楊再強, 韓　冬, 王學林, 金志鳳

1 南京信息工程大學氣象災害預報預警與評估協(xié)同創(chuàng)新中心, 南京　210044

2 南京信息工程大學江蘇省農(nóng)業(yè)氣象重點實驗室, 南京　210044

3 浙江省氣象服務中心, 杭州　310017

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寒潮過程中4個茶樹品種光合特性和保護酶活性變化及品種間差異

楊再強1,2,*, 韓冬1, 王學林1, 金志鳳3

1 南京信息工程大學氣象災害預報預警與評估協(xié)同創(chuàng)新中心, 南京210044

2 南京信息工程大學江蘇省農(nóng)業(yè)氣象重點實驗室, 南京210044

3 浙江省氣象服務中心, 杭州310017

摘要:以茶樹品種龍井43號(Longjing No.43)、鳩坑(Jiukeng)、烏牛早(Wuniuzao)、福鼎大白茶(Fortin white tea)為試材，研究了一次寒潮過程對4個茶樹品種葉片的光合特性、葉綠素熒光參數(shù)和保護酶活性的影響，并利用主成分分析方法確定4個茶樹品種的抗寒性。結果表明：寒潮初期，隨著氣溫的降低，4個茶樹品種的葉綠素含量、最大光合速率(Pmax)、表觀量子效率(AQY)、最大光化學量子產(chǎn)量(Fv/Fm)、非光化學淬滅(qN)均呈現(xiàn)下降趨勢，在氣溫回升期間隨氣溫升高而有所增加，且福鼎大白茶的葉綠素含量、Pmax、AQY、Fv/Fm的值為4個品種中最大，qN的平均值以烏牛早為最小，鳩坑最大；4種茶樹的過氧化物酶(POD)活性在寒潮及恢復期間持續(xù)增強；4種茶樹POD活性的平均值以龍井43號最小，福鼎大白茶最大；葉片的氣孔限制值(Ls)和丙二醛(MDA)含量在降溫和氣溫回升過程中，表現(xiàn)出先增加后降低的趨勢，整個期間的Ls和MDA含量的平均值以福鼎大白茶為最小，龍井43號最大；利用主成分分析法對4品種茶樹的光合參數(shù)、熒光參數(shù)和抗氧化酶活性進行分析，得到4個品種茶樹的抗寒性順序為：福鼎大白茶>烏牛早>鳩坑>龍井43號。研究結果為茶樹的引種及茶葉生產(chǎn)布局提供理論依據(jù)。

關鍵詞：茶樹; 寒潮; 光合特性; 保護酶活性; 主成分分析

茶樹(Camelliasinensis)在我國栽種歷史悠久，是我國南方傳統(tǒng)的經(jīng)濟植物[1]。我國茶樹資源豐富，山茶科植物已經(jīng)達到23 屬380 多種[2]，且種植區(qū)域不再局限于南方地區(qū)。茶樹的最適生長溫度范圍為20—30 ℃左右，寒潮劇烈的降溫會直接對茶樹產(chǎn)生危害[3]，嚴重影響了茶樹正常的生長發(fā)育。

