姜艷艷，石 楊,2，周國蘭，王家倫,3，鄭文佳，張小琴*

(1.貴州省茶葉研究所，貴州 貴陽 550006；2.貴州大學 茶學院，貴州 貴陽 550025；3.國家茶葉產業(yè)技術體系遵義綜合試驗站，貴州 貴陽 550006)

0 引言

【研究意義】茶樹是一種重要的葉用經濟作物，廣泛種植在中國的貴州、云南、浙江、福建等省。隨著我國茶園面積的不斷擴大，茶產業(yè)已成為諸多地區(qū)的支柱產業(yè)之一，在農村產業(yè)結構調整中發(fā)揮著重要作用。茶樹葉色突變改變了茶葉的氨基酸、咖啡堿、酯類等內含物質含量，為成茶提供特殊的品質特征。茶樹光合特性是評價茶樹生產力和適應性的重要指標。因此，研究葉色變異茶樹品種(品系)光合作用對于茶葉品質和產量的調控有重要意義。【前人研究進展】茶葉產量受光合作用影響[1-2]，葉色變異的品種(品系)不同程度影響產量[3]。另外，茶樹體內的有機物質如游離氨基酸、咖啡堿、茶多酚等是光合作用的產物。研究表明，茶樹葉片凈光合速率與EC、GCG含量均呈正相關關系；與簡單兒茶素和兒茶素總量均呈負相關關系[4]。植物葉片色澤是植物葉綠素、花青素和多種物質在植物葉片表面共同表現的光學特征，與品種有較大的相關性。葉色差異通常涉及光合色素和非光合色素的變化。但以往對茶樹紅紫芽葉的研究集中于常規(guī)品種的植物學特性、階段性紅紫芽的比例[5]和生化組分上的差異分析[6]，尤其是非光合色素花青素[7]，而對紫化品種的產量相關特性，尤其對光合色素及光合效率關注較少。光合色素中重要色素分子葉綠素參與光能的吸收、轉化和傳遞，葉綠素含量高，尤其是葉綠素a含量越高，茶樹的凈光合速率越高。葉色白化茶樹的光合色素含量低于普通綠色品種[8]。一般來說，綠色茶葉中葉綠素含量較高，紅紫芽茶葉中花青素含量偏高。葉片顏色的突變通常影響植物的光合作用效率[9]。許燕[10]研究表明，紫葉的紫嫣和紫鵑品種(系)春季葉綠素總量均顯著低于福鼎大白茶，但光合效率高于福鼎大白茶，說明葉色、葉綠素含量與光合效率間存在復雜的聯(lián)系?！狙芯壳腥朦c】目前，研究主要集中在白化品種的葉色突變機制上，對于特殊葉色的茶樹品種(系)光合特性的研究較少，對于紫化茶樹葉色變化與光合特性的關系尚不清楚?！緮M解決的關鍵問題】對紫化茶樹春夏季新梢不同葉位的葉片色澤、SPAD值及光合性狀進行定量分析，明確葉色紫化的茶樹品系紫魁的葉色與光合作用的相關性，并探索與二者相關的影響因素，揭示葉色紫化對茶樹光合生長的影響，為紫化茶樹的高產栽培提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗在貴州省湄潭縣貴州省茶樹種質資源圃進行，試驗地位于107.5°E，27.8°N，海拔920 m，屬亞熱帶季風性濕潤氣候，年均溫14.9℃，年日照時數1 163 h。

1.2 試驗材料

供試茶樹品系為紫魁，是由湄潭苔茶群體種的變異單株經貴州省茶葉研究所自主選育的特異性新品系，于2015年由扦插苗統(tǒng)一定植而成。該品系茶樹新梢芽、葉、莖全年均為紫紅色(圖1)，以福鼎大白茶(Camelliasinensis.cv.Fuding Dabai)作為對照。2個品種(品系)樹齡均為5年。

圖1 茶樹特異性新品系紫魁定植茶園及新梢芽葉Fig.1 The tea plantation,buds and leaves of Zikui,a new tea line

