蘇奇倩,朱文婷,吳成遠(yuǎn),鐘建蘭,李章采,蔣 嬋,安福全,馬春蓮,于龍鳳**
(1.滇西科技師范學(xué)院 生物技術(shù)與工程學(xué)院,云南 臨滄 677000;2.云南省紅茶工程技術(shù)研究中心,云南 臨滄 677000;3.云南滇紅集團(tuán)股份有限公司,云南 臨滄 677000)
有機(jī)鍺化合物對于人體健康具有至關(guān)重要的作用，被廣泛應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域和膳食補(bǔ)充[1]。無機(jī)鍺可被植物吸收，在植物組織中進(jìn)行富集并轉(zhuǎn)化為有機(jī)鍺化合物，可進(jìn)一步開發(fā)為富鍺產(chǎn)品。同時，鍺處理可以提高植物的光合作用等生理功能。通過外源施加無機(jī)鍺肥，以提高富鍺植物的鍺含量是獲取更多有機(jī)鍺的有效途徑。茶樹(Camelliasinensis)是一種天然富鍺植物，作為提供有機(jī)鍺的膳食來源，具有獨特的抗氧化、消炎、抗菌和抗癌等性能，對人體健康有益。目前關(guān)于添加外源鍺來制備富鍺茶，以及鍺處理對茶樹幼苗光合生理特性的影響研究報道較少。因此，本研究擬利用不同質(zhì)量濃度的外源鍺溶液對茶樹幼苗進(jìn)行培育，分析不同質(zhì)量濃度外源鍺處理對茶樹幼苗光合生理特性的影響，以篩選出最適合茶樹生長發(fā)育的鍺質(zhì)量濃度，為日后提升茶葉的營養(yǎng)品質(zhì)與富鍺茶的栽培種植提供理論參考和技術(shù)支持。
1.1 實驗材料
實驗場地：滇紅集團(tuán)茶葉科學(xué)研究院茶樹種質(zhì)資源苗圃地；
實驗材料：云抗10號扦插一年茶樹幼苗；
鍺源：無機(jī)鍺(GeO2)，分析純，99.999%，云南臨滄鑫圓鍺業(yè)股份有限公司提供。
1.2 儀器設(shè)備
電子天平(規(guī)格型號：BS224S)、SHZ-D3型予華牌循環(huán)水真空泵鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司(型號：SHZ-D3)、電熱恒溫水浴鍋(上海博迅實業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠，型號：HHS-21-4)、電熱鼓風(fēng)干燥箱(北京市永光明醫(yī)療儀器廠，型號：101-0ES)、離心機(jī)(上海安亭科學(xué)儀器廠，型號：TDL-40B)、實驗室純水系統(tǒng)(上海和泰儀器有限公司，型號：Master-S15UV)、紫外可見光分光光度計。
1.3 實驗方法
1.3.1 實驗材料的前處理
隨機(jī)選取生長一致的茶苗1000株，將營養(yǎng)袋和茶苗根系土壤去除，隨后轉(zhuǎn)移至塑料花盆中。每盆25株茶苗，共40盆，每盆加入自來水 1 L，饑餓培養(yǎng) 3 d。去除死苗后，選取長勢、株高、葉色一致的茶苗，轉(zhuǎn)移至1/2營養(yǎng)液中培養(yǎng)。7 d 后加入 1 L 完全營養(yǎng)液，將所有水培茶樹苗去除死苗、弱苗后，平均分為8組，每組進(jìn)行不同質(zhì)量濃度鍺的處理，設(shè)置含GeO2完全營養(yǎng)液8個質(zhì)量濃度梯度為：0、3、6、12、15、21、30、60 mg/L。培養(yǎng) 28 d 后分別從每組的不同鍺質(zhì)量濃度處理中取10株茶苗為樣本，將不同部位的材料切割裝袋，放入 -80 ℃ 的冰箱冷凍儲藏，待用。
1.3.2 光合生理指標(biāo)測定
使用紫外分光光度法測定葉綠素含量[2]，考馬斯亮藍(lán)法測定可溶性蛋白質(zhì)含量[3]，硫代巴比妥酸法測定丙二醛含量[4]，磺基水楊酸法測定游離脯氨酸含量[5]。
1.4 數(shù)據(jù)處理
采用Excel和SPSS軟件對實驗數(shù)據(jù)分別進(jìn)行整理和分析。