光合作用是植物體內(nèi)重要的生理過程，可以作為判斷植物生長和抗逆性強弱的指標。低溫會造成植物光合速率的下降[4- 5]，當溫度降至引起冷害的臨界溫度時，光合作用就會受到抑制且低溫會增加冷敏感植物和抗冷植物發(fā)生光抑制的可能性[6]。葉綠體是細胞進行光合作用的細胞器[7]，在發(fā)生低溫危害時，葉綠素含量逐漸降低，葉綠素熒光動力參數(shù)發(fā)生改變，光系統(tǒng)活性減低，目前已經(jīng)證實厚皮甜瓜[8]、馬鈴薯[9]、甜椒、黃瓜[10- 11]、佛手[12]葉綠素各成分隨低溫脅迫而降低，葉片的凈光合速率也逐步降低?？自坪13]與和紅云等[14]研究發(fā)現(xiàn)低溫會導致葉綠素熒光參數(shù)PSⅡ photochemical efficiency (Fv/Fm)比值下降，Non-photochemical quenching (qN)值升高，劉慧英等[15]發(fā)現(xiàn)低溫處理下嫁接西瓜苗的qN值逐漸降低。同時，前人研究表明，低溫脅迫下植物體內(nèi)的抗氧化酶活性發(fā)生改變[16- 18]，且抗寒性不同品種的變化存在差異[19- 20]。黃華濤等[21]的研究認為冬季低溫使茶樹葉片中過氧化物酶Peroxidase(POD)活性提高，POD同工酶譜帶同時增加。武雁軍等[22]發(fā)現(xiàn)抗寒性強的品種在低溫下抗氧化酶保護酶活性較高，且能產(chǎn)生更多的可溶性蛋白。劉偉等[23]對葡萄枝條進行低溫處理后，發(fā)現(xiàn)保護酶POD的活性呈現(xiàn)先降低再升高后降低的變化趨勢，在低溫脅迫下葡萄的枝條的保護酶活性變化與品種間的抗寒性存在相關性。

關于低溫脅迫對茶樹光合和保護酶活性的影響的研究，前人主要以人工環(huán)境控制實驗進行研究，而針對一次寒潮降溫過程對田間茶樹葉片的光系統(tǒng)活性和保護酶的影響至今未見報道。本文在江蘇省南京市發(fā)生的一次寒潮過程期間對4種茶樹(龍井43號、烏牛早、鳩坑、福鼎大白茶)的光合特性和抗氧化酶活性進行了研究，研究結果為茶樹種植布局和氣象災害防御提供依據(jù)。

1材料與方法

1.1寒潮的定義標準

按照《寒潮等級》國家標準(GB/T 21987—2008)，對局地而言，冷空氣影響后，日最低氣溫下降幅度24h≥8 ℃，或48h≥10 ℃，或72h≥12 ℃，且最低氣溫≤4 ℃，即為一次寒潮天氣過程。

1.2試驗設計

試驗于2013年11月23日至2013年12月6日在南京信息工程大學進行，以7 年生的4 個茶樹品種龍井43號(Longjing No.43)、鳩坑(Jiukeng)、烏牛早(Wuniuzao)、福鼎大白茶(Fortin white tea)為試材，選取生長基本一致、健壯的茶樹，采樣時選取上部全展開功能葉片，每兩天測定4 個品種茶樹葉片葉綠素含量、光合作用特性、熒光動力參數(shù)、及保護性酶活性。各茶樹品種植株基本情況見表1。

表1　4種茶樹基本情況(平均值±標準差)

平均葉質(zhì)和平均葉面積測量的為采樣區(qū)葉片

1.3測定項目與方法

(1)天氣數(shù)據(jù)來源于試驗地附近50 m的南京信息工程大學大氣觀測場的數(shù)據(jù)，收集了2013年11月23日至2013年12月6日茶樹受低溫脅迫和恢復期間的天氣數(shù)據(jù)，包括氣溫(℃)、相對濕度(%)和太陽總輻射(μmol m-2s-1)，每隔10min讀取1次測量值。

(2)葉綠素含量的測定選取每棵植株上的成熟葉3—5 片，洗凈擦干，剪碎，稱取0.2 g，置于95%乙醇中48 h直至葉片中的葉綠素完全被提取出。取提取液在紫外分光光度計UV-1800(日本島津)中采用比色法測定光密度(OD)值[24]，每個處理重復3 次。