1.3 試驗方法

1.3.1 不同葉位光合速率相關參數的測定 葉片選用茶樹新梢芽下第1～5片葉，每個品種(品系)重復測定5株。利用Li-6800便攜式光合測定儀(Li-Cor，Inc.，USA)，于2021年5月、7月晴天上午9：00—11：00進行凈光合速率相關參數測定。測定時設定參比室CO2濃度為400μmol/mol，光照強度設定為環(huán)境光強[1 200μmol/(m2·s)]。測定指標包括凈光合速率(A)、蒸騰速率(E)、胞間CO2濃度(Ci)、氣孔導度(gsw)等生理參數。

1.3.2 不同葉位葉片SPAD值測定 利用SPAD儀(Konica Minolta，502Plus型)測定5株新梢芽下第1～5葉(共25枚)相應的SPAD值，每個葉片在主葉脈兩邊各測定1次，取平均值作為葉綠素含量。

1.3.3 不同葉位葉片色澤的測定 使用全自動色彩色差計儀(Konica Minolta，CR-400型)測定5株新梢芽下第1～5葉(共25枚)葉片色澤，用L*、a*、b* 3個參數表示，L*表示葉片顏色的明度，0～100表示顏色明度從深(黑)到淺(白)；a*表示葉片顏色的紅綠程度，數值由正到負表示顏色由偏紅到偏綠；b*表示葉片顏色的黃藍程度，數值由正到負表示顏色由偏黃到偏藍。

1.4 數據處理

采用Excel 2016進行數據統(tǒng)計。在R-studio 4.1.2中采用tidyverse程輯包進行數據計算，采用ggplot2程輯包繪制柱狀圖，采用bruceR程輯包將5月、7月的數據分別作為春季、夏季數據進行簡單效應檢驗和多重比較的多因素方差分析，比較不同季節(jié)、不同品種(品系)、不同葉位下凈光合效率和葉色的差異，同時考慮因素的交互作用。利用Performance Analytics程輯包進行Pearson相關性分析并繪圖。

2 結果與分析

2.1 茶樹不同葉位凈光合速率

由圖2可見，不同葉位的葉片光合效率差異較大，整體表現為新梢自上(芽下第1葉)而下(芽下第5葉)遞增的規(guī)律。芽下第1葉凈光合速率最低，為負值，即葉片以呼吸作用為主。從第2葉開始凈光合速率為正值，即葉片以光合產物積累為主。同一季節(jié)下，紫魁新梢葉片凈光合速率與福鼎大白茶相比均較大(夏季第5葉除外)，尤其在春季。在同一葉位下2個品種(品系)凈光合速率的顯著性差異主要體現在春季第3葉和第5葉。

經方差分析，品種(品系)、葉位極顯著影響凈光合速率(P<0.01)，但季節(jié)的影響不顯著(P>0.05)。品種(品系)與季節(jié)之間存在交互作用(P<0.01)，但葉位與其他因素并無交互作用(P>0.05)。效應值η2p的大小表明該變量對因變量凈光合速率的影響大小。3個因素中，葉位的影響最大(η2p=0.692)，其次是品種(品系)(η2p=0.107)，再者是品種(品系)和季節(jié)的交互作用(η2p=0.093)。因此，后期試驗應選擇一固定葉位進行觀測，比較品種(品系)的差異。

由表1可見，在春季的第3葉、第5葉，品種(品系)表現出顯著效應。茶樹光合作用的測定通常選擇第3葉或成熟葉片[11]，由于紫魁的變異葉色主要表現在新梢葉片上，以后的光合特性研究可選擇芽下第3葉作為觀測葉片進行比較。

注：條形圖上方不同字母表示不同季節(jié)間差異顯著(P<0.05)。誤差線表示標準誤SE，下同。Note:Different letters indicate significance of difference in different seasons at P<0.05 level.The error bars show the standard error (SE).The same below.圖2 2個品種(品系)茶樹不同季節(jié)葉位的凈光合速率Fig.2 Net photosynthetic rate of different leaf position of two tea varieties (lines) in different seasons

表1 不同茶樹品種(品系)因素的簡單效應Table 1 Simple effect of different tea varieties (lines)

