茶樹重金屬汞生物富集特征研究進展

李芬 李梅

摘要 從茶園環境汞的來源、茶樹汞吸收及遷移轉化、汞對茶樹生長發育的影響、茶樹及茶園土壤汞污染現狀以及未來茶樹重金屬生物富集特征研究展望5個方面進行了系統的論述，強調進行茶園汞在土壤—茶樹中的遷移轉化規律以及茶葉重金屬汞含量與影響茶葉品質物質的相關性研究對生產無毒無害的綠色茶葉的重要性。

關鍵詞 茶樹;重金屬;汞;生物富集

中圖分類號 S571 文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2019）17-0008-04

Abstract We discussed five aspects including source of tea mercury， absorption and transfer of mercury， influence on growth and development， situation of mercury contamination and expectation of future research， emphasized the importance of the research of transfer of mercury in soiltea plant and the correlation between mercury content and chemical substances which influences tea quality.

Key words Tea plant;Heavy metals;Mercury;Bioaccumulation

我國是茶葉生產大國，茶葉是我國特色生物傳統農產品。茶葉中含有利于人體健康的茶氨酸、茶多酚和礦質元素等[1]，具有降低膽固醇、血管疾病以及患癌風險等的作用[2]。其中，茶多酚是茶葉中具有抗氧化突變的主要物質[3]。茶葉的保健功能，促使其日益受到人們的喜愛。據報道，全世界超過45個國家種植茶葉，每天消費茶180億～200億杯[4]。

汞是毒性最強的重金屬污染物之一[5]，Hg的毒性比Cd、Pb、Cu的毒性強[6-7]。汞有甲基汞和無機汞之分，汞的形態不同，毒性不同，其中甲基汞的毒性最強，具有高神經毒性、致癌性、心血管毒性、生殖毒性、免疫系統毒性和腎臟毒性[8-10]，而甲基汞具有生物富集和食物鏈放大作用[11]，導致處于食物鏈頂端的人類受到危害。

隨著工業和經濟的快速發展，環境污染帶來的茶葉質量安全問題備受關注。汞是一種全球性環境污染物，可通過大氣進行長距離傳輸，使得偏遠地區生物受到汞危害[12]。汞在植物體內的含量超過一定值時，將破壞植物細胞結構，導致植物新陳代謝紊亂，枯萎甚至死亡[13]。前人對飲茶組和未飲茶組的血液重金屬含量的研究對比表明，飲茶組的血液Hg含量顯著高于非飲茶組[14]。Canuel等[15]也研究報道，通過對吃魚飲茶以及吃魚不飲茶2組進行血液甲基汞含量的測定，發現飲茶組血液中的甲基汞含量高于未飲茶組甲基汞含量的40%。茶葉中的汞含量超過一定值，不僅對茶樹生長發育有影響，甚至通過食物鏈導致人類身體受到汞危害。然而，目前人們對茶葉汞生物富集特征研究報道較少，茶樹汞污染狀況以及汞在茶樹中的遷移轉化機制尚不清晰。

1 茶園環境汞的來源

汞是一種全球性污染物，具有長距離遷移的特征[12]。通過人為源（包括燃煤、垃圾焚燒、金屬制造冶煉等[16-17]）和自然源（包括地熱活動、地表土壤、水體、植被、森林火災等）途徑釋放進入大氣[18]。進入大氣中的汞主要以單質汞、活性氣態汞、顆粒汞3種形式存在，可在大氣中長時間的停留[19-20]，并通過大氣進行長距離傳輸，通過干濕沉降進入偏遠地區的林業生態系統[21]。農業生態系統中的汞還來自種子消毒劑、肥料以及殺蟲劑等的使用，據報道，1952—1974年僅日本就向農田施用了8.8×107 t含汞為0.27%的殺蟲劑[22]。研究表明，已在美國、日本、新西蘭和土耳其等國家批準使用，一直用于除草劑、殺蟲劑的碘甲烷具有促進汞甲基化的作用[23]，使得植物富集大量汞，進而影響植物的生長發育以及人類的身體健康。

綜上所述，茶園環境中的汞主要來自以下4個方面：①大氣長距離傳輸，通過干濕沉降到茶園植株以及土壤中;②局部地區的環境汞污染，如垃圾焚燒、燃煤等;③地質巖石風化作用，茶樹從土壤中吸收汞;④含汞殺蟲劑、肥料等的使用，使茶葉以及茶園土壤中的汞含量增加。

