干旱脅迫對(duì)茶樹(shù)幼苗生長(zhǎng)及葉綠素?zé)晒馓匦缘挠绊?/h1>
2020-08-27 07:28:16王銘涵丁玎張晨禹高羲之陳建姣唐瀚沈程文
茶葉科學(xué) 2020年4期
王銘涵，丁玎，張晨禹，高羲之，陳建姣，唐瀚，沈程文*
干旱脅迫對(duì)茶樹(shù)幼苗生長(zhǎng)及葉綠素?zé)晒馓匦缘挠绊?/p>
王銘涵1,2,3，丁玎3，張晨禹1,2,3，高羲之1,2,3，陳建姣1,2,3，唐瀚4，沈程文1,2,3*
1. 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)茶學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 長(zhǎng)沙 410128；2. 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)國(guó)家植物功能成分利用工程技術(shù)研究中心，湖南 長(zhǎng)沙 410128；3. 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410128；4. 邵陽(yáng)市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，湖南 邵陽(yáng) 422001
在全球變暖的氣候背景下，干旱已成為限制作物生產(chǎn)發(fā)展的重要因素，但目前關(guān)于干旱脅迫下不同茶樹(shù)的生理生化響應(yīng)研究相對(duì)較少。以黃金茶1號(hào)（HJC-1）、壺瓶山8號(hào)（HPS-8）和壺瓶山15號(hào)（HPS-15）等10個(gè)茶樹(shù)品種（系）的一年生幼苗為材料進(jìn)行盆栽控水試驗(yàn)，對(duì)持續(xù)性干旱脅迫處理下茶樹(shù)幼苗的表型、葉片結(jié)構(gòu)、葉綠素含量、葉綠素?zé)晒鈪?shù)和可溶性糖含量進(jìn)行研究。結(jié)果表明，干旱脅迫使其葉長(zhǎng)、葉寬縮短，葉片數(shù)減少，側(cè)根數(shù)增多，植株矮化；葉片厚度、上表皮厚度、柵欄組織厚度、海綿組織厚度、下表皮厚度、柵欄組織與海綿組織比值均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。葉綠素a、葉綠素b和總?cè)~綠素含量與對(duì)照組相比均有所增加，且葉綠素a含量存在極顯著性差異（<0.000?1）。10個(gè)茶樹(shù)品種（系）在干旱脅迫下均受到光抑制，與對(duì)照組相比，和值減少，而值增大。葉片可溶性糖含量在干旱脅迫下與正常水分環(huán)境相比有所增加，除湘農(nóng)1號(hào)（XN-1）外，其他品種（系）的增加量均有顯著性差異。通過(guò)耐旱性隸屬函數(shù)值法比較得出，茶樹(shù)HPS-8、湘農(nóng)18號(hào)（XN-18）、湘農(nóng)9803號(hào)（XN-9803）、湘農(nóng)9810號(hào)（XN-9810）和湘農(nóng)9809號(hào)（XN-9809）的抗旱能力較弱，HJC-1、HPS-15、XN-1、湘農(nóng)9802號(hào)（XN-9802）和壺瓶山20號(hào)（HPS-20）的抗旱能力相對(duì)較強(qiáng)。
茶樹(shù)；脅迫作用；葉綠素?zé)晒?；石蠟切?/p>
茶樹(shù)屬于喜陰喜濕植物，全年降水量需在1?000?mm以上，其對(duì)水分的要求受茶樹(shù)品種、地理環(huán)境、土壤類型及茶樹(shù)生育期等諸多因素影響[1]。茶樹(shù)在生長(zhǎng)發(fā)育期間對(duì)水分要求較高，往往通過(guò)空氣相對(duì)濕度、降水量等積累體內(nèi)游離物質(zhì)，從而利用水分促進(jìn)其新陳代謝的有效性。往往水分含量充足、空氣潮濕處，茶葉持嫩性好，富含氨基酸，茶葉品質(zhì)較好，產(chǎn)量高；但空氣濕度較低、水分不充足的茶樹(shù)，往往葉片粗老、品質(zhì)較低、口感不佳[2]。我國(guó)茶葉主產(chǎn)區(qū)在夏秋季受高溫缺水的影響，易出現(xiàn)伏旱和秋旱的天氣，茶樹(shù)受到干旱天氣影響，會(huì)導(dǎo)致茶葉減產(chǎn)，品質(zhì)下降。Cheruiyot等[3]分析顯示，干旱脅迫造成的茶園產(chǎn)量損失嚴(yán)重，斯里蘭卡的茶園產(chǎn)量損失曾高達(dá)31%，同時(shí)，因干旱和無(wú)性系變異引起的植物死亡率達(dá)6%~19%。貴州省近20年來(lái)的高溫、干旱事件發(fā)生的概率達(dá)到了70%[4]。2013年，浙江紹興御茶村近85%的茶園受害[5]，浙江麗水市松陽(yáng)縣因高溫干旱致使茶葉經(jīng)濟(jì)損失達(dá)6?203萬(wàn)元[6]。
由此可見(jiàn)，隨著全球變暖的大氣候影響，干旱對(duì)茶樹(shù)的脅迫問(wèn)題越來(lái)越引起人們重視，了解并進(jìn)一步研究茶樹(shù)受干旱脅迫前后的變化，對(duì)優(yōu)化茶樹(shù)栽培管理、提高茶樹(shù)耐旱性及選育抗旱性品種尤為重要。Lin等[7]研究發(fā)現(xiàn)正常供水的茶樹(shù)產(chǎn)量顯著高于干旱條件下的茶樹(shù)產(chǎn)量；中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院茶葉研究所研究表明，干旱下茶樹(shù)的芽葉、新梢長(zhǎng)度、百芽重和芽數(shù)均明顯下降[1]；潘根生等[8]研究表明，干旱脅迫能夠誘導(dǎo)植物體內(nèi)脯氨酸累積，從而引起脫落酸的累積；Yuan等[9]發(fā)現(xiàn)干旱脅迫下活性氧的積累使得膜脂過(guò)氧化作用的產(chǎn)物丙二醛（MDA）含量增加，導(dǎo)致細(xì)胞質(zhì)膜透性增加。前人研究大多集中在對(duì)茶樹(shù)生理生化等因素進(jìn)行分析，本研究以10個(gè)茶樹(shù)品種（系）一年生盆栽幼苗為試驗(yàn)材料進(jìn)行自然干旱處理，其中以黃金茶1號(hào)（HJC-1）為參照品種，探究茶樹(shù)在干旱脅迫下表型、葉片解剖結(jié)構(gòu)、葉綠素含量、葉綠素?zé)晒鈪?shù)和可溶性糖含量等指標(biāo)的變化，且通過(guò)模糊隸屬函數(shù)值法對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行綜合分析，從多方面系統(tǒng)研究茶樹(shù)抗旱性，為提高茶樹(shù)耐旱性及選育抗旱性品種提供理論依據(jù)，為探究茶樹(shù)抗旱性組學(xué)機(jī)制奠定基礎(chǔ)。
1 材料與方法
1.1 試驗(yàn)材料
供試茶樹(shù)均為無(wú)性扦插苗，品種（系）分別為HJC-1、湘農(nóng)1號(hào)（XN-1）、湘農(nóng)18號(hào)（XN-18）、湘農(nóng)9802（XN-9802）、湘農(nóng)9803（XN-9803）、湘農(nóng)9809（XN-9809）、湘農(nóng)9810（XN-9810）、壺瓶山8號(hào)（HPS-8）、壺瓶山15號(hào)（HPS-15）、壺瓶山20號(hào)（HPS-20）。其中HJC-1為試驗(yàn)的參照品種。
1.2 試驗(yàn)設(shè)置
試驗(yàn)在湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)耘園基地進(jìn)行。供試土壤性質(zhì)：pH 5.36、有機(jī)質(zhì)1.43?g·kg-1、全氮0.09?g·kg-1、全磷0.20?g·kg-1、全鉀27.30?g·kg-1、全鈣0.10?mg·kg-1。供試土壤碾碎后裝桶，栽培容器為聚乙烯塑料桶，高22?cm，內(nèi)徑26?cm，每盆裝土7?kg。選取根系和地上部表型相對(duì)一致的幼苗于2018年11月29日定植。試驗(yàn)前一周將幼苗進(jìn)行統(tǒng)一修剪，并在試驗(yàn)前一天（2019年4月1日）對(duì)所有茶樹(shù)幼苗表型指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定，選擇生長(zhǎng)勢(shì)相對(duì)一致的10個(gè)品種（系）盆栽幼苗共300株，進(jìn)行2種水分處理：對(duì)照［CK：土壤水分含量25%~35%（∶）］、干旱脅迫［Drought stress（DS）：土壤水分含量15%~25%（∶）］，每個(gè)處理5盆，每盆3株。用JK-100系類高周波水分儀（興化市優(yōu)科儀器儀表有限公司）測(cè)定土壤水分體積含量，全部處理達(dá)到設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)后，于2019年4月2日開(kāi)始控水，持續(xù)到2019年4月22日結(jié)束。
1.3 指標(biāo)測(cè)定
