氟對茶樹幼苗營養(yǎng)元素的影響

鐘秋生，林鄭和，陳常頌，單睿陽，游小妹，陳志輝

(國家茶樹改良中心福建分中心/福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所，福建 福安 355015)

氟(F)是人體所需的微量元素，它可促進(jìn)牙齒和骨骼的鈣化，保護(hù)牙齒和骨骼的健康，但是過量的攝入氟可導(dǎo)致齲齒和氟骨癌[1]。氟在自然界主要與地殼中的巖石和礦物質(zhì)結(jié)合而生成難溶的化合物，并不會對環(huán)境造成污染和危害，但是隨著人們大量的使用含氟磷肥及含氟廢氣、廢水的排放，氟已經(jīng)成為一種新的環(huán)境污染物。研究表明，茶樹吸收氟的能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)比其他植物強(qiáng)，具有典型的聚氟和耐氟特性[3]，茶樹的氟主要聚集在葉部，尤其是老葉[4,5]。茶葉中的氟具有兩面性，少量的氟元素對人體健康具有一定的促進(jìn)作用，對生長發(fā)育和繁殖都非常的重要。但含量過多則又會起到相反的毒害作用，如易引起氟骨癥等。近年來，茶葉中的氟引起了人們的廣泛關(guān)注，如何降低茶葉中的氟也成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)之一。

目前國內(nèi)外對氟在茶樹體內(nèi)的累積特性，氟在茶葉中的溶出和浸出規(guī)律、茶葉降氟措施、氟在茶樹體內(nèi)轉(zhuǎn)移代謝途徑等已展開許多研究，且取得了許多成果，但對茶樹在氟脅迫下對茶樹營養(yǎng)元素吸收影響報道較少。大量元素氮、磷、鉀及金屬元素鈣、鎂、鋁等對植物生長及茶葉品質(zhì)起著至關(guān)重要的作用?；诖?，本研究采用單因素試驗(yàn)統(tǒng)計分析方法，設(shè)4個氟處理濃度，研究不同濃度氟對茶樹葉片營養(yǎng)元素吸收的影響，為茶樹中氟的吸收機(jī)制及對茶樹的生理及營養(yǎng)元素調(diào)控代謝等方面的研究提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)茶苗的培養(yǎng)與取樣

試驗(yàn)地設(shè)在福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所內(nèi)。挑選生長一致的約10月齡的扦插‘瑞香’[Camelliasinensis(L.) O. Kuntze]茶苗為試驗(yàn)材料，設(shè)4個處理，每個處理20盆，盆栽于6 L的裝滿沙的花盆，每盆栽3株，在自然溫、光條件下培養(yǎng)。營養(yǎng)液參考Lin[6]。完全營養(yǎng)液包含3 mmol·L-1硝酸銨(NH4NO3)，0.5 mmol·L-1磷酸二氫鈣[Ca(H2PO4)2]，1.0 mmol·L-1硫酸鉀(K2SO4)，0.5 mmol·L-1氯化鈣(CaCl2)，0.6 mmol·L-1硫酸鎂(MgSO4)，46 μmol·L-1硼酸(H3BO3)，9 μmol·L-1硫酸錳(MnSO4)，9 μmol·L-1(硫酸鋅)ZnSO4，2 μmol·L-1硫酸銅(CuSO4)，2.6 μmol·L-1鉬酸鈉(Na2MoO4)和30 μmol·L-1Fe-EDTA。每次處理每盆均施完全營養(yǎng)液約500 mL(每隔1天施1次，直至試驗(yàn)取樣結(jié)束)。移栽后15周進(jìn)行不同濃度的氟處理，每盆施含0、100、200、600 mg·L-1氟的NaF溶液，各處理順次記為F1～F4。每周3次(周一、周三、周五)，處理8周后不同處理間植株生長有明顯差異，此時分別采集各處理茶苗根、莖、葉(均為完全展開的成熟葉，葉齡約7周)樣品，分別制成烘干樣，4個處理的葉、莖、根樣品依次標(biāo)記為LF1、LF2、LF3、LF4、SF1、SF2、SF3、SF4、RF1、RF2、RF3、RF4，研磨過篩后待用。以上試驗(yàn)在溫室自然溫、光條件下進(jìn)行，所用水均為去離子水。

1.2 植物(茶樹)干重的測定

不同部位植株干重：待茶樹植株收獲后，用自來水沖洗干凈，然后分為地上和地下部分，每個處理6個重復(fù)，將鮮樣先在105℃下處理30 min，再在80(C下烘48 h至恒重，然而對各部分植株重量進(jìn)行測定。