2.1 鍺處理對云抗10號茶樹幼苗葉綠素含量的影響
葉綠素是植物進(jìn)行光合作用必不可少的一類綠色色素。葉綠素a是作物主要的光合色素，用以反映葉片對波長的吸收程度[6]。不同質(zhì)量濃度鍺處理對云抗10號茶樹幼苗葉綠素a含量的影響見圖1。由圖1可知，不同質(zhì)量濃度鍺處理對云抗10號茶樹幼苗葉綠素a含量的影響不同，6、12 mg/L 鍺處理的葉綠素a含量均高于對照組，12 mg/L 鍺處理的云抗10號茶樹幼苗葉綠素含量最高，60 mg/L 鍺處理的云抗10號茶樹幼苗含量最低。由此可見，鍺質(zhì)量濃度為 12 mg/L 的處理對云抗10號茶樹幼苗葉綠素a含量具有明顯促進(jìn)作用。
圖1 鍺處理的云抗10號茶樹幼苗葉綠素含量
作物體細(xì)胞內(nèi)葉綠素b是輔助色素，起收集能量并將其傳遞給葉綠素a的作用。如果作物含有較高的葉綠素b，表明該作物具有良好的吸收和傳輸陽光的能力，這也是獲得高產(chǎn)的先決條件。不同質(zhì)量濃度鍺處理對云抗10號茶樹幼苗葉綠素b含量的影響見圖1。由圖1可知，不同質(zhì)量濃度鍺處理對云抗10號茶樹幼苗葉綠素b含量具有一定影響。其中，鍺質(zhì)量濃度為 12 mg/L 處理的葉綠素b含量最高，鍺質(zhì)量濃度為 30 mg/L 處理的葉綠素含量最低。鍺質(zhì)量濃度為 12 mg/L 處理的葉綠素b含量明顯高于鍺質(zhì)量濃度為0處理的，而鍺質(zhì)量濃度為3、6、15、21、30、60 mg/L 處理的葉綠素b含量均低于鍺質(zhì)量濃度為0處理的。可見，鍺質(zhì)量濃度為 12 mg/L 的處理對云抗10號茶樹幼苗葉綠素b含量促進(jìn)作用明顯。
光合強(qiáng)度隨作物葉綠素a+葉綠素b的含量增加而加強(qiáng)，因此，葉綠素a+葉綠素b含量也用以反映作物高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的重要指標(biāo)。不同質(zhì)量濃度鍺處理對茶樹幼苗葉綠素a+葉綠素b含量的影響見圖1。由圖1可知，不同質(zhì)量濃度鍺處理對茶樹幼苗葉綠素a+葉綠素b含量有一定的影響，鍺質(zhì)量濃度為 12 mg/L 處理組的葉綠素a+葉綠素b含量顯著高于其他處理組的。可見，處理 12 mg/L 對茶樹幼苗葉綠素a+葉綠素b含量產(chǎn)生明顯促進(jìn)作用。
2.2 鍺處理對云抗10號茶樹幼苗可溶性蛋白質(zhì)含量的影響
植物體內(nèi)可溶性蛋白質(zhì)可用以測定植物的抗逆性，其屬酶類，通常參與植物體內(nèi)的各種代謝。植物體內(nèi)可溶性蛋白質(zhì)在逆境條件下會增加，植物的適應(yīng)性也會隨之增強(qiáng)，因此，可溶性蛋白質(zhì)含量是反映植物體總代謝的重要指標(biāo)[7]。根據(jù)圖2得出，不同質(zhì)量濃度鍺處理對茶樹幼苗的可溶性蛋白質(zhì)有影響。其中，鍺質(zhì)量濃度處理為 12 mg/L 時，可溶性蛋白質(zhì)的含量最高；
鍺質(zhì)量濃度為 15 mg/L 處理的可溶性蛋白質(zhì)含量最低。鍺質(zhì)量濃度為 12 mg/L 處理的可溶性蛋白質(zhì)含量高于其他鍺質(zhì)量濃度處理的，而鍺質(zhì)量濃度為3、6、15、21、30、60 mg/L 處理的可溶性蛋白質(zhì)含量均低于鍺質(zhì)量濃度為 0 mg/L 處理的。可見，鍺質(zhì)量濃度為 12 mg/L 的處理下云抗10號茶樹幼苗可溶性蛋白質(zhì)含量相對較高。相反，鍺質(zhì)量濃度為3、6、15、21、30、60 mg/L 的處理對云抗10號茶樹幼苗可溶性蛋白質(zhì)含量有一定程度上抑制作用。其中，鍺質(zhì)量濃度為 15 mg/L 處理時的抑制作用相對明顯。
圖2 鍺處理的云抗10號茶樹幼苗可溶性蛋白質(zhì)含量
2.3 鍺處理對云抗10號茶樹幼苗丙二醛含量的影響