于脅迫處理的0?d以及21?d的上午9:00對(duì)盆栽幼苗的葉長(zhǎng)、葉寬、葉片數(shù)和株高進(jìn)行觀察記錄（表1）。脅迫結(jié)束時(shí)，對(duì)茶樹(shù)側(cè)根數(shù)以及主根長(zhǎng)度等表型指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定；選擇植株成齡葉片進(jìn)行葉片解剖結(jié)構(gòu)分析；選擇植株頂端向下第一、二輪完全展開(kāi)葉片，進(jìn)行葉綠素含量、葉綠素?zé)晒鈪?shù)和可溶性糖含量等各項(xiàng)指標(biāo)測(cè)定。
1.3.1 表型指標(biāo)測(cè)定
采用直接測(cè)定法測(cè)定葉長(zhǎng)、葉寬、葉片數(shù)、株高、側(cè)根數(shù)以及主根長(zhǎng)度。
1.3.2 葉片解剖結(jié)構(gòu)測(cè)定
從葉片中部主脈兩側(cè)取樣，制作0.5?cm2樣片，F(xiàn)AA固定液固定，石蠟制片，番紅-固綠對(duì)染，制成8?μm厚的葉橫切片，光學(xué)顯微鏡（Olympus CX31）下觀察并拍照，用顯微測(cè)微尺測(cè)定葉片厚度、上表皮厚度、下表皮厚度、柵欄組織、海綿組織，所有觀測(cè)值均為20個(gè)視野的平均值[10]。
表1 10個(gè)茶樹(shù)品種（系）試驗(yàn)處理前表型觀測(cè)
1.3.3 葉綠素含量測(cè)定
將茶樹(shù)葉片剪碎，混勻，葉綠素提取采用95%乙醇提取法。先用722型分光光度計(jì)測(cè)定665?nm、649?nm、470?nm波長(zhǎng)下的光密度值，再計(jì)算葉綠素a、葉綠素b和類胡蘿卜素比例含量[11]。
1.3.4 葉綠素?zé)晒鈪?shù)測(cè)定
采用PAM-2500便攜式葉綠素?zé)晒鈨x測(cè)定葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)參數(shù)。測(cè)定葉綠素?zé)晒鈺r(shí)，葉片預(yù)先暗適應(yīng)30?min，然后直接讀出初始熒光（）、最大熒光（）、可變熒光（），代表PSⅡ最大光化學(xué)量子產(chǎn)量的參數(shù)為、代表PSⅡ潛在活性的參數(shù)為。其中=?，和分別表示光下最大熒光和初始熒光，對(duì)各參數(shù)均重復(fù)測(cè)定5次，取平均值[12]。
1.3.5 可溶性糖含量測(cè)定
按照蒽酮法測(cè)定可溶性糖含量。取0.5?g樣品，加2?mL蒸餾水研磨至勻漿，轉(zhuǎn)入離心管，用3?mL蒸餾水分次沖洗研缽，沖洗液一并轉(zhuǎn)入離心管，4?000?r·min-1離心20?min，上清液為待測(cè)液。取1?mL待測(cè)液加入5?mL蒽酮試劑，沸水浴加熱10?min，冷卻至室溫，用721-A型分光光度計(jì)測(cè)定在620?nm波長(zhǎng)下的吸光度E值。以蔗糖作標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行計(jì)算（單位：%）。
1.4 耐旱性檢測(cè)
應(yīng)用隸屬函數(shù)值法綜合評(píng)價(jià)10個(gè)品種（系）茶樹(shù)的抗旱性，為消除不同品種（系）間對(duì)照值產(chǎn)生的差異，先計(jì)算各指標(biāo)抗旱系數(shù)（抗旱系數(shù)=干旱處理測(cè)定值/對(duì)照測(cè)定值），然后再計(jì)算各個(gè)品種（系）所有指標(biāo)隸屬函數(shù)值，并求其平均值。采用公式（1）和（2）分別計(jì)算與抗旱性呈正相關(guān)和負(fù)相關(guān)指標(biāo)的具體隸屬值[13]。
(X)=(X－X)/(X－X)······（1）
(X)=1－(X－X)/(X－X)······（2）
式中，X為品種指標(biāo)的測(cè)定值，X和X分別為指標(biāo)所有品種（系）中的最大值和最小值。
1.5 數(shù)據(jù)處理
利用IMAGING-PAM操作軟件將葉綠素?zé)晒庠囼?yàn)所得數(shù)據(jù)導(dǎo)出，并用Excel 2000進(jìn)行數(shù)據(jù)整理與分析。使用Image-Pro Plus測(cè)量解剖結(jié)構(gòu)。使用Photoshop CS6對(duì)石蠟切片所做圖片進(jìn)行標(biāo)注，使用Graph Pad Prism 8對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行作圖。
2 結(jié)果與分析
2.1 干旱脅迫對(duì)茶樹(shù)幼苗生長(zhǎng)表型的影響
干旱脅迫下，植物幼苗的生長(zhǎng)會(huì)隨著水分的變化而做出形態(tài)結(jié)構(gòu)特征的一系列改變以適應(yīng)環(huán)境[14]，表型變化是最直觀的反應(yīng)。通過(guò)對(duì)10個(gè)茶樹(shù)品種（系）在干旱處理組與對(duì)照組表型觀測(cè)數(shù)據(jù)的對(duì)比可發(fā)現(xiàn)（圖1），茶樹(shù)主根長(zhǎng)度無(wú)明顯變化，但側(cè)根數(shù)有所增多且具有顯著性差異（<0.05）。與對(duì)照組相比，干旱處理組的幼苗生長(zhǎng)明顯較慢，株高較矮且具有顯著性差異（<0.05）。同時(shí)，干旱處理組的葉片出現(xiàn)葉緣卷曲，葉色加深，葉片下垂的現(xiàn)象，葉長(zhǎng)、葉寬以及葉片數(shù)指標(biāo)顯著低于對(duì)照組（<0.05）。
由圖2可知，茶樹(shù)XN-18、XN-9809和XN-9810的葉長(zhǎng)受干旱脅迫影響較大，與對(duì)照組相比存在顯著性差異（<0.05），其他品種（系）的葉長(zhǎng)指標(biāo)在干旱脅迫下均呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，但變化不明顯；HPS-8、XN-18和XN-9810的葉寬在干旱處理組和對(duì)照組間存在顯著性差異（<0.05）；葉片數(shù)除HPS-8、XN-9803和XN-9809顯著性減少外，其他品種（系）減少幅度較小。經(jīng)干旱脅迫處理的茶樹(shù)幼苗植株均矮于對(duì)照組，除HJC-1、HPS-20、XN-18和XN-9810外，干旱處理組和對(duì)照組幼苗植株在株高指標(biāo)上均存在顯著性差異（<0.05）。除XN-1以外的其他品種（系）在干旱脅迫下的側(cè)根數(shù)均多于正常水分環(huán)境。正常水分環(huán)境下HJC-1、XN-18、XN-9802和XN-9810的側(cè)根數(shù)較干旱處理組少且呈現(xiàn)顯著性差異（<0.05）。
從10個(gè)品種（系）干旱脅迫和對(duì)照組在表型指標(biāo)的差異中可知，茶樹(shù)XN-18、XN-9809和XN-9810在干旱脅迫下的生長(zhǎng)變化較大。
2.2 干旱脅迫對(duì)茶樹(shù)葉片解剖結(jié)構(gòu)的影響
葉片是植物進(jìn)化過(guò)程中對(duì)干旱較敏感且可塑性較大的器官，葉片形態(tài)結(jié)構(gòu)的變化必然影響到生理生化特性的改變，因而，葉片形態(tài)性狀對(duì)干旱的響應(yīng)是植株重要的抗旱機(jī)制[15]，Manoj等[16]和Chartzoulakis等[17]認(rèn)為葉片厚度、柵欄組織與海綿組織的分化程度與品種抗旱性密切相關(guān)。在干旱脅迫下，茶樹(shù)葉片形成了與水分環(huán)境相適應(yīng)的解剖結(jié)構(gòu)特征。如圖3所示，對(duì)照組的葉片細(xì)胞排列緊密整齊，呈長(zhǎng)柱形；干旱脅迫下的部分葉片細(xì)胞出現(xiàn)短縮現(xiàn)象，排列參差不齊，細(xì)胞間隙較大。
注：A：葉長(zhǎng)（cm）；B：葉寬（cm）；C：株高（cm）；D：葉片數(shù)；E：側(cè)根數(shù)；F：主根長(zhǎng)（cm）。*：表示在0.05水平上與對(duì)照組差異顯著。下同
圖2 表型五項(xiàng)指標(biāo)
注：A和B分別為對(duì)照組和干旱處理組，1~10分別為10個(gè)供試驗(yàn)茶樹(shù)品種（系）。a：上角質(zhì)層；b：上表皮；c：柵欄組織；d：海綿組織；e：下表皮；f：下角質(zhì)層
由表2可知，與對(duì)照組相比，干旱處理組的葉片厚度、上表皮厚度、柵欄組織厚度、海綿組織厚度、下表皮厚度以及柵欄組織同海綿組織的比值均在總體上呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì)。干旱處理組的HJC-1、HPS-8、XN-18、XN-1、XN-9802和XN-9810葉片厚度明顯小于對(duì)照組，呈現(xiàn)極顯著性差異（<0.01），處理間上表皮厚度差異較大的有HJC-1、HPS-8、HPS-15、XN-1、XN-18、XN-9802和XN-9809，其中HJC-1、HPS-8、XN-1、XN-18和XN-9809與其對(duì)照組存在極顯著性差異（<0.001）。除HJC-1、HPS-8和XN-9810的柵欄組織厚度顯著少于對(duì)照組，其他品種（系）的差異不明顯；海綿組織厚度在處理間的差異相對(duì)較大，其中HPS-15具有顯著性差異（<0.05），HJC-1、HPS-8、XN-18、XN-1、XN-9802和XN-9810具有極顯著性差異（<0.001）。干旱脅迫下，HJC-1的下表皮厚度與對(duì)照組存在極顯著差異（＜0.001）；HPS-15處理組的下表皮比對(duì)照組薄且存在顯著性差異（<0.05）；其他品種（系）下表皮厚度與對(duì)照組差異不顯著。柵欄組織同海綿組織的比值中，XN-9809的干旱處理組和對(duì)照組存在顯著性差異（<0.05），XN-18和HPS-8存在極顯著性差異（<0.000?1）。