(3)光合參數(shù)的測定試驗期間，取茶樹從上往下數(shù)第3節(jié)位成熟葉，用LI-6400便攜式光合作用測定系統(tǒng)在9:00—11:00間測定4種茶樹的葉片光合特性，每個處理重復測定3 次。同時測定光響應曲線，測定時設計CO2濃度為(400±10) μmol/mol，光強梯度設計：2000、1600、1400、1200、1000、800、600、400、200、100、50、0 μmol m-2s-1等12 個水平，根據(jù)模型模擬得到光響應曲線，求得光合參數(shù)Pmax與表觀量子效率Apparent Quantum Yield(AQY)。選取光強為1000 μmol m-2s-1，計算得到胞間CO2濃度(Ci)(μmol/mol)，從而得到氣孔限制值Ls，Ls=1-Ci/Ca，Ca為環(huán)境中CO2濃度(μmol/mol)。

(4)熒光參數(shù)的測定選取與測光合參數(shù)相同部位的葉片，用FMS-2型便攜式熒光儀(英國Hansatech)測定葉片PSⅡ的光化學效率和PSⅡ的光合電子傳遞量子效率，測定前暗適應30 min，然后依次測定葉綠素熒光動力學參數(shù)。包括PSⅡ的最大光化學效率(Fv/Fm)和非光化學猝滅系數(shù)(qN)[25]。每個參數(shù)的測定進行3 次重復。

(5)酶活性參數(shù)的測定選取植株頂端從上到下的第5—8 位葉片，采集后迅速置于液氮中冷卻，然后保存于冰箱中冷凍，稱取0.5 g左右樣品放入研體中，加入5 mL pH7.8的磷酸緩沖液(0.2 mol/L的KH2PO4和0.2 mol/L的K2HPO4配制)和少量石英砂，冰浴研磨，勻漿倒入離心管中，于0 ℃，4000 r/min冷凍離心20 min，上清液(酶液)倒入試管中，置于0—4 ℃下保存，用于POD活性和MDA含量的測定，每次測定重復3次。過氧化物酶(POD)活性測定用愈創(chuàng)木酚法[26]，以每分鐘內(nèi)OD470的增加量表示其活性。丙二醛Malondialdehyde(MDA)含量測定采用硫代巴比妥酸比色法[27]。

1.4數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

試驗數(shù)據(jù)運用DPS軟件、SPSS18.0軟件進行相關統(tǒng)計計算和多重分析，Excel軟件作圖。用Duncan檢驗(α=0.05)進行多重比較。

對光響應測定結果采用劉建鋒等的[28]方法，構建非直角雙曲線方程估算光響應參數(shù)。

茶樹抗寒性采用主成分分析方法。在計算時先將數(shù)據(jù)進行標準化，以累積貢獻率達85%以上為參考值，確定主成分個數(shù)[29]。

2結果與分析

2.1寒潮期間天氣數(shù)據(jù)的變化

圖1　寒潮期間的氣溫、相對濕度、日總太陽輻射Fig.1　Changes of daily temperature, daily related humidity and daily global solar radiation during the cold wave

由圖1中寒潮期間每日平均、最高和最低溫度變化的曲線圖可知，11月23日與26日的日最低氣溫分別為：14.59 ℃和2.49 ℃，符合日最低氣溫下降幅度72 h≥12 ℃，且最低氣溫≤4 ℃，判斷此為一次寒潮過程。而后，11月28—29日還有一次強冷空氣過程，氣溫持續(xù)下降。從11月23日到25日，日平均氣溫顯著降低，25日到26日稍有回升，28日日平均氣溫到達最低值，為-1.70 ℃，隨后至11月30日，氣溫明顯升高，12月3日以后，氣溫較平穩(wěn)，圍繞8 ℃上下波動，認為是此次寒潮過程的恢復期。11月23日到28日，日最低氣溫持續(xù)下降，28日達到最小值，而后日最低氣溫的值逐漸升高，12月3日后日最低氣溫保持在4 ℃以上。日最高氣溫與日平均氣溫存在相似的變化。

