茶树锗素营养研究进展

刘学艳 王朝雯 唐兴莹 雷绵森 计憬润 于龙凤

摘要：微量锗元素对茶树的生长发育起着至关重要的作用，不仅参与茶树体内的新陈代谢，还影响茶树叶片中有机锗含量。为便于学者了解茶树锗素营养研究现状，进一步探索茶树吸收与转化锗元素的机理，从而开发富锗茶资源。文章从锗资源概况及有机锗保健功效、有机锗的测定方法及茶树体内的锗含量、茶树对锗元素的吸收累积特性及可能机理、富锗茶资源的开发及其应用前景4个方面进行综述，希望为学者了解富锗茶提供参考。

关键词：锗元素;茶树;保健功效;测定方法;富锗茶

Research Progress of Germanium Nutrition in Tea Plant

LIU Xueyan1，2， WANG Chaowen1，2， TANG Xingying1，2， LEI Miansen1， JI Jingrun1， YU Longfeng1，2*

1. School of Biotechnology and Engineering， West Yunnan Normal University of Science and Technology， Lincang 677000， China;

2. Yunnan Black Tea Engineering Technology Research Center， Lincang 677000， China

Abstract： Trace germanium plays an important role in the growth and development of tea plants. It not only participates in the metabolism of tea plants， but also affects the content of organic germanium in tea leaves. The purpose of this paper is to facilitate scholars to understand the research status of germanium nutrition in tea plants， further explore the mechanism of germanium absorption and transformation in tea plants， so as to develop germanium-rich tea resources. This paper offered an overview of germanium resources， introduced the health care effect of organic germanium， the determination method of organic germanium and the germanium content in tea plants， the absorption and accumulation characteristics and possible mechanism of germanium in tea plants， and the development and application prospect of germanium-rich tea resources， hoping to provide a reference for scholars to understand germanium-rich tea.

Keywords： germanium， tea plants， health benefits， determination method， germanium-rich tea

茶樹是一种多年生常绿木本植物，树龄可长达数百年甚至上千年，其赖以生存的土壤环境对茶树生命活动有着重要影响。已有研究表明，土壤中的微量锗元素对茶树的生长发育起着重要作用。一方面，锗元素会影响茶树体内其他元素的分布，进而影响茶树的新陈代谢，改变茶树的次生代谢产物;另一方面，无机锗可以在茶树体内通过各种代谢途径转化为有机锗，进而影响茶树叶片中有机锗含量。茶和有机锗都可以促进人体健康。因此，近年来许多学者致力于研究茶树与锗的关系，希望探索出茶树体内的锗含量及其分布规律、锗对茶树生理特性及茶叶品质的影响，进而开发富锗茶资源，为需锗患者提供天然富锗茶饮品，提高茶叶饮用价值，同时还可以充分利用土壤锗资源，提高我国锗资源的经济价值。

1  锗资源概况及有机锗的保健功效

1.1  我国锗资源概况

锗（Germanium，简写为Ge），原子序数为32，位于化学元素周期表的第四周期，是由德国化学家WINKER C A从硫银矿中发现并命名[1]。锗因其分散性，一般情况下难以形成独立矿床。锗是一种良好的半导体，广泛应用于太阳能电池、光纤通讯等方面。我国锗资源储量约3 500 t，占全球锗资源的40%以上，其中云南省锗资源储量占全国的32%，大部分锗资源分布于临沧市[2]。临沧市位于云南省西南部，是我国重要的锗资源基地，也是我国重要的产茶基地。科学家已对临沧地区著名的褐煤锗矿资源进行了深入的研究，目前已探明的锗矿床储量约为800 t，大量的锗主要来源于成煤植物[3]。

锗元素广泛分布于植物体或菌类中。例如日本学者研究发现灵芝、人参、枸杞、大蒜中的锗含量分别为257 mg/kg、320 mg/kg、124 mg/kg、756 mg/kg;我国学者陈青川等[4]发现银耳中锗含量约为66.31 ng/g。据文献报道，我国土壤锗含量约1.3 mg/kg[5]，而土壤中锗含量会影响土壤酶活性、土壤微生物种类和数量;此外，锗还会改变植物中光合色素的组成和含量[6]。因此土壤中的锗对常年生长于土壤中的茶树有重要的影响。

