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氟对茶树幼苗生理生化的影响及其作用机制研究

李春雷  
【摘要】:茶树是自然界中一类富集氟能力较强的植物,能从土壤、大气及水中吸收大量的氟,比一般植物高出2-3个数量级,但氟对茶树生理生化方面的影响的研究还较少。本试验以中国主栽品种福鼎大白茶为材料,研究了氟对茶树品质成分、超微结构、生理指标方面的影响;分析了抗氧化系统及抗坏血酸-谷胱甘肽循环在茶树耐氟性方面的作用及机理,解析了氟在亚细胞中的分布及与氟铝钙之间在茶树中的相互作用。本研究主要结果如下: 1氟对茶叶品质成分的影响 采用水培法,研究了不同浓度的氟对茶叶品质成分的影响。结果表明:随着氟浓度的增加,茶多酚、蛋白质、总儿茶素及其单体含量降低;氨基酸和可溶性糖含量显著升高;氨基酸组分大部分先升高后降低;金属元素Ca, K、Cu、Zn的含量显著下降,Mn的含量显著升高,Fe的含量先升高后降低,Mg先降后升,但各处理间差异不显著;各类香气成分的相对含量变化趋势不尽相同,但香气成分总量降低。以上结果表明氟对茶叶品质成分的影响与氟水平有关,随着氟浓度的升高,茶叶品质下降。 2氟对茶树叶片光合特性及细胞超微结构的影响 采用水培法,研究了不同浓度的氟对茶苗光合特性及细胞超微结构的影响,结果表明:在低氟浓度(2 mg/L)范围,叶绿素含量和光合速率轻微增加,但无显著差异;超过2 mg/L,随氟浓度的增加,叶绿素含量和光合速率均显著下降。通过透射电镜发现,在低浓度氟(4 mg/L)处理下细胞超微结构有轻微损伤,如质壁分离现象、类囊体轻微膨胀等,当氟浓度达到6 mg/L时,细胞超微结构遭到严重破坏,且随着氟浓度的增加破坏越来越重,如叶绿体降解、线粒体空化等。以上结果说明,氟对茶叶细胞超微结构的破坏导致了叶绿素含量和光合作用的下降。 3氟对茶树体内活性氧代谢的影响 3.1不同氟浓度对茶树活性氧代谢的影响 采用水培法,茶苗在不同氟浓度下培养,发现低浓度氟(2 mg/L)处理的茶苗叶片中的MDA和H202含量与对照比均无显著差异,但随着氟浓度的升高,两者含量显著升高;总SOD及分型SOD活性显著下降,这对清除ROS是不利的,POD及CAT活性均是先升高后降低,最大值分别在6 mg/L和4 mg/L,脯氨酸含量显著增加,表明了抗氧化系统在低浓度范围内对氟胁迫作出了积极响应;在ASA-GSH循环系统中,随着氟浓度的增加,APX、GR、MDHAR均是先升高后降低,分别在4,2,2 mg/L达到最大值,之后活性下降,DHAR活性显著下降;抗氧化剂ASA先升高后降低,这些均表明了在低浓度氟处理下大部分的抗氧化酶及抗氧化物质对氟胁迫做出了抵御响应,保护茶树不受ROS的破坏,但随着氟浓度的增加,超出了这些酶及抗氧化物质的清除能力,导致过量的ROS积累。GSH显著下降,ASA/DHA和GSH/GSSG的比值均显著下降,也说明了茶苗遭到了过量积累的ROS的破坏。以上结果表明了,通过抗氧化系统及ASA-GSH循环只能在一定程度上(低氟范围)清除过量的ROS,随着氟浓度的升高,这两大系统的防御机能达到最大后下降。 3.2茶树体内活性氧代谢对氟胁迫的动态响应 采用水培法,一年生扦插苗在氟浓度为16 mg/L的条件下培养0,6,12,24,48,72 h(不加氟为对照),结果表明:随着处理时间的延长,MDA和H202与对照均无显著差异,SOD活性显著下降,POD、CAT、APX、GR等酶活性先升高后降低,在48h达到最大值;MDHAR、DHAR的活性及抗氧化剂ASA均显著高于对照,GSH与对照差别不明显;ASA/DHA及GSH/GSSG比值升高,这些结果均说明茶树在短期内完全可以通过抗氧化酶及ASA-GSH循环系统清除过多的ROS,从而保护茶树不受ROS伤害,这也正是茶树耐氟的机制之一。 4钙减轻茶苗氟铝毒害的原因及茶树耐氟的机制 不论是氟铝单独处理还是氟铝交互处理对茶树叶片及根尖超微结构的破坏均非常严重,而增施钙后明显减轻了叶片及根尖超微结构的破坏程度,说明钙能有效的减轻氟铝对茶树的伤害。铝处理和氟铝交互处理的茶苗根细胞壁中的果胶含量均高于对照,增施钙后即铝钙处理的茶苗根细胞壁中果胶含量比铝单独处理显著下降,氟铝钙处理的茶苗根细胞壁中果胶含量比氟铝交互处理显著下降。这说明钙减轻氟铝对茶树的伤害是因为钙改变了细胞壁的组分。 通过不同比例的氟铝处理,结果表明在所设比例范围内铝均未减轻氟对茶苗的伤害程度,反而加重了对茶苗的伤害。因此,氟和铝以形成氟铝络合物而相互解毒的观点还有待于进一步的验证。在本试验中还发现,无论是大田茶园的福安大白、乌牛早品种还是营养液培养的福鼎大白品种,氟在亚细胞中的分布均是细胞壁(F1)细胞核和叶绿体(F2)含核糖体的可溶性组分(F4)线粒体(F3)。大部分的氟(60%)被固定在细胞壁中,因此,细胞壁阻止了氟进一步进入细胞正是茶树耐氟的重要机制,结合大田中的茶树含有大量氟茶树并未出现中毒现象,而水溶液培养的茶苗却出现了中毒现象,这说明了茶树耐氟机制除与叶片细胞壁有关外,还与土壤中的某种成分关系密切。因此,氟-土壤中的某种成分-细胞壁正是茶树耐氟的模式。


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