2 茶樹汞吸收及遷移轉化

2.1 茶樹汞吸收方式

植物吸收汞主要通過以下4種方式：①通過根部，從土壤和土壤溶液中吸收汞，經過木質部從下往上運輸[24-26];②通過葉片氣孔的呼吸作用從大氣中吸收氣態汞[27];③通過葉片表面，吸附大氣中的顆粒態汞[28-29];④葉片從大氣降水中吸收汞[30]。對大多數植物來說，這4種吸收方式都存在，只是不同的植物每一種吸收方法存在一定的差異。如苔蘚主要是吸收大氣中的汞，使得其成為地區大氣汞沉降的指示性生物[31]。

2.2 汞在茶樹中的遷移轉化

對其他植物的研究報道表明，汞在植物體內的遷移轉化主要存在2種形式，一是根部從土壤中吸收的汞從下往上運輸，由于阻礙汞運輸機制的存在[32]，這個過程很難發生，運輸量較少，到達植物葉片的汞僅為葉片總汞的10%[25];二是葉片從大氣中吸收的汞從上往下運輸到根部，這個過程較容易發生[33]，特別是甲基汞[24]。且對苔蘚的研究表明，汞在苔蘚體內可發生Hg2+與Hg0的相關轉化[34]。

3 汞對茶樹生長發育的影響

對植物的研究表明，有機汞的毒性遠遠大于無機汞的毒性。汞對植物的毒性主要通過以下3個方面，一是通過減少土壤中的微生物[35]和原生動物的數量[36]，影響土壤生態系統的物質能量的循環和流動;二是通過抑制酶的活性[37]、抑制種子的萌發[6]以及根系的新陳代謝[13]，影響植物的光合作用、水分利用率等[38];三是汞通過與蛋白質結合，改變DNA正常結構，導致蛋白質沉淀[39]。同時通過與葉綠素蛋白中的氨基酸結合[40]，影響植物的光合作用。

對茶樹的研究表明，Xiong等[41]通過在茶葉土壤中人為的添加汞，測定茶葉在汞脅迫下的光合特性，發現在汞脅迫下，茶葉葉綠素含量、脯氨酸以及丙二醛下降，其中不同品種茶樹下降水平不一樣。與其他植物一樣，汞脅迫下茶樹的生長發育將受到影響。

4 茶葉及茶園汞污染現狀

4.1 茶葉汞污染現狀

由于研究手段以及研究方法的限制，目前所報道的茶樹重金屬含量的檢測以及遷移轉化規律的研究多集中在Pb、Cr、Cd、As等的元素[42-43]，對汞元素的研究報道較少（表1）[44-52]。國內所報道的茶葉汞含量在10～31.3 μg/kg[44-45]，國外所報道的為10～200 μg/kg[46]。依據國家標準GB 2762—2012《食品安全國家標準食品中污染物限量》中重金屬汞300 μg/kg的食品質量閾值，目前所報道的茶葉重金屬汞含量未出現超標的現象，且國內報道的汞含量較國外的低，可能是因為我國局部地區汞污染較少，也可能是因為樣品數量少，沒有代表性和典型性。

對茶樹不同部位汞富集特征的研究表明，茶樹根的汞含量最大，其次為老葉，其富集順序為樹根>老葉>樹皮>嫩葉>樹干[45]。這與汞在植物中的富集特性相似，即隨著樹葉葉齡的增加，葉片汞含量呈現增加的趨勢[47]。前人對不同茶樹品種汞富集特征進行了研究，不同品種茶樹汞累積特征存在差異，其中白葉一號富集濃度最大[44]。

