不同茶树种质间氟铝元素积累特性的研究

王琼琼 薛志慧 陈志丹 孙威江

摘 要 茶树是一种富集F和Al元素的山茶科山茶属植物。以安溪和武夷山两个不同的自然环境条件下的闽南茶树种质为材料，采摘其春季、夏季、秋季的一芽三叶鲜叶，分别测定F、Al元素含量，采用spss19.0进行统计分析和聚类分析。研究发现，不同的茶树种质对F、Al元素分别有着不同程度的富集，同一制度对F、Al元素的共同富集呈极显著相关关系。不同茶树种质间F和Al在不同季节、不同生境条件下均差异显著，低富集F、Al元素的种质也能保持相对稳定遗传的积累特性，在季节间亦存在一定的吸收规律。从中分别筛选出了高、中、低3种不同程度富集F的茶树品种分别为4、14、37个，富集Al的分别为4、22、29个，其中共同低富集吸收F、Al的品种如T13、T14、杏仁茶等。为后续的筛选鉴定低吸收F、Al茶树品种，为生产上种植采摘加工茶叶选择原料时提供参考依据。

关键词 茶树；品种；鲜叶；氟元素；铝元素；积累特性

中图分类号 S375.1 文献标识码 A

Abstract Tea（Camellia sinensis）belongs to the genus Camellia which can accumulate fluoride（F）and aluminum（Al）elements. In this paper we collected a bud and three leaves of the tea varieties Anxi and Wuyishan in Spring， Summer， Autumn as the materials under two different natural environmental conditions to analyze the F and Al element content. It showed that the F and Al contents of different tea varieties of different habitat conditions in different seasons changed significantly， and the accumulation of the elements was positively related. 4， 14 and 37 varieties with high， medium and low F accuumulation ability， 4， 22 and 29 varieties with high， medium and low Al accuumulation ability were identified. The varieties such as‘T13，‘T14，‘Xingrencha had the capability of low accumulation both F and Al. The study could provide a reference for screening of low Al and F， tea cultivars and best material when processing tea.

Key words Tea plant；Cultivar；Fresh leaves；Fluoride；Aluminum；Accumulation

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2016.05.003

茶树[Camellia sinensis（L.）O.Kuntze]富含多种矿质元素，对茶树的生长发育以及茶叶的品质，营养价值等都具有重要意义。茶树中F、Al元素主要来源于土壤，土壤中F、Al含量、土壤 pH 、原料的生长成熟度[1]等对茶树吸收F、Al元素密切相关。茶树体内的F主要集中在叶片的细胞质组分中，占到全株F含量的93%以上；在茶树根和叶片细胞中Al主要存在于细胞壁中[2]，老叶中F、Al含量比普通植物高2～3个数量级。摄入过量的F、Al对人体则有害，我国许多少数民族聚居区发现程度不同的地方性饮茶型F中毒病例[3]，研究也表明摄入过量的Al会使骨骼和神经系统慢性中毒等[4]，F、Al的联合作用对人体健康的影响更为严重，不同浓度水平的F、Al对茶叶品质成分也有一定影响[5-6]。

针对F、Al元素在不同茶树种质间的富集差异情况，已有研究对福建[7]、云南[8]、贵州[9]等地的茶树种质进行了筛选，结果显示不同茶树种质间F含量存在显著差异，根据其含量差异分别筛选出了低F吸收和高F吸收的茶树品种。茶树中Al含量也受品种遗传因素的控制[10]。目前有关茶树F和Al元素在不同季节和生境间积累差异性的研究还未看到，茶树种质间F、Al元素的共吸收特性也较少见有文献报道。

本实验以不同茶树种质为研究对象，测定其F、Al元素含量，分析差异显著性以及在茶树体内的吸收富集情况，结合聚类分析筛选出一系列F、Al低吸收和高吸收的优异茶树品种，在此基础上尝试对茶树体内F、Al吸收的季节性变化规律和不同生境下的相对稳定性进行分析总结，为进一步鉴定选育出符合质量安全的、具有特异性的茶树种质资源提供材料，也有助于从种质间差异的角度开展研究从而进一步揭示茶树富集F、Al元素的规律。