從表2中可看出，XN-18、HJC-1和HPS-8在葉片解剖結(jié)構(gòu)的處理對(duì)比中表現(xiàn)較突出，說(shuō)明XN-18、HJC-1和HPS-8的葉片受干旱脅迫的影響較大。
表2 10個(gè)茶樹(shù)品種（系）葉解剖結(jié)構(gòu)參數(shù)
注：*表示在0.05水平上與對(duì)照組差異顯著；**表示在0.01水平上與對(duì)照組差異顯著；***表示在0.001水平上與對(duì)照組差異顯著；****：表示在0.000?1水平上與對(duì)照組差異顯著
Note: *: Significant differences compared with CK (＜0.05). **: Significant differences compared with CK (＜0.01). ***: Significant differences compared with CK (＜0.001). ****: Significant differences compared with CK (＜0.000?1)
2.3 干旱脅迫對(duì)茶樹(shù)葉綠素含量的影響
光合作用是綠色植物最重要的生理反應(yīng)，也是植物產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)，光合色素與光能的吸收，傳遞和轉(zhuǎn)化過(guò)程相關(guān)，其含量變化將直接影響植物光合能力[18]。如圖4所示，干旱脅迫下茶樹(shù)葉片的葉綠素a含量、葉綠素b含量、葉綠素總量與對(duì)照組相比均有所增加。同時(shí)，葉綠素a/b也呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)，說(shuō)明在一定程度的干旱脅迫下，葉綠素a含量的增長(zhǎng)速度快于葉綠素b含量的增長(zhǎng)速度。從圖4可看出，HJC-1的葉綠素含量在處理間的變化不明顯，而干旱處理下的HPS-15和XN-9810與對(duì)照組相比在葉綠素a含量、葉綠素b含量和總?cè)~綠素含量中都呈現(xiàn)顯著性變化（<0.05）。同時(shí)，干旱脅迫下HPS-8的葉綠素b含量、XN-9809和XN-9810的葉綠素a/b值均顯著性增加（<0.05）。
2.4 干旱脅迫對(duì)茶樹(shù)葉綠素?zé)晒馓匦缘挠绊?/h3>
為初始熒光（也叫作最小變熒光強(qiáng)度），是光合機(jī)構(gòu)PSⅡ反應(yīng)中心全部開(kāi)放時(shí)的熒光水平，其數(shù)值升高表示PSⅡ反應(yīng)中心受到傷害或不可逆失活[19-21]，代表最大熒光值，其降低表示光抑制，代表了PSⅡ的潛在活性，反映了PSⅡ的最大光能轉(zhuǎn)化效率，也叫最大光化學(xué)量子產(chǎn)量，在未受脅迫的情況下，植物數(shù)值相對(duì)穩(wěn)定，一般在0.8左右，當(dāng)植物遭受脅迫時(shí)，數(shù)值會(huì)降低[22-24]且其響應(yīng)逆境脅迫較為敏感[25]。由圖6可知，干旱脅迫下HJC-1的葉綠素?zé)晒鈪?shù)變化不明顯，而值除HPS-8、XN-18、XN-9809和XN-9810與對(duì)照組有顯著性外（<0.01），其他品種（系）的減少幅度不大；HPS-8、XN-9803、XN-9809和XN-9810干旱處理組的值顯著高于對(duì)照組（<0.01）。處理間值的變化和值有相同的趨勢(shì)，HPS-8、XN-18、XN-9809和XN-9810干旱處理組的和值均顯著低于對(duì)照組。
由此可見(jiàn)，在干旱脅迫的條件下，葉綠素?zé)晒鈪?shù)在HPS-8、XN-18、XN-9809和XN-9810這4個(gè)茶樹(shù)品系中表現(xiàn)最突出。
2.5 干旱脅迫對(duì)茶樹(shù)葉片可溶性糖含量的影響
可溶性糖是植物葉片滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，其含量直接反映葉片受逆境脅迫的程度[26]。如圖7所示，在干旱脅迫下，10個(gè)茶樹(shù)品種（系）處理組的可溶性糖含量基本高于對(duì)照組，且除XN-1和XN-9802外，其他茶樹(shù)品種（系）處理組與對(duì)照組相比均呈現(xiàn)顯著增加（<0.01）。試驗(yàn)結(jié)果與前人研究結(jié)論[27-28]基本一致，說(shuō)明茶樹(shù)在干旱脅迫條件下，葉片可溶性含量會(huì)有所增加。
2.6 抗旱性隸屬函數(shù)分析
植物的抗旱性由多種因素決定，并不是只受單一的因素影響，因此在判定植物抗旱性時(shí)要對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行綜合分析，避免單個(gè)因素造成誤差。模糊隸屬函數(shù)值法常被應(yīng)用于植物耐旱性綜合分析[29]，本研究計(jì)算了10個(gè)茶樹(shù)品種多項(xiàng)生理生化指標(biāo)的隸屬函數(shù)值，求其平均值并排序（表3），結(jié)果顯示其耐旱性強(qiáng)弱依次為：HJC-1＞HPS-15＞XN-1＞XN-9802＞HPS-20＞HPS-8＞XN-18＞XN-9803＞XN-9810＞XN-9809。
圖4 10個(gè)茶樹(shù)品種（系）葉綠素含量
圖5 10個(gè)茶樹(shù)品種（系）葉綠素?zé)晒庵?/p>
圖6 10個(gè)茶樹(shù)品種（系）可溶性糖含量
表3 10個(gè)茶樹(shù)品種（系）抗旱性隸屬函數(shù)值
3 討論
水是茶樹(shù)正常生長(zhǎng)的要素之一，環(huán)境水分不足對(duì)茶樹(shù)的生長(zhǎng)及品質(zhì)有著嚴(yán)重的影響。干旱會(huì)使得茶樹(shù)在幼苗生長(zhǎng)、光合作用和代謝等過(guò)程中產(chǎn)生一系列的應(yīng)對(duì)機(jī)制，主要呈現(xiàn)在表型、葉片結(jié)構(gòu)、葉綠素含量、葉綠素?zé)晒鈪?shù)和可溶性糖等的變化中。劉聲傳等[30]研究表明，茶樹(shù)在干旱脅迫下會(huì)出現(xiàn)葉片卷曲皺縮、焦斑、甚至干死掉落的癥狀，嚴(yán)重的整株死亡。本研究中干旱處理組的葉片出現(xiàn)了葉緣卷曲、葉色加深、葉片下垂、葉片數(shù)減少、植株矮化等現(xiàn)象，通過(guò)對(duì)表型相關(guān)指標(biāo)的觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，XN-18、XN-9809和XN-9810在干旱脅迫下的生長(zhǎng)變化較大。
植物葉片是對(duì)環(huán)境變化可塑性最強(qiáng)的器官，其結(jié)構(gòu)變化能較清晰的反映干旱對(duì)茶樹(shù)生長(zhǎng)發(fā)育的影響。周媛等[31]對(duì)杜鵑葉片表皮解剖結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)其葉片柵欄組織厚度增大，葉片總體厚度、海綿組織厚度以及其他組織厚度均下降；陳昕等[10]研究發(fā)現(xiàn)，隨干旱脅迫加劇，石灰花楸成齡葉變薄、柵欄組織細(xì)胞在中度和重度脅迫下明顯短縮，柵海比在輕度和中度脅迫下有所升高，重度脅迫下則顯著降低，說(shuō)明植物葉片在受到干旱脅迫時(shí)首先會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的適應(yīng)性變化，然后隨著脅迫的強(qiáng)度增加，會(huì)出現(xiàn)生長(zhǎng)代謝受阻的反應(yīng)。而本研究中，干旱脅迫下10個(gè)茶樹(shù)品種（系）的葉片厚度、上表皮厚度、柵欄組織厚度、海綿組織厚度、下表皮厚度以及柵欄組織同海綿組織的比值都呈降低趨勢(shì)，說(shuō)明供試茶樹(shù)受到干旱脅迫的強(qiáng)度較大，其葉片結(jié)構(gòu)已經(jīng)出現(xiàn)了不良變化，其中XN-18、HJC-1和HPS-8尤為突出。發(fā)達(dá)的柵欄組織是植物的一個(gè)耐旱特征[32]，柵欄組織給葉片提供機(jī)械支撐，海綿組織能夠儲(chǔ)存大量的水分，可以有效地防止由于外部環(huán)境干旱導(dǎo)致葉片水分的散失[33]，柵欄組織和海綿組織的顯著減少會(huì)導(dǎo)致葉片鎖水能力降低，而難以抵抗干旱環(huán)境，從而通過(guò)柵欄組織厚度、海綿組織厚度以及柵欄組織同海綿組織比值的變化可以推測(cè)不同茶樹(shù)品種（系）應(yīng)對(duì)干旱脅迫的抗性大小。