2.2 茶樹不同葉位的SPAD值

由圖3可知，2個品種(品系)春季的葉片SPAD值均低于夏季。茶樹葉片SPAD值在新梢不同葉位表現為自上而下遞增，說明葉片成熟度影響葉片的葉綠素含量，與葉燕[10]的測定結果一致。紫魁新梢葉片SPAD值在春季和夏季均高于福鼎大白茶，與前面光合作用的結果趨勢一致，說明紫魁葉片葉綠素含量較高是其光合速率高的物質基礎。夏季SPAD值品種(品系)不同葉位間差異均達顯著水平(P<0.05)。

2.3 茶樹的葉片色澤

從圖4可知，2個品種(品系)的葉片色澤差異較大。明度L*和黃度b*表現為福鼎大白茶>紫魁，而紅度a*表現為福鼎大白茶<紫魁。說明紫魁葉片的明度和黃度較低，紅度較高，葉色偏紅色和藍色，因此紫魁葉片呈現肉眼可見的紫色。2個品種(品系)葉色的顯著差異均在夏季第2～5葉，而春季的差異不顯著。說明季節(jié)間葉色的差異顯著，紫魁葉片色澤的變化可能受春夏氣溫差異的影響。

圖4 2個品種(品系)茶樹不同季節(jié)葉位的葉片色澤葉Fig.4 Leaf color at different leaf position of two tea varieties (lines) in different seasons

2個品種(品系)的葉片色澤明度L*、紅度a*、黃度b*在新梢不同葉位呈自上而下遞增趨勢，尤其在第1葉、第2葉和第3葉間差異顯著，第3～5葉間基本不變，說明葉片成熟度也影響葉片色澤。

經方差分析，品種(品系)、季節(jié)、葉位3個因素分別對葉色明度、紅度、黃度有極顯著影響(P<0.001)。季節(jié)因素分別與品種(品系)和葉位有交互作用(P<0.05)，即品種(品系)、季節(jié)、葉位3個因素的效應非獨立，說明葉色同時受季節(jié)(可能是溫度或光照)、品種(品系)和葉片成熟度的影響。效應值為葉位效應>季節(jié)效應>品種(品系)效應。

2.4 茶樹葉色與光合作用的相關性

由圖5可知，福鼎大白茶(圖5a)葉片的凈光合速率與葉位、色澤、SPAD值存在顯著相關性(P<0.05)；而紫魁(圖5b)的凈光合速率與葉位、色澤存在顯著相關性(R=0.4，P<0.05)，但與SPAD值無顯著相關性，R值(-0.01)也較小。2個品種(品系)的凈光合速率均隨著葉片明度、黃度的增加和紅度的下降而上升，表明葉片的凈光合速率受葉色顯著影響。SPAD值在綠葉品種(品系)中與葉片明度、黃度和紅度均呈顯著相關關系，而在紫色品種(品系)中僅與葉片紅度呈正顯著相關關系，表明茶樹葉片色澤的變異可能對葉片葉綠素含量產生影響。

注：a為福鼎大白茶；b為紫魁。圖中對角線上的字符表示變量名稱：依次為LeafP(葉位)；葉色相關參數：L*為明度，a*為紅度，b*為黃度；光合相關參數：A為凈光合速率，Ci為細胞間CO2濃度，E為蒸騰速率，gsw為氣孔導度。左下三角部分為橫縱向對應的雙變量的回歸關系；右上三角部分為相關系數R，*、**、***分別表示P<0.05、P <0.01、P<0.001顯著性水平。Note:a,Fudingdabaicha;b,Zikui.LeafP,leaf position;L*,brightness;a*,redness;b*,yellowness;A,net photosynthetic rate;Ci,intercellular CO2 concentration;E,transpiration rate;gsw,stomatal conductance;R,correlation coefficient.*,** and *** indicate difference of significance at P<0.05,P <0.01 and P<0.001 level,respectively.圖5 2個品種(品系)茶樹葉色、SPAD值與光合速率的相關性Fig.5 Correlations between leaf color,SPAD value and photosynthetic rate in two tea varieties (lines)