1 材料与方法

1.1 材料

供试茶树样本（表1）采自福建省安溪茶叶研究所茶树种质资源圃和武夷山武夷星茶业有限公司的闽台茶树种质资源圃，分别于2013年秋季和2014年春季、夏季，采集每个茶树种质的一芽三叶鲜叶样品200 g，固样后保存待用。包含不同种质，不同生境，不同季节的茶树样品，具体可分为以下：（1）用于分析不同茶树种质间F、Al元素含量差异，高、中、低富集吸收F、Al元素品种筛选的样品：具有代表性的春季55个和秋季55个种质的样品；（2）用于分析土壤F、Al含量背景值和土壤的均一性的样品：福建省安溪茶叶研究所茶树种质资源圃5个和武夷山武夷星茶业有限公司的闽台茶树种质资源圃5个；（3）用于分析不同季节茶树品种间（系）的F、Al含量的样品：具有代表性的茶叶样品总计39个，其中春季，夏季，秋季各13个种质，均采自福建省安溪茶叶研究所茶树种质资源圃；（4）用于分析不同生境茶树种质间的F、Al含量的样品：来自于安溪的茶叶样品10个，武夷山的10个，且品种一致，季节一致。

1.2 方法

1.2.1 样品的制备 茶树样品采集：鲜叶采后迅速置于烘箱中120 ℃烘3～5 min，再降温至103 ℃烘至足干，粉碎过40目筛密封保存待检。土壤样品采集：基于随机性和分布均匀性的取样方法，在采样茶园选择有代表性的5个采样点，先用小土铲清除表层约3 cm的土壤，再挖掘剖面，根据土壤发生层次由上而下的沿剖面取3～40 cm深处土壤样，土样自然风干后于烘箱120 ℃烘至足干，磨碎过40目筛，密封保存备用。

1.2.2 样品中F、Al含量测定方法 F：用F离子选择电极法测定样品的F含量，参照《GB/T5009.18-2003食品中F的测定标准方法》。Al：采用电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS），参照《GB/T23374-2009食品中Al的测定标准方法》。

1.2.3 F、Al生物富集系数的测定 生物富集系数BCF（biological concentration factor）[11]，是指用来评价植物将矿质元素从地下向地上的运输和富集能力，富集系数越大，矿质元素从根系向地上器官转运的能力越强。

1.3 数据处理与分析

应用SPSS19.0软件，采用Pearson相关性分析、多重比较LSD分析，根据欧氏距离，利用Furthest neighbor法对样品中的F、Al含量进行聚类分析[12]。

2 结果与分析

2.1 取样点土壤中的F、Al含量

经测定，安溪5个取样点土壤中F和Al含量范围分别为22.40～30.10 和60 100～72 400 mg/kg，平均分别为（26.70±0.34）和（68 100±495）mg/kg（表2），可以看出同一生境5个土样的水溶性F含量和Al含量差异不显著，品种园土壤中比较均一，F和Al含量较为稳定。武夷山5个取样点土壤中F含量和Al含量范围分别为17.2～28.5和39 200～50 300 mg/kg，平均分别为（25.80±0.61）mg/kg和（47 900±500）mg/kg，同样的武夷山品种园土壤中F、Al含量较均一。

两地总体相比较而言，和安溪相比，武夷山F元素的土壤背景均值比较接近，分别为（26.70±0.34）和（25.80±0.61）mg/kg，没有显著差异， Al元素的土壤背景值表现为安溪[（68 100±495）mg/kg]显著高于武夷山[（47 900±500）mg/kg]，是武夷山的1.4倍。

