锗处理对茶树幼苗光合生理特性的影响*

苏奇倩,朱文婷,吴成远,钟建兰,李章采,蒋 婵,安福全,马春莲,于龙凤**

(1.滇西科技师范学院 生物技术与工程学院,云南 临沧 677000;2.云南省红茶工程技术研究中心,云南 临沧 677000;3.云南滇红集团股份有限公司,云南 临沧 677000)

有机锗化合物对于人体健康具有至关重要的作用，被广泛应用于医疗领域和膳食补充[1]。无机锗可被植物吸收，在植物组织中进行富集并转化为有机锗化合物，可进一步开发为富锗产品。同时，锗处理可以提高植物的光合作用等生理功能。通过外源施加无机锗肥，以提高富锗植物的锗含量是获取更多有机锗的有效途径。茶树(Camelliasinensis)是一种天然富锗植物，作为提供有机锗的膳食来源，具有独特的抗氧化、消炎、抗菌和抗癌等性能，对人体健康有益。目前关于添加外源锗来制备富锗茶，以及锗处理对茶树幼苗光合生理特性的影响研究报道较少。因此，本研究拟利用不同质量浓度的外源锗溶液对茶树幼苗进行培育，分析不同质量浓度外源锗处理对茶树幼苗光合生理特性的影响，以筛选出最适合茶树生长发育的锗质量浓度，为日后提升茶叶的营养品质与富锗茶的栽培种植提供理论参考和技术支持。

1 材料与方法

1.1 实验材料

实验场地：滇红集团茶叶科学研究院茶树种质资源苗圃地；实验材料：云抗10号扦插一年茶树幼苗；锗源：无机锗(GeO2)，分析纯，99.999%，云南临沧鑫圆锗业股份有限公司提供。

1.2 仪器设备

电子天平(规格型号：BS224S)、SHZ-D3型予华牌循环水真空泵巩义市予华仪器有限责任公司(型号：SHZ-D3)、电热恒温水浴锅(上海博迅实业有限公司医疗设备厂，型号：HHS-21-4)、电热鼓风干燥箱(北京市永光明医疗仪器厂，型号：101-0ES)、离心机(上海安亭科学仪器厂，型号：TDL-40B)、实验室纯水系统(上海和泰仪器有限公司，型号：Master-S15UV)、紫外可见光分光光度计。

1.3 实验方法

1.3.1 实验材料的前处理

随机选取生长一致的茶苗1000株，将营养袋和茶苗根系土壤去除，随后转移至塑料花盆中。每盆25株茶苗，共40盆，每盆加入自来水 1 L，饥饿培养 3 d。去除死苗后，选取长势、株高、叶色一致的茶苗，转移至1/2营养液中培养。7 d 后加入 1 L 完全营养液，将所有水培茶树苗去除死苗、弱苗后，平均分为8组，每组进行不同质量浓度锗的处理，设置含GeO2完全营养液8个质量浓度梯度为：0、3、6、12、15、21、30、60 mg/L。培养 28 d 后分别从每组的不同锗质量浓度处理中取10株茶苗为样本，将不同部位的材料切割装袋，放入 -80 ℃ 的冰箱冷冻储藏，待用。

1.3.2 光合生理指标测定

使用紫外分光光度法测定叶绿素含量[2]，考马斯亮蓝法测定可溶性蛋白质含量[3]，硫代巴比妥酸法测定丙二醛含量[4]，磺基水杨酸法测定游离脯氨酸含量[5]。

1.4 数据处理

采用Excel和SPSS软件对实验数据分别进行整理和分析。

2 结果与分析

2.1 锗处理对云抗10号茶树幼苗叶绿素含量的影响

叶绿素是植物进行光合作用必不可少的一类绿色色素。叶绿素a是作物主要的光合色素，用以反映叶片对波长的吸收程度[6]。不同质量浓度锗处理对云抗10号茶树幼苗叶绿素a含量的影响见图1。由图1可知，不同质量浓度锗处理对云抗10号茶树幼苗叶绿素a含量的影响不同，6、12 mg/L 锗处理的叶绿素a含量均高于对照组，12 mg/L 锗处理的云抗10号茶树幼苗叶绿素含量最高，60 mg/L 锗处理的云抗10号茶树幼苗含量最低。由此可见，锗质量浓度为 12 mg/L 的处理对云抗10号茶树幼苗叶绿素a含量具有明显促进作用。

