鐘秋生，林鄭和，陳常頌，游小妹，陳志輝，單睿陽

（福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所，福建福安 355015）

研究表明，茶樹是一種高聚氟植物[1]，成熟葉中的氟含量可達(dá)1000mg/kg以上[2]。人體攝入適量的氟可以預(yù)防齲齒，但過量會引起氟中毒。一般在磚茶中氟含量較高，一些藏族等少數(shù)民族地區(qū)人類長期大量飲用此類茶葉會出現(xiàn)飲茶型氟中毒[3]；同時，茶樹又是聚鋁植物[4]，在成熟葉中鋁的濃度一般可達(dá)到幾千mg/kg，在老葉甚至可以達(dá)到30000以上[5]。人體通過飲茶攝入鋁是飲食攝鋁的主要途徑，而鋁對人體而言是一種毒害元素。已有研究表明，人體攝入過量的氟會產(chǎn)生“氟斑牙和氟骨癥”[6-7]，或引起神經(jīng)系統(tǒng)疾病如阿爾茨海默?。ˋlzheimerg disease，AD）等。有報道指出，飲茶型氟中毒可能因磚茶同時伴有高鋁而產(chǎn)生聯(lián)合作用，即鋁氟聯(lián)合中毒的現(xiàn)象[8-9]。因此，茶葉中鋁、氟的研究引起了人們?nèi)找骊P(guān)注。

1 氟對茶樹生長及生理生化特性的影響

許多研究認(rèn)為，氟是對植物有毒的元素[10]，氟富集過量會導(dǎo)致植物生理障礙[11]。主要表現(xiàn)在對新陳代謝的抑制和對細(xì)胞結(jié)構(gòu)的破壞，使植物葉綠體和細(xì)胞膜系統(tǒng)受損；光合作用、呼吸作用及其他關(guān)鍵酶活性受抑制；在葉尖和葉緣出現(xiàn)傷斑，使未成熟葉片受害，葉片褪綠、壞死、脫落，枝梢頂端枯死[12]；植物吸收氟化物后其光合作用明顯受到抑制，與光合作用相關(guān)的（RUBP）羧化酶的活性及位于葉綠體膜上的ATP酶的活性均受到了抑制；傷害營養(yǎng)吸收和光合組織[13]；經(jīng)氟化物傷害的葉片中，表皮細(xì)胞、柵欄組織、海綿組織和韌皮部細(xì)胞等均出現(xiàn)紅棕色，線粒體膨脹和衰化，葉綠體變圓、基粒減少[14-16]。

茶樹具有從土壤中超累積氟的能力，茶樹氟的含量是生長于同一地點其他植物的10-100倍，卻未見其出現(xiàn)任何受毒害癥狀，可見茶樹對氟的吸收具有很強的累積性[17-18]。低劑量的氟處理試驗對茶樹生長影響不明顯，但高劑量的氟會抑制茶樹生長，并對茶樹產(chǎn)生毒害作用。有研究報道，茶樹對氟耐受極限為0.32 mmol·L-1，暴露于超過此濃度的生長條件下，茶樹的亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)會有一定程度的破壞[19]。唐茜等[20]研究發(fā)現(xiàn)，氟處理抑制了茶樹生長，隨著施氟濃度的增加，福鼎和名山白毫兩品種茶樹的樹高、樹幅、主干直徑、根系和地上部重量都下降。氟濃度增加其抑制作用也增強；李瓊等[21]的研究表明低濃度氟對茶樹生長有一定的促進(jìn)作用，高濃度氟抑制茶樹生長和茶多酚、氨基酸等的代謝；王小平等[22]研究表明茶葉品質(zhì)的主要成分均表現(xiàn)為低濃度（4 mg·L–1）的促進(jìn)生成和高濃度（12 mg·L–1）的抑制產(chǎn)生；隨著氟處理濃度的增加，茶多酚、蛋白質(zhì)、總兒茶素及其單體含量降低，金屬元素Ca、K、Cu、Zn含量顯著下降，香氣成分總量降低[23]；蔡薈梅等[24]研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過氟處理的茶樹葉片細(xì)胞角質(zhì)層變薄，在近軸表明有較高濃度的有機酸積累，相反在遠(yuǎn)軸表明角質(zhì)層變厚，有機酸濃度較低；Xiao Yang等[25]水培試驗研究發(fā)現(xiàn)，氟濃度低于 4 mg·L-1時增加了兒茶素類的合成，增強了相關(guān)代謝酶的活性，當(dāng)氟濃度大于8 mg·L-1的則起到了抑制作用。氟處理下福鼎大白茶茶樹葉片葉綠素a、葉綠素 b及總?cè)~綠素含量均低于對照，葉綠素a/b顯著高于對照，氟對葉綠素b的影響大于葉綠素a，氟對類胡蘿卜素含量影響不顯著[26]；氟化物降低了葉綠體ATP酶合成ATP的能力[27]；較高濃度的氟會引起葉綠體膜結(jié)構(gòu)破壞，葉綠素含量降低[28]；李春雷等[23]研究表明：在低氟濃度（＜2 mg/L）范圍，葉綠素含量和光合速率輕微增加，但無顯著差異；鐘秋生等[29]研究發(fā)現(xiàn)茶樹葉片的CO2同化速率、氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率等均在低濃度氟（100mg·L-1）處理時會出現(xiàn)較小幅度的上升而后下降；經(jīng)過氟處理的茶苗葉片I點、J點的相對可變熒光和耗散能增加[30]。

