茶樹硒營養研究進展與展望

董 方，李小飛，金玲莉，楊菲穎，沈思言，謝 楓*

（1.江西省農業科學院 園藝研究所，江西 南昌 330200；2.江西省農業科學院，江西 南昌 330200）

硒（Selenium，Se）是人和動物生命必需的微量元素，適量地攝入Se元素具有增強免疫力、預防癌癥、預防心血管疾病、延緩衰老等功效，人體缺Se易造成克山病和大骨節病的發生，而過量Se的攝入則會引起中毒［1-2］。長期膳食補充有機Se是一種有效的防治缺Se的安全措施，植物作為直接或間接提供有機Se的載體，研究作物Se營養作用機制及Se養分管理對促進作物提質增效具有重要意義。

茶樹（Camellia sinensis）是一種富Se能力較強的經濟作物，可通過富集和轉化作用，把非生物活性和毒性高的無機Se轉化為安全有效的有機Se，茶樹葉片作為主要的富Se器官，制成的富Se茶可作為人體補Se的理想產品［3-4］。因此，研究茶園Se養分管理和茶樹Se營養作用機制，對調控茶葉Se含量具有指導意義。本文分別從茶園土壤和茶樹Se營養的分布規律、外源Se促進茶葉品質提高以及Se對增強茶樹抗逆脅迫的作用等方面對茶樹Se營養的相關工作進行了論述，以期為開發天然富Se茶提供理論依據。

1 茶園土壤中的Se

1.1 茶園土壤中Se的含量和分布特點

中國是茶葉種植和生產大國，2021年全國茶園面積達307萬hm2，茶葉產量近305萬t。近年來，茶葉科技工作者圍繞富Se茶的生產開展了大量區域性茶園土壤Se營養調查和研究，發現我國土壤Se資源分布極不均衡，從東北地區的黑龍江省到西南地區的云南省存在一條明顯的缺Se地帶［5］。而絕大部分的高Se茶園多分布于南方茶區，如廣西梧州［6］、安徽皖南［7］、湖北恩施［8］、貴州鳳岡［9］等地，土壤中全Se含量的平均值范圍最低為0.4 mg/kg，最高為2.28 mg/kg，高于全國土壤Se含量背景值（0.29 mg/kg），且均達到富Se土壤標準（≥0.4 mg/kg）［10］，說明這些地區的茶園土壤Se整體處于較高水平。

土壤中Se含量的多少一般與成土母質相關，受氣候條件和土壤母質的影響，不同地區的土壤含Se量差異很大［11］。通過對湖北恩施［12］、陜西紫陽［13］等高富Se地區調查發現，這些區域富Se土壤的分布與不同地質時期的黑色巖系高度吻合。而針對東北到西南的缺Se過渡帶和西北、東南高富Se區域的形成原因，有學者將其歸因于特定季風氣候影響的結果［14-15］，但也有人認為與成土母質、淋溶作用等多因素相關［16］。福建省地處東南沿海，土壤母質以火山凝灰巖系和花崗巖系為主，該類巖石含Se量顯著高于紫色砂巖和河流沖擊土發育的茶園［17-18］。通過對福建60個典型茶園土壤調查顯示［17］，全Se含量為0.22～2.20 mg/kg，且86.67%的茶園土壤Se含量達到富Se標準，表明福建茶園土壤含Se量整體處于較高水平。土壤富Se往往與重金屬元素伴生，王峰等［19］對大田茶園的土壤調查發現，其全Se含量平均值達到1.95 mg/kg，屬于富Se土壤，主要是由于該地域局部的煤系地層或礦產地質背景，Se資源常常與鎘（Cd）、鉛（Pb）、鉻（Cr）及煤礦等礦產資源伴生，煤炭的開采、堆積與轉運成為該地土壤富Se的重要原因［20-21］。趙妍等［22］對江蘇宜興地區茶園調查發現，該地區土壤普遍富Se，茶園土壤Se含量平均值為0.88 mg/kg，遠高于江蘇其他地區的(0.25 mg/kg)。其表層土壤100%屬高Se土壤，該地區土壤由特定的煤系地層、含泥炭質粉砂巖及其他風化殘留物構成，成為造成該地區茶園富Se的關鍵因素［23］。而對低Se地區山東日照等地茶園的調查發現，該茶園土壤母質主要為花崗巖、花崗片麻巖等酸性巖風化物，這類酸性結晶鹽類風化物中Se含量相對較低［24-25］。針對四川萬源地區土壤分析可知：4類成土母質的土壤富Se能力大小順序為：碳質板巖＞頁巖＞三疊系砂巖＞侏羅系砂巖［26］。