寒潮期間每日平均、最高和最低相對濕度的變化曲線(圖1)，從11月24日至29日，日平均相對濕度一直呈現(xiàn)下降趨勢。29日的日平均相對濕度值最小，僅為34.0%，29日后日平均相對濕度逐漸增加，在12月1日存在一個較大值，隨后的變化趨勢為先降低再升高。寒潮期間的日最低相對濕度的變化趨勢與日平均相對濕度的變化趨勢相似。

寒潮期間每日太陽總輻射的變化(圖1)，11月23、24、25日太陽總輻射值較小，25日以后，日太陽總輻射有明顯的上升趨勢，而后又開始呈下降趨勢。可見日太陽總輻射的變化與日平均溫度和日平均相對濕度的變化步調(diào)不一致。

2.2寒潮過程對茶樹葉片光合特性的影響2.2.1寒潮過程對茶樹葉片中葉綠素含量的影響

寒潮過程中，4 種茶樹葉片中葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素含量的變化(表2)，表明，此次寒潮過程中，4 種茶樹葉片中葉綠素的含量雖然差異較大，但總體的變化趨勢一致，11月23日至12月1日，葉綠素a、葉綠素b含量逐漸降低，12月1日后葉綠素a、b含量緩慢上升，4種茶樹在試驗結束時葉綠素a含量較初始時稍有降低，葉綠素b下降幅度稍大，各品種分別下降了龍井43號21.5%、鳩坑4.3%、烏牛早18.3%、福鼎大白茶11.6%，表明寒潮對葉綠素b的影響大于葉綠素a。類胡蘿卜素的變化因茶樹品種不同而不同，寒潮前6d，4個品種的類胡蘿卜素含量均降低，而后隨時間的持續(xù)增加，寒潮恢復后茶樹葉片中類胡蘿卜素含量高于初始值。

表中數(shù)據(jù)均為平均值±標準誤。每日同列不同字母表示品種間差異顯著(P<0.05)

2.2.2一次寒潮過程對4種茶樹葉片光合參數(shù)的影響

圖2　寒潮過程中4種茶樹葉片葉綠素含量、最大光合速率、光量子效率、氣孔限制Fig.2　Changes of chlorophyll content, maximum photosynthetic rate, apparent quantum yield and stomatal limiting value in four Camellia sinensis leaves during the cold wave

葉綠素總含量的變化(圖2),可見福鼎大白茶的葉綠素總含量在11月29日下降到最低，而其他3種茶樹在12月1日達到最小值，4種茶樹葉綠素含量的變化步調(diào)不一致。最大光合速率(Pmax)是光達到飽和時的光合速率，反映了植物葉片的光合潛能。隨著寒潮的持續(xù)，4種茶樹的最大光合速率均呈下降趨勢，11月29日下降為最低，福鼎大白茶的初始最大光合速率最高，是龍井43號初始最大光合速率的1.93倍，而29日后4種茶樹的Pmax開始緩慢上升。表觀量子效率(AQY)是光合作用中光能轉(zhuǎn)化效率的指標之一，是凈光合速率與相應光量子通量密度的比值，寒潮期間，4種茶樹表觀量子效率的變化呈現(xiàn)出明顯而且相似的規(guī)律(圖2)，從11月23日至11月29日，表觀量子效率呈下降趨勢(圖2)，11月29日4種茶樹葉片表觀量子效率較初始分別下降了龍井43號71.8%、烏牛早79.1%、鳩坑68.3%、福鼎大白茶77.2%，實驗表明福鼎大白茶與烏牛早和龍井43號與鳩坑的種間差異不明顯。4種茶樹的氣孔限制值(Ls)自23日起逐漸增大，12月1日達到最大值，而后慢慢減小，稍延遲于Pmax和AQY的變化，4種茶樹中福鼎大白茶的氣孔限制值較其它3個品種最低(圖2)。

