王瓊瓊 薛志慧 陳志丹 孫威江

摘 要 茶樹(shù)是一種富集F和Al元素的山茶科山茶屬植物。以安溪和武夷山兩個(gè)不同的自然環(huán)境條件下的閩南茶樹(shù)種質(zhì)為材料，采摘其春季、夏季、秋季的一芽三葉鮮葉，分別測(cè)定F、Al元素含量，采用spss19.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和聚類分析。研究發(fā)現(xiàn)，不同的茶樹(shù)種質(zhì)對(duì)F、Al元素分別有著不同程度的富集，同一制度對(duì)F、Al元素的共同富集呈極顯著相關(guān)關(guān)系。不同茶樹(shù)種質(zhì)間F和Al在不同季節(jié)、不同生境條件下均差異顯著，低富集F、Al元素的種質(zhì)也能保持相對(duì)穩(wěn)定遺傳的積累特性，在季節(jié)間亦存在一定的吸收規(guī)律。從中分別篩選出了高、中、低3種不同程度富集F的茶樹(shù)品種分別為4、14、37個(gè)，富集Al的分別為4、22、29個(gè)，其中共同低富集吸收F、Al的品種如T13、T14、杏仁茶等。為后續(xù)的篩選鑒定低吸收F、Al茶樹(shù)品種，為生產(chǎn)上種植采摘加工茶葉選擇原料時(shí)提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞 茶樹(shù)；品種；鮮葉；氟元素；鋁元素；積累特性

中圖分類號(hào) S375.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 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

茶樹(shù)[Camellia sinensis（L.）O.Kuntze]富含多種礦質(zhì)元素，對(duì)茶樹(shù)的生長(zhǎng)發(fā)育以及茶葉的品質(zhì)，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值等都具有重要意義。茶樹(shù)中F、Al元素主要來(lái)源于土壤，土壤中F、Al含量、土壤 pH 、原料的生長(zhǎng)成熟度[1]等對(duì)茶樹(shù)吸收F、Al元素密切相關(guān)。茶樹(shù)體內(nèi)的F主要集中在葉片的細(xì)胞質(zhì)組分中，占到全株F含量的93%以上；在茶樹(shù)根和葉片細(xì)胞中Al主要存在于細(xì)胞壁中[2]，老葉中F、Al含量比普通植物高2～3個(gè)數(shù)量級(jí)。攝入過(guò)量的F、Al對(duì)人體則有害，我國(guó)許多少數(shù)民族聚居區(qū)發(fā)現(xiàn)程度不同的地方性飲茶型F中毒病例[3]，研究也表明攝入過(guò)量的Al會(huì)使骨骼和神經(jīng)系統(tǒng)慢性中毒等[4]，F(xiàn)、Al的聯(lián)合作用對(duì)人體健康的影響更為嚴(yán)重，不同濃度水平的F、Al對(duì)茶葉品質(zhì)成分也有一定影響[5-6]。

針對(duì)F、Al元素在不同茶樹(shù)種質(zhì)間的富集差異情況，已有研究對(duì)福建[7]、云南[8]、貴州[9]等地的茶樹(shù)種質(zhì)進(jìn)行了篩選，結(jié)果顯示不同茶樹(shù)種質(zhì)間F含量存在顯著差異，根據(jù)其含量差異分別篩選出了低F吸收和高F吸收的茶樹(shù)品種。茶樹(shù)中Al含量也受品種遺傳因素的控制[10]。目前有關(guān)茶樹(shù)F和Al元素在不同季節(jié)和生境間積累差異性的研究還未看到，茶樹(shù)種質(zhì)間F、Al元素的共吸收特性也較少見(jiàn)有文獻(xiàn)報(bào)道。