光合色素是植物將無(wú)機(jī)物轉(zhuǎn)變成有機(jī)物的關(guān)鍵介質(zhì)，是反映植物光合作用能力及營(yíng)養(yǎng)作用的重要指標(biāo)之一，光合色素的含量以及各組分的比例對(duì)植物光合作用有很大影響，在一定程度上影響植株的正常生長(zhǎng)和抗逆性[34]。劉濟(jì)明等[35]研究發(fā)現(xiàn)，米槁幼苗葉綠素a/b的值隨著干旱脅迫強(qiáng)度的增加呈上升趨勢(shì)，推測(cè)米槁通過(guò)增加葉綠素a的含量適應(yīng)重度干旱脅迫環(huán)境。本研究中，干旱脅迫后的茶樹(shù)葉片與對(duì)照組相比，葉綠素a、葉綠素b和葉綠素a/b的值呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，推測(cè)是試驗(yàn)的干旱處理強(qiáng)度較大，且葉綠素a應(yīng)對(duì)干旱脅迫的變化比葉綠素b和類胡蘿卜素更為敏感。本研究中葉綠素含量的增加，與魏鵬[36]和劉玉英等[37]的研究結(jié)果相反，與區(qū)智等[38]和沈思言等[39]的研究一致，分析其原因：本試驗(yàn)于4月下旬在溫室大棚內(nèi)展開(kāi)，正值茶樹(shù)生長(zhǎng)旺盛時(shí)期，葉片葉綠素含量的提高，有助于茶樹(shù)在干旱脅迫環(huán)境下的生長(zhǎng)[40]；茶樹(shù)葉片的相對(duì)含水量在干旱脅迫時(shí)下降到較低水平，葉片中葉綠素處于濃縮狀態(tài)，造成單位鮮重葉綠素含量升高。
植物的光合作用是一個(gè)復(fù)雜的生理過(guò)程，其形態(tài)結(jié)構(gòu)及生理變化可直接反映植株適應(yīng)和抵御干旱的能力，通過(guò)葉綠素?zé)晒馓匦钥煞治鋈~片對(duì)光能的吸收和利用[41]。本研究發(fā)現(xiàn)，與對(duì)照組相比，供試茶樹(shù)在干旱脅迫下、和值減小，值增大，與前人研究的結(jié)果較為符合，表明缺水環(huán)境使得茶樹(shù)葉片PSⅡ反應(yīng)中心受到損傷，其開(kāi)放程度、光能轉(zhuǎn)化效率、潛在活性不斷下降[5, 42-43]。逆境中植物品種內(nèi)或品種間遺傳物質(zhì)的差異會(huì)使其葉綠素?zé)晒鈪?shù)從本質(zhì)上產(chǎn)生不同[44-45]，所以不同品種間的變化有很大差異，其中受光抑制最顯著的是HPS-8、XN-18、XN-9809和XN-9810。
近年來(lái)，從其他作物的抗旱研究發(fā)現(xiàn)，作物的抗旱性與體內(nèi)可溶性糖含量有關(guān)。錢(qián)瑭璜等[27]研究華南地區(qū)8種常見(jiàn)園林地被植物抗旱性發(fā)現(xiàn)，葉片可溶性糖含量隨干旱脅迫程度加深而增加；肖涵等[28]研究發(fā)現(xiàn)3種宿根花卉受到干旱脅迫后葉片可溶性糖含量呈增加趨勢(shì)。干旱缺水時(shí)可溶性糖增加多的品種，抗旱性強(qiáng)。干旱脅迫下植物體內(nèi)可溶性糖含量提高可以使細(xì)胞液濃度增加，原生質(zhì)膠體束縛水含量升高，從而提高植物對(duì)水分的吸收能力和保水能力[46]。本研究結(jié)果表明，茶樹(shù)在干旱脅迫下，可溶性糖含量的變化與其他大多作物的變化趨勢(shì)一致，與對(duì)照組相比均有所增加，且大多具有顯著性。
綜上所述，在干旱脅迫下，供試茶樹(shù)表型變化體現(xiàn)在葉長(zhǎng)、葉寬和葉片數(shù)減少，側(cè)根數(shù)增多，以及植株矮化；同時(shí)，其葉片厚度、上表皮厚度、柵欄組織厚度、海綿組織厚度、下表皮厚度及柵欄組織同海綿組織的比值均會(huì)相應(yīng)下降。干旱脅迫使得10個(gè)供試茶樹(shù)品種（系）的葉綠素含量增多以適應(yīng)缺水環(huán)境，但葉片受光抑制影響，凈光合速率減弱，生長(zhǎng)減緩?？扇苄蕴呛吭龆?，從而影響其他生理代謝的響應(yīng)。最后，本試驗(yàn)通過(guò)比較不同茶樹(shù)品種（系）的耐旱隸屬函數(shù)值，推測(cè)茶樹(shù)HPS-8、XN-18、XN-9803、XN-9810和XN-9809的抗旱能力較弱，屬于干旱敏感型茶樹(shù)品種（系），而HJC-1、HPS-15、XN-1、XN-9802和HPS-20的抗旱能力相對(duì)較強(qiáng)，屬于耐旱型茶樹(shù)品種（系）。
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Effects of Drought Stress on Growth and Chlorophyll Fluorescence Characteristics of Tea Seedlings
WANG Minghan1,2,3, DING Ding3, ZHANG Chenyu1,2,3, GAO Xizhi1,2,3, CHEN Jianjiao1,2,3, TANG Han4, SHEN Chengwen1,2,3*
1. Lab of Tea Science of China Ministry of Education, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China; 2. National Research Center of Engineering Technology for Utilization of Functional Ingredients from Botanicals, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China; 3. College of Horticulture, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China; 4. Shaoyang Agricultural Science Research Institute, Shaoyang 422001, China
In the context of global warming, drought has become an important factor restricting the development of crop production, but there were relatively few studies on the physiological and biochemical responses of different tea cultivars to drought stress. Here, a pot water control experiment was conducted using annual tea seedlings of 10 tea cultivars (strains) such as Huangjincha 1 (HJC-1), HPS-8, and HPS-15 as materials. The chlorophyll content, chlorophyll fluorescence parameters and soluble sugar content were studied. The results show that: drought stress shortened the leaf length and width, reduced the number of leaves, increased the number of lateral roots, and dwarfed the plant. Furthermore, leaf thickness, upper epidermal thickness, fence tissue thickness, sponge tissue thickness, lower epidermal thickness and ratio of fence tissue to sponge tissue also decreased under stress. Chlorophyll a, chlorophyll b, and total chlorophyll contents increased compared to the control group, and the increase of chlorophyll a content was significant. Photoinhibition was observed in all tea cultivars (strains) under drought stress. The values of,andof tea cultivars under stress were lower than the control group, but thevalues showed an opposite trend. The soluble sugar content of leaves significantly increased under drought stress compared with the control, except tea cultivar XN-1Further analysis shows that HPS-8, XN-18, XN-9803, XN-9810 and XN-9809 have low drought tolerance but HJC-1, HPS-15, XN-1, XN-9802 and HPS-20 have relatively strong drought tolerance.