2.2.3寒潮過程對茶樹葉綠素熒光參數(shù)的影響

本次寒潮過程中4種茶樹的葉綠素熒光參數(shù)如表3，由表3可知，4種茶樹在寒潮期間Fv/Fm的變化趨勢較一致，均為先降低后逐漸升高，11月29日4種茶樹的Fv/Fm的值下降到最低，除福鼎大白茶外其他3種茶樹Fv/Fm較11月23日分別降低了龍井43號19.2%，鳩坑20.7%，烏牛早4.7%，隨著寒潮日數(shù)的增加4種茶樹品種間差異逐漸加大。4種茶樹葉片的qN呈現(xiàn)出同步的變化趨勢，11月23日至29日，qN的值逐漸降低，11月29日較23日分別降低了福鼎大白茶0.08<鳩坑0.11<烏牛早0.16<龍井43號0.17。

表3　寒潮期間4種茶樹葉片葉綠素熒光參數(shù)的變化

2.3寒潮過程對茶樹葉片保護酶活性的影響

抗氧化酶是保護性酶，在低溫條件下，它們與活體氧和自由基發(fā)生反應，保護了細胞膜，過氧化物酶(POD)是用以清除逆境過程中產(chǎn)生的過氧化氫，減輕過氧化氫對細胞的傷害。寒潮期間茶樹葉片POD活性的變化情況(圖3)，表明11月23日至29日，4種茶樹葉片POD活性急劇上升，而后，葉片中POD活性持續(xù)緩慢增長，最后趨于平穩(wěn)，12月5日4種茶樹葉片POD活性較11月23日分別提高了龍井43號2.35 U g-1Fw min-1、鳩坑2.68 U g-1Fw h-1、烏牛早2.70 U g-1Fw h-1、福鼎大白茶2.88 U g-1Fw h-1，4種茶樹葉片POD活性由大到小分別為福鼎大白茶>烏牛早>鳩坑>龍井43號(圖3)。

MDA含量的高低可以反映植物遭受逆境傷害的程度，寒潮期間MDA含量的變化(圖3)，表明在寒潮過程中，4種茶樹葉片中MDA含量的呈現(xiàn)較明顯且相似的變化規(guī)律，11月23日至12月1日期間，MDA含量顯著升高，12月3日至12月5日，MDA含量下降，表明膜脂過氧化反應在減少，12月5日值稍低于11月23日的值，說明這4種茶樹可以較好的適應此次寒潮過程，并且基本能夠自我調(diào)節(jié)恢復，初步表明此次寒潮的過程沒有對茶樹葉片產(chǎn)生不可恢復的傷害。研究發(fā)現(xiàn)龍井43號和鳩坑葉片中MDA含量顯著高于烏牛早和福鼎大白茶。

圖3　寒潮過程中4種茶樹葉片POD活性和MDA含量Fig.3　Changes of POD activities and MDA content in four Camellia sinensis leaves during the cold wave

2.4寒潮過程中4種茶樹葉片光合和保護酶指標與氣象因子的相關性分析

寒潮過程中4種茶樹葉片光合和保護酶指標與日平均氣溫、日平均相對濕度、日最低、最高氣溫、日最低、最高相對濕度的相關性系數(shù)(表4)，可知，各茶樹品種的葉綠素總量、Pmax、AQY、Fv/Fm、qN與日最低氣溫呈正相關且相關系數(shù)最大，而Ls、POD與日最低氣溫呈負相關且相關系數(shù)絕對值最大，鳩坑的MDA含量與日平均氣溫相關系數(shù)最大。表明此次寒潮過程中對4種茶樹光合和抗氧化酶活性影響最大的因子為日最低氣溫。不同品種的茶樹與各氣象因子相關系數(shù)不同。除日最低氣溫外，日最低相對濕度與Pmax和AQY的相關性較好。