1.2  有机锗的保健功效

锗的化合物分为无机锗和有机锗两种。无机锗对人体具有很强的毒性[7]。有机锗（分子中含有Ge-C键的化合物）对人体无毒害作用，主要包括3类。一类是可以直接食用的天然有机锗;另一类是将锗化合物植入酵母、细菌、蔬菜中生产的生物有机锗;还有一类是合成有机锗，如螺锗、呋喃锗、羧乙基锗倍半氧化物Ge-132等[8]。杨利等[9]指出，成年人对有机锗（Ge-132）的最大安全摄入量为24 mg/d，而实际摄入量平均值为0.4～3.7 mg/d，进入人体内的锗被人体吸收后经血液输送到全身组织发挥生物学功能。有机锗被称为“生命的奇效元素”，具有很强的氧化脱氢能力，其主要保健功效包括延缓衰老、增强免疫力、调节代谢性疾病。有机锗对于延缓衰老的主要作用体现在清除体内自由基、增强抗氧化功能，达到美容养颜[10]、预防神经退行性疾病等[11-12]。有机锗对于调节代谢性疾病的主要作用体现在有机锗能够提高脂类代谢、糖类代谢等[13]，从而起到降糖[14]、降血压[15]、降血脂[16]、抗肿瘤[17]、抗癌[18]、抗炎[19]等多种功效。截至目前，锗元素暂未被列为人体必需元素，但大量研究表明有机锗是一种具有良好营养保健作用的微量元素[20]。

2  有机锗的测定方法及茶树体内的锗含量

近年来，随着锗元素关注度的提升，其测定方法也在不断发展。目前，常用于锗元素测定的方法主要有薄层法、电位法、原子荧光光谱法[21]、等离子体发射光谱法[22]、电感耦合等离子质谱法等。如巩海娟等[23]采用ICP-MS方法测定了食品中的锗含量，认为ICP-MS具有更快的检测速度和更高的灵敏度，很适用于食品锗含量测定。也有学者发现，桑色素荧光分光光度法在测定保健饮料中的锗含量方面表现出极大优势[24]。关于茶叶中锗含量的测定，最早见于20世纪90年代。刘训健等[25]采用催化极谱法测定了10种茶叶中的锗含量，发现不同品种、不同等级的茶叶中锗含量有较大的差异，且茶叶越老，锗含量越高;10种茶叶中，龙井茶和碧螺春锗含量最低，均为41.02 μg/kg，茉莉花茶锗含量最高（107.77 μg/kg）。诸葛纯英等[26]采用高频电感耦合等离子体发射光谱法及催化极谱法测定发现，广西地区的白毫茶、石龙茶等含有一定的锗元素。严和平等[27]通过苯芴酮-分光光度法测得云南普洱茶中的锗含量为2.44～6.78 μg/g。张存兰[28]使用溴百里酚蓝分光光度法测得毛尖茶叶中锗含量约为6.50 μg/g。陈青等[29]使用苯芴酮——溴化十六烷基三甲胺分光光度法测定贵州省13种茶叶的有机锗含量，均值为2.24 μg/g，最高值为4.57 μg/g，可见茶叶中含有一定量的有机锗，锗元素缺乏者可以通过饮茶补充。

3  茶树对锗元素的吸收累积特性及可能机理

茶树是一种富含多种微量元素的作物，其中，铁、硒、铜、锰、氟等微量元素对茶树生长及茶叶品质的影响已有大量报道[30]，同时也指出茶树对硒、锌等元素的生物富集作用很強。在生产上，通过外源施加微量元素肥料，茶树可以吸收、富集和转化更多微量元素，把非生物活性和毒性高的无机硒、无机锗转化为安全有效、毒性低的有机硒和有机锗[31]。尽管锗素对茶树的生长及茶叶品质的影响还鲜有报道，但植物体具备了吸收以及通过自身代谢循环利用硒、锗的能力。杨婉秋等[32]研究表明，茶树各组织中锗含量由高到低的顺序为老叶>嫩叶>根>茎>皮>花>果，锗在嫩叶中迁移系数低于老叶，仅为0.025 9。说明茶树叶片成熟度是影响茶叶浸出液中微量元素含量的重要因素[33]。此外，据严和平等[27]研究表明，云南产的普洱茶中含有较丰富的锗，可能与云南地区土壤中锗含量有关。而临沧地区的土壤中锗含量更加丰富[2]，为富锗茶的种植开发提供了方向。