, stress, chlorophyll fluorescence, paraffin section
S571.1
A
1000-369X(2020)04-478-14
2019-10-24
2019-12-25
國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（31271789）、中央引導(dǎo)地方科技發(fā)展專項(xiàng)（2019XF5041）、湖南省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2017NK2193）、湖南省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)（湘財(cái)農(nóng)指[2019]0047號(hào)）
王銘涵，女，碩士研究生，主要從事茶樹(shù)生物技術(shù)與種質(zhì)創(chuàng)新研究，578117245@qq.com。
scw69@163.com
投稿平臺(tái)：http://cykk.cbpt.cnki.net
王銘涵，丁玎，張晨禹，高羲之，陳建姣，唐瀚，沈程文*
干旱脅迫對(duì)茶樹(shù)幼苗生長(zhǎng)及葉綠素?zé)晒馓匦缘挠绊?/p>
王銘涵1,2,3，丁玎3，張晨禹1,2,3，高羲之1,2,3，陳建姣1,2,3，唐瀚4，沈程文1,2,3*
1. 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)茶學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 長(zhǎng)沙 410128；2. 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)國(guó)家植物功能成分利用工程技術(shù)研究中心，湖南 長(zhǎng)沙 410128；3. 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410128；4. 邵陽(yáng)市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，湖南 邵陽(yáng) 422001
在全球變暖的氣候背景下，干旱已成為限制作物生產(chǎn)發(fā)展的重要因素，但目前關(guān)于干旱脅迫下不同茶樹(shù)的生理生化響應(yīng)研究相對(duì)較少。以黃金茶1號(hào)（HJC-1）、壺瓶山8號(hào)（HPS-8）和壺瓶山15號(hào)（HPS-15）等10個(gè)茶樹(shù)品種（系）的一年生幼苗為材料進(jìn)行盆栽控水試驗(yàn)，對(duì)持續(xù)性干旱脅迫處理下茶樹(shù)幼苗的表型、葉片結(jié)構(gòu)、葉綠素含量、葉綠素?zé)晒鈪?shù)和可溶性糖含量進(jìn)行研究。結(jié)果表明，干旱脅迫使其葉長(zhǎng)、葉寬縮短，葉片數(shù)減少，側(cè)根數(shù)增多，植株矮化；葉片厚度、上表皮厚度、柵欄組織厚度、海綿組織厚度、下表皮厚度、柵欄組織與海綿組織比值均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。葉綠素a、葉綠素b和總?cè)~綠素含量與對(duì)照組相比均有所增加，且葉綠素a含量存在極顯著性差異（<0.000?1）。10個(gè)茶樹(shù)品種（系）在干旱脅迫下均受到光抑制，與對(duì)照組相比，和值減少，而值增大。葉片可溶性糖含量在干旱脅迫下與正常水分環(huán)境相比有所增加，除湘農(nóng)1號(hào)（XN-1）外，其他品種（系）的增加量均有顯著性差異。通過(guò)耐旱性隸屬函數(shù)值法比較得出，茶樹(shù)HPS-8、湘農(nóng)18號(hào)（XN-18）、湘農(nóng)9803號(hào)（XN-9803）、湘農(nóng)9810號(hào)（XN-9810）和湘農(nóng)9809號(hào)（XN-9809）的抗旱能力較弱，HJC-1、HPS-15、XN-1、湘農(nóng)9802號(hào)（XN-9802）和壺瓶山20號(hào)（HPS-20）的抗旱能力相對(duì)較強(qiáng)。
茶樹(shù)；脅迫作用；葉綠素?zé)晒?；石蠟切?/p>
茶樹(shù)屬于喜陰喜濕植物，全年降水量需在1?000?mm以上，其對(duì)水分的要求受茶樹(shù)品種、地理環(huán)境、土壤類型及茶樹(shù)生育期等諸多因素影響[1]。茶樹(shù)在生長(zhǎng)發(fā)育期間對(duì)水分要求較高，往往通過(guò)空氣相對(duì)濕度、降水量等積累體內(nèi)游離物質(zhì)，從而利用水分促進(jìn)其新陳代謝的有效性。往往水分含量充足、空氣潮濕處，茶葉持嫩性好，富含氨基酸，茶葉品質(zhì)較好，產(chǎn)量高；但空氣濕度較低、水分不充足的茶樹(shù)，往往葉片粗老、品質(zhì)較低、口感不佳[2]。我國(guó)茶葉主產(chǎn)區(qū)在夏秋季受高溫缺水的影響，易出現(xiàn)伏旱和秋旱的天氣，茶樹(shù)受到干旱天氣影響，會(huì)導(dǎo)致茶葉減產(chǎn)，品質(zhì)下降。Cheruiyot等[3]分析顯示，干旱脅迫造成的茶園產(chǎn)量損失嚴(yán)重，斯里蘭卡的茶園產(chǎn)量損失曾高達(dá)31%，同時(shí)，因干旱和無(wú)性系變異引起的植物死亡率達(dá)6%~19%。貴州省近20年來(lái)的高溫、干旱事件發(fā)生的概率達(dá)到了70%[4]。2013年，浙江紹興御茶村近85%的茶園受害[5]，浙江麗水市松陽(yáng)縣因高溫干旱致使茶葉經(jīng)濟(jì)損失達(dá)6?203萬(wàn)元[6]。
由此可見(jiàn)，隨著全球變暖的大氣候影響，干旱對(duì)茶樹(shù)的脅迫問(wèn)題越來(lái)越引起人們重視，了解并進(jìn)一步研究茶樹(shù)受干旱脅迫前后的變化，對(duì)優(yōu)化茶樹(shù)栽培管理、提高茶樹(shù)耐旱性及選育抗旱性品種尤為重要。Lin等[7]研究發(fā)現(xiàn)正常供水的茶樹(shù)產(chǎn)量顯著高于干旱條件下的茶樹(shù)產(chǎn)量；中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院茶葉研究所研究表明，干旱下茶樹(shù)的芽葉、新梢長(zhǎng)度、百芽重和芽數(shù)均明顯下降[1]；潘根生等[8]研究表明，干旱脅迫能夠誘導(dǎo)植物體內(nèi)脯氨酸累積，從而引起脫落酸的累積；Yuan等[9]發(fā)現(xiàn)干旱脅迫下活性氧的積累使得膜脂過(guò)氧化作用的產(chǎn)物丙二醛（MDA）含量增加，導(dǎo)致細(xì)胞質(zhì)膜透性增加。前人研究大多集中在對(duì)茶樹(shù)生理生化等因素進(jìn)行分析，本研究以10個(gè)茶樹(shù)品種（系）一年生盆栽幼苗為試驗(yàn)材料進(jìn)行自然干旱處理，其中以黃金茶1號(hào)（HJC-1）為參照品種，探究茶樹(shù)在干旱脅迫下表型、葉片解剖結(jié)構(gòu)、葉綠素含量、葉綠素?zé)晒鈪?shù)和可溶性糖含量等指標(biāo)的變化，且通過(guò)模糊隸屬函數(shù)值法對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行綜合分析，從多方面系統(tǒng)研究茶樹(shù)抗旱性，為提高茶樹(shù)耐旱性及選育抗旱性品種提供理論依據(jù)，為探究茶樹(shù)抗旱性組學(xué)機(jī)制奠定基礎(chǔ)。
1 材料與方法
1.1 試驗(yàn)材料
供試茶樹(shù)均為無(wú)性扦插苗，品種（系）分別為HJC-1、湘農(nóng)1號(hào)（XN-1）、湘農(nóng)18號(hào)（XN-18）、湘農(nóng)9802（XN-9802）、湘農(nóng)9803（XN-9803）、湘農(nóng)9809（XN-9809）、湘農(nóng)9810（XN-9810）、壺瓶山8號(hào)（HPS-8）、壺瓶山15號(hào)（HPS-15）、壺瓶山20號(hào)（HPS-20）。其中HJC-1為試驗(yàn)的參照品種。
1.2 試驗(yàn)設(shè)置
試驗(yàn)在湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)耘園基地進(jìn)行。供試土壤性質(zhì)：pH 5.36、有機(jī)質(zhì)1.43?g·kg-1、全氮0.09?g·kg-1、全磷0.20?g·kg-1、全鉀27.30?g·kg-1、全鈣0.10?mg·kg-1。供試土壤碾碎后裝桶，栽培容器為聚乙烯塑料桶，高22?cm，內(nèi)徑26?cm，每盆裝土7?kg。選取根系和地上部表型相對(duì)一致的幼苗于2018年11月29日定植。試驗(yàn)前一周將幼苗進(jìn)行統(tǒng)一修剪，并在試驗(yàn)前一天（2019年4月1日）對(duì)所有茶樹(shù)幼苗表型指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定，選擇生長(zhǎng)勢(shì)相對(duì)一致的10個(gè)品種（系）盆栽幼苗共300株，進(jìn)行2種水分處理：對(duì)照［CK：土壤水分含量25%~35%（∶）］、干旱脅迫［Drought stress（DS）：土壤水分含量15%~25%（∶）］，每個(gè)處理5盆，每盆3株。用JK-100系類高周波水分儀（興化市優(yōu)科儀器儀表有限公司）測(cè)定土壤水分體積含量，全部處理達(dá)到設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)后，于2019年4月2日開(kāi)始控水，持續(xù)到2019年4月22日結(jié)束。