本實(shí)驗(yàn)以不同茶樹(shù)種質(zhì)為研究對(duì)象，測(cè)定其F、Al元素含量，分析差異顯著性以及在茶樹(shù)體內(nèi)的吸收富集情況，結(jié)合聚類分析篩選出一系列F、Al低吸收和高吸收的優(yōu)異茶樹(shù)品種，在此基礎(chǔ)上嘗試對(duì)茶樹(shù)體內(nèi)F、Al吸收的季節(jié)性變化規(guī)律和不同生境下的相對(duì)穩(wěn)定性進(jìn)行分析總結(jié)，為進(jìn)一步鑒定選育出符合質(zhì)量安全的、具有特異性的茶樹(shù)種質(zhì)資源提供材料，也有助于從種質(zhì)間差異的角度開(kāi)展研究從而進(jìn)一步揭示茶樹(shù)富集F、Al元素的規(guī)律。

1 材料與方法

1.1 材料

供試茶樹(shù)樣本（表1）采自福建省安溪茶葉研究所茶樹(shù)種質(zhì)資源圃和武夷山武夷星茶業(yè)有限公司的閩臺(tái)茶樹(shù)種質(zhì)資源圃，分別于2013年秋季和2014年春季、夏季，采集每個(gè)茶樹(shù)種質(zhì)的一芽三葉鮮葉樣品200 g，固樣后保存待用。包含不同種質(zhì)，不同生境，不同季節(jié)的茶樹(shù)樣品，具體可分為以下：（1）用于分析不同茶樹(shù)種質(zhì)間F、Al元素含量差異，高、中、低富集吸收F、Al元素品種篩選的樣品：具有代表性的春季55個(gè)和秋季55個(gè)種質(zhì)的樣品；（2）用于分析土壤F、Al含量背景值和土壤的均一性的樣品：福建省安溪茶葉研究所茶樹(shù)種質(zhì)資源圃5個(gè)和武夷山武夷星茶業(yè)有限公司的閩臺(tái)茶樹(shù)種質(zhì)資源圃5個(gè)；（3）用于分析不同季節(jié)茶樹(shù)品種間（系）的F、Al含量的樣品：具有代表性的茶葉樣品總計(jì)39個(gè)，其中春季，夏季，秋季各13個(gè)種質(zhì)，均采自福建省安溪茶葉研究所茶樹(shù)種質(zhì)資源圃；（4）用于分析不同生境茶樹(shù)種質(zhì)間的F、Al含量的樣品：來(lái)自于安溪的茶葉樣品10個(gè)，武夷山的10個(gè)，且品種一致，季節(jié)一致。

1.2 方法

1.2.1 樣品的制備 茶樹(shù)樣品采集：鮮葉采后迅速置于烘箱中120 ℃烘3～5 min，再降溫至103 ℃烘至足干，粉碎過(guò)40目篩密封保存待檢。土壤樣品采集：基于隨機(jī)性和分布均勻性的取樣方法，在采樣茶園選擇有代表性的5個(gè)采樣點(diǎn)，先用小土鏟清除表層約3 cm的土壤，再挖掘剖面，根據(jù)土壤發(fā)生層次由上而下的沿剖面取3～40 cm深處土壤樣，土樣自然風(fēng)干后于烘箱120 ℃烘至足干，磨碎過(guò)40目篩，密封保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2.2 樣品中F、Al含量測(cè)定方法 F：用F離子選擇電極法測(cè)定樣品的F含量，參照《GB/T5009.18-2003食品中F的測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)方法》。Al：采用電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS），參照《GB/T23374-2009食品中Al的測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)方法》。

1.2.3 F、Al生物富集系數(shù)的測(cè)定 生物富集系數(shù)BCF（biological concentration factor）[11]，是指用來(lái)評(píng)價(jià)植物將礦質(zhì)元素從地下向地上的運(yùn)輸和富集能力，富集系數(shù)越大，礦質(zhì)元素從根系向地上器官轉(zhuǎn)運(yùn)的能力越強(qiáng)。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

應(yīng)用SPSS19.0軟件，采用Pearson相關(guān)性分析、多重比較LSD分析，根據(jù)歐氏距離，利用Furthest neighbor法對(duì)樣品中的F、Al含量進(jìn)行聚類分析[12]。

