氟對茶樹幼苗營養元素的影響

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/福建省農業科學院茶葉研究所，福建 福安 355015)

氟(F)是人體所需的微量元素，它可促進牙齒和骨骼的鈣化，保護牙齒和骨骼的健康，但是過量的攝入氟可導致齲齒和氟骨癌[1]。氟在自然界主要與地殼中的巖石和礦物質結合而生成難溶的化合物，并不會對環境造成污染和危害，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，氟已經成為一種新的環境污染物。研究表明，茶樹吸收氟的能力遠遠比其他植物強，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作用，對生長發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注，如何降低茶葉中的氟也成為當前研究的熱點之一。

目前國內外對氟在茶樹體內的累積特性，氟在茶葉中的溶出和浸出規律、茶葉降氟措施、氟在茶樹體內轉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起著至關重要的作用。基于此，本研究采用單因素試驗統計分析方法，設4個氟處理濃度，研究不同濃度氟對茶樹葉片營養元素吸收的影響，為茶樹中氟的吸收機制及對茶樹的生理及營養元素調控代謝等方面的研究提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗茶苗的培養與取樣

試驗地設在福建省農業科學院茶葉研究所內。挑選生長一致的約10月齡的扦插‘瑞香’[Camelliasinensis(L.) O. Kuntze]茶苗為試驗材料，設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。營養液參考Lin[6]。完全營養液包含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液約500 mL(每隔1天施1次，直至試驗取樣結束)。移栽后15周進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。以上試驗在溫室自然溫、光條件下進行，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，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 數據處理

數據結果采用DPS 7.5版本進行統計分析(LSD法，P<0.05)；利用SigmaPlot 10.0軟件進行做圖分析。所有分析試驗均重復6次(不同盆中一株植株為一個重復)，取6次的平均值數據后進行作圖分析。

2 結果與分析

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，其他各處理差異達顯著水平；根冠比隨著供氟濃度的增加總體表現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，處理間均未達顯著水平；莖、根鉀含量隨著氟處理濃度增加而降低，當氟處理濃度達到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性分析

葉片氟含量與葉片總N含量均呈正相線性相關(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[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(0.9952)；與莖部鎂、磷、鉀均呈負的線性相關，相關系數分別為-0.9471、-0.9237和-0.6518；根部氟含量與根部鈣含量呈高度負相關(-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者研究的熱點。氟不是茶樹生長的必需元素，但能對茶樹產生重要影響。已有研究表明，低濃度的氟對茶樹生長具有一定的促進作用，而較高濃度的氟會影響茶樹自身品質成分的代謝，如茶多酚和氨基酸等，進而影響茶葉品質[9-10]，還會抑制茶樹花粉萌發和花粉管伸長[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作用，這也與李瓊[9等人的研究結果一致。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元素。研究葉片中這些營養物質在氟處理條件下含量的變化，有助于揭示氟對茶樹茶葉品質的影響。前期張偉等[13]發現茶樹在氟處理下，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]研究發現，金屬元素Ca、K、Cu、Zn的含量顯著下降，Mn的含量顯著升高，Fe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，在氟處理濃度達到600 mg·L-1時顯著降低，這與以上部分前人研究結果一致，而葉片鉀含量與前人研究結果有差異，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，或者是其他元素產生拮抗作用相關。

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性分析

除了氟元素外，施用不同濃度、不同種類的營養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，有學者對茶樹幼苗進行不同P濃度處理，發現各供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作用，但各處理未達顯著水平。相關性分析表明，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濟作物。研究表明氟具有高度的生物活性，與鋁元素會形成較穩定鋁-氟絡合物，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、鈣等的絡合機制等的研究，對闡明茶樹對氟的富集機理及調控茶樹中的氟吸收等方面的研究都有重要意義。