在受外界逆境脅迫時，植物會發(fā)生膜脂過氧化作用，而形成的最終產(chǎn)物之一就是丙二醛，植物體所含丙二醛的多少可用以反映植物所受脅迫的損害程度[8]。由圖3看出，不同質(zhì)量濃度鍺處理對茶樹幼苗的丙二醛含量有影響。鍺質(zhì)量濃度處理為 21 mg/L 時，丙二醛的含量最高，鍺質(zhì)量濃度為 60 mg/L 處理的丙二醛含量最低。鍺質(zhì)量濃度為 21 mg/L 處理的丙二醛含量高于鍺質(zhì)量濃度為 0 mg/L 處理的，而除了鍺質(zhì)量濃度為 60 mg/L 處理的丙二醛含量低于鍺質(zhì)量濃度為 0 mg/L 處理的，其他濃度鍺處理丙二醛含量都高于鍺質(zhì)量濃度為 0 mg/L 處理的。可見，除去鍺質(zhì)量濃度為 60 mg/L 的處理對丙二醛含量有明顯抑制作用，其余濃度鍺處理均對云抗10號茶樹幼苗的丙二醛含量有促進(jìn)作用，其中 21 mg/L 的處理對云抗10號茶樹幼苗丙二醛含量促進(jìn)作用明顯。
圖3 鍺處理的云抗10號茶樹幼苗丙二醛含量
2.4 鍺處理對云抗10號茶樹幼苗游離脯氨酸含量的影響
植物體內(nèi)脯氨酸含量是反映植物抗逆性的重要指標(biāo)之一，一般而言，抗旱性強(qiáng)的品種往往會積累較多的脯氨酸[9]。所以，在抗旱育種時，所含脯氨酸是重要生理指標(biāo)。由圖4看出，不同質(zhì)量濃度鍺處理對茶樹幼苗的游離脯氨酸含量有影響。其中，鍺質(zhì)量濃度處理為 15 mg/L 時，游離脯氨酸的含量最高；
鍺質(zhì)量濃度為 0 mg/L 處理的游離脯氨酸含量最低。鍺質(zhì)量濃度為3、6、12、15、21、30、60 mg/L 處理的游離脯氨酸含量均高于鍺質(zhì)量濃度為 0 mg/L 處理的；
鍺質(zhì)量濃度為 15 mg/L 處理的游離脯氨酸達(dá)到最高。可見，鍺質(zhì)量濃度為 15 mg/L 處理的在一定程度上提高了云抗10號茶樹幼苗中的游離脯氨酸含量。
圖4 鍺處理的云抗10號茶樹幼苗游離氨基酸含量
3.1 茶樹幼苗物質(zhì)含量變化與光合生理特性
近年來，許多關(guān)于作物抗逆性的研究發(fā)現(xiàn)，作物體內(nèi)存在葉綠素和可溶性蛋白質(zhì)，而作物的抗逆性與其變化有較大關(guān)聯(lián)[10]。在逆境條件下，植株體內(nèi)葉綠素和可溶性蛋白質(zhì)含量相對高的品種，抗逆性相對于含量低的品種強(qiáng)；
同時，也得知脯氨酸參與了植株的滲透調(diào)節(jié)作用[11]。由于不同的研究者會采用不同的研究方法對不同的作物進(jìn)行抗逆性研究，因此，目前對于游離脯氨酸與作物抗逆性之間的關(guān)系有著不同的看法。本實驗通過不同質(zhì)量濃度鍺處理云抗10號茶樹幼苗，測定分析參與滲透和調(diào)節(jié)的葉綠素、可溶性蛋白質(zhì)、丙二醛以及游離脯氨酸的含量，該結(jié)果對進(jìn)一步研究茶樹幼苗的光合生理特性有重要參考價值。
3.2 茶樹幼苗葉綠素含量變化與光合生理特性
葉綠素在植物光合作用中吸收和轉(zhuǎn)化光能，其質(zhì)量濃度的多少可直接影響光合作用的強(qiáng)弱[12]。葉綠素含量的高低很大程度上決定著光合作用的強(qiáng)弱，二者之間呈正相關(guān)關(guān)系[13]。植物在遭受逆境時，細(xì)胞內(nèi)葉綠素含量會下降，抵抗力強(qiáng)的植物葉綠素下降幅度小[14]。本研究證明，鍺質(zhì)量濃度為 12 mg/L 處理的對茶樹幼苗葉綠素a和葉綠素b含量以及葉綠素a+葉綠素b含量最高。由此得出，鍺質(zhì)量濃度為 12 mg/L 處理的云抗10號茶樹幼苗所合成的葉綠素含量最高，其光合能力最強(qiáng)。
3.3 茶樹幼苗可溶性蛋白質(zhì)含量變化與光合生理特性