1.2 茶園土壤中Se的有效性及其影響因素

土壤全Se含量只能作為土壤Se的容量指標，并不能代表土壤對植物供Se的真實水平，而土壤中的有效態Se是能夠直接被植物吸收利用的部分，因此，通常使用有效Se來衡量土壤的Se供應能力［22，27］。從全國已調查的茶園土壤來看，土壤有效Se含量整體偏低，Se的活化率和可利用度不高，富Se土壤未能得到充分利用和開發［17，22］。

植物對土壤Se的吸收，不僅取決于土壤中Se的總量，也與土壤Se的形態有關。土壤中Se形態一般按照浸提的難易程度分為水溶態、離子交換態、碳酸鹽態、腐植酸態（弱有機態）、鐵錳氧化物結合態、強有機結合態和殘渣態7類，其被植物利用的難易程度也是依次增加，一般認為能被植物直接吸收利用的Se主要是水溶態和離子交換態［28-29］。王松山等［30］選擇了全國15種不同類型的土壤研究發現，江西紅壤和黑龍江黑土中的Se以殘渣態為主，貴州黃壤、四川紫色土、新疆灰褐土中的Se主要以有機結合態的形式存在，而可溶性Se僅占土壤硒總量的0.4%～14.6%，總體土壤Se的有效性偏低。

土壤中的有效Se受多種因素的影響，主要與土壤pH、土壤類型、有機質和土壤氧化還原狀況密切相關。pH是土壤理化性質的綜合反映，在很大程度上決定了Se形態和溶解度。Se在微酸和中性土壤溶液中的溶解度較低，而在酸性和堿性土壤溶液中溶解度均較大［31］。南方茶園普遍土壤酸化嚴重，pH值偏低，土壤中的Se主要以亞硒酸鹽（SeO3-）形式存在，易被半氧化物、粘粒礦物和有機質吸附或絡合，從而降低土壤Se的有效性［19］。一般而言，pH與氧化還原電位（Eh）雙因素的互作對Se有效性調控起主導作用，而非受單獨因素影響。趙美芝［32］以磚紅壤、紅壤和黃棕壤為供試土樣，研究氧化還原狀況、酸度等對SeO3-有效性的影響發現，隨著土壤pH值的升高，土壤對SeO3-的吸附量降低，還原態的吸附量高于氧化態，水溶性Se含量增加。不同土壤類型因其pH、氧化還原狀況不同決定了Se形態的不同，導致有效Se含量有所差異。沙濟琴等［33］研究發現，不同土壤類型中有效Se含量大小順序為磚紅壤＞紅黃壤＞紅壤、酸性紫色土。此外，研究還發現，土壤有機質對土壤Se的有效性具有雙重作用，一方面有機質通過與Se結合對土壤Se產生了很強的固定能力，會降低土壤Se的有效性；另一方面，有機質含量的增加促進了有機Se的積累，有機Se通過礦化作用會形成易于溶解的小分子有機Se，進而被植物吸收［34-36］。