图1 锗处理的云抗10号茶树幼苗叶绿素含量

作物体细胞内叶绿素b是辅助色素，起收集能量并将其传递给叶绿素a的作用。如果作物含有较高的叶绿素b，表明该作物具有良好的吸收和传输阳光的能力，这也是获得高产的先决条件。不同质量浓度锗处理对云抗10号茶树幼苗叶绿素b含量的影响见图1。由图1可知，不同质量浓度锗处理对云抗10号茶树幼苗叶绿素b含量具有一定影响。其中，锗质量浓度为 12 mg/L 处理的叶绿素b含量最高，锗质量浓度为 30 mg/L 处理的叶绿素含量最低。锗质量浓度为 12 mg/L 处理的叶绿素b含量明显高于锗质量浓度为0处理的，而锗质量浓度为3、6、15、21、30、60 mg/L 处理的叶绿素b含量均低于锗质量浓度为0处理的。可见，锗质量浓度为 12 mg/L 的处理对云抗10号茶树幼苗叶绿素b含量促进作用明显。

光合强度随作物叶绿素a+叶绿素b的含量增加而加强，因此，叶绿素a+叶绿素b含量也用以反映作物高产稳产的重要指标。不同质量浓度锗处理对茶树幼苗叶绿素a+叶绿素b含量的影响见图1。由图1可知，不同质量浓度锗处理对茶树幼苗叶绿素a+叶绿素b含量有一定的影响，锗质量浓度为 12 mg/L 处理组的叶绿素a+叶绿素b含量显著高于其他处理组的。可见，处理 12 mg/L 对茶树幼苗叶绿素a+叶绿素b含量产生明显促进作用。

2.2 锗处理对云抗10号茶树幼苗可溶性蛋白质含量的影响

植物体内可溶性蛋白质可用以测定植物的抗逆性，其属酶类，通常参与植物体内的各种代谢。植物体内可溶性蛋白质在逆境条件下会增加，植物的适应性也会随之增强，因此，可溶性蛋白质含量是反映植物体总代谢的重要指标[7]。根据图2得出，不同质量浓度锗处理对茶树幼苗的可溶性蛋白质有影响。其中，锗质量浓度处理为 12 mg/L 时，可溶性蛋白质的含量最高；锗质量浓度为 15 mg/L 处理的可溶性蛋白质含量最低。锗质量浓度为 12 mg/L 处理的可溶性蛋白质含量高于其他锗质量浓度处理的，而锗质量浓度为3、6、15、21、30、60 mg/L 处理的可溶性蛋白质含量均低于锗质量浓度为 0 mg/L 处理的。可见，锗质量浓度为 12 mg/L 的处理下云抗10号茶树幼苗可溶性蛋白质含量相对较高。相反，锗质量浓度为3、6、15、21、30、60 mg/L 的处理对云抗10号茶树幼苗可溶性蛋白质含量有一定程度上抑制作用。其中，锗质量浓度为 15 mg/L 处理时的抑制作用相对明显。