近年來，活性氧對植物細(xì)胞的毒害作用引起了人們的廣泛關(guān)注。研究發(fā)現(xiàn)，在低濃度的氟脅迫下，茶苗可通過抗壞血酸谷胱甘肽循環(huán)（ASAGSH循環(huán)）及體內(nèi)的抗氧化系統(tǒng)，在一定程度上通過提高抗氧化酶活性，清除氟脅迫下產(chǎn)生的過量自由基，以減輕自由基對膜的傷害，但隨著氟濃度升高，這兩大系統(tǒng)的防御機能達(dá)到最大后出現(xiàn)下降[31]，導(dǎo)致過量的自由基攻擊葉綠體類囊體膜上的大分子，而造成細(xì)胞膜破裂分解；蔡薈梅等[32]研究發(fā)現(xiàn)氟脅迫CAT、POD和APX活性先升高后降低，H2O2、MDA以及脯氨酸含量升高；李品武等[33]研究發(fā)現(xiàn)隨著氟脅迫強度增加，名山131的SOD、CAT活性逐漸降低，福鼎大白茶SOD、CAT活性則先升高后降低，品種間存在一定差異；李春雷等[23]發(fā)現(xiàn)隨著氟濃度的升高總SOD及分型SOD活性下降，POD及CAT活性均是先升高后降低。在ASAGSH循環(huán)系統(tǒng)中，APX、GR、MDHAR均是先升高后降低，DHAR活性下降顯著；氟處理后，福鼎大白茶茶樹葉片中超氧化物歧化酶（SOD）活性顯著下降；POD和CAT均是先升高后降低，均是在氟處理48 h達(dá)到最大值，MDA和H2O2含量隨著處理時間的延長變化不大[34]。

2 鋁對茶樹生長與生理生化特性的影響

在一般情況下，土壤中的鋁以對植物沒有毒害作用的硅酸鹽、磷酸鹽等形式存在，當(dāng)隨著土壤PH值逐漸降低，進(jìn)而成為酸性土壤。在酸性土壤環(huán)境中，不溶性的鋁化物就轉(zhuǎn)變?yōu)槿芙鉅顟B(tài)的鋁（Al3+），鋁進(jìn)入土壤對植物產(chǎn)生毒害作用[35]。許多研究證實，作物處于鋁脅迫下，吸收的鋁主要分布在根部，作物根的伸長受到抑制，隨之地上部分生長降低，新葉變小、卷曲，葉柄萎縮，葉緣褪綠，葉尖死亡，葉片脫落，最終作物的生長發(fā)育受到抑制[36]。

