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铜在茶树中的迁移转化及对茶树生理生化影响研究进展

2024-11-20 89 上传者：管理员

摘要：茶作为现今最为风靡的无酒精饮料之一，具有多种功效。但在铜的不同浓度胁迫下，会对茶树造成多方面影响。茶树中铜主要来源于土壤，其含量受多种外界因素影响，适量的铜离子利于茶幼苗生长，高浓度则抑制生长。铜在其他植物及茶树中迁移转化规律不同，且茶树根具较强富集性。铜对茶叶生化成分影响显著，缺铜降低品质，过量有害。不同植物对铜的抗氧化酶活性反应各异。在铜胁迫下，浓度高会破坏茶树超微结构，从而影响茶树的正常生长。本篇综述论文通过对茶树的生长发育、抗氧化酶的活性、生化成分的含量测定、超微结构的观察等方面结合铜的迁移转化规律，浅析铜在茶树中的迁移转化规律，为绿色茶叶的生产提供理论依据。

关键词：
微量元素
生物富集
绿色茶叶
茶树
重金属
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近年来，随着茶叶产业的发展和人们对健康的关注，茶叶的益处也得到越来越多的重视，通过已有研究发现土壤中，一定浓度的铜离子对茶叶中生化成分以及抗氧化酶类活性有一定的影响。论文从茶树中铜的来源、铜对茶树生长发育的影响、铜在茶树中的迁移转化、铜对茶叶生化成分的影响、铜对茶叶抗氧化酶活性的影响、铜对茶树超微结构的影响六个方面来阐述铜在茶树中的迁移转化及对茶树生理生化影响。

我国是世界上最早发现、栽培、加工、饮用茶的国家。中国作为世界茶树的原产地和茶叶的故乡，且中国西南地区是茶树原产地的中心，我国茶叶行业发展十分迅速。在人们的生活中，茶不仅仅是一种物质消费品，也是一种精神文化产品。现今，茶叶作为世界三大无酒精饮料之一，已经风靡世界各地。

铜(Cu)是世界上使用量排行第三的金属，也是人类、动物和植物必需的微量金属元素之一，其含有微毒性。在生物体中，铜以两种形式存在：一是以离子形式存在，二是与蛋白质结合成铜蛋白存在。铜对于人体多个重要器官的发育和功能都有着重要影响。铜离子维持植物正常的新陈代谢及生长发育具有极其重要的意义，也是植物正常生命活动所必需的微量元素。铜多以铜离子的状态进入茶树体内，是茶树体内多种酶的组成成分，能够影响茶树的光合作用、呼吸作用、碳水化合物和蛋白质的合成。

1、茶树中铜的来源

植物需要的铜大部分来源于土壤。但茶树对铜富集能力较弱，通过主动式吸收对铜元素进行吸收。茶树中的铜含量受到多个外界因素影响，例如：茶树种植环境、施肥、施药、后期加工流程和设备等。

2、铜对茶树生长发育的影响

2.1 铜对其他植物生长发育的影响

祝沛平等人研究表明适量供铜可促进大麦、小麦和油菜等作物根、枝的分化[1]。然而，另有研究表明，空心菜在铜浓度大于800 mg/kg的土壤中根部受损，散失水分调控能力，无法吸收足量的水分和营养，出现各种病症[2]。余明惠的实验表明Cu2+浓10 mg/L时，波斯菊苗高达到最大值5.6 mm, 当Cu2+浓度为200 mg/L时，波斯菊苗高为2.0 mm, 是对照处理下苗高的56%[3]。

2.2 铜对茶树生长发育的影响

铜对茶树与生长发育的影响与对植物的影响类似。李季林等人利用水培实验，研究铜对茶树生长发育的影响，结果表明，铜处理浓度≥3 mg/L 时，茶树出现严重的毒害症状，甚至死亡[4]。黄积安的研究表明适量施铜能促进茶树根系生长，提高根冠比与吸收根和输导根的比例，从而增强茶树抵御干旱的能力[5]。综上，适当的铜离子浓度有利于茶幼苗的生长，当铜离子浓度比较高时，则使茶幼苗受害，对茶树的根和茎叶的生长具有抑制作用，从而影响到整体生长。

3、铜在植物中的迁移转化

3.1 铜在其他植物中的迁移转化

利用盆栽试验对小麦进行种植研究铜在土壤-植物系统的积累、迁移及转化，通过该实验也发现小麦根部铜的含量随外界浓度的增加而增加，具有比较强的富集性，而茎叶和果实中的铜含量变化范围较小[6]。番茄中也表现出相似的富集规律：随着土壤中铜含量的增加，番茄根中铜的含量增加幅度大于茎叶，并且土壤中铜含量在0～100 mg/kg时，根中铜离子的增加幅度小，土壤中铜含量在100～800 mg/kg时。根中铜离子的增加幅度大[7]。

3.2 铜在茶树中的迁移转化

通过实验发现茶树对铜胁迫的忍耐力较高，一定浓度的铜是有益元素。茶树中重金属含量：吸收根>嫩叶>非根际土壤>根际土壤>茎>主根>老叶>枯叶，可知茶树的根对铜具有比较强的富集性。

