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影响茶树铝循环和茶叶品质因素的研究

段小华  
【摘要】:茶是主产于我国的重要无酒精饮料。茶叶化学成分和微量元素是茶叶品质的物质基础,是评价茶叶质量的关键特征。茶树是富铝的植物,经常喝较高铝含量的茶水易导致老年痴呆症,因而茶树对铝的吸收、累积以及铝对茶树的生物学效应的研究受到关注。土壤铝的生物有效性和毒性不仅与铝总量有关,更取决于铝的化学形态。酸雨是全球的重要生态环境问题,会导致土壤酸化,而土壤酸化可促进土壤铝释放,改变铝形态。因此,酸雨加重往往伴随着土壤可溶性Al的增加。不过,酸雨和可溶性A1增加对茶树铝循环及茶叶微量元素和化学成分的影响及其耦合关系仍知甚少。本文采用定位监测法研究了不同种植年限茶园土壤铝形态和茶树体内铝含量的分布格局,采用土壤培养和溶液培养法研究了模拟酸雨和不同水平铝供应对茶树铝循环、茶树矿质营养、生长发育、生理活动和茶叶主要化学品质的影响,并初步探讨了钙对茶树铝循环以及矿质元素和化学品质的调控作用,为合理评估酸雨加重和铝供应双重作用对茶树和茶叶品质的影响,以及构建生态高值茶园提供科学依据。主要结果如下: 为了解种植年限与土壤铝形态的关系以及茶树体铝的分布规律,以江西典型丘陵红壤区不同种植年限(荒地、10年以下、10-20年、20-30年、30-40年、40-50年)茶园为对象,研究不同0-20cm和20-40cm土壤的基本化学特性,土壤铝形态和茶树体不同组织铝分布格局及其相关性。结果表明:茶园土壤总铝、可提取态铝和各种形态铝含量总体均随种植年限延长而增加(P0.05)。土壤交换态铝、有机结合态铝、无机吸附态铝含量占可提取态铝比例远低于铝的水合氧化物和氢氧化物、腐殖酸铝,前三者之和低于可提取态铝总量的30%。茶叶铝含量随种植年限的延长而增加,与土壤交换态铝和有机结合态铝显著正相关,而与无机吸附态铝、铝的水合氧化物和氢氧化物和腐殖酸铝相关性不显著。总体来看,交换态和有机结合态铝是茶树可吸收利用的主要有效态铝;随着种植年限的延长茶园铝生物地球化学循环强度和速率不断加强和加快。 采用盆栽试验,研究了模拟酸雨和铝添加对茶树铝吸收积累、茶叶主要化学品质及红壤土铝形态的影响。结果表明,铝添加增加根际和根外土壤交换态铝、有机结合态铝、无机吸附态铝、铝的水合氧化物和氢氧化物的含量。酸雨增加根际和根外土壤交换态铝和有机结合态铝的含量,降低无机吸附态铝和铝的水合氧化物和氢氧化物的含量。铝添加和酸雨对腐殖酸铝含量没有明显影响。铝添加增加茶树根、茎和叶对铝的吸收和积累。在低铝添加条件下,酸雨增强茶树对铝的吸收和积累,而在高铝添加条件下却抑制茶树对铝的吸收和积累。随着添加铝浓度的增加,茶叶茶多酚、咖啡碱、儿茶素和氨基酸含量增加,在同一铝添加处理下,pH4.5的酸雨处理的茶叶以上化学品质高于pH3.0和pH6.0酸雨处理的。随着茶叶铝含量的增加,咖啡碱、儿茶素和氨基酸先增加后下降,而茶多酚和黄酮含量总体上增加。基于以上结果,我们推测适度的酸雨和适量的铝浓度有利于提高茶叶的化学品质。 为进一步了解酸雨和铝双重作用对茶叶化学品质的影响,采用溶液培养法,研究了模拟酸雨和铝浓度对茶叶主要化学品质的影响。结果表明,在模拟酸度范围内(pH3-5),茶叶茶多酚和咖啡碱含量随酸雨酸度增加先增加后下降,茶叶氨基酸、儿茶素和可溶性糖含量随酸度增加而下降,茶叶黄酮含量随酸度增加无显著差异;随着铝浓度的增加,茶叶茶多酚、咖啡碱、氨基酸、儿茶素、黄酮和可溶性糖含量均为先增加后下降;模拟酸雨和铝浓度对茶叶茶多酚、儿茶素和黄酮含量具有显著交互作用,对咖啡碱、氨基酸和可溶性糖含量没有明显交互作用,高酸高铝显著抑制儿茶素含量(P0.05)。综合来看,适度的酸度和适量的铝浓度有利于提高和稳定茶叶的品质。 以一年生福鼎大白茶实生苗为材料,研究了模拟酸雨和铝对茶树生长发育及光合生理的影响。结果表明,适量的铝促进茶树鲜重、干重、茎长、茎粗、根长和根体积的生长,提高茶树根系的活力和茶树叶片叶绿素a,a/b及叶绿素总量的含量,有利于光合作用(Pn)、蒸腾作用(Tr)、气孔导度(Gs)和胞间CO2浓度(Ci)的提高。