刘训健等[34]研究表明，外源施加锗肥会影响茶树的有机锗含量，进而影响茶叶的生物活性。锗对茶树生长的影响，笔者结合前人研究结果，认为可能有以下两个原因：一为锗元素是典型的两性元素，在酸性介质中主要以Ge4+形式存在，而茶树是典型的“喜酸怕碱”植物，外源锗进入茶树体内，可能会打破茶树体内原来的元素分布情况，改变茶树各器官对元素的吸收和分配[35]，最终影响茶树生长和茶叶品质;二是根据Makham等[36]报道的二氧化锗会影响硅藻蛋白质和叶绿素的合成，且锗可溶于硝酸盐、硫酸盐、钾的氯化物等电解质溶液的化学性质，在茶树生长发育过程中，锗化合物可能会参与茶树某些代谢过程的调控，如氨基酸代谢、糖代谢等，促进茶树的光合作用及酶的合成，进而影响茶树次生代谢产物的种类和含量。例如锗化物对脯氨酸代谢的影响，会影响茶树的抗逆性;锗化物对茶树新陈代谢酶合成的影响，会直接影响茶树代谢途径，改变茶叶成品中氨基酸、茶多酚、水浸出物、咖啡碱、茶色素、茶多糖等影响茶叶品质的重要物质含量，进而影响茶叶品质。此外，目前并没有研究报道锗元素是茶树生长的必需元素，也没有茶树缺乏锗元素的症状、诊断方法，以及茶树施锗的最佳方案，说明茶树锗元素营养研究具有开拓性的意义。

目前，相关研究集中于茶叶中锗含量测定，锗对茶树生理特性及对茶叶品质的具体影响机制还处于探索阶段，锗含量对茶树中多酚类、氨基酸、酶活性的影响还有待分析;至于锗对茶树体内代谢节点的调控及品质影响的分子机制的研究还有极大的空白，需进一步深入探究。

4  富锗茶资源的开发及其应用前景

天然有机锗是许多药用植物的有效成分之一，而天然富锗茶的锗含量极低，无法满足缺锗人群的需求。大量文献表明，无机锗在植物体内可以富集成有机锗[37]，且适量的外源锗既能促进植物生长发育，又能增加植物体内有机锗含量，提高植物的保健功效[38]。因此，生产上可以借鉴富锗大麦苗[39]、富锗金针菇[40]、富锗水稻[41]的培育方法，开发富锗茶。即在土壤中添加外源锗溶液来获取富锗产品[42]。此外，徐建明等[43]还利用富锗的废弃茶枝来栽培灵芝，既可以充分利用茶叶资源，同时可以提高灵芝中有机锗含量，对促进灵芝的营养价值具有双重作用。富锗产品的成功开发，既是农业领域，也是工业领域的重要突破。

盡管目前由于生产成本问题，以及锗元素对茶树生长发育的影响机制还未完全清晰，天然富锗茶产品的开发尚未推广;但据夏永香[31]研究，通过不同次数、不同浓度叶面喷施二氧化锗溶液，发现大蒜植株生长加快，光合性能和抗氧化酶活性提升，大蒜的营养品质也得到了极大提升，还开发出富锗大蒜。且据杨婉秋等[44]研究表明，临沧地区茶园土壤中锗含量较高，部分茶园土壤中锗含量达到了富锗土壤标准（1.5 mg/kg）。因此，笔者认为利用临沧地区的富锗土壤进行富锗茶树种植和开发，是一种低成本、纯天然生产富锗产品的技术，还可以将茶叶的保健功效与有机锗的生物活性结合在一起，对于生产促进人类身体健康的富锗有机茶具有重要意义，且具广阔的前景。

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基金项目：云南省地方本科高校（部分）基础研究联合专项资金项目（202001BA070001-187）。

作者简介：刘学艳，女，主要从事茶叶加工与质量控制研究。*通信作者，E-mail：364130476@qq.com。