2 茶樹中的Se

2.1 茶樹中Se的賦存形態

茶樹中約80%的Se以有機化合物的形式存在，包括Se代氨基酸及其衍生物、含Se蛋白、含Se核糖核酸、甲基Se化物和Se多糖等，其中絕大部分為游離Se蛋白，占全Se含量的63.60%，是根、莖、葉中Se的主要積累形式；Se代甲硫氨酸（Se-Met）占全Se的21.91%，其中不到1%為游離Se-Met，如DNA-核蛋白Se、RNA-核蛋白Se；多糖中的Se主要是粗果膠Se，占全Se的0.61%。而無機Se主要以SeO3-和SeO42-的形式存在，在Se總量中的占比不超過16%［37-39］。

2.2 茶樹中Se的分布規律及影響因素

茶樹中Se的積累除受茶園土壤有效Se含量決定之外，其積累分布差異同樣受到茶樹品種、器官、樹齡、葉位等因素的影響。王雅玲等［40］研究皖南茶區茶葉含Se量與土壤和茶樹品種間的關系發現，不同品種茶樹各器官的Se積累能力有所差異，根據葉/根的Se含量比值，將11個茶樹品種劃分為富Se品種、中等富Se品種和非富Se品種。Zhao等［41］通過水培方式對14個茶樹品種進行了Se處理，發現烏牛早和龍井43的Se積累量顯著高于其他品種，由此表明Se的吸收、轉化、運輸受基因型調控，Se由地下部向地上部的運輸過程及向新葉富集的能力受到基因型的制約。對于整株茶樹而言，茶樹葉片的含Se量高于枝干，老葉高于嫩葉，地上部分高于地下部分，果殼則高于種子［42-44］，表明茶葉中的Se含量隨新梢的老化而積累。許春霞等［45］研究發現，通過土壤施Se后茶樹中Se含量高低順序依次為根＞2年枝＞新葉＞老葉，這是因為茶樹中的Se由根系到莖再到葉片是依靠濃度差傳遞的稀釋過程。曹丹等［46］利用沙培試驗得到的添加外源Se與之結果相似，發現茶樹各個器官中的Se含量均顯著增加，且含量分布依次為根＞莖＞葉。

此外，茶樹鮮葉及其細胞結構中Se的積累也因季節不同而有所差異。同一品種、地塊，不同季節茶鮮葉的Se含量表現為春季最高，秋季次之，夏季最低［47］。通過進一步對茶樹亞細胞定位發現，各組分的Se含量在春季呈現出膜和細胞器＞細胞壁和可溶性部分，且隨著時間的延長，Se逐漸向后兩者轉移，在夏、秋這2個季節各組分的Se含量均呈現出細胞壁＞膜和細胞器＞可溶性部分的趨勢［48］。

3 Se營養對茶樹品質及代謝的影響

Se并非植物的必需元素，但外源添加Se能夠對茶樹生長和品質產生影響。Se對茶樹生長和品質具有雙重效應，大量研究結果表明，低濃度Se處理對茶樹生長和品質有促進作用，而高濃度Se則會抑制茶樹生長，降低茶葉品質［42,49-51］。

