热带亚热带植物学报201 1,l9(3):254-259 Joumd of Tropical and Subtropical Botany 模拟酸雨和铝对茶叶主要化学品质与 铝积累的影响 黄媛h, ,段小华h2,胡小飞la,邓泽元 , ,陈伏生 (1.南吕大学,a.食品科学与技术国家重点实验室,南昌330047;h.生命科学与食品工程学院,南吕33003 2.江西师范大学生命科学学院,江西省亚热带植物资源保护与利用重点实验室,南昌330022) 摘要:为研究模拟酸雨和铝(AI)对茶叶主要化学品质与Al积累的影响及其交互作用,采用3个酸度水平(pH 3.0、 4.0、5.0)和4种Al浓度水平(0、10、20、30 mg L- ),用溶液培养法研究茶叶的主要化学指标和Al含邕的异同。结果 表明,在模拟酸雨下,茶叶的茶多酚和咖啡碱含量随酸度增加先增加后下降,氨基酸、儿茶素和可溶性糖含量则下 降,黄酮含量无显著差异。随Al浓度的增加,茶叶茶多酚、咖啡碱、氨基酸、儿茶素、黄酮和可溶性糖含量均先增加 后卜降。模拟酸雨和Al浓度对茶叶茶多酚、儿茶素和黄酮含量具有显著交互作用,对咖啡碱、氨基酸和可溶性糖 含量没有明显交互作用,高酸高A1显著降低儿茶素含量(尸<0.05)。适中Al浓度0o~20 mg L )促进茶叶的Al积 累,而对根、茎和老叶A1积累无明显影响。低浓度A1条件下,酸雨促进茶叶Al的积累,而高酸高A1抑制茶叶Al 的积累。综合来看,适中的酸度(pH 4.0左右)和适量的A1浓度有利于提高和稳定茶叶的化学品质。 关键词:模拟酸雨;铝;茶叶;化学品质 中图分类号:Q945.78 文献标识码:A 文章编号:1005—3395 ̄011)o3—0254—06 doi:10.3969 ̄.issn.1005—3395.201 1.03.010 Effects of Simulated Acid Rain and AI Regulation on Tea Quality and Its AI Accumulation HUANG Yuan , ,DUAN Xiao—hua ,HU Xiao—feihDENG Ze—yuan , ,CHEN Fu—sheng ,(1 a.Stte Keay Laboratory ofFood Science and Technology,Nct ̄chang University,Nanchang 330047,Chma;1b.College D,L!/e Sciences and Food Engineering,Nanchang University.Nanchang 330031.China;2.Jingxia Subtropicd Plant Resou ̄.e Protection Utilization Key Laboratory,College of Sciences,JingxiNoramalUniversity,Nanchang 330022,China) Abstract:The influences of simulated acid rain and aluminum(A1)addition on main chemical quality and aluminum accumulation in tea leaves were investigated,which grown in acid deposition regions of red soil in southern China.The tea plants were treated with three pH levels(3.0,4.0,5.0)of acid rain and four levels of AI addition(0,10,20,30 mg L。。),respectively.The results showed that the contents of tea polyphenols and caffeine was the highest in tea leaves treated with pH 4.0 acid rain,and the contents of amino acid,catechin and soluble sugar decreased with increasing acidity,while the flavonoid content showed no signiicant difference among three flevels of pH solutions(P<0.05).With the increasing A1 concentrations in solution,the contents of tea polyphenols,caffeine,alTlino acid,catechin,flavonoid