植物體中可溶性蛋白影響著茶樹幼苗的光合的光合作用，保護(hù)植物細(xì)胞的生物膜和生命物質(zhì)[15]。作物遭受逆境脅迫可溶性蛋白質(zhì)的增加積累，能提高細(xì)胞的保水能力，從而對植物細(xì)胞起保護(hù)作用，是選育抗逆性強(qiáng)的品種的重要指標(biāo)。根據(jù)本研究可知鍺質(zhì)量濃度處理為 12 mg/L 時，可溶性蛋白質(zhì)的含量最高，而鍺質(zhì)量濃度為3、6、15、21、30、60 mg/L 處理的可溶性蛋白質(zhì)含量均低于鍺質(zhì)量濃度為 0 mg/L 處理的。據(jù)此，鍺質(zhì)量濃度為 12 mg/L 時，云抗10號茶樹幼苗保水能力強(qiáng)，其光合作用也越強(qiáng)；
而鍺質(zhì)量濃度為3、6、15、21、30、60 mg/L 時則降低了其保水能力，抑制了光合速率。
3.4 茶樹幼苗丙二醛含量變化與光合生理特性
植物體丙二醛含量多少，可以反映植物遭受傷害的程度[16]。丙二醛抑制植物離體葉片光合速率，加速葉綠素的降解，促進(jìn)暗呼吸作用速率，增大細(xì)胞膜泄漏[17]。外界環(huán)境脅迫下，丙二醛濃度的增高以及處理時間的延長，會傷害植物的光合作用。本研究測定并分析了不同質(zhì)量濃度鍺處理過程中丙二醛含量變化，鍺質(zhì)量濃度處理為 21 mg/L 時，丙二醛的含量最高，鍺質(zhì)量濃度為 60 mg/L 處理的丙二醛含量最低。由此可見，鍺質(zhì)量濃度為 60 mg/L 處理的茶樹幼苗合成的丙二醛相對較少，遭受到的逆境傷害程度較輕，因此，光合速率相對于丙二醛含量高的茶樹幼苗高；
而鍺質(zhì)量濃度處理為 21 mg/L 的茶樹幼苗體內(nèi)合成的丙二醛最多，暗呼吸作用速率增強(qiáng)，增大細(xì)胞膜泄漏，表現(xiàn)出光合作用明顯減弱。
3.5 茶樹幼苗游離脯氨酸含量變化與光合生理特性
在通常情況下，植株在缺水時，其體內(nèi)的脯氨酸含量會增加。植株體內(nèi)脯氨酸含量一定程度上反映了植株體內(nèi)的水分情況。游離脯氨酸可以增加細(xì)胞滲透勢，促進(jìn)植物細(xì)胞吸水，增強(qiáng)植物的抗逆性[18]。根據(jù)研究可知，鍺質(zhì)量濃度處理為 15 mg/L 的游離脯氨酸的含量最高，鍺質(zhì)量濃度為 0 mg/L 的游離脯氨酸含量最低。鍺質(zhì)量濃度為3、6、12、15、21、30、60 mg/L 的游離脯氨酸含量均高于鍺質(zhì)量濃度為 0 mg/L 時。由此得知，鍺質(zhì)量濃度處理為 15 mg/L 的云抗10號茶樹幼苗抗逆性強(qiáng)，光合速率較高，沒有經(jīng)過鍺處理的相對于進(jìn)行了不同質(zhì)量濃度鍺處理的茶樹幼苗抗逆性較低。
不同質(zhì)量濃度鍺處理對云抗10號茶樹幼苗體內(nèi)葉綠素、可溶性蛋白質(zhì)、丙二醛以及游離脯氨酸含量有不同影響，而葉綠素、可溶性蛋白質(zhì)、丙二醛以及游離脯氨酸含量，對茶樹幼苗的光合生理特性也有著不同作用。對茶樹幼苗進(jìn)行不同質(zhì)量濃度鍺處理，綜合各物質(zhì)含量高低對光合速率的影響，通過對比分析篩選出最佳濃度，促進(jìn)茶樹幼苗光合速率，以期培育出優(yōu)質(zhì)茶樹。根據(jù)研究，發(fā)現(xiàn)不同濃度的鍺處理對云抗10號茶樹幼苗葉綠素含量具有明顯影響。其中，鍺質(zhì)量濃度為 12 mg/L 的處理組，葉綠素a、葉綠素b、葉綠素a+葉綠素b，以及可溶性蛋白質(zhì)含量最高；
鍺質(zhì)量濃度為 60 mg/L 的處理的丙二醛含量最低，鍺質(zhì)量濃度為 12 mg/L 的處理組的丙二醛含量處于中等水平；
鍺質(zhì)量濃度處理為12、15、21 mg/L 的游離脯氨酸的含量都處于較高水平。綜合這幾個指標(biāo)對茶樹幼苗光合作用的影響，在對茶樹幼苗進(jìn)行鍺處理時，鍺質(zhì)量濃度宜選擇 12 mg/L。由此推斷，該濃度鍺處理有助于茶樹幼苗生長發(fā)育。因此，篩選最佳鍺質(zhì)量濃度 12 mg/L 處理茶樹幼苗，可為培育優(yōu)質(zhì)富鍺茶提供技術(shù)參考。