已有研究表明，在茶園的酸性土壤中，大量的鋁離子與氟離子結(jié)合形成AIF2+等絡(luò)合形式。通過這種絡(luò)合作用來降低鋁的活性，達(dá)到抗鋁和耐鋁的效果。鋁對茶樹生長發(fā)育有著雙重影響，表現(xiàn)為較低濃度鋁水平下，促進(jìn)茶樹生長；鋁脅迫下，抑制茶樹生長。茶苗根莖中鋁含量均隨著鋁處理的質(zhì)量濃度的增加而明顯增加，而葉中含量影響不大[37]；當(dāng)鋁離子濃度超過10 mg/L時，會使茶幼苗受害[38]或根部受害[39]；低質(zhì)量濃度的鋁（20mg·L-1） 有利于茶樹根細(xì)胞膜的穩(wěn)定，缺鋁 （0 mg·L-1，CK）和高鋁（100mg·L-1）均使根細(xì)胞膜透性顯著降低。有機酸總量隨鋁濃度升高呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢[94]；鋁可以促進(jìn)茶樹花粉管的伸長，促進(jìn)莖分化根[40]。

鋁處理明顯促進(jìn)茶樹生長發(fā)育，增加茶樹葉片葉綠素的含量，并提高了SOD、CAT、POD活性，使MDA含量降低[41]；低濃度的鋁處理降低茶樹的MDA含量，促進(jìn)茶樹POD、CAT和Pro含量增加。而高濃度則反之[42]；隨著Al3+濃度的增加，茶樹葉片柵欄組織細(xì)胞排列趨向疏松、空隙增大，海綿組織細(xì)胞排列無序程度增加[43]；此外，鋁參與茶氨酸轉(zhuǎn)化兒茶素的過程[44]，可以改善茶湯的湯色和滋味，但降低綠茶的嫩度[45]；在水培時，鋁濃度為10-50mgL-1時可以提高茶多酚、氨基酸和Vc等與茶葉品質(zhì)密切相關(guān)的化學(xué)成分，而過高濃度的鋁（如100mg/L-1）有負(fù)面作用[46]；在生產(chǎn)上施鋁肥濃度應(yīng)小于20mg/L，這樣有利于茶葉品質(zhì)的形成[47]。

低濃度的鋁能促進(jìn)山茶屬植物的光合作用和CO2同化能力，提高干物質(zhì)的積累，高濃度鋁抑制山茶屬植物的光合作用[48]。小西茂毅[49]等報道，鋁可以促進(jìn)光合作用，提高光合效率，促進(jìn)CO2同化產(chǎn)物的累積；阮宇成等[50]通過砂培試驗，發(fā)現(xiàn)鋁對茶樹的生理效應(yīng)表現(xiàn)在增加了葉綠素含量，增強了其凈光合作用，同時CO2同化能力得到提高；應(yīng)小芳[51]等關(guān)于鋁與植物葉片光合參數(shù)變化關(guān)系的研究結(jié)果表明，在鋁處理下，植物葉片的光合速率都下降，導(dǎo)致光合作用降低。

鋁對茶樹吸收Ca、P、K、Mg等其它營養(yǎng)元素也有一定的的影響。鋁對茶苗營養(yǎng)元素Ca、K、Mg的吸收影響不大，對P的吸收有促進(jìn)作用，在一定程度上體現(xiàn)出茶樹對鋁的耐性[52]。研究發(fā)現(xiàn)，用鋁含量8-32 mg·kg-1的水培的茶苗，對N、P、K三要素的吸收分別比對照增加4-5倍、3-4倍和2-3.7倍[44]；方興漢等[53]分析水培液培養(yǎng)的茶樹體內(nèi)無機成分如N、K、Mn、B等的吸收積累量，隨著鋁濃度的升高而增加。而P、Ca、Cu等只在較低的鋁濃度（2mg·L-1左右）下，有利于被吸收。另有報道，施鋁可以促使鐵向地上部分移動，可以提高茶樹對Fe3+和Fe2+-EDTA的吸收利用。鋁還可以影響茶樹的耐錳性，在水培條件下，可以抑制過量錳的危害[36]。