2.5茶樹抗寒性綜合評價結果

前人用主成分分析的方法確定植物抗性[29- 31]，本文對4種茶樹在此次寒潮過程中葉片的光合參數(shù)和抗氧化酶的指標進行主成分分析(表5)，可知，前兩種成分累計貢獻率達到了89.69%，表明前兩個主成分已經(jīng)把全部指標提供信息的89%以上反映了出來，可認為前兩種成分即為所有指標中的主成分，由于低溫為寒潮對茶樹影響的主要因素，因此這兩個主成分能夠充分的反映4種茶樹的抗寒性，第一主成分中MDA和Fv/Fm特征系數(shù)較大，第二主成分中POD特征系數(shù)較大，說明MDA、Fv/Fm和POD是影響茶樹生命活動的主要因子。

表4　4種茶樹葉片光合和保護酶指標與氣象要素的相關系數(shù)

*表示在0.05水平上顯著，**表示在0.01水平上顯著; Chl: 葉綠素含量Chlorophyll content；Pmax:最大凈光合速率Maximum photosynthetic rate；AQY:表觀量子效率Apparent Quantum Yield；Ls:氣孔限制值Stomatal limiting value；Fv/Fm:PSⅡ的最大光化學效率Maximal photochemical efficiency；qN:非光化學淬滅系數(shù)Non-photochemical quenching；POD:代表過氧化物酶Peroxidase；MDA:代表丙二醛Malondialdehyde

根據(jù)上述指標與抗寒性關系，由主成分的特征向量計算每個茶樹品種的主成分得分，由于主成分之間是相互獨立且有著不同貢獻率，因此，主成分的得分就是加權值，權重就是主成分對應的貢獻率[30- 31]，表6為此次寒潮過程中茶樹的各指標得分，由分值得到4種茶樹的抗寒性為：福鼎大白茶>烏牛早>鳩坑>龍井43號。

表5　寒潮過程中4種茶樹光合和抗氧化指標主成分分析

表6　寒潮過程中4種茶樹的抗寒性得分

3討論與結論

研究認為此次寒潮過程中對茶樹影響最大的因子為日最低氣溫，即日最低氣溫是影響茶樹的光合和生理生化的主要因子。研究表明4個品種茶樹葉片中葉綠素含量隨氣溫的降低而減小，隨氣溫的升高而增加。低溫不僅影響了葉綠體功能的正常運轉(zhuǎn)，也對合成葉綠素色素的酶的活性產(chǎn)生了抑制，也有人認為低溫加速了葉綠素的分解且低溫使植物體代謝減慢，合成葉綠素的底料缺乏，從而使植物葉片中的葉綠素含量降低[32- 33]，類胡蘿卜素的變化與葉綠素a、b相反，葉綠素的變化與凈光合速率的變化一致，這與前人結果一致[29]。此次寒潮過程中，隨著日最低氣溫的下降，4種茶樹的最大光合效率(Pmax)、表觀光量子效率(AQY)都呈下降趨勢，當溫度緩慢回升時，最大光合效率(Pmax)、表觀光量子效率(AQY)值又逐漸升高。低溫脅迫對光合作用的影響不僅僅是造成光合機構的損傷，同時也影響光合電子傳遞和光合磷酸化以及暗反應有關的酶系[34]。吳雪霞等[35]認為低溫降低了葉綠素b的含量，葉綠素b與葉片的光能捕獲能力密切相關，進而影響葉片固定CO2的能力，造成AQY的降低。4種茶樹葉片的氣孔限制值隨溫度的降低而升高，表明此時導致茶樹光合速率下降的原因主要為氣孔限制，此外，空氣濕度也對氣孔限制值的變化有一定影響[36]。

葉綠素熒光參數(shù)是研究低溫逆境對植物光系統(tǒng)活性影響的主要探針[37]，低溫脅迫可能引起Fv/Fm的下降[38]。本研究證實4種茶樹葉片的Fv/Fm隨著日最低氣溫的降低而降低，由于Fv/Fm在非脅迫條件下變化很小，只有在脅迫發(fā)生時才發(fā)生明顯改變，因而表明此次寒潮低溫對茶樹葉片產(chǎn)生光抑制，可能的原因是低溫降低了Rubisco活性，使Fv/Fm值降低，這與孔海云[13]、劉慧英[15]等的研究結果一致。qN在此次寒潮過程中呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢，qN是指由非光輻射能量耗散等引起的熒光淬滅，它反映了PSⅡ中色素吸收的光能不能被用于光合電子傳遞而以熱能形式耗散的部分[39-41]，它在一定程度上可以保護光合作用，低溫使qN降低，這與和紅云[14]的研究結果不一致，可能是不同物種對qN存在一定影響所致，福鼎大白茶下降幅度最小，表明它能通過耗散更多的剩余能量來抵御低溫的傷害。