适度的酸雨提高茶树鲜重、干重、茎粗、茎长和根体积的生长,增强根系活力,提高叶绿素a,b和叶绿素总量的含量,增加茶树的Pn、 Tr、Gs和Ci。适量的铝和适度的酸雨有利于以上各测定生长指标的生长,提高根系活力,提高茶树叶绿素a,叶绿素b,叶绿素a/b和叶绿素总量的含量,有利于Pn、Tr、Gs和Ci的提高。过高的铝和过高的酸度不利于各测定生长指标的生长,抑制根系活力和降低叶绿素a,b,a/b及总量的含量。适量的铝和适度的酸雨增加叶绿体的体积、类囊体数量及其片层数量,过高的铝和过高的酸度破坏叶绿体结构,类囊体空泡化,外周膜系统解体。结果表明,适量的铝和适度酸度的酸雨有利于茶树的生长、根系活力、光合作用和叶绿体结构。酸雨和铝对茶树生长的影响可能与茶树根系活力及光合作用有关。酸雨和铝对茶树光合作用的影响可能通过影响气孔导度,叶绿素含量和叶绿体结构方面综合起作用。 采用盆栽方法,研究了模拟酸雨和外源铝对茶树铝及一些营养元素吸收积累的影响。结果表明,随着外源铝浓度的增加,茶树根、茎和叶中铝含量增加,在适度浓度外源铝处理下,模拟酸雨促进茶树根、茎和叶对铝的吸收与积累,高酸高铝则抑制茶树各器官中铝的积累。外源铝促进茶树根、茎和叶对磷和铜的吸收与积累,促进茶树茎和叶对钾的吸收与积累,但对茶树根中钾含量没有明显的影响;外源铝抑制茶树根对钙、镁和锌的吸收与积累,但不影响它们在茶树中的运输,茎和叶中含量增加。模拟酸雨对茶树根和茎中磷含量没有明显影响,pH4.5的模拟酸雨有利于茶叶磷的积累。模拟酸雨对茶树根、茎和叶中铜、钾、钙、镁和锌含量没有明显的影响。外源铝促进茶树根、茎和叶对铁的吸收与积累。在外源铝处理下,模拟酸雨明显降低茶树根、茎和叶中铁的含量。 以茶树实生苗为材料,研究了模拟酸雨和铝对茶树抗氧化酶及一些抗性指标的影响。结果表明,随着铝处理浓度的增加,茶树叶片超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)先增加后下降。随着酸雨强度的增加,SOD、POD、CAT和APX增加。在高铝浓度(30mg/L)处理下,酸雨加居SOD、POD、CAT和APX的下降。与无铝处理相比,10mg/L铝浓度处理茶树叶片超氧阴离子产生速率(O2-)和丙二醛(MDA)含量没有明显差异,然而随着铝处理浓度的增加,他们的含量也增加。酸雨强度对茶树叶片O2-产生速率和MDA含量没有明显影响。酸雨加剧铝引起的茶树叶片O2-产生速率和MDA的积累。随着铝处理浓度的增加,茶树叶片脯氨酸含量增加,而酸雨对脯氨酸含量没有明显影响,但酸雨加剧铝对茶树叶片脯氨酸的积累。随着铝处理浓度的增加,茶树叶片可溶性糖含量先增加后下降。pH3.0的酸雨明显提高茶树叶片可溶性糖的含量。这些结果表明,茶树可通过提高抗氧化酶活性和一些渗透调节物质来增强对酸雨和低浓度铝的适应性和耐受能力。高浓度的铝(30mg/L)对茶树的生长具有伤害作用,酸雨加剧铝对茶树的伤害。 以福鼎大白一年生茶树扦插苗为材料,研究了钙在铝胁迫下茶树钙铝及其他矿质营养吸收积累及茶叶主要化学品质的影响,以期为提高茶叶品质和安全提供资料。结果表明:钙添加提高茶叶茶多酚、咖啡碱、儿茶素、黄酮、可溶性总糖和氨基酸的含量,特别是在高铝浓度(30mg/L)下提高的幅度更大。钙增加茶树对磷和钾的吸收和积累,对铁没有明显的影响;当铝浓度小于20mg/L时,钙降低茶树对铜的吸收和积累,但其仍高于对照组(无铝无钙处理组);当铝浓度为30mg/L时钙对茶叶铜含量没有明显影响。钙降低茶树对镁和锌的吸收和积累,但其仍高于对照组。这些结果表明,在铝胁迫下,增加培养液中的钙并不会影响茶树对这些元素的利用。综合来看,在铝胁迫下,增加培养液中钙的浓度能够增加茶叶各测定品质指标的含量,降低茶叶中铝的含量,增加茶叶中钙的含量,而对其他矿质元素的利用没有不利影响。因此,在茶园适当增施钙可以提高茶叶的品质,降低茶叶中铝的含量,提高茶叶的安全性。


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