铜胁迫下不同茶树的生理响应及亚细胞水平铜分布特性

王海斌+叶江华+孔祥海

摘要：为了分析不同茶树对Cu胁迫的生理响应及组织亚细胞Cu分布特性，采用水培法，探讨铁观音、肉桂2种茶树在不同浓度Cu胁迫下，茶树根部、叶部生理响应及其亚细胞Cu分布特征，以期为重金属对茶树毒害机制和茶树对重金属的自我防御研究提供理论依据。结果表明，随着Cu胁迫浓度的增加，茶树根部、叶部SOD、POD、CAT活性呈现下降趋势，且肉桂对Cu胁迫的耐受性高于铁观音。相同浓度Cu胁迫下2种茶树不同组织亚细胞中的Cu含量根部大于叶片。正常条件下，2种茶树根部、叶部亚细胞组分中细胞器的Cu含量最高，当胁迫Cu浓度>0 mg/L、≤40 mg/L 时，细胞溶质Cu含量最高，当胁迫Cu浓度>40 mg/L时，细胞壁Cu含量最高。Cu胁迫下，铁观音主要采取提高细胞溶质和细胞器中Cu离子含量来降低Cu离子毒害，而肉桂主要以提高细胞壁中Cu离子的结合率来降低Cu离子毒害，可见不同的茶树在Cu胁迫下所表现的解毒模式存在着一定差异。

关键词：茶树；铜胁迫；生理特性；亚细胞；分布特征

中图分类号： X503.235；S571.101 文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2016）11-0219-05

铜（Cu）是植物体内多酚氧化酶、细胞色素氧化酶、抗坏血酸氧化酶等多种酶类组成成分之一，是植物生长所需的微量元素[1]。然而，当外界环境存在较大量的Cu时，植物根系吸收Cu离子后，在植物体内转运，分布并积累于不同的部位，进而导致植物摄入过量Cu，生长受阻[2-3]。

众多学者开展了大量研究，探讨重金属胁迫对植物生长的影响，并普遍认为高剂量重金属对植物生长产生一定的毒害作用[4-6]。植物吸收的重金属离子进入植物组织细胞，对植物细胞产生直接性的毒害，是影响植物生长的关键，不同的植物细胞中重金属分布特征存在着一定的差异[7-8]。例如，锰在对商陆产生胁迫时，其主要分布在商陆叶片的细胞质可溶性部分，细胞壁次之，细胞器最少[9]。番茄在铜胁迫下，主要以提高细胞壁和细胞溶质中的铜含量来降低铜离子毒害[10]。在铅、镉胁迫下，萱草对铅的解毒方式主要采用提高细胞溶质铅含量的方法降低毒性，而对于镉则以提高细胞壁中镉含量的方法降低毒性[11]。可见，植物在吸收过量重金属离子后，通过自身特有的生理机制对过量重金属进行转化降低毒性以达到抵抗重金属胁迫的效果。

近年来，茶叶经济效益提升，为了有效保证茶叶的产量，茶园中含金属的化肥、农药、有机肥等大量施用，一方面导致茶园土壤重金属含量增加，另一方面引起茶树体内重金属元素积累量提升[12-14]。长期以来众多学者主要集中探讨茶叶成品加工后重金属的溶出率、重金属对茶树生长的影响，茶树重金属的累积特性等[15-17]，而对于茶树受到重金属胁迫后，金属离子在茶树体内的积累及形态变化未作深入的研究。本研究以福建著名的茶树品种铁观音、肉桂为研究对象，探讨不同浓度Cu胁迫下，2种茶树响应Cu胁迫的生理特性及其亚细胞Cu分布特征，以期为研究重金属对茶树毒害机制和茶树对重金属的自我防御提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

福建安溪铁观音1年生无性系茶苗，茶苗高度35 cm左右，主茎直径约4.2 mm；福建武夷山1年生无性系茶苗，茶苗高度33 cm左右，主茎直径4.1 mm。

试验采用水培法，将茶苗置于预培养液中培养直至恢复正常生长；恢复生长后的茶苗移至含有不同浓度Cu离子的溶液中进行Cu胁迫；胁迫结束后收集水培茶树的新根和1芽2叶，一部分用于测定茶树根、叶组织生理指标（超氧化物歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶活性），另一部分用于测定茶树不同组织亚细胞Cu含量。

1.2 茶苗的预培养

茶苗水培营养液配方[18]为：NH4+30 mg/L、NO3-10 mg/L、PO43- 32 mg/L、K+39 mg/L、Mg2+24 mg/L、Al3+0.1 mg/L，pH值为5.5。

将取回的茶苗用自来水淋洗清洁植株，清洗完成后用蒸馏水冲洗植株5次，洗净后的茶苗定植于装有3 L蒸馏水的黑色塑料盆中（容量5 L），每盆定植8株（每种茶树30盆），培养7 d后，将蒸馏水倒净，添加3 L营养液进行恢复培养，培养时间30 d。培养条件为：采用微型气泵连续供气，每隔3 h，停止供气1 h，每天傍晚18：00左右补充水培液至3 L，每7 d更换1次培养液，培养室温度23～25 ℃，空气湿度70%～75%，光照度2 000 lx，光照时间10 h（08：00—18：00），预培养时间30 d[19]。预培养结束后，取出茶苗，用蒸馏水反复冲洗茶苗植株，特别是根系位置，除去杂质和根系所带营养液、无机离子，冲洗后的茶苗置于含Cu溶液中进行Cu胁迫处理。

1.3 茶苗Cu盐溶液培养

选择预培养后长势较为一致的茶苗按上述水培条件进行Cu盐水溶液试验，培养液中不添加营养成分。水培液中的Cu盐质量浓度设定为40、80、120 mg/L，以未添加Cu盐设为对照（0 mg/L），每个处理设置6个重复，每种茶树24盆，处理时间30 d。处理结束后，取不同处理下茶樹的根及1芽2叶用于茶树根、叶组织生理指标（超氧化物歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶活性）和茶树不同组织亚细胞Cu含量的测定。

1.4 茶苗组织生理指标测定

取0.5 g茶树根或叶，加入5 mL预冷提取液（含pH值7.0、浓度为50 mmol/L的磷酸缓冲液和1% PVP），于冰浴条件下研磨匀浆，匀浆离心10 min，转速为12 000 g，上清液用于SOD、CAT及POD活性测定。参照张志良等的方法[20]，SOD、POD活性采用分光光度法测定，CAT活性采用碘量法进行。

1.5 茶苗组织亚细胞结构分离