植物在受到低溫脅迫時，體內(nèi)會積累活性氧自由基，使細胞膜的結構和功能遭到破壞，葉片中的保護酶系統(tǒng)控制著活性氧自由基的產(chǎn)生和消除[42]。本研究表明寒潮期間POD活性在此次寒潮及恢復過程中始終呈升高趨勢，說明低溫環(huán)境下，茶樹產(chǎn)生了更多的POD來清除低溫產(chǎn)生的活性氧。在氣溫恢復期間POD活性繼續(xù)升高，這與前人研究結果不一致[23]，可能是由于POD的多功能性，POD跟植物的生長、發(fā)育和抗性等均有關[21]。已有研究認為抗寒性強的品種體內(nèi)保護酶類活性較高是其抗寒性強的原因之一[22,43]。因此可以初步判斷4種茶樹的抗寒性強弱為福鼎大白茶>烏牛早>鳩坑>龍井43號。這與黃海濤等[44]的研究認為抗寒性烏牛早>龍井43號結果相一致。MDA含量隨著氣溫降低而升高，這是由于脅迫加劇，過多的自由基與膜脂發(fā)生過氧化反應，產(chǎn)生更多的MDA，而MDA又引起蛋白質(zhì)與核算等大分子物質(zhì)的交聯(lián)聚合反應，阻塞細胞膜物質(zhì)運輸通道，對細胞膜產(chǎn)生更深的毒害作用[45]。MDA的含量直接反映了植物體內(nèi)脂質(zhì)過氧化程度，間接反映細胞受傷害程度，因此，茶樹體內(nèi)的MDA含量越高，茶樹受到的毒害越大，該茶樹的抗寒性越差[46]，這說明烏牛早與福鼎大白茶的抗寒性要高于龍井43號和鳩坑。在恢復期間，MDA含量逐漸下降，表明細胞受傷害程度減輕，其含量最終可以恢復到初始水平，表明此次寒潮過程對茶樹未產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的傷害。這與前人研究結果相一致[47- 48]。

通過對寒潮過程中光合特征量和抗氧化酶活性進行主成分分析，各主成分抗寒得分順序為：福鼎大白茶>烏牛早>鳩坑>龍井43號，結果與試驗實際觀測結果一致，表明福鼎大白茶的抗寒性最強，龍井43號最弱，該結果與蔣國慶[49]的研究認為抗寒性烏牛早>福鼎大白茶不符，可能是由于本實驗是自然條件下一次短期的室外的寒潮過程，溫度、相對濕度和太陽輻射、風等綜合作用對茶樹光合和保護酶活性產(chǎn)生影響。

本文首次研究了寒潮過程對田間茶樹的光合特性和抗氧化酶活性的影響，分析茶樹各指標與天氣要素間的相關性，確定寒潮期間對茶樹影響最大的氣象要素，并利用主成分分析方法對茶樹進行抗寒性評價，得到不同茶樹品種的抗寒性強弱。但是本研究僅對一次短暫的寒潮過程對茶樹的影響進行了研究，且寒潮恢復期間溫度未恢復至最開始水平，因此溫度對茶樹還存在一定影響，得出的4種茶樹抗寒性也有待進一步驗證，今后可進一步進行人工控制試驗來驗證茶樹不同品種的抗寒性。

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Changes in photosynthetic parameters and antioxidant enzymatic activity of four tea varieties during a cold wave