2 結(jié)果與分析

2.1 取樣點(diǎn)土壤中的F、Al含量

經(jīng)測(cè)定，安溪5個(gè)取樣點(diǎn)土壤中F和Al含量范圍分別為22.40～30.10 和60 100～72 400 mg/kg，平均分別為（26.70±0.34）和（68 100±495）mg/kg（表2），可以看出同一生境5個(gè)土樣的水溶性F含量和Al含量差異不顯著，品種園土壤中比較均一，F(xiàn)和Al含量較為穩(wěn)定。武夷山5個(gè)取樣點(diǎn)土壤中F含量和Al含量范圍分別為17.2～28.5和39 200～50 300 mg/kg，平均分別為（25.80±0.61）mg/kg和（47 900±500）mg/kg，同樣的武夷山品種園土壤中F、Al含量較均一。

兩地總體相比較而言，和安溪相比，武夷山F元素的土壤背景均值比較接近，分別為（26.70±0.34）和（25.80±0.61）mg/kg，沒(méi)有顯著差異， Al元素的土壤背景值表現(xiàn)為安溪[（68 100±495）mg/kg]顯著高于武夷山[（47 900±500）mg/kg]，是武夷山的1.4倍。

2.2 不同茶樹(shù)種質(zhì)對(duì)F、Al元素的總體富集情況

對(duì)各茶樹(shù)種質(zhì)樣品中F元素含量分析研究表明（表3），茶樹(shù)鮮葉中F元素含量存在顯著的品種差異，F(xiàn)含量范圍為69～299 mg/kg，最高值是最低值4.3倍水平，樣品總體含量均符合正態(tài)分布。武夷山取樣點(diǎn)F含量為（118.27±25.04）mg/kg，顯著低于安溪（194.84±46.23）mg/kg，富集系數(shù)武夷山（458.41%）也低于安溪（729.74%）；其中春季和夏季的富集系數(shù)約700%，表明茶樹(shù)能富集約7倍于土壤含量的F元素到其新梢葉片中，是一種超富集F的植物。

茶樹(shù)樣品中Al元素含量存在種質(zhì)間差異，Al含量范圍為420～960 mg/kg，最高值是最低值2.3倍，所有樣品總體含量均符合正態(tài)分布。Al含量在武夷山樣品[（645.45±156.55）mg/kg]和安溪樣品[（666.07±122.88）mg/kg]間差異不顯著，武夷山樣本茶樹(shù)對(duì)Al的富集能力（1.35%）比安溪（0.98%）強(qiáng)。雖然茶樹(shù)吸收富集稀土和Al的能力相對(duì)F元素弱，吸收量不及茶園土壤中Al含量的1%，Al元素在茶樹(shù)體內(nèi)平均含量達(dá)到了660 mg/kg，高于其他作物。

2.3 不同生境、不同季節(jié)茶樹(shù)的F、Al含量比較分析

2.3.1 不同季節(jié)下同一茶樹(shù)種質(zhì)的F、Al含量比較分析 茶葉的采摘有較強(qiáng)的季節(jié)性，不同季節(jié)茶樹(shù)吸收轉(zhuǎn)運(yùn)土壤中養(yǎng)分和毒性元素的能力也存在差異。由表3可知，3個(gè)季節(jié)的茶樹(shù)種質(zhì)的F含量之間和Al含量之間均存在著極顯著的差異（p<0.01），不同季節(jié)之間也表現(xiàn)出顯著的差異。

對(duì)茶樹(shù)種質(zhì)富集F、Al元素的季節(jié)性規(guī)律分析顯示（圖1、2），不同茶樹(shù)種質(zhì)間吸收富集F元素能力的季節(jié)差異表現(xiàn)為，70%的供試茶樹(shù)種質(zhì)春季吸收富集F的能力高于夏、秋季，有100%的茶樹(shù)種質(zhì)富集F能力表現(xiàn)為夏季高于秋季。即在不同茶樹(shù)種質(zhì)吸收富集F元素能力的季節(jié)差異表現(xiàn)為春季>夏季>秋季，這可能與茶樹(shù)經(jīng)過(guò)一個(gè)冬天的孕育、積累，對(duì)F元素有超富集效應(yīng)；Al元素的富集季節(jié)性則與F相反，Al元素在春季被茶樹(shù)吸收轉(zhuǎn)運(yùn)的量最低，70%的供試種質(zhì)春季樣品Al含量顯著低于夏、秋季，61.5%的供試種質(zhì)表現(xiàn)為秋季Al含量高于夏季，不同季節(jié)茶樹(shù)對(duì)Al元素的吸收轉(zhuǎn)運(yùn)能力差異表現(xiàn)為：秋季>夏季>春季。