2.2 不同茶树种质对F、Al元素的总体富集情况

对各茶树种质样品中F元素含量分析研究表明（表3），茶树鲜叶中F元素含量存在显著的品种差异，F含量范围为69～299 mg/kg，最高值是最低值4.3倍水平，样品总体含量均符合正态分布。武夷山取样点F含量为（118.27±25.04）mg/kg，显著低于安溪（194.84±46.23）mg/kg，富集系数武夷山（458.41%）也低于安溪（729.74%）；其中春季和夏季的富集系数约700%，表明茶树能富集约7倍于土壤含量的F元素到其新梢叶片中，是一种超富集F的植物。

茶树样品中Al元素含量存在种质间差异，Al含量范围为420～960 mg/kg，最高值是最低值2.3倍，所有样品总体含量均符合正态分布。Al含量在武夷山样品[（645.45±156.55）mg/kg]和安溪样品[（666.07±122.88）mg/kg]间差异不显著，武夷山样本茶树对Al的富集能力（1.35%）比安溪（0.98%）强。虽然茶树吸收富集稀土和Al的能力相对F元素弱，吸收量不及茶园土壤中Al含量的1%，Al元素在茶树体内平均含量达到了660 mg/kg，高于其他作物。

2.3 不同生境、不同季节茶树的F、Al含量比较分析

2.3.1 不同季节下同一茶树种质的F、Al含量比较分析 茶叶的采摘有较强的季节性，不同季节茶树吸收转运土壤中养分和毒性元素的能力也存在差异。由表3可知，3个季节的茶树种质的F含量之间和Al含量之间均存在着极显著的差异（p<0.01），不同季节之间也表现出显著的差异。

对茶树种质富集F、Al元素的季节性规律分析显示（图1、2），不同茶树种质间吸收富集F元素能力的季节差异表现为，70%的供试茶树种质春季吸收富集F的能力高于夏、秋季，有100%的茶树种质富集F能力表现为夏季高于秋季。即在不同茶树种质吸收富集F元素能力的季节差异表现为春季>夏季>秋季，这可能与茶树经过一个冬天的孕育、积累，对F元素有超富集效应；Al元素的富集季节性则与F相反，Al元素在春季被茶树吸收转运的量最低，70%的供试种质春季样品Al含量显著低于夏、秋季，61.5%的供试种质表现为秋季Al含量高于夏季，不同季节茶树对Al元素的吸收转运能力差异表现为：秋季>夏季>春季。

2.3.2 不同生境条件下同一茶树种质的F、Al含量比较分析 基于F、Al含量的差异分析，安溪F元素含量（206 mg/kg）显著高于武夷山（118 mg/kg），Al元素则相反（表4）。综合安溪、武夷山的种质筛选结果，武夷山取样点的10份茶树种质中，佛手、桃仁、奇兰、铁观音为较高富集F、Al元素的种质，T13、T14、杏仁茶3份茶树种质为低富集F、Al元素种质，F含量均低于150 mg/kg，Al含量低于550 mg/kg，且在不同季节间2个元素低吸收F、Al含量的性质也相对比较稳定。

2.3.3 不同茶树品种的F、Al含量相关性分析 表5可见，不同季节（春季和秋季）的样品间F和Al含量具有显著相关性（p<0.05），夏季和春季、秋季样品间Al含量则相关性不显著。生态环境不同的安溪和武夷两个取样产区的样品之间的Al含量具有相关性，F含量则无显著相关，推测茶树在不同生境条件下对Al元素的吸收较F元素更加稳定。

在生态环境条件、季节和种质均不同的样品间，F元素和Al元素含量的线性相关关系达到了极显著水平，相关系数约为0.66，这可能与茶树F、Al的吸收模式的特殊性有关。有研究表明茶树F的累积是以F/Al络合形态存在[13]，F可能与Al等金属元素、细胞壁中淀粉酶和蛋白质生物大分子等以特定的比例络合形式存在[14]，再吸收运转到叶片特别是成熟叶片中。彭传燚[15]研究发现，F在茶树叶片近轴面主要以AlF3存在，可能存在少量的MgF2或者CaF2。