4.2 茶園汞污染現狀

茶園土壤是茶樹最基本的營養物質及養料來源，茶園土壤重金屬污染狀況關系著茶葉的品質及產量。茶園土壤汞含量超標的報道較多。周國蘭等[53]對貴州14個鄉鎮的茶園土壤進行汞含量調查，其中有4個鄉鎮的土壤汞含量大于發展無公害茶園的0.3 mg/kg（NY/T 5020—2001《無公害食品茶葉產地環境條件》）的標準閾值。凌彩金等[54]對廣東英德茶園土壤進行重金屬安全性評價，汞含量在0.043～0.140 mg/kg，李友勇等[51]對云南西雙版納景洪市的茶園重金屬污染評價顯示，土壤中的汞含量在0.04～0.15 mg/kg。李云等[52]對西南地區土壤重金屬汞含量進行了系統的調查與研究，西南地區土壤重金屬汞含量范圍在0～0.13 mg/kg。郭雅玲等[55]對150個茶園土壤進行汞含量調查，土壤中的汞含量為0.031～0355 mg/kg，部分地區出現超標現象。夏銳等[56]對云南茶葉主產區西雙版納、普洱、臨滄和保山等地區茶園土壤進行汞含量調查，土壤汞含量在003～0.41 mg/kg，超標率達5.71%。

保證茶園土壤符合農作物種植標準，是生產無公害茶葉的最基本保證。目前，國內外正嘗試應用多種修復技術對汞污染土壤進行修復，有以下幾種：熱處理修復技術[57]、淋濾法修復技術[58-59]、固定化技術[60]、電動修復技術[61]、植物修復技術[62]、基因工程技術[63]、納米修復技術[64]。其中植物修復技術，與其他修復技術相比，因具有成本低、操作簡便、不造成二次污染等優點，具有很好的汞污染土壤修復應用前景。目前，文獻報道較多的重金屬超富集植物[65-66]，周向軍[67]、郭彬等[68]對土壤重金屬超富集植物進行了較好的綜述。在重金屬汞富集植物的研究方面，前人研究發現加拿大楊（Populus canadensis）[69]、紅樹木（Rhizophora apiculata）[70]、苧麻（Boehmeria nivea）[71]及轉基因植物煙草[72]和擬南芥[73]等植物具有較強的汞吸收能力，能夠通過將汞累積在體內而將土壤中的汞移除。

5 研究展望

目前，關于茶樹汞生物富集特征的研究報道較少，僅有的幾個報道也只是檢測部分地區的茶葉汞含量，缺乏系統的全國性的茶葉汞含量的調查研究，數據量少，沒有代表性。同時，由于研究手段、方法等諸多因素的影響，缺乏茶園汞在土壤—茶樹中的遷移轉化規律的研究以及汞含量與影響茶葉品質的相關物質，如咖啡堿、氨基酸、兒茶素等相關性的研究。因此，未來茶樹重金屬汞生物富集特征的研究可重點圍繞以下5個方面開展。

（1）重金屬汞在茶園土壤—茶樹中的遷移轉化規律研究，探討影響茶樹葉片重金屬汞含量的相關因素，如土壤、海拔、茶樹樹齡、茶樹品種、大氣等。同時運用汞同位素技術進行源解析，明確茶樹葉片汞的主要來源，為建設綠色環境茶園提供科學的數據基礎。

（2）進行系統的以云南、貴州等為代表的西南茶區，以廣東、臺灣、海南等為代表的華南茶區，以浙江、湖南等為代表的江南茶區和以陜西、甘肅等為代表的江北茶區全國四大茶區的重金屬汞含量調查，探討在氣候、土壤條件等不同的情況下，四大茶區茶樹重金屬汞的生物富集特征的相同性和差異性。

（3）重金屬汞含量與茶葉品質的相關性研究。影響茶葉的品質的相關物質有咖啡堿、氨基酸、兒茶素等。這些物質在茶樹體內通過各種代謝途徑合成，而茶樹在重金屬物質的脅迫下其生理代謝機制受到影響。因此，迫切需要對重金屬汞含量與茶葉品質進行相關性研究，以期為茶葉的綠色高品質生產提供理論和技術支撐。

（4）進行茶園土壤重金屬汞污染修復技術的研究。茶園土壤的重金屬汞污染程度關系著茶葉的質量與安全。通過物理化學、轉基因以及植物修復技術等的研究與應用，改善茶園土壤狀況，保證茶葉綠色無公害化生產。

（5）進行茶葉以及土壤重金屬汞含量檢測技術的研究。目前，檢測茶葉以及土壤重金屬汞的傳統方法步驟繁瑣、檢測成本高、耗時長，難以適應環境及市場的需求，急需建立簡單實時快速的監測方法，為茶葉的優質高效生產提供堅實的基礎。

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