2.3.2 不同生境條件下同一茶樹(shù)種質(zhì)的F、Al含量比較分析 基于F、Al含量的差異分析，安溪F元素含量（206 mg/kg）顯著高于武夷山（118 mg/kg），Al元素則相反（表4）。綜合安溪、武夷山的種質(zhì)篩選結(jié)果，武夷山取樣點(diǎn)的10份茶樹(shù)種質(zhì)中，佛手、桃仁、奇蘭、鐵觀音為較高富集F、Al元素的種質(zhì)，T13、T14、杏仁茶3份茶樹(shù)種質(zhì)為低富集F、Al元素種質(zhì)，F(xiàn)含量均低于150 mg/kg，Al含量低于550 mg/kg，且在不同季節(jié)間2個(gè)元素低吸收F、Al含量的性質(zhì)也相對(duì)比較穩(wěn)定。

2.3.3 不同茶樹(shù)品種的F、Al含量相關(guān)性分析 表5可見(jiàn)，不同季節(jié)（春季和秋季）的樣品間F和Al含量具有顯著相關(guān)性（p<0.05），夏季和春季、秋季樣品間Al含量則相關(guān)性不顯著。生態(tài)環(huán)境不同的安溪和武夷兩個(gè)取樣產(chǎn)區(qū)的樣品之間的Al含量具有相關(guān)性，F(xiàn)含量則無(wú)顯著相關(guān)，推測(cè)茶樹(shù)在不同生境條件下對(duì)Al元素的吸收較F元素更加穩(wěn)定。

在生態(tài)環(huán)境條件、季節(jié)和種質(zhì)均不同的樣品間，F(xiàn)元素和Al元素含量的線性相關(guān)關(guān)系達(dá)到了極顯著水平，相關(guān)系數(shù)約為0.66，這可能與茶樹(shù)F、Al的吸收模式的特殊性有關(guān)。有研究表明茶樹(shù)F的累積是以F/Al絡(luò)合形態(tài)存在[13]，F(xiàn)可能與Al等金屬元素、細(xì)胞壁中淀粉酶和蛋白質(zhì)生物大分子等以特定的比例絡(luò)合形式存在[14]，再吸收運(yùn)轉(zhuǎn)到葉片特別是成熟葉片中。彭傳燚[15]研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)在茶樹(shù)葉片近軸面主要以AlF3存在，可能存在少量的MgF2或者CaF2。

2.4 茶樹(shù)種質(zhì)間的F、Al含量的聚類分析

春季和秋季供試樣品的平均F含量的分布范圍在103～233 mg/kg之間，供試茶樣中，F(xiàn)含量最高的種質(zhì)是T27（233 mg/kg），T41含量最低（103 mg/kg）?；贔含量的差異應(yīng)用SPSS19.0軟件的組間平均聯(lián)結(jié)法對(duì)在安溪采集的55份茶樹(shù)種質(zhì)進(jìn)行聚類分析，可將供試茶樹(shù)分成3個(gè)類群（聚類圖見(jiàn)圖3）。第一類的主要包括集群1里面的一些種質(zhì)，屬于低積累、低富集F元素的茶樹(shù)類型，總包含37個(gè)茶樹(shù)種質(zhì)，集群2為中度積累F元素的茶樹(shù)種質(zhì)，總14個(gè)，還篩選到4個(gè)高積累F元素的茶樹(shù)種質(zhì)，包含在集群3中。

