氟对茶树幼苗营养元素的影响

钟秋生，林郑和，陈常颂，单睿阳，游小妹，陈志辉

(国家茶树改良中心福建分中心/福建省农业科学院茶叶研究所，福建 福安 355015)

氟(F)是人体所需的微量元素，它可促进牙齿和骨骼的钙化，保护牙齿和骨骼的健康，但是过量的摄入氟可导致龋齿和氟骨癌[1]。氟在自然界主要与地壳中的岩石和矿物质结合而生成难溶的化合物，并不会对环境造成污染和危害，但是随着人们大量的使用含氟磷肥及含氟废气、废水的排放，氟已经成为一种新的环境污染物。研究表明，茶树吸收氟的能力远远比其他植物强，具有典型的聚氟和耐氟特性[3]，茶树的氟主要聚集在叶部，尤其是老叶[4,5]。茶叶中的氟具有两面性，少量的氟元素对人体健康具有一定的促进作用，对生长发育和繁殖都非常的重要。但含量过多则又会起到相反的毒害作用，如易引起氟骨症等。近年来，茶叶中的氟引起了人们的广泛关注，如何降低茶叶中的氟也成为当前研究的热点之一。

目前国内外对氟在茶树体内的累积特性，氟在茶叶中的溶出和浸出规律、茶叶降氟措施、氟在茶树体内转移代谢途径等已展开许多研究，且取得了许多成果，但对茶树在氟胁迫下对茶树营养元素吸收影响报道较少。大量元素氮、磷、钾及金属元素钙、镁、铝等对植物生长及茶叶品质起着至关重要的作用。基于此，本研究采用单因素试验统计分析方法，设4个氟处理浓度，研究不同浓度氟对茶树叶片营养元素吸收的影响，为茶树中氟的吸收机制及对茶树的生理及营养元素调控代谢等方面的研究提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验茶苗的培养与取样

试验地设在福建省农业科学院茶叶研究所内。挑选生长一致的约10月龄的扦插‘瑞香’[Camelliasinensis(L.) O. Kuntze]茶苗为试验材料，设4个处理，每个处理20盆，盆栽于6 L的装满沙的花盆，每盆栽3株，在自然温、光条件下培养。营养液参考Lin[6]。完全营养液包含3 mmol·L-1硝酸铵(NH4NO3)，0.5 mmol·L-1磷酸二氢钙[Ca(H2PO4)2]，1.0 mmol·L-1硫酸钾(K2SO4)，0.5 mmol·L-1氯化钙(CaCl2)，0.6 mmol·L-1硫酸镁(MgSO4)，46 μmol·L-1硼酸(H3BO3)，9 μmol·L-1硫酸锰(MnSO4)，9 μmol·L-1(硫酸锌)ZnSO4，2 μmol·L-1硫酸铜(CuSO4)，2.6 μmol·L-1钼酸钠(Na2MoO4)和30 μmol·L-1Fe-EDTA。每次处理每盆均施完全营养液约500 mL(每隔1天施1次，直至试验取样结束)。移栽后15周进行不同浓度的氟处理，每盆施含0、100、200、600 mg·L-1氟的NaF溶液，各处理顺次记为F1～F4。每周3次(周一、周三、周五)，处理8周后不同处理间植株生长有明显差异，此时分别采集各处理茶苗根、茎、叶(均为完全展开的成熟叶，叶龄约7周)样品，分别制成烘干样，4个处理的叶、茎、根样品依次标记为LF1、LF2、LF3、LF4、SF1、SF2、SF3、SF4、RF1、RF2、RF3、RF4，研磨过筛后待用。以上试验在温室自然温、光条件下进行，所用水均为去离子水。

1.2 植物(茶树)干重的测定

不同部位植株干重：待茶树植株收获后，用自来水冲洗干净，然后分为地上和地下部分，每个处理6个重复，将鲜样先在105℃下处理30 min，再在80(C下烘48 h至恒重，然而对各部分植株重量进行测定。