1.3 指標(biāo)測(cè)定
于脅迫處理的0?d以及21?d的上午9:00對(duì)盆栽幼苗的葉長(zhǎng)、葉寬、葉片數(shù)和株高進(jìn)行觀察記錄（表1）。脅迫結(jié)束時(shí)，對(duì)茶樹(shù)側(cè)根數(shù)以及主根長(zhǎng)度等表型指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定；選擇植株成齡葉片進(jìn)行葉片解剖結(jié)構(gòu)分析；選擇植株頂端向下第一、二輪完全展開(kāi)葉片，進(jìn)行葉綠素含量、葉綠素?zé)晒鈪?shù)和可溶性糖含量等各項(xiàng)指標(biāo)測(cè)定。
1.3.1 表型指標(biāo)測(cè)定
采用直接測(cè)定法測(cè)定葉長(zhǎng)、葉寬、葉片數(shù)、株高、側(cè)根數(shù)以及主根長(zhǎng)度。
1.3.2 葉片解剖結(jié)構(gòu)測(cè)定
從葉片中部主脈兩側(cè)取樣，制作0.5?cm2樣片，F(xiàn)AA固定液固定，石蠟制片，番紅-固綠對(duì)染，制成8?μm厚的葉橫切片，光學(xué)顯微鏡（Olympus CX31）下觀察并拍照，用顯微測(cè)微尺測(cè)定葉片厚度、上表皮厚度、下表皮厚度、柵欄組織、海綿組織，所有觀測(cè)值均為20個(gè)視野的平均值[10]。
表1 10個(gè)茶樹(shù)品種（系）試驗(yàn)處理前表型觀測(cè)
1.3.3 葉綠素含量測(cè)定
將茶樹(shù)葉片剪碎，混勻，葉綠素提取采用95%乙醇提取法。先用722型分光光度計(jì)測(cè)定665?nm、649?nm、470?nm波長(zhǎng)下的光密度值，再計(jì)算葉綠素a、葉綠素b和類胡蘿卜素比例含量[11]。
1.3.4 葉綠素?zé)晒鈪?shù)測(cè)定
采用PAM-2500便攜式葉綠素?zé)晒鈨x測(cè)定葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)參數(shù)。測(cè)定葉綠素?zé)晒鈺r(shí)，葉片預(yù)先暗適應(yīng)30?min，然后直接讀出初始熒光（）、最大熒光（）、可變熒光（），代表PSⅡ最大光化學(xué)量子產(chǎn)量的參數(shù)為、代表PSⅡ潛在活性的參數(shù)為。其中=?，和分別表示光下最大熒光和初始熒光，對(duì)各參數(shù)均重復(fù)測(cè)定5次，取平均值[12]。
1.3.5 可溶性糖含量測(cè)定
按照蒽酮法測(cè)定可溶性糖含量。取0.5?g樣品，加2?mL蒸餾水研磨至勻漿，轉(zhuǎn)入離心管，用3?mL蒸餾水分次沖洗研缽，沖洗液一并轉(zhuǎn)入離心管，4?000?r·min-1離心20?min，上清液為待測(cè)液。取1?mL待測(cè)液加入5?mL蒽酮試劑，沸水浴加熱10?min，冷卻至室溫，用721-A型分光光度計(jì)測(cè)定在620?nm波長(zhǎng)下的吸光度E值。以蔗糖作標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行計(jì)算（單位：%）。
1.4 耐旱性檢測(cè)
應(yīng)用隸屬函數(shù)值法綜合評(píng)價(jià)10個(gè)品種（系）茶樹(shù)的抗旱性，為消除不同品種（系）間對(duì)照值產(chǎn)生的差異，先計(jì)算各指標(biāo)抗旱系數(shù)（抗旱系數(shù)=干旱處理測(cè)定值/對(duì)照測(cè)定值），然后再計(jì)算各個(gè)品種（系）所有指標(biāo)隸屬函數(shù)值，并求其平均值。采用公式（1）和（2）分別計(jì)算與抗旱性呈正相關(guān)和負(fù)相關(guān)指標(biāo)的具體隸屬值[13]。
(X)=(X－X)/(X－X)······（1）
(X)=1－(X－X)/(X－X)······（2）
式中，X為品種指標(biāo)的測(cè)定值，X和X分別為指標(biāo)所有品種（系）中的最大值和最小值。
1.5 數(shù)據(jù)處理
利用IMAGING-PAM操作軟件將葉綠素?zé)晒庠囼?yàn)所得數(shù)據(jù)導(dǎo)出，并用Excel 2000進(jìn)行數(shù)據(jù)整理與分析。使用Image-Pro Plus測(cè)量解剖結(jié)構(gòu)。使用Photoshop CS6對(duì)石蠟切片所做圖片進(jìn)行標(biāo)注，使用Graph Pad Prism 8對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行作圖。
2 結(jié)果與分析
2.1 干旱脅迫對(duì)茶樹(shù)幼苗生長(zhǎng)表型的影響
干旱脅迫下，植物幼苗的生長(zhǎng)會(huì)隨著水分的變化而做出形態(tài)結(jié)構(gòu)特征的一系列改變以適應(yīng)環(huán)境[14]，表型變化是最直觀的反應(yīng)。通過(guò)對(duì)10個(gè)茶樹(shù)品種（系）在干旱處理組與對(duì)照組表型觀測(cè)數(shù)據(jù)的對(duì)比可發(fā)現(xiàn)（圖1），茶樹(shù)主根長(zhǎng)度無(wú)明顯變化，但側(cè)根數(shù)有所增多且具有顯著性差異（<0.05）。與對(duì)照組相比，干旱處理組的幼苗生長(zhǎng)明顯較慢，株高較矮且具有顯著性差異（<0.05）。同時(shí)，干旱處理組的葉片出現(xiàn)葉緣卷曲，葉色加深，葉片下垂的現(xiàn)象，葉長(zhǎng)、葉寬以及葉片數(shù)指標(biāo)顯著低于對(duì)照組（<0.05）。
由圖2可知，茶樹(shù)XN-18、XN-9809和XN-9810的葉長(zhǎng)受干旱脅迫影響較大，與對(duì)照組相比存在顯著性差異（<0.05），其他品種（系）的葉長(zhǎng)指標(biāo)在干旱脅迫下均呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，但變化不明顯；HPS-8、XN-18和XN-9810的葉寬在干旱處理組和對(duì)照組間存在顯著性差異（<0.05）；葉片數(shù)除HPS-8、XN-9803和XN-9809顯著性減少外，其他品種（系）減少幅度較小。經(jīng)干旱脅迫處理的茶樹(shù)幼苗植株均矮于對(duì)照組，除HJC-1、HPS-20、XN-18和XN-9810外，干旱處理組和對(duì)照組幼苗植株在株高指標(biāo)上均存在顯著性差異（<0.05）。除XN-1以外的其他品種（系）在干旱脅迫下的側(cè)根數(shù)均多于正常水分環(huán)境。正常水分環(huán)境下HJC-1、XN-18、XN-9802和XN-9810的側(cè)根數(shù)較干旱處理組少且呈現(xiàn)顯著性差異（<0.05）。
從10個(gè)品種（系）干旱脅迫和對(duì)照組在表型指標(biāo)的差異中可知，茶樹(shù)XN-18、XN-9809和XN-9810在干旱脅迫下的生長(zhǎng)變化較大。
2.2 干旱脅迫對(duì)茶樹(shù)葉片解剖結(jié)構(gòu)的影響
葉片是植物進(jìn)化過(guò)程中對(duì)干旱較敏感且可塑性較大的器官，葉片形態(tài)結(jié)構(gòu)的變化必然影響到生理生化特性的改變，因而，葉片形態(tài)性狀對(duì)干旱的響應(yīng)是植株重要的抗旱機(jī)制[15]，Manoj等[16]和Chartzoulakis等[17]認(rèn)為葉片厚度、柵欄組織與海綿組織的分化程度與品種抗旱性密切相關(guān)。在干旱脅迫下，茶樹(shù)葉片形成了與水分環(huán)境相適應(yīng)的解剖結(jié)構(gòu)特征。如圖3所示，對(duì)照組的葉片細(xì)胞排列緊密整齊，呈長(zhǎng)柱形；干旱脅迫下的部分葉片細(xì)胞出現(xiàn)短縮現(xiàn)象，排列參差不齊，細(xì)胞間隙較大。
注：A：葉長(zhǎng)（cm）；B：葉寬（cm）；C：株高（cm）；D：葉片數(shù)；E：側(cè)根數(shù)；F：主根長(zhǎng)（cm）。*：表示在0.05水平上與對(duì)照組差異顯著。下同
圖2 表型五項(xiàng)指標(biāo)
注：A和B分別為對(duì)照組和干旱處理組，1~10分別為10個(gè)供試驗(yàn)茶樹(shù)品種（系）。a：上角質(zhì)層；b：上表皮；c：柵欄組織；d：海綿組織；e：下表皮；f：下角質(zhì)層
由表2可知，與對(duì)照組相比，干旱處理組的葉片厚度、上表皮厚度、柵欄組織厚度、海綿組織厚度、下表皮厚度以及柵欄組織同海綿組織的比值均在總體上呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì)。干旱處理組的HJC-1、HPS-8、XN-18、XN-1、XN-9802和XN-9810葉片厚度明顯小于對(duì)照組，呈現(xiàn)極顯著性差異（<0.01），處理間上表皮厚度差異較大的有HJC-1、HPS-8、HPS-15、XN-1、XN-18、XN-9802和XN-9809，其中HJC-1、HPS-8、XN-1、XN-18和XN-9809與其對(duì)照組存在極顯著性差異（<0.001）。除HJC-1、HPS-8和XN-9810的柵欄組織厚度顯著少于對(duì)照組，其他品種（系）的差異不明顯；海綿組織厚度在處理間的差異相對(duì)較大，其中HPS-15具有顯著性差異（<0.05），HJC-1、HPS-8、XN-18、XN-1、XN-9802和XN-9810具有極顯著性差異（<0.001）。干旱脅迫下，HJC-1的下表皮厚度與對(duì)照組存在極顯著差異（＜0.001）；HPS-15處理組的下表皮比對(duì)照組薄且存在顯著性差異（<0.05）；其他品種（系）下表皮厚度與對(duì)照組差異不顯著。柵欄組織同海綿組織的比值中，XN-9809的干旱處理組和對(duì)照組存在顯著性差異（<0.05），XN-18和HPS-8存在極顯著性差異（<0.000?1）。