4、铜对茶叶生化成分的影响

茶叶中含有茶多酚，山柰酚，槲皮素等多种化学成分，具有抗氧化、兴奋中枢神经等多种药理作用。

铜对茶叶中的生化成分以及生长会造成一定的影响。缺铜会影响茶树的正常发育。在缺铜时茶树的茎和根中的氨基酸，茶多酚等含量降低，使茶叶品质降低。但是铜施用过多会对茶叶，土壤和人体健康造成危害，因此根据赵萌等人研究发现：土壤施铜最佳水平为6 mg/kg, 此时水浸出物、游离氨基酸、可溶性糖、茶多酚、儿茶素、咖啡碱、茶氨酸的含量分别为：45.11%、3.66%、2.57%、24.65%、13.89%、2.96%、1.56%;叶面喷施铜最佳水平为300 mg/kg, 此时水浸出物、游离氨基酸、可溶性糖、茶多酚、儿茶素、咖啡碱、茶氨酸的含量分别为：46.66%、3.71%、2.73%、25.66%、14.12%、3.12%、1.68%[8]。由此可见，茶树中铜的含量对生化成分具有较大的影响。

5、铜对植物中抗氧化酶类活性的影响

茶叶中含有多种抗氧化酶，比如：SOD(超氧化物歧化酶),POD(过氧化物酶),CAT(过氧化氢酶),GSH-Px(谷胱甘肽过氧化物酶)等。褚磊等人通过盆栽实验对金星蕨进行铜离子处理后发现金星蕨中的抗氧化酶的活性随铜浓度的增加而上升，其中POD的活性随着铜浓度的增加先升后降[9]。但通过对节节草进行铜处理后，却发现低浓度的铜对节节草影响并不明显，而在高浓度铜处理下，节节草中的抗氧化酶活性随铜浓度增加而上升，抗氧化酶活性与铜浓度呈显著的正相关[10]。

6、不同胁迫元素对植物的超微结构的影响

采用水培法对茶树进行培养后发现在中低浓度的铝处理下，茶树叶片细胞超微结构破坏较轻。但在高浓度处理下，叶片细胞结构破坏严重，发生了叶绿体膜溶解等现象。同样，在高浓度镧处理下的铁观音根系细胞排列疏松无规则，蜡质增多且细胞壁膨大，细胞壁细胞质膜上分布较多含有镧元素的黑色沉积物，从而说明茶树经过镧处理后，其根细胞超微结构受到了影响[11]。在水培条件下，用不同浓度氟处理茶苗30天也得出类似的结果。氟浓度较小时，氟对叶片超微结构影响较小，而当氟浓度较大时，叶片内部结构遭到了严重的破坏。综上可知，胁迫元素浓度较低时，对茶树的超微结构影响较小，而当胁迫元素浓度较高时则会对茶树的超微结构破坏较大。

7、展望

目前，关于茶树铜的影响的研究较少，仅有的报道也只涉及铜对茶树的生长发育的影响，对于茶树中铜的含量及迁移缺乏系统性的研究，对于铜对茶树中抗氧化酶类活性的影响、铜元素对植物的超微结构的影响的研究寥寥无几。因此，未来茶树铜的研究可以从以下方面进行。

一是深入探究铜在茶树中的迁移转化规律，探讨影响茶树中铜的含量的因素。可以进一步探究茶树根系对铜元素的吸收机制、在体内的转运、分布和累积过程。

二是加强茶叶中铜含量的检测与监管。建立完善的茶叶中铜含量的检测方法和标准。可应用同位素标记法研究茶树中铜的来源，为建设更加生态的茶园提供数据支持。

三是探究铜元素与茶叶品质的相关性。影响茶树品质的生化成分有茶多酚、茶氨酸、咖啡碱等。这些物质在茶树体内通过各种代谢途径进行合成，而茶树中铜的胁迫会影响茶树的代谢机制。因此要对铜含量与茶叶品质进行相关性研究。

四是探究茶叶中铜的植物生理功能和食用安全性。铜是植物生长必要的微量元素之一，对茶叶的生长发育和品质形成具有重要作用，未来研究可进一步探究茶叶中铜的生理功能。同时关注茶叶中铜含量对人体健康的影响，为茶产品食用安全性提供依据。

参考文献:

[1]祝沛平.铜在植物生长发育中的作用 [J].生物学通报,2000,(10):7.

[2]王钰博,宋煕临,何欣等.铜对植物生长及叶组分的影响研究 [J].沈阳理工大学学报,2020,39 (5):41-45.

[3]俞明惠,程玉,范志强,等.铜对波斯菊种子萌发及幼苗生长的影响 [J].安徽农学通报,2019,25 (21):56-58.

[4]李晓林,唐茜,叶善蓉,等.茶树对铜的吸收与累积特性 [J].四川农业大学学报,2009,27 (1):69-73.

[5]黄积安.铜对茶树幼苗生长及抗旱力的影响 [J].植物生理学通讯,1965,(1):11-13.