图2 锗处理的云抗10号茶树幼苗可溶性蛋白质含量

2.3 锗处理对云抗10号茶树幼苗丙二醛含量的影响

在受外界逆境胁迫时，植物会发生膜脂过氧化作用，而形成的最终产物之一就是丙二醛，植物体所含丙二醛的多少可用以反映植物所受胁迫的损害程度[8]。由图3看出，不同质量浓度锗处理对茶树幼苗的丙二醛含量有影响。锗质量浓度处理为 21 mg/L 时，丙二醛的含量最高，锗质量浓度为 60 mg/L 处理的丙二醛含量最低。锗质量浓度为 21 mg/L 处理的丙二醛含量高于锗质量浓度为 0 mg/L 处理的，而除了锗质量浓度为 60 mg/L 处理的丙二醛含量低于锗质量浓度为 0 mg/L 处理的，其他浓度锗处理丙二醛含量都高于锗质量浓度为 0 mg/L 处理的。可见，除去锗质量浓度为 60 mg/L 的处理对丙二醛含量有明显抑制作用，其余浓度锗处理均对云抗10号茶树幼苗的丙二醛含量有促进作用，其中 21 mg/L 的处理对云抗10号茶树幼苗丙二醛含量促进作用明显。

图3 锗处理的云抗10号茶树幼苗丙二醛含量

2.4 锗处理对云抗10号茶树幼苗游离脯氨酸含量的影响

植物体内脯氨酸含量是反映植物抗逆性的重要指标之一，一般而言，抗旱性强的品种往往会积累较多的脯氨酸[9]。所以，在抗旱育种时，所含脯氨酸是重要生理指标。由图4看出，不同质量浓度锗处理对茶树幼苗的游离脯氨酸含量有影响。其中，锗质量浓度处理为 15 mg/L 时，游离脯氨酸的含量最高；锗质量浓度为 0 mg/L 处理的游离脯氨酸含量最低。锗质量浓度为3、6、12、15、21、30、60 mg/L 处理的游离脯氨酸含量均高于锗质量浓度为 0 mg/L 处理的；锗质量浓度为 15 mg/L 处理的游离脯氨酸达到最高。可见，锗质量浓度为 15 mg/L 处理的在一定程度上提高了云抗10号茶树幼苗中的游离脯氨酸含量。

图4 锗处理的云抗10号茶树幼苗游离氨基酸含量

3 讨论

3.1 茶树幼苗物质含量变化与光合生理特性

近年来，许多关于作物抗逆性的研究发现，作物体内存在叶绿素和可溶性蛋白质，而作物的抗逆性与其变化有较大关联[10]。在逆境条件下，植株体内叶绿素和可溶性蛋白质含量相对高的品种，抗逆性相对于含量低的品种强；同时，也得知脯氨酸参与了植株的渗透调节作用[11]。由于不同的研究者会采用不同的研究方法对不同的作物进行抗逆性研究，因此，目前对于游离脯氨酸与作物抗逆性之间的关系有着不同的看法。本实验通过不同质量浓度锗处理云抗10号茶树幼苗，测定分析参与渗透和调节的叶绿素、可溶性蛋白质、丙二醛以及游离脯氨酸的含量，该结果对进一步研究茶树幼苗的光合生理特性有重要参考价值。

3.2 茶树幼苗叶绿素含量变化与光合生理特性

叶绿素在植物光合作用中吸收和转化光能，其质量浓度的多少可直接影响光合作用的强弱[12]。叶绿素含量的高低很大程度上决定着光合作用的强弱，二者之间呈正相关关系[13]。植物在遭受逆境时，细胞内叶绿素含量会下降，抵抗力强的植物叶绿素下降幅度小[14]。本研究证明，锗质量浓度为 12 mg/L 处理的对茶树幼苗叶绿素a和叶绿素b含量以及叶绿素a+叶绿素b含量最高。由此得出，锗质量浓度为 12 mg/L 处理的云抗10号茶树幼苗所合成的叶绿素含量最高，其光合能力最强。