從表2中可看出，XN-18、HJC-1和HPS-8在葉片解剖結(jié)構(gòu)的處理對(duì)比中表現(xiàn)較突出，說(shuō)明XN-18、HJC-1和HPS-8的葉片受干旱脅迫的影響較大。
表2 10個(gè)茶樹(shù)品種（系）葉解剖結(jié)構(gòu)參數(shù)
注：*表示在0.05水平上與對(duì)照組差異顯著；**表示在0.01水平上與對(duì)照組差異顯著；***表示在0.001水平上與對(duì)照組差異顯著；****：表示在0.000?1水平上與對(duì)照組差異顯著
Note: *: Significant differences compared with CK (＜0.05). **: Significant differences compared with CK (＜0.01). ***: Significant differences compared with CK (＜0.001). ****: Significant differences compared with CK (＜0.000?1)
2.3 干旱脅迫對(duì)茶樹(shù)葉綠素含量的影響
光合作用是綠色植物最重要的生理反應(yīng)，也是植物產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)，光合色素與光能的吸收，傳遞和轉(zhuǎn)化過(guò)程相關(guān)，其含量變化將直接影響植物光合能力[18]。如圖4所示，干旱脅迫下茶樹(shù)葉片的葉綠素a含量、葉綠素b含量、葉綠素總量與對(duì)照組相比均有所增加。同時(shí)，葉綠素a/b也呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)，說(shuō)明在一定程度的干旱脅迫下，葉綠素a含量的增長(zhǎng)速度快于葉綠素b含量的增長(zhǎng)速度。從圖4可看出，HJC-1的葉綠素含量在處理間的變化不明顯，而干旱處理下的HPS-15和XN-9810與對(duì)照組相比在葉綠素a含量、葉綠素b含量和總?cè)~綠素含量中都呈現(xiàn)顯著性變化（<0.05）。同時(shí)，干旱脅迫下HPS-8的葉綠素b含量、XN-9809和XN-9810的葉綠素a/b值均顯著性增加（<0.05）。
2.4 干旱脅迫對(duì)茶樹(shù)葉綠素?zé)晒馓匦缘挠绊?/h3>
為初始熒光（也叫作最小變熒光強(qiáng)度），是光合機(jī)構(gòu)PSⅡ反應(yīng)中心全部開(kāi)放時(shí)的熒光水平，其數(shù)值升高表示PSⅡ反應(yīng)中心受到傷害或不可逆失活[19-21]，代表最大熒光值，其降低表示光抑制，代表了PSⅡ的潛在活性，反映了PSⅡ的最大光能轉(zhuǎn)化效率，也叫最大光化學(xué)量子產(chǎn)量，在未受脅迫的情況下，植物數(shù)值相對(duì)穩(wěn)定，一般在0.8左右，當(dāng)植物遭受脅迫時(shí)，數(shù)值會(huì)降低[22-24]且其響應(yīng)逆境脅迫較為敏感[25]。由圖6可知，干旱脅迫下HJC-1的葉綠素?zé)晒鈪?shù)變化不明顯，而值除HPS-8、XN-18、XN-9809和XN-9810與對(duì)照組有顯著性外（<0.01），其他品種（系）的減少幅度不大；HPS-8、XN-9803、XN-9809和XN-9810干旱處理組的值顯著高于對(duì)照組（<0.01）。處理間值的變化和值有相同的趨勢(shì)，HPS-8、XN-18、XN-9809和XN-9810干旱處理組的和值均顯著低于對(duì)照組。
由此可見(jiàn)，在干旱脅迫的條件下，葉綠素?zé)晒鈪?shù)在HPS-8、XN-18、XN-9809和XN-9810這4個(gè)茶樹(shù)品系中表現(xiàn)最突出。
2.5 干旱脅迫對(duì)茶樹(shù)葉片可溶性糖含量的影響
可溶性糖是植物葉片滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，其含量直接反映葉片受逆境脅迫的程度[26]。如圖7所示，在干旱脅迫下，10個(gè)茶樹(shù)品種（系）處理組的可溶性糖含量基本高于對(duì)照組，且除XN-1和XN-9802外，其他茶樹(shù)品種（系）處理組與對(duì)照組相比均呈現(xiàn)顯著增加（<0.01）。試驗(yàn)結(jié)果與前人研究結(jié)論[27-28]基本一致，說(shuō)明茶樹(shù)在干旱脅迫條件下，葉片可溶性含量會(huì)有所增加。
2.6 抗旱性隸屬函數(shù)分析
植物的抗旱性由多種因素決定，并不是只受單一的因素影響，因此在判定植物抗旱性時(shí)要對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行綜合分析，避免單個(gè)因素造成誤差。模糊隸屬函數(shù)值法常被應(yīng)用于植物耐旱性綜合分析[29]，本研究計(jì)算了10個(gè)茶樹(shù)品種多項(xiàng)生理生化指標(biāo)的隸屬函數(shù)值，求其平均值并排序（表3），結(jié)果顯示其耐旱性強(qiáng)弱依次為：HJC-1＞HPS-15＞XN-1＞XN-9802＞HPS-20＞HPS-8＞XN-18＞XN-9803＞XN-9810＞XN-9809。
圖4 10個(gè)茶樹(shù)品種（系）葉綠素含量
圖5 10個(gè)茶樹(shù)品種（系）葉綠素?zé)晒庵?/p>
圖6 10個(gè)茶樹(shù)品種（系）可溶性糖含量
表3 10個(gè)茶樹(shù)品種（系）抗旱性隸屬函數(shù)值
3 討論
水是茶樹(shù)正常生長(zhǎng)的要素之一，環(huán)境水分不足對(duì)茶樹(shù)的生長(zhǎng)及品質(zhì)有著嚴(yán)重的影響。干旱會(huì)使得茶樹(shù)在幼苗生長(zhǎng)、光合作用和代謝等過(guò)程中產(chǎn)生一系列的應(yīng)對(duì)機(jī)制，主要呈現(xiàn)在表型、葉片結(jié)構(gòu)、葉綠素含量、葉綠素?zé)晒鈪?shù)和可溶性糖等的變化中。劉聲傳等[30]研究表明，茶樹(shù)在干旱脅迫下會(huì)出現(xiàn)葉片卷曲皺縮、焦斑、甚至干死掉落的癥狀，嚴(yán)重的整株死亡。本研究中干旱處理組的葉片出現(xiàn)了葉緣卷曲、葉色加深、葉片下垂、葉片數(shù)減少、植株矮化等現(xiàn)象，通過(guò)對(duì)表型相關(guān)指標(biāo)的觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，XN-18、XN-9809和XN-9810在干旱脅迫下的生長(zhǎng)變化較大。
植物葉片是對(duì)環(huán)境變化可塑性最強(qiáng)的器官，其結(jié)構(gòu)變化能較清晰的反映干旱對(duì)茶樹(shù)生長(zhǎng)發(fā)育的影響。周媛等[31]對(duì)杜鵑葉片表皮解剖結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)其葉片柵欄組織厚度增大，葉片總體厚度、海綿組織厚度以及其他組織厚度均下降；陳昕等[10]研究發(fā)現(xiàn)，隨干旱脅迫加劇，石灰花楸成齡葉變薄、柵欄組織細(xì)胞在中度和重度脅迫下明顯短縮，柵海比在輕度和中度脅迫下有所升高，重度脅迫下則顯著降低，說(shuō)明植物葉片在受到干旱脅迫時(shí)首先會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的適應(yīng)性變化，然后隨著脅迫的強(qiáng)度增加，會(huì)出現(xiàn)生長(zhǎng)代謝受阻的反應(yīng)。而本研究中，干旱脅迫下10個(gè)茶樹(shù)品種（系）的葉片厚度、上表皮厚度、柵欄組織厚度、海綿組織厚度、下表皮厚度以及柵欄組織同海綿組織的比值都呈降低趨勢(shì)，說(shuō)明供試茶樹(shù)受到干旱脅迫的強(qiáng)度較大，其葉片結(jié)構(gòu)已經(jīng)出現(xiàn)了不良變化，其中XN-18、HJC-1和HPS-8尤為突出。發(fā)達(dá)的柵欄組織是植物的一個(gè)耐旱特征[32]，柵欄組織給葉片提供機(jī)械支撐，海綿組織能夠儲(chǔ)存大量的水分，可以有效地防止由于外部環(huán)境干旱導(dǎo)致葉片水分的散失[33]，柵欄組織和海綿組織的顯著減少會(huì)導(dǎo)致葉片鎖水能力降低，而難以抵抗干旱環(huán)境，從而通過(guò)柵欄組織厚度、海綿組織厚度以及柵欄組織同海綿組織比值的變化可以推測(cè)不同茶樹(shù)品種（系）應(yīng)對(duì)干旱脅迫的抗性大小。
光合色素是植物將無(wú)機(jī)物轉(zhuǎn)變成有機(jī)物的關(guān)鍵介質(zhì)，是反映植物光合作用能力及營(yíng)養(yǎng)作用的重要指標(biāo)之一，光合色素的含量以及各組分的比例對(duì)植物光合作用有很大影響，在一定程度上影響植株的正常生長(zhǎng)和抗逆性[34]。劉濟(jì)明等[35]研究發(fā)現(xiàn)，米槁幼苗葉綠素a/b的值隨著干旱脅迫強(qiáng)度的增加呈上升趨勢(shì)，推測(cè)米槁通過(guò)增加葉綠素a的含量適應(yīng)重度干旱脅迫環(huán)境。本研究中，干旱脅迫后的茶樹(shù)葉片與對(duì)照組相比，葉綠素a、葉綠素b和葉綠素a/b的值呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，推測(cè)是試驗(yàn)的干旱處理強(qiáng)度較大，且葉綠素a應(yīng)對(duì)干旱脅迫的變化比葉綠素b和類胡蘿卜素更為敏感。本研究中葉綠素含量的增加，與魏鵬[36]和劉玉英等[37]的研究結(jié)果相反，與區(qū)智等[38]和沈思言等[39]的研究一致，分析其原因：本試驗(yàn)于4月下旬在溫室大棚內(nèi)展開(kāi)，正值茶樹(shù)生長(zhǎng)旺盛時(shí)期，葉片葉綠素含量的提高，有助于茶樹(shù)在干旱脅迫環(huán)境下的生長(zhǎng)[40]；茶樹(shù)葉片的相對(duì)含水量在干旱脅迫時(shí)下降到較低水平，葉片中葉綠素處于濃縮狀態(tài)，造成單位鮮重葉綠素含量升高。