1.3 葉片各元素含量的測定

氟含量測定參照《GB/T 5009.18-2003食品中氟的測定》：氟離子選擇電極法；總氮采用凱氏定氮法，總磷采用釩鉬磷酸比色法，葉片鉀的檢測按照火焰光度法[7]。鈣、鎂元素含量的測定采用原子分光光度法[8]。

BT51.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)結(jié)果采用DPS 7.5版本進(jìn)行統(tǒng)計分析(LSD法，P<0.05)；利用SigmaPlot 10.0軟件進(jìn)行做圖分析。所有分析試驗(yàn)均重復(fù)6次(不同盆中一株植株為一個重復(fù))，取6次的平均值數(shù)據(jù)后進(jìn)行作圖分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 氟對茶樹幼苗生長的影響

由圖1(A-C)可知，隨著供氟濃度的增加，茶樹葉片、莖干重均顯著降低；根系干重在較低濃度氟處理下(100 mg·L-1、200 mg·L-1)差異不顯著，其他各處理差異達(dá)顯著水平；根冠比隨著供氟濃度的增加總體表現(xiàn)先略微降低而后上升的變化趨勢，在供氟濃為600 mg·L-1時增加顯著(圖1-D)。

2.2 氟對茶樹幼苗不同部位氟含量的影響

由圖2可知，隨著氟處理濃度的增大，茶樹的根、莖、葉片的氟含量均持續(xù)上升，氟處理濃度在600 mg·L-1時增加明顯(圖2A-C)。茶樹的葉部氟累積明顯，本研究中葉位的氟含量平均值106.3～237.4 mg·g-1(圖2-A)；根、莖部在氟處理濃度達(dá)到600 mg·L-1時累積明顯。根部含氟量各處理平均值8.5～42.7 mg·g-1，莖部氟含量各處理平均值12.3～45.4 mg·g-1。

2.3 氟對茶樹幼苗不同部位總氮、總磷和鉀含量的影響

圖3可知，葉位和莖部總氮含量隨著氟濃度的增加有上升趨勢；根部氮含量隨著氟處理濃度增加，有降低趨勢，但各處理間均未達(dá)顯著水平。

圖4可知，葉部、莖部和根部的磷含量在氟處理濃度達(dá)到600 mg·L-1時顯著降低。

圖1 氟對茶樹生物量及根冠比的影響Fig.1 Effects of F-stress on biomass and root/shoot ratio of seedlings

圖2 氟對茶樹各部位氟含量的影響Fig.2 Effects of F-stress on F content in parts of seedlings

圖5可知，葉位鉀含量隨著氟濃度的增加有上升趨勢，處理間均未達(dá)顯著水平；莖、根鉀含量隨著氟處理濃度增加而降低，當(dāng)氟處理濃度達(dá)到200 mg·L-1以上時明顯下降。

2.4 氟對茶樹幼苗不同部位鈣和鎂含量的影響

如圖6所示，鈣含量在茶樹葉位含量最高，其次是莖部和根部；在茶樹葉位隨著氟濃度的增加逐漸降低，在氟處理濃度達(dá)到600 mg·L-1時顯著降低；莖部和根部鈣含量均隨著氟濃度增加變化不顯著。葉位鎂含量在氟處理濃度為200 mg·L-1時有上升，但處理間無差異；莖部鎂含量隨著氟濃度的增加有下降趨勢，處理間不顯著；根部鎂含量在高氟濃度(600 mg·L-1)處理時顯著降低(圖7)。

2.5 茶樹幼苗葉、莖和根氟含量與各元素含量相關(guān)性分析

葉片氟含量與葉片總N含量均呈正相線性相關(guān)(圖8)，葉片總N均隨著葉片氟含量的增加而增加[Y(N)=0.0179X+28.5509，R2=0.6662]。葉片氟含量與葉片鈣含量呈副的線性相關(guān)[Y(Ca)=-0.0029X+1.9852，R2=0.9864]。

莖部氟含量與氮含量呈正的線性相關(guān)(0.9952)；與莖部鎂、磷、鉀均呈負(fù)的線性相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.9471、-0.9237和-0.6518；根部氟含量與根部鈣含量呈高度負(fù)相關(guān)(-0.9588)。

圖3 氟對茶樹各部位氮含量的影響Fig.3 Effects of F-stress on total N in parts of seedlings

圖4 氟對茶樹各部位磷含量的影響Fig.4 Effects of F-stress on total P in parts of seedlings

圖5 氟對茶樹各部位鉀含量的影響Fig.5 Effects of F-stress on K content in parts of seedlings

圖6 氟對茶樹幼苗根、莖、葉等不同部位Ca元素含量的影響Fig.6 Effects of F-stress on Ca contents in parts of seedlings