3.3 茶树幼苗可溶性蛋白质含量变化与光合生理特性

植物体中可溶性蛋白影响着茶树幼苗的光合的光合作用，保护植物细胞的生物膜和生命物质[15]。作物遭受逆境胁迫可溶性蛋白质的增加积累，能提高细胞的保水能力，从而对植物细胞起保护作用，是选育抗逆性强的品种的重要指标。根据本研究可知锗质量浓度处理为 12 mg/L 时，可溶性蛋白质的含量最高，而锗质量浓度为3、6、15、21、30、60 mg/L 处理的可溶性蛋白质含量均低于锗质量浓度为 0 mg/L 处理的。据此，锗质量浓度为 12 mg/L 时，云抗10号茶树幼苗保水能力强，其光合作用也越强；而锗质量浓度为3、6、15、21、30、60 mg/L 时则降低了其保水能力，抑制了光合速率。

3.4 茶树幼苗丙二醛含量变化与光合生理特性

植物体丙二醛含量多少，可以反映植物遭受伤害的程度[16]。丙二醛抑制植物离体叶片光合速率，加速叶绿素的降解，促进暗呼吸作用速率，增大细胞膜泄漏[17]。外界环境胁迫下，丙二醛浓度的增高以及处理时间的延长，会伤害植物的光合作用。本研究测定并分析了不同质量浓度锗处理过程中丙二醛含量变化，锗质量浓度处理为 21 mg/L 时，丙二醛的含量最高，锗质量浓度为 60 mg/L 处理的丙二醛含量最低。由此可见，锗质量浓度为 60 mg/L 处理的茶树幼苗合成的丙二醛相对较少，遭受到的逆境伤害程度较轻，因此，光合速率相对于丙二醛含量高的茶树幼苗高；而锗质量浓度处理为 21 mg/L 的茶树幼苗体内合成的丙二醛最多，暗呼吸作用速率增强，增大细胞膜泄漏，表现出光合作用明显减弱。

3.5 茶树幼苗游离脯氨酸含量变化与光合生理特性

在通常情况下，植株在缺水时，其体内的脯氨酸含量会增加。植株体内脯氨酸含量一定程度上反映了植株体内的水分情况。游离脯氨酸可以增加细胞渗透势，促进植物细胞吸水，增强植物的抗逆性[18]。根据研究可知，锗质量浓度处理为 15 mg/L 的游离脯氨酸的含量最高，锗质量浓度为 0 mg/L 的游离脯氨酸含量最低。锗质量浓度为3、6、12、15、21、30、60 mg/L 的游离脯氨酸含量均高于锗质量浓度为 0 mg/L 时。由此得知，锗质量浓度处理为 15 mg/L 的云抗10号茶树幼苗抗逆性强，光合速率较高，没有经过锗处理的相对于进行了不同质量浓度锗处理的茶树幼苗抗逆性较低。

4 结论

不同质量浓度锗处理对云抗10号茶树幼苗体内叶绿素、可溶性蛋白质、丙二醛以及游离脯氨酸含量有不同影响，而叶绿素、可溶性蛋白质、丙二醛以及游离脯氨酸含量，对茶树幼苗的光合生理特性也有着不同作用。对茶树幼苗进行不同质量浓度锗处理，综合各物质含量高低对光合速率的影响，通过对比分析筛选出最佳浓度，促进茶树幼苗光合速率，以期培育出优质茶树。根据研究，发现不同浓度的锗处理对云抗10号茶树幼苗叶绿素含量具有明显影响。其中，锗质量浓度为 12 mg/L 的处理组，叶绿素a、叶绿素b、叶绿素a+叶绿素b，以及可溶性蛋白质含量最高；锗质量浓度为 60 mg/L 的处理的丙二醛含量最低，锗质量浓度为 12 mg/L 的处理组的丙二醛含量处于中等水平；锗质量浓度处理为12、15、21 mg/L 的游离脯氨酸的含量都处于较高水平。综合这几个指标对茶树幼苗光合作用的影响，在对茶树幼苗进行锗处理时，锗质量浓度宜选择 12 mg/L。由此推断，该浓度锗处理有助于茶树幼苗生长发育。因此，筛选最佳锗质量浓度 12 mg/L 处理茶树幼苗，可为培育优质富锗茶提供技术参考。