茶樹葉面噴施Se肥后，葉綠素含量由0.21%提高到0.31%，增加了47.6%，這表明Se肥有助于提高茶樹的光合作用和生長代謝［52］。王丹丹等［53］以1年生扦插苗為材料，采用水培試驗，研究了不同濃度的硒酸鈉（NaSeO4）溶液對茶樹植株生長及生理指標的影響，結果發現，適宜濃度為0.3 mg/L的Se能夠促使茶樹光合作用的增強，使其根系活力得到提高，茶多酚、可溶性糖和可溶性蛋白等品質指標含量得到增加；Se濃度過高則使茶樹光合作用減弱，茶葉品質降低。覃瀟敏等［54］通過盆栽試驗研究了不同Se濃度對茶葉化學品質及Se含量的影響，結果表明土壤施亞硒酸鈉（Na2SeO3）能有效提高春茶和夏茶的化學品質及Se含量，且隨著Na2SeO3施用量的增加，茶葉品質的化學成分(咖啡堿除外)及Se含量均呈先增加后降低的趨勢。黃思思等［55］以樹齡20～30年的烏牛早為試驗材料，探討了外源噴施有機Se對茶葉Se含量、產量及品質的調控效應，發現Se處理后茶多酚、咖啡堿、水分含量均高于對照，而水浸出物和游離氨基酸含量有所降低。Li等［56］通過對茶園外源噴施納米Se，利用代謝組學和轉錄組學等研究發現，納米Se可通過調節谷氨酰胺-谷氨酸循環（GS-GOGAT）誘導茶氨酸（Thea）、谷氨酸（Glu）、脯氨酸（Pro）和精氨酸（Arg）的產生，還能夠促進茶樹次生代謝，增加茶葉中多酚和類黃酮物質的生物合成。此外，在茶產品中也發現Se的生物強化能夠提高成茶中蛋白質、胡蘿卜素、兒茶素等營養物質和功能性物質的積累。梁潘霞等［57］以氨基酸螯合Se作為Se源，探究了Se對春茶谷胱甘肽過氧化物酶（GSH-Px）活性及品質的影響，發現適量的Se濃度可以明顯提高茶葉的GSH-Px活性，并增加茶多酚和茶多糖的含量。但王朝陽等［58］通過外源根施Se肥發現，盡管陜茶1號葉片中的Se含量有所增加，但對茶葉的化學品質無顯著影響。綜合而言，針對不同Se源、不同茶樹品種對應了最適宜的Se濃度閾值，隨著Se濃度的增加，茶樹生長一般表現為先促進后抑制，茶葉品質的化學成分濃度整體呈先增加后降低的趨勢。

4 Se營養對茶樹抵御逆境脅迫的作用

4.1 Se營養對茶樹抗氧化能力的影響

Se對植物的有益作用很大程度上來源于其抗氧化能力，適宜濃度的Se可以提高過氧化氫酶（CAT）等抗氧化酶的活性，而高濃度Se則是促氧劑，引發活性氧（ROS）大量積累，使抗氧化酶活性降低，造成細胞損傷，進而誘導細胞凋亡［59-60］。胡玉榮［51］研究發現，茶樹中Pro代謝基因在NaSeO4處理組顯著富集，表明茶樹可能通過Pro的合成與代謝來實現對SeO42-的響應，而Pro被認為是植物重要的滲透保護劑、羥基自由基（·OH）清除劑等，對植物在逆境脅迫中的自我保護起著重要作用［61］。因此，在Se脅迫條件下茶樹可以通過提高Pro的含量來增加對Se的耐受性。Li等［56］通過2年的田間試驗，研究了納米Se對茶樹葉片氧化應激的潛在影響，結果表明，外源噴施納米Se提高抗壞血酸-谷胱甘肽（ASA-GSH）循環中抗氧化酶的含量和活性，最大限度地減少了丙二醛（MDA）、過氧化氫（H2O2）和超氧陰離子（O2-）的積累，降低了農藥對茶樹葉片的氧化損傷。Liu等［62］研究發現，外源Se處理一方面通過減少MDA和H2O2含量穩定了茶樹逆境脅迫時的光合作用和膜系統，提高了茶樹的抗逆性；另一方面，可通過調節Pro并增加抗壞血酸過氧化物酶（APX）和CAT的活性來防止應激反應引發的氧化損傷。黃進［63］采用營養液培養的方法，通過設置不同Se濃度分析了茶樹葉片中不同抗氧化酶及抗氧化活性物質的含量變化，結果表明Se濃度在0.025～0.100 mmol/L范圍內，茶樹葉片抗氧化能力顯著增強，具體表現為抗氧化酶活性顯著提升，如超氧化物歧化酶（SOD）、CAT、過氧化物酶（POD）、GSH-Px、谷胱甘肽還原酶（GR），抗氧化活性物質如維生素C（VC）、維生素E（VE）和谷胱甘肽（GSH）含量顯著增加；而在Se濃度高于0.2 mmol/L時，僅有GSH-Px仍保持較高活性。Se是GSH-Px的必需組分，Se-半胱氨酸（Se-Cys）是該酶活性中心的必需因子，GSH-Px能夠利用GSH將有害的過氧化物還原成無害的羥基化合物，清除氧化性強的自由基，保護細胞膜的結構及功能的完整性。盡管Se與植物抗逆生物學的功能研究逐年增加，而針對Se營養（Se形態）對茶樹抵御生物和非生物脅迫中的作用及分子機制仍需做進一步研究。