3 氟-鋁交互處理對茶樹生長與生理特性的影響

氟有較強的絡(luò)合金屬離子的能力，能夠與鋁、鈣、鎂等形成穩(wěn)定的配位化合物[54]，氟鋁關(guān)系尤為密切。茶園土壤的酸性環(huán)境中氟和鋁構(gòu)成一個平衡的體系，以 Al3+、AlF2+、AlF2+、AlF3和 AlF4-等形式共同存在[55-56]。氟、鋁在茶樹中的各方面研究已經(jīng)取得重大進(jìn)展，以往的研究大多限于對氟鋁單因素的研究，近年來，開始將氟鋁兩個處理結(jié)合起來研究作為研究的一個新方向，并取得一定進(jìn)展：在氟鋁交互處理下，在鋁濃度為40 mg/L、氟濃度為8 mg/L時茶苗葉面積的增長量最大[57]；鋁與氟之間聯(lián)合作用對脲酶、蛋白酶、過氧化物酶、過氧化氫酶等活性產(chǎn)生了顯著或極顯著的交互效應(yīng)，其作用方式因鋁、氟處理濃度組合、酶及茶樹品種的不同而不同[58]；同時發(fā)現(xiàn)，在茶樹體內(nèi)代謝中鋁、氟之間存在一定的相關(guān)性；A13+促進(jìn)了茶樹體內(nèi) F 向地上部分轉(zhuǎn)移，尤以 c（A13+）：c（F-）為 1:1、1:3、1:5 時，F(xiàn)從茶樹根部向地上部分轉(zhuǎn)移系數(shù)最高[59]。

鋁和氟的不同交互比例產(chǎn)生不同程度的交互效應(yīng)，減弱本身毒性。鋁氟交互作用對茶樹生理機制的影響顯著優(yōu)于單鋁和單氟處理，且其作用存在一定比例范圍，且不同品種間不一致[60]；如在鋁氟比例分別為 30/4、30/12和90/4、90/12兩個過程中，安吉白茶鮮葉中各品質(zhì)成分含量均呈現(xiàn)上升趨勢，表現(xiàn)為協(xié)同作用，而智仁早茶呈現(xiàn)下降趨勢，拮抗對方的促進(jìn)效應(yīng)[61]；向勤锃等[62]研究氟鋁脅迫下對茶樹組培小苗的生長及其蛋白質(zhì)的影響發(fā)現(xiàn)，不同濃度氟、鋁培養(yǎng)條件下的茶苗在蛋白質(zhì)譜帶上存在差異，可能是氟、鋁的共同作用，使茶樹某些基因得到表達(dá)；氟和鋁按一定比例絡(luò)合并富集于葉片等器官中，消除了氟和鋁本身的毒性，這可能是茶樹高富集氟的重要生理機制[63]。

4 結(jié)束語

隨著全球范圍內(nèi)酸性物質(zhì)沉降的日益嚴(yán)重以及不合理的施用化肥引起土壤酸化，土壤中可溶性鋁的數(shù)量增加，移動性增強，鋁的毒害問題已成為限制酸性土壤地區(qū)作物生長的主要因素之一。茶樹（Camellia sinensis L.）是一種既超積累鋁，又富集大量氟的重要經(jīng)濟作物。氟具有高度的生物活性，與鋁形成較穩(wěn)定Al-F絡(luò)合物，有效降低氟的生物毒性[64]。因此，筆者認(rèn)為研究氟鋁交互作用對茶樹生長，生理的影響機理方面的研究仍然將會是日后研究的熱點。如茶樹根系吸收、轉(zhuǎn)運氟及鋁的具體形式和機制；鋁及其他金屬離子如鎂、鈣等與氟的絡(luò)合機制及對茶樹富集氟的影響機制；氟、鋁在茶樹亞細(xì)胞存在形式及結(jié)合位點、鋁與氟共同作用對茶葉品質(zhì)的影響及對茶樹光合作用及相關(guān)代謝酶類的影響、參與調(diào)控茶樹富集氟及鋁的基因或蛋白質(zhì)等等方面的研究。深入這些問題的研究，對全面闡明茶樹對氟的吸收、運輸、轉(zhuǎn)運及富集機制、降低或調(diào)控茶樹吸收氟的含量、選育低氟茶樹品種等方面都有重要意義。