1.3 叶片各元素含量的测定

氟含量测定参照《GB/T 5009.18-2003食品中氟的测定》：氟离子选择电极法；总氮采用凯氏定氮法，总磷采用钒钼磷酸比色法，叶片钾的检测按照火焰光度法[7]。钙、镁元素含量的测定采用原子分光光度法[8]。

BT51.4 数据处理

数据结果采用DPS 7.5版本进行统计分析(LSD法，P<0.05)；利用SigmaPlot 10.0软件进行做图分析。所有分析试验均重复6次(不同盆中一株植株为一个重复)，取6次的平均值数据后进行作图分析。

2 结果与分析

2.1 氟对茶树幼苗生长的影响

由图1(A-C)可知，随着供氟浓度的增加，茶树叶片、茎干重均显著降低；根系干重在较低浓度氟处理下(100 mg·L-1、200 mg·L-1)差异不显著，其他各处理差异达显著水平；根冠比随着供氟浓度的增加总体表现先略微降低而后上升的变化趋势，在供氟浓为600 mg·L-1时增加显著(图1-D)。

2.2 氟对茶树幼苗不同部位氟含量的影响

由图2可知，随着氟处理浓度的增大，茶树的根、茎、叶片的氟含量均持续上升，氟处理浓度在600 mg·L-1时增加明显(图2A-C)。茶树的叶部氟累积明显，本研究中叶位的氟含量平均值106.3～237.4 mg·g-1(图2-A)；根、茎部在氟处理浓度达到600 mg·L-1时累积明显。根部含氟量各处理平均值8.5～42.7 mg·g-1，茎部氟含量各处理平均值12.3～45.4 mg·g-1。

2.3 氟对茶树幼苗不同部位总氮、总磷和钾含量的影响

图3可知，叶位和茎部总氮含量随着氟浓度的增加有上升趋势；根部氮含量随着氟处理浓度增加，有降低趋势，但各处理间均未达显著水平。

图4可知，叶部、茎部和根部的磷含量在氟处理浓度达到600 mg·L-1时显著降低。

图1 氟对茶树生物量及根冠比的影响Fig.1 Effects of F-stress on biomass and root/shoot ratio of seedlings

图2 氟对茶树各部位氟含量的影响Fig.2 Effects of F-stress on F content in parts of seedlings

图5可知，叶位钾含量随着氟浓度的增加有上升趋势，处理间均未达显著水平；茎、根钾含量随着氟处理浓度增加而降低，当氟处理浓度达到200 mg·L-1以上时明显下降。

2.4 氟对茶树幼苗不同部位钙和镁含量的影响

如图6所示，钙含量在茶树叶位含量最高，其次是茎部和根部；在茶树叶位随着氟浓度的增加逐渐降低，在氟处理浓度达到600 mg·L-1时显著降低；茎部和根部钙含量均随着氟浓度增加变化不显著。叶位镁含量在氟处理浓度为200 mg·L-1时有上升，但处理间无差异；茎部镁含量随着氟浓度的增加有下降趋势，处理间不显著；根部镁含量在高氟浓度(600 mg·L-1)处理时显著降低(图7)。

2.5 茶树幼苗叶、茎和根氟含量与各元素含量相关性分析

叶片氟含量与叶片总N含量均呈正相线性相关(图8)，叶片总N均随着叶片氟含量的增加而增加[Y(N)=0.0179X+28.5509，R2=0.6662]。叶片氟含量与叶片钙含量呈副的线性相关[Y(Ca)=-0.0029X+1.9852，R2=0.9864]。

茎部氟含量与氮含量呈正的线性相关(0.9952)；与茎部镁、磷、钾均呈负的线性相关，相关系数分别为-0.9471、-0.9237和-0.6518；根部氟含量与根部钙含量呈高度负相关(-0.9588)。

图3 氟对茶树各部位氮含量的影响Fig.3 Effects of F-stress on total N in parts of seedlings

图4 氟对茶树各部位磷含量的影响Fig.4 Effects of F-stress on total P in parts of seedlings

图5 氟对茶树各部位钾含量的影响Fig.5 Effects of F-stress on K content in parts of seedlings

图6 氟对茶树幼苗根、茎、叶等不同部位Ca元素含量的影响Fig.6 Effects of F-stress on Ca contents in parts of seedlings