and soluble sugar in tea leaves increased first and decreased later.Simulted aciad rain and A1 addition had sinigifcant interactive effects on polyphenols,catechin and flavones, while no interactions on caffeine,soluble sugar and amino acid were found.The catechin content in tea leaves was 收稿日期:2010—09—30 接受日期:2010—12—25 基金项目:国家自然科学基金项目(31060081);中国博士后基金项目(20070421040);汀西省教育科技项f1(GJJ08055)资助 作者简介:黄媛(1985~),女,硕 { 研究生,研究方向为茶树铝循环与茶叶铝安全,email:emily502214@126.tom 通汛作者Corresponding author,email:chenfush@hotmail.com 第3期 黄媛等:模拟酸雨和铝对茶叶主要化学品质与铝积累的影响 inhibited by the highest pH(5.0)and A1 concentration(3o mg L )in solution.The A1 accumulation in tea leaves was the highest in the treatment of middle A1 concentration in solution(2o mg L ),while the A1 accumulation in roots,shoots and old leaves were not signiifcantly different among three treatments of A1 concentration.The A1 accumulation in tea leaves increased with decreasing pH solution under lower A1 concentration(10 mg L‘。),while the A1 content in tea leaves Was the lowest under the lowest pH(3.0)and the hi est A1 concentration(3o mg L。。) ni solution among the twelve treatments.Therefore,it was recommend that the moderate acidity(pH close to 4.0) nd A1a content(10—20 mg L。。)in solution was advantaged to improve tea quality. Key words:Simulated acid rain;Aluminum;Tea leaves;Chemical quality 茶是一种在中国具有悠久历史的饮料,且已成 而且随着酸度增强,粗脂肪与可溶性糖降低幅度越 大。徐晓燕等 用水培实验的方法,认为营养液 pH为7.5~4.5时,烟草(Nicotiana tabacum)叶中的 为风靡世界的三大无酒精饮料(茶、咖啡和可可)之 被认为是一种健康饮料 J。茶树(Camellia 一,sinensis)喜生于酸性富铝(A1)化的土壤中,是一种富 Al植物,广泛种植于中国南方的丘陵红壤区。近几 烟碱随着pH下降而减少;蛋白质和总糖含量则呈 上升的趋势,当pH下降至4.5时,不利于烟叶品质 的形成。在自然条件下,酸度增加往往伴随着土壤 可溶性Al含量的增加,而有关酸雨和Al的双重作 用对茶叶品质影响的研究报道较少,有关茶树的Al 含量与茶叶化学成分等品质的耦合关系研究仍有 待深入。本文通过模拟酸雨和Al添加双重作用, 研究其对茶叶Al吸收及茶叶品质的影响,重点榆 验适度的酸度和适量的Al浓度有利提高和稳定茶 叶品质的科学假设,从而为丘陵红壤酸沉降 构建 优质安全茶园提供科学参考。 十年来,由于人类活动的加剧,酸沉降已成为全球 重要的生态环境问题,导致土壤酸化加剧 ,固定 于晶格中的Al逐渐解离成以可溶性Al释放到土 壤溶液中,被植物吸收 J。目前我国南方大部分茶 园的土壤呈酸化趋势,土壤中可溶性Al含量增加, 对茶树生长、茶叶A1安全及其品质的影响受到关 注 。通常茶叶中的Al含量很高,达5~16 g kg- , 远远高于一般的粮食和饲料作物中Al的平均含量 (0.2 g k ) j。在大多数国家,一般每人每日摄入 的Al含量为几毫克左右,而茶水中的Al含量约为 1~6 mg L~,所以认为茶叶是Al摄人的主要饮食 来源 J,茶叶中的Al对人类健康的负面影响越来 越受到重视。