YANG Zaiqiang1,2,*, HAN Dong1, WANG Xuelin1, JIN Zhifeng3

1CollaborativeInnovationCenteronForecastandEvaluationofMeteorologicalDisasters,NanjingUniversityofInformationScience&Technology,Nanjing210044,China2JiangsuKeyLaboratoryofAgriculturalMeteorology,NanjingUniversityofInformationScience&Technology,Nanjing210044,China3ZhejiangMeteorologicalServiceCenter,Hangzhou310017,China

Abstract：Tea plant (Camellia sinensis) cultivation has a long history in China. The range of optimum growth temperature of tea is considered to be between 20℃ and 30℃. Significant decrease in temperature during a cold wave can harm tea plantations. Cold stress is a major abiotic factor that affects photosynthesis, respiration, transpiration, and some other physiological processes such as antioxidant enzymatic activity. Previous studies have evaluated stress tolerance of plants using photosynthetic parameters, chlorophyll fluorescence parameters, and antioxidant enzymatic activity. Effects of cold stress on physiological and biochemical indices, as well as on photosynthetic parameters have been studied under environmentally controlled conditions. The objective of this study was to investigate the effect of cold wave on the photosynthetic parameters and antioxidant enzymatic activity in four green tea varieties, Longjing No.43, Jiukeng, Wuniuzao, and Fortin white tea under field conditions in 2013. Data on the daily temperature (minimum, maximum, and mean), daily relative humidity (minimum, maximum, and mean), and daily solar radiation were collected to identify the most important factor that affects the tea plant during the cold wave. The mean daily temperature was significantly reduced from November 23 to 25, reached the lowest value on Nov 28, and then began to rise. The total chlorophyll content, photosynthetic rate (Pmax), apparent quantum yield (AQY), PSⅡ photochemical efficiency (Fv/Fm), and non-photochemical quenching (qN) of all four tea varieties were initially decreased and then increased from November 23 to December 5. Fotin had the maximum values of chlorophyll content, Pmax, AQY, and Fv/Fm. Wuniuzao had the minimum mean value of qN. Jiukeng had the maximum mean value of peroxidase (POD) activity that increased continuously from November 23 to December 5, while Longjing No.43 and Fortin had the minimum values of POD activity. Stomatal limiting value (Ls) and malondialdehyde (MDA) contents increased initially and then decreased from November 23 to December 5; Longjing No.43 had the maximum mean value of MDA, while Fortin had the minimum mean value. The total chlorophyll content, Pmax, AQY, Fv/Fm, and qN were positively correlated with the minimum daily temperature, while Ls and POD activity were negatively correlated with the minimum daily mean temperature. The minimum daily mean temperature was the abiotic factor that had the most significant effect on the photosynthetic parameters and antioxidant enzymatic activity in all four tea varieties. Principal component analysis (PCA) provided a quantitative evaluation of photosynthetic parameters, fluorescence parameters, and antioxidant enzymatic activity under cold stress conditions. PCA showed that MDA content, Fv/Fm, and POD activity were the main factors that affected the biological activity in all four tea varieties. Cold tolerance evaluation index of Fortin and Longjing No.43 was the highest (8.38) and the lowest (-6.88), respectively. Both Wuniuzao and Jiukeng had moderate cold tolerance evaluation indices and the latter was less cold tolerant that the former. In response to cold stress, plants, including tea, have diverse mechanisms that allow them to mitigate and adjust to cold environmental conditions.

Key Words:Camellia sinensis; cold wave; photosynthetic parameters; protective enzyme activities; principal component analysis

DOI:10.5846/stxb201405130981

*通訊作者

Corresponding author.E-mail: yzq@nuist.edu.cn

收稿日期:2014- 05- 13; 網(wǎng)絡出版日期:2015- 06- 12

基金項目:公益(氣象)行業(yè)科研專項(GYHY201306037); 國家十二五科技支撐計劃項目(2014BAD10B70)

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