4.2 Se營養對茶樹緩解重金屬離子毒害的影響

土壤中重金屬積累到一定程度會對植物生長產生危害，而茶葉重金屬含量超標會直接危及人體健康。隨著近年來土壤環境的日益惡化，重金屬污染進一步加劇，Se對茶樹緩解重金屬離子的毒害作用受到越來越多的關注。

研究表明，Se緩解植物重金屬毒害的作用機制可能有2個方面：一是Se可與重金屬結合形成Se-重金屬復合物，以此降低或減少重金屬的吸收與轉化；二是Se參與調節抗氧化系統，使得保護性酶的含量提高、活性增強，從而提高重金屬脅迫的抗性［64-65］。張慶等［66］以漢中地區龍井43茶樹為材料，通過溶液培養試驗，探討了Se對Cr脅迫下茶樹生長和生理特性的影響，結果發現，施加適量的Se在一定程度上可以增加茶樹葉片Cr誘導產生的抗氧化酶CAT、APX和GSH-Px活性，降低質膜過氧化產物MDA和H2O2含量的積累，促進滲透調節物質維持自身水分平衡和滲透平衡，提高Cr毒害的適應性，降低Cr元素的積累。李慧等［67］采用氫化物-原子熒光分光光度法測定了茶葉中砷（As）和Se的質量分數，探討了Se在土壤和茶葉中的遷移規律及其對As的影響，研究結果表明，茶葉中Se的質量分數與茶葉中As的質量分數呈負相關關系，隨著茶葉中Se的質量分數的增加，As的質量分數降低，究其原因可能是茶葉中Se含量的增加減少了土壤中重金屬As向地上部的遷移，使得茶樹對As的吸收減少。目前，關于Se與重金屬拮抗的分子機制方面的文獻較少，針對Se如何影響重金屬的轉移和吸收有待深入研究。

5 展望

近年來，國內外學者針對茶樹Se營養形態、吸收與積累特性、調節茶樹抗逆機制等方面開展了一系列富有成效的研究，為提高茶樹的Se吸收效率，增強茶樹抗逆能力提供了理論基礎，同時對未來富Se茶的生產及管理也具有指導意義，但仍存在很多問題值得探討。

（1）前期研究雖證實Se營養對茶多酚、可溶性糖以及蛋白質含量有顯著促進作用，明確了Se營養對茶樹關鍵品質成分積累的影響及作用規律。而針對Se營養調控茶葉初級、次級代謝產物合成與積累的分子機制仍有待進一步研究。

（2）有關Se在植物抗逆領域的研究已較為深入，尤其是Se對茶樹緩解重金屬毒害、抵抗農藥脅迫以及提高耐寒性等方面取得了重要進展，明晰了Se能夠提高茶樹抗逆脅迫能力的關鍵是增強茶樹的抗氧化能力，促進抗氧化酶含量和活性的提高。未來可對不同形態Se調控茶樹抗逆脅迫的分子機制進行深入探討，以期實現不同形態Se在茶樹中的差異化功能，為逆境下提升茶葉產量和品質提供新的思路。

（3）關于Se-Cr互作的影響及茶樹對Se和Cr的吸收積累規律已有一定的研究進展，而對于解析Se-Cr互作的分子機制，或利用與其他營養元素相結合對Cr產生拮抗效應，實現富Se低Cr的茶葉產品是今后研究的方向之一。