3 討論

3.1 不同品種(品系)茶樹葉片的光合性能和葉色

紫魁是紫化中小葉品系，與綠色品種福鼎大白茶相比，紫魁的凈光合速率更高。謝文鋼等[12]研究表明，四川中葉種紫嫣和云南大葉種紫鵑二者(葉綠體多且大)的光合作用較強但未超過福鼎大白茶，因此中小葉種紫魁的光合作用潛力較大。葉位、品種(品系)及品種(品系)×季節(jié)是對葉片凈光合速率影響最大的因素。紫魁在春季的凈光合速率顯著高于綠色品種福鼎大白茶，芽下第3～5葉差異顯著，而夏季差異不顯著，推測紫魁在光照強度較弱的條件下(如春季)光合作用更強，在夏季光強較大的情況下可能發(fā)生光抑制[13]，光合速率較福鼎大白茶差，對強光條件的響應亦較差。該結果與前人發(fā)現紫鵑、紫嫣在光響應曲線中最大光合速率低于福鼎大白茶的結果[10]一致，可能因葉色和葉綠體結構的差異導致。

葉位、季節(jié)、品種(品系)對茶樹新梢葉色的影響均顯著。不同茶樹新梢葉色的差異主要表現在春季新梢的芽下第2～5葉位。隨著葉位向下，葉片SPAD值增大，葉色由黃綠明亮向紫紅暗沉轉變。其中，紫魁的葉片SPAD值與色澤在夏季與福鼎大白茶有顯著差異，在各葉位均有顯著差異，與楊麗冉等[14]發(fā)現葉片的光合速率與葉齡相關的結論相似。

3.2 茶樹葉片光合速率與葉色的相關性

紫魁新梢葉片較高的凈光合速率與蒸騰速率、氣孔導度較高及胞間CO2濃度較低有關。此外，相關性分析表明，紫魁新梢葉片的凈光合速率還受到葉位、葉色的影響。葉片明度、黃度越高，紅度越低，凈光合速率越高。該規(guī)律在2種顏色的茶樹品種中均適用。可能是葉色突變體的突變基因影響色素(如葉綠素和花青素)的合成、降解、含量和比例，從而影響葉片的光合作用[9]。在紫魁新梢葉片中，色澤及光合速率相關參數與葉位明顯相關，但與SPAD值無顯著相關，葉綠素含量是光合作用的物質基礎，推測在特殊葉色品種(品系)中葉綠素的形成途徑或葉綠體的數量可能受品種變異的影響[10]。

紫魁葉片SPAD值比福鼎大白茶更高，尤其在光照較強、溫度較高的夏季，差異更顯著。但紫魁葉片SPAD值與葉片紅度正顯著相關，即紫魁葉片越紅，葉綠素含量越高，這與福鼎大白茶相反，表明凈光合速率與SPAD的相關性在不同品種(品系)中有差異。因此，茶樹葉片的紫化除直接表現在葉色的成色物質花青素含量的變化上[15]，還間接影響光合作用的物質基礎葉綠素對光合速率的貢獻。在紫葉品種幼嫩的紅紫芽葉中，花青素能夠通過吸收光子，尤其是綠光，攔截部分光能量，保護不成熟的葉綠體[16]，免受光損傷風險[17]。推測茶樹葉片紫化是通過保護葉綠體，抵抗強光，以提高葉片的光合速率。

紫化茶葉中的花青素可能對茶樹的光合生長有重要的促進作用，下一步將研究葉片花青素含量，葉綠體超微結構的變化及光反應機制，明確特殊葉色茶樹在不同光照強度下的光合特性及其隨葉色變化的生理生化機制。

4 結論

紫化茶樹品系紫魁的新梢葉片色澤偏紫，凈光合作用表現出比福鼎大白茶更高的性狀，光合潛力較大，葉綠素含量較高。紫魁的葉色紫化與葉片光合速率的增加有顯著相關性。茶樹葉片的光合性能及葉色同時受到品種、季節(jié)、葉位等因素的多重影響。對特殊葉色茶樹品種(品系)的選育和引種應考慮品種光合潛力、光照、溫度、適應性及產量等多個因素。