供試茶樹(shù)Al含量分布范圍為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 這4個(gè)品種的Al含量均在750 mg/kg以上；以杏仁茶Al含量最低（445 mg/kg）。同樣基于Al元素平均含量的差異，對(duì)春季和秋季茶樹(shù)樣本進(jìn)行聚類分析，可將安溪采集55份茶樹(shù)種質(zhì)劃分為3個(gè)類群。由聚類圖圖4可知，毛蟹、黃旦、水仙、T43是第3集群，屬于超積累Al的茶樹(shù)品種，集群1里面包括的29個(gè)種質(zhì)為低積累、低富集Al的茶樹(shù)類型，集群2為中度積累Al元素的茶樹(shù)種質(zhì)，總22個(gè)。

3 討論

3.1 不同茶樹(shù)種質(zhì)間F和Al含量

本研究測(cè)定的閩南茶樹(shù)種質(zhì)間的一芽三葉樣品F含量范圍為105～258 mg/kg，最高值是最低值的約2.5倍，跟前人研究結(jié)果相比，略小于貴州茶樹(shù)種質(zhì)間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]，本實(shí)驗(yàn)結(jié)果和楊陽(yáng)[16]對(duì)湖南省的茶樹(shù)品種含F(xiàn)量的結(jié)果相似，品種之間含F(xiàn)量（331.0～972.3 mg/kg），高低差異接近3倍。最高、最低值均低于貴州和湖南的測(cè)試結(jié)果，這與取樣標(biāo)準(zhǔn)有一定關(guān)系。本研究選取的閩南茶樹(shù)種質(zhì)樣本Al含量范圍為420～960 mg/kg，最高含量約為最低含量的2.3倍，有關(guān)Al元素在不同茶樹(shù)種質(zhì)間差異的研究目前還鮮有報(bào)道。

本研究的55個(gè)茶樹(shù)種質(zhì)生長(zhǎng)于同一生境，且經(jīng)測(cè)定土壤中F、Al含量較為穩(wěn)定，管理一致且試樣的采摘標(biāo)準(zhǔn)一致，均為一芽三葉樣，因此可以表明茶樹(shù)種質(zhì)間對(duì)F和Al的富集能力的不同由遺傳差異所決定，茶樹(shù)F、Al吸收轉(zhuǎn)運(yùn)及代謝相關(guān)的一些基因有關(guān)。茶樹(shù)品種間對(duì)F、Al富集能力相關(guān)的功能基因的差異可能不僅存在于個(gè)體間，還可能在不同組織器官間存在差異，與葉質(zhì)、細(xì)胞組織的排列不同有關(guān)。而植物對(duì)重金屬等有毒元素的抗性可以通過(guò)將其轉(zhuǎn)變?yōu)椴痪呱锘钚缘男螒B(tài)存在于植物體內(nèi)[17]，茶樹(shù)品種間Al含量差異也可能與此有關(guān)。

3.2 F、Al含量的季節(jié)性變化規(guī)律

本研究中不同季節(jié)的茶樹(shù)品種間Al含量具有相關(guān)性。本研究中對(duì)安溪縣茶樹(shù)品種園內(nèi)的同樣成熟度的春、夏和秋季的茶樹(shù)種質(zhì)間F、Al含量研究發(fā)現(xiàn)，茶樹(shù)種質(zhì)間吸收富集F元素能力的季節(jié)差異表現(xiàn)為春季>夏季>秋季，而Al元素富集的季節(jié)性則與F相反，表現(xiàn)為：秋季>夏季>春季。沙濟(jì)琴等[18]測(cè)定黃棪茶青F含量，表示F含量在夏、暑季含量較高，其次是秋茶，春茶最低，認(rèn)為這種現(xiàn)象產(chǎn)生的原因可能是茶葉中F的含量除與茶園生態(tài)環(huán)境因素密切相關(guān)外，生態(tài)環(huán)境的影響顯著。但其僅僅以單一品種做比較，結(jié)果可能存在一定誤差。學(xué)者劉超[19]對(duì)浙江同一產(chǎn)地、同一等級(jí)不同季節(jié)的茶葉含F(xiàn)量測(cè)定結(jié)果也表明，春茶最高，夏秋茶次之。他們認(rèn)為夏秋季氣溫高，茶葉生長(zhǎng)快，F(xiàn)的累積少；同時(shí)夏季降水多，降低葉片中的F含量。這和本研究中結(jié)論一致。

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