植物的光合作用是一個(gè)復(fù)雜的生理過(guò)程，其形態(tài)結(jié)構(gòu)及生理變化可直接反映植株適應(yīng)和抵御干旱的能力，通過(guò)葉綠素?zé)晒馓匦钥煞治鋈~片對(duì)光能的吸收和利用[41]。本研究發(fā)現(xiàn)，與對(duì)照組相比，供試茶樹(shù)在干旱脅迫下、和值減小，值增大，與前人研究的結(jié)果較為符合，表明缺水環(huán)境使得茶樹(shù)葉片PSⅡ反應(yīng)中心受到損傷，其開(kāi)放程度、光能轉(zhuǎn)化效率、潛在活性不斷下降[5, 42-43]。逆境中植物品種內(nèi)或品種間遺傳物質(zhì)的差異會(huì)使其葉綠素?zé)晒鈪?shù)從本質(zhì)上產(chǎn)生不同[44-45]，所以不同品種間的變化有很大差異，其中受光抑制最顯著的是HPS-8、XN-18、XN-9809和XN-9810。
近年來(lái)，從其他作物的抗旱研究發(fā)現(xiàn)，作物的抗旱性與體內(nèi)可溶性糖含量有關(guān)。錢(qián)瑭璜等[27]研究華南地區(qū)8種常見(jiàn)園林地被植物抗旱性發(fā)現(xiàn)，葉片可溶性糖含量隨干旱脅迫程度加深而增加；肖涵等[28]研究發(fā)現(xiàn)3種宿根花卉受到干旱脅迫后葉片可溶性糖含量呈增加趨勢(shì)。干旱缺水時(shí)可溶性糖增加多的品種，抗旱性強(qiáng)。干旱脅迫下植物體內(nèi)可溶性糖含量提高可以使細(xì)胞液濃度增加，原生質(zhì)膠體束縛水含量升高，從而提高植物對(duì)水分的吸收能力和保水能力[46]。本研究結(jié)果表明，茶樹(shù)在干旱脅迫下，可溶性糖含量的變化與其他大多作物的變化趨勢(shì)一致，與對(duì)照組相比均有所增加，且大多具有顯著性。
綜上所述，在干旱脅迫下，供試茶樹(shù)表型變化體現(xiàn)在葉長(zhǎng)、葉寬和葉片數(shù)減少，側(cè)根數(shù)增多，以及植株矮化；同時(shí)，其葉片厚度、上表皮厚度、柵欄組織厚度、海綿組織厚度、下表皮厚度及柵欄組織同海綿組織的比值均會(huì)相應(yīng)下降。干旱脅迫使得10個(gè)供試茶樹(shù)品種（系）的葉綠素含量增多以適應(yīng)缺水環(huán)境，但葉片受光抑制影響，凈光合速率減弱，生長(zhǎng)減緩?？扇苄蕴呛吭龆?，從而影響其他生理代謝的響應(yīng)。最后，本試驗(yàn)通過(guò)比較不同茶樹(shù)品種（系）的耐旱隸屬函數(shù)值，推測(cè)茶樹(shù)HPS-8、XN-18、XN-9803、XN-9810和XN-9809的抗旱能力較弱，屬于干旱敏感型茶樹(shù)品種（系），而HJC-1、HPS-15、XN-1、XN-9802和HPS-20的抗旱能力相對(duì)較強(qiáng)，屬于耐旱型茶樹(shù)品種（系）。
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Effects of Drought Stress on Growth and Chlorophyll Fluorescence Characteristics of Tea Seedlings
WANG Minghan1,2,3, DING Ding3, ZHANG Chenyu1,2,3, GAO Xizhi1,2,3, CHEN Jianjiao1,2,3, TANG Han4, SHEN Chengwen1,2,3*
1. Lab of Tea Science of China Ministry of Education, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China; 2. National Research Center of Engineering Technology for Utilization of Functional Ingredients from Botanicals, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China; 3. College of Horticulture, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China; 4. Shaoyang Agricultural Science Research Institute, Shaoyang 422001, China
In the context of global warming, drought has become an important factor restricting the development of crop production, but there were relatively few studies on the physiological and biochemical responses of different tea cultivars to drought stress. Here, a pot water control experiment was conducted using annual tea seedlings of 10 tea cultivars (strains) such as Huangjincha 1 (HJC-1), HPS-8, and HPS-15 as materials. The chlorophyll content, chlorophyll fluorescence parameters and soluble sugar content were studied. The results show that: drought stress shortened the leaf length and width, reduced the number of leaves, increased the number of lateral roots, and dwarfed the plant. Furthermore, leaf thickness, upper epidermal thickness, fence tissue thickness, sponge tissue thickness, lower epidermal thickness and ratio of fence tissue to sponge tissue also decreased under stress. Chlorophyll a, chlorophyll b, and total chlorophyll contents increased compared to the control group, and the increase of chlorophyll a content was significant. Photoinhibition was observed in all tea cultivars (strains) under drought stress. The values of,andof tea cultivars under stress were lower than the control group, but thevalues showed an opposite trend. The soluble sugar content of leaves significantly increased under drought stress compared with the control, except tea cultivar XN-1Further analysis shows that HPS-8, XN-18, XN-9803, XN-9810 and XN-9809 have low drought tolerance but HJC-1, HPS-15, XN-1, XN-9802 and HPS-20 have relatively strong drought tolerance.
, stress, chlorophyll fluorescence, paraffin section
S571.1
A
1000-369X(2020)04-478-14
2019-10-24
2019-12-25
國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（31271789）、中央引導(dǎo)地方科技發(fā)展專項(xiàng)（2019XF5041）、湖南省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2017NK2193）、湖南省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)（湘財(cái)農(nóng)指[2019]0047號(hào)）
王銘涵，女，碩士研究生，主要從事茶樹(shù)生物技術(shù)與種質(zhì)創(chuàng)新研究，578117245@qq.com。
scw69@163.com
投稿平臺(tái)：http://cykk.cbpt.cnki.net