3 讨论

茶树中的氟一直以来是学者研究的热点。氟不是茶树生长的必需元素，但能对茶树产生重要影响。已有研究表明，低浓度的氟对茶树生长具有一定的促进作用，而较高浓度的氟会影响茶树自身品质成分的代谢，如茶多酚和氨基酸等，进而影响茶叶品质[9-10]，还会抑制茶树花粉萌发和花粉管伸长[12]，降低茶树叶片的光合作用等[11]。本研究在低浓度氟处理下(100 mg·L-1)，根冠比降低，说明较低浓度氟对茶树生长的确具有一定的促进作用，这也与李琼[9等人的研究结果一致。而后随着氟处理浓度的增加，茶树叶片、茎干重均显著降低。根冠比增加，茶树幼苗受到胁迫进而影响其生长。金属元素钾、钙、镁等既是植物生长的必需元素，也是人体所需的营养元素。研究叶片中这些营养物质在氟处理条件下含量的变化，有助于揭示氟对茶树茶叶品质的影响。前期张伟等[13]发现茶树在氟处理下，除了铁和锰元素含量上升外，其他5种元素如铜、锌、钙、钾、镁等均有不同程度的下降；王丽霞等[14]水培试验研究表明，随着氟处理浓度的增加，茶树叶片的K、Mg、Fe、Zn的含量显著降低，而Ca含量显著增加；李春雷等[10]研究发现，金属元素Ca、K、Cu、Zn的含量显著下降，Mn的含量显著升高，Fe的含量先升高后降低，Mg先降后升，但各处理间差异不显著；可见，氟对茶树各种元素吸收大多具有消极的影响。在本研究中，叶片钙含量随着叶部的氟浓度的增加逐渐降低，在氟处理浓度达到600 mg·L-1时显著降低，这与以上部分前人研究结果一致，而叶片钾含量与前人研究结果有差异，即随着氟浓度的增加叶片钾含量并未降低，而茎部和根的钾含量，在氟浓度达到200 mg·L-1时均显著降低。分析原因，可能是在茶苗根部周边的不同离子的吸附平衡有关，或者是其他元素产生拮抗作用相关。

图7 氟对茶树幼苗根、茎、叶等不同部位Mg元素含量的影响Fig.7 Effects of F-stress on Mg contents in parts of seedlings

图8 叶片氟含量与叶片总氮、钙含量的相关性Fig.8 Correlation between F, N and Ca contents in leaves of seedlings

表1 茶树各部位氟含量与各元素相关性分析

除了氟元素外，施用不同浓度、不同种类的营养元素会使茶树各器官对其他各元素吸收具有一定的影响：如在土壤中添加Al能促进茶树根、茎和叶对Cu的积累和吸收[15]。茶树叶面喷施铜会影响磷、铁、锌的吸收，但能提高锰、钾、钙、镁和钠的浓度[16]。在未施钾时，茶树叶片钙及锰的含量显著高于茎部和根部，镁、铜、锌的含量均在根部最高[17]；此外，有学者对茶树幼苗进行不同P浓度处理，发现各供P处理叶片中Ca含量最高，其次是茎，根最低[18]；在本研究中，高浓度的氟会显著降低根部磷、钾和镁元素的含量，同时会显著降低叶位钙元素含量。氟对叶部和茎部氮含量的提高具有一定的促进作用，但各处理未达显著水平。相关性分析表明，随着茶树根、茎和叶各部位氟含量的增加，总体上降低茶树对其他各元素的吸收量。

茶树(CamelliasinensisL.)是一种超累积氟元素，又同时会富集大量铝元素的重要叶用经济作物。研究表明氟具有高度的生物活性，与铝元素会形成较稳定铝-氟络合物，可以有效降低氟的生物毒性[19]。因此开展铝对茶树富集氟吸收的影响及氟与其他金属离子如镁、钙等的络合机制等的研究，对阐明茶树对氟的富集机理及调控茶树中的氟吸收等方面的研究都有重要意义。