3 討論

茶樹中的氟一直以來是學(xué)者研究的熱點(diǎn)。氟不是茶樹生長的必需元素，但能對茶樹產(chǎn)生重要影響。已有研究表明，低濃度的氟對茶樹生長具有一定的促進(jìn)作用，而較高濃度的氟會影響茶樹自身品質(zhì)成分的代謝，如茶多酚和氨基酸等，進(jìn)而影響茶葉品質(zhì)[9-10]，還會抑制茶樹花粉萌發(fā)和花粉管伸長[12]，降低茶樹葉片的光合作用等[11]。本研究在低濃度氟處理下(100 mg·L-1)，根冠比降低，說明較低濃度氟對茶樹生長的確具有一定的促進(jìn)作用，這也與李瓊[9等人的研究結(jié)果一致。而后隨著氟處理濃度的增加，茶樹葉片、莖干重均顯著降低。根冠比增加，茶樹幼苗受到脅迫進(jìn)而影響其生長。金屬元素鉀、鈣、鎂等既是植物生長的必需元素，也是人體所需的營養(yǎng)元素。研究葉片中這些營養(yǎng)物質(zhì)在氟處理?xiàng)l件下含量的變化，有助于揭示氟對茶樹茶葉品質(zhì)的影響。前期張偉等[13]發(fā)現(xiàn)茶樹在氟處理下，除了鐵和錳元素含量上升外，其他5種元素如銅、鋅、鈣、鉀、鎂等均有不同程度的下降；王麗霞等[14]水培試驗(yàn)研究表明，隨著氟處理濃度的增加，茶樹葉片的K、Mg、Fe、Zn的含量顯著降低，而Ca含量顯著增加；李春雷等[10]研究發(fā)現(xiàn)，金屬元素Ca、K、Cu、Zn的含量顯著下降，Mn的含量顯著升高，F(xiàn)e的含量先升高后降低，Mg先降后升，但各處理間差異不顯著；可見，氟對茶樹各種元素吸收大多具有消極的影響。在本研究中，葉片鈣含量隨著葉部的氟濃度的增加逐漸降低，在氟處理濃度達(dá)到600 mg·L-1時顯著降低，這與以上部分前人研究結(jié)果一致，而葉片鉀含量與前人研究結(jié)果有差異，即隨著氟濃度的增加葉片鉀含量并未降低，而莖部和根的鉀含量，在氟濃度達(dá)到200 mg·L-1時均顯著降低。分析原因，可能是在茶苗根部周邊的不同離子的吸附平衡有關(guān)，或者是其他元素產(chǎn)生拮抗作用相關(guān)。

圖7 氟對茶樹幼苗根、莖、葉等不同部位Mg元素含量的影響Fig.7 Effects of F-stress on Mg contents in parts of seedlings

圖8 葉片氟含量與葉片總氮、鈣含量的相關(guān)性Fig.8 Correlation between F, N and Ca contents in leaves of seedlings

表1 茶樹各部位氟含量與各元素相關(guān)性分析

除了氟元素外，施用不同濃度、不同種類的營養(yǎng)元素會使茶樹各器官對其他各元素吸收具有一定的影響：如在土壤中添加Al能促進(jìn)茶樹根、莖和葉對Cu的積累和吸收[15]。茶樹葉面噴施銅會影響磷、鐵、鋅的吸收，但能提高錳、鉀、鈣、鎂和鈉的濃度[16]。在未施鉀時，茶樹葉片鈣及錳的含量顯著高于莖部和根部，鎂、銅、鋅的含量均在根部最高[17]；此外，有學(xué)者對茶樹幼苗進(jìn)行不同P濃度處理，發(fā)現(xiàn)各供P處理葉片中Ca含量最高，其次是莖，根最低[18]；在本研究中，高濃度的氟會顯著降低根部磷、鉀和鎂元素的含量，同時會顯著降低葉位鈣元素含量。氟對葉部和莖部氮含量的提高具有一定的促進(jìn)作用，但各處理未達(dá)顯著水平。相關(guān)性分析表明，隨著茶樹根、莖和葉各部位氟含量的增加，總體上降低茶樹對其他各元素的吸收量。

茶樹(CamelliasinensisL.)是一種超累積氟元素，又同時會富集大量鋁元素的重要葉用經(jīng)濟(jì)作物。研究表明氟具有高度的生物活性，與鋁元素會形成較穩(wěn)定鋁-氟絡(luò)合物，可以有效降低氟的生物毒性[19]。因此開展鋁對茶樹富集氟吸收的影響及氟與其他金屬離子如鎂、鈣等的絡(luò)合機(jī)制等的研究，對闡明茶樹對氟的富集機(jī)理及調(diào)控茶樹中的氟吸收等方面的研究都有重要意義。