量、叶绿素荧光参数三类共12 个指标，评价7 种茶树对高温脱水逆境的适应能力，结果表明7 个茶树品种的抗性由大到小为肉桂＞九龙袍＞丹桂＞毛蟹＞金观音＞水仙＞奇兰。