2.4 茶树种质间的F、Al含量的聚类分析

春季和秋季供试样品的平均F含量的分布范围在103～233 mg/kg之间，供试茶样中，F含量最高的种质是T27（233 mg/kg），T41含量最低（103 mg/kg）。基于F含量的差异应用SPSS19.0软件的组间平均联结法对在安溪采集的55份茶树种质进行聚类分析，可将供试茶树分成3个类群（聚类图见图3）。第一类的主要包括集群1里面的一些种质，属于低积累、低富集F元素的茶树类型，总包含37个茶树种质，集群2为中度积累F元素的茶树种质，总14个，还筛选到4个高积累F元素的茶树种质，包含在集群3中。

供试茶树Al含量分布范围为445～920 mg/kg，平均值633 mg/kg，其中水仙最高（920 mg/kg）；T11、毛蟹、水仙、T43 这4个品种的Al含量均在750 mg/kg以上；以杏仁茶Al含量最低（445 mg/kg）。同样基于Al元素平均含量的差异，对春季和秋季茶树样本进行聚类分析，可将安溪采集55份茶树种质划分为3个类群。由聚类图图4可知，毛蟹、黄旦、水仙、T43是第3集群，属于超积累Al的茶树品种，集群1里面包括的29个种质为低积累、低富集Al的茶树类型，集群2为中度积累Al元素的茶树种质，总22个。

3 讨论

3.1 不同茶树种质间F和Al含量

本研究测定的闽南茶树种质间的一芽三叶样品F含量范围为105～258 mg/kg，最高值是最低值的约2.5倍，跟前人研究结果相比，略小于贵州茶树种质间F含量最高值（黔湄809，521.48 mg/kg）比最低值（名山213，106.98 mg/kg）的4.87倍[9]，本实验结果和杨阳[16]对湖南省的茶树品种含F量的结果相似，品种之间含F量（331.0～972.3 mg/kg），高低差异接近3倍。最高、最低值均低于贵州和湖南的测试结果，这与取样标准有一定关系。本研究选取的闽南茶树种质样本Al含量范围为420～960 mg/kg，最高含量约为最低含量的2.3倍，有关Al元素在不同茶树种质间差异的研究目前还鲜有报道。

本研究的55个茶树种质生长于同一生境，且经测定土壤中F、Al含量较为稳定，管理一致且试样的采摘标准一致，均为一芽三叶样，因此可以表明茶树种质间对F和Al的富集能力的不同由遗传差异所决定，茶树F、Al吸收转运及代谢相关的一些基因有关。茶树品种间对F、Al富集能力相关的功能基因的差异可能不仅存在于个体间，还可能在不同组织器官间存在差异，与叶质、细胞组织的排列不同有关。而植物对重金属等有毒元素的抗性可以通过将其转变为不具生物活性的形态存在于植物体内[17]，茶树品种间Al含量差异也可能与此有关。

3.2 F、Al含量的季节性变化规律

本研究中不同季节的茶树品种间Al含量具有相关性。本研究中对安溪县茶树品种园内的同样成熟度的春、夏和秋季的茶树种质间F、Al含量研究发现，茶树种质间吸收富集F元素能力的季节差异表现为春季>夏季>秋季，而Al元素富集的季节性则与F相反，表现为：秋季>夏季>春季。沙济琴等[18]测定黄棪茶青F含量，表示F含量在夏、暑季含量较高，其次是秋茶，春茶最低，认为这种现象产生的原因可能是茶叶中F的含量除与茶园生态环境因素密切相关外，生态环境的影响显著。但其仅仅以单一品种做比较，结果可能存在一定误差。学者刘超[19]对浙江同一产地、同一等级不同季节的茶叶含F量测定结果也表明，春茶最高，夏秋茶次之。他们认为夏秋季气温高，茶叶生长快，F的累积少；同时夏季降水多，降低叶片中的F含量。这和本研究中结论一致。

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