茶叶品质是茶叶生产者和消费者共 l材料和方法 1.1材料 2009年5月在江西省茶树良种繁育场购买1 同关注的问题,茶叶质量安全是茶产业快速健康发 展的瓶颈。 。茶叶的化学成分是茶叶品质的物质 基础和质晕鉴定的主要内容之一 ,尤其是茶叶中 茶多酚、儿茶素、氨基酸、咖啡碱和町溶性糖,为国 际上公认的茶叶品质成份。而酸沉降和可溶性Al 增JJl1对茶叶化学成分的影响及其它们之间的耦合 关系并不清楚。已有研究表明,适量的Al可以提 年生茶树(Camellia sniensis)扦插苗(品种为福鼎大 白 ,平均地径为0.24 cm,平均苗高为26 cm。 选取生长一致的一年生茶苗,用蒸馏水洗净附 着于根部的泥土后,将其插入装有1.5 L营养液(改 良Hoaglnd大量元素和Amon微量元素)的黑色有 a盖塑料桶内,每桶3~4株。置于温度25 ,光照强 度23.5 ixmol In S~,光照时间为16 h d~,湿度80% 高茶叶中的氨基酸、茶多酚、咖啡碱、维生素和町溶 性糖含量,提高茶叶品质,过高的A1则降低茶叶的 品质 。与此同时,酸雨对农作物生长、生理过 的人工气候箱中培养,连续充气,隔天补充失去的 水分,每周定期更换一次营养液。 1.2方法 程、产量和品质的影响已成为陆地生态系统全球变 化研究的热点问题。宋建国等¨ 发现酸雨可降低 番茄(Lycopersicon esculentum)的维生素C和可溶 预培养一周后开展Al添加梯度和酸雨强度双 因素多水平随机化试验。其中Al的添加梯度为0、 10、20、30 mg r 等4个水平,用2 g L 的A12(SO4)3・ 18H,O溶液(以纯Al计)配制;酸雨强度设置为3.0、 性糖含量,使果实的风味和口感变差。梁俊等¨ 的研究表明,酸雨胁迫会导致油菜(Brassica campestris)的粗脂肪含量降低,可溶性糖含撮减少, 4.0、5.0等3个酸度水平,每天用[sO:一]:[NO;]= 256 热带亚热带植物学报 第l9卷 5:1的0.5 mol/L的H,SO 和1 mol/L的HNO 混 合酸液或1 mol/L的NaOH溶液。试验共设3 次重复,共计36桶。 各处理培养45 d后,分别收集根、茎、老叶(处 理前已存在的茶叶)和茶叶(一芽两叶),用蒸馏水洗 净,置于烘箱中200 ̄C杀青2~3 min,80 ̄C烘干 1_5 h,用研钵磨碎,过1 mnq筛,装袋备用,其中根、 茎、老叶仅分析A1含量,茶叶用于分析化学成分和 Al含量。 1.3测定项目 茶多酚的测定采用酒石酸铁比色法(紫外可见 分光光度计uV一2100,尤尼柯上海仪器有限公司), 参照GB/T 83 13—2002中的方法¨ .叻Ⅱ啡碱的测定 采用醋酸铅沉淀比色法,参照GB/T 8312—2002中 的方法 ;游离氨基酸总量的测定采用茚三酮比 色法,参照GB/T 8314—2002中的方法㈠ ;儿茶素 的测定采用香荚兰素比色法¨ ;可溶性糖的测定 采用蒽酮比色法,参照张志良等编著的植物生理学 试验指导中的方法¨ ;黄酮类化合物含量测定参 照王廷峰中的方法¨ 。茶叶中的Al含量}贝0定参 照肖乐勤改良后的石墨炉原子吸收光谱法(原子 吸收光谱仪A700,美国PE(PerkinElmer)公司) 。 1.4数据处理 采用sess(13.0)软件进行双因素方差分析,并 用Duncan检验进行多重比较。差异显著取P< 0.05。 2结果和分析 2.1茶叶的茶多酚含量 茶多酚是鲜叶水溶部分质量分数最多的物 质 ,具有多种生物学功效,如抗氧化、抗肿瘤、抗 辐射等,对人体具有独特的医疗保健作用 ,可以 作为评价茶叶品质的重要指标。在相同Al溶液处 理下,随着模拟酸雨酸度的增加,茶叶茶多酚含量 先增加后下降,且pH为3.0时的茶叶茶多酚含量 高于pH 5.0时的含量;在同一模拟酸度下,随着Al 浓度的升高,茶多酚的含量先增加后下降。在pH 4.0及10 mg L 的Al处理浓度时茶多酚的含量达 到最大值(360 mg g- )(图1A)。双因素方差分析表 明,模拟酸雨和Al对茶叶茶多酚含量具有显著的 交互作用(F6。2=34.76,P<0.001 o可见,适中的酸 度(pH 4.0)和适量的Al浓度(1O mg L )能提高茶叶 茶多酚的含量。 2.2茶叶的咖啡碱含量 茶叶中含有咖啡碱、茶碱、可可碱等生物碱类 化合物,其中咖啡碱含量最高,对茶汤滋味有影 响 ,具有兴奋、利尿、强心、解毒、减肥等多种牛 理效应。在相同Al处理浓度下,随着模拟酸度的 增加,咖啡碱的含量先增加后稍有下降;在同一模 拟酸度下,随着Al浓度的增加,咖啡碱的含量先增 加后下降;在不同模拟酸度下,10 mg L 的Al处理 下的咖啡碱含量均最高,比无Al处理分别增加了 63%(pH 3.0)、43.9%(pH 4.0)和58-2%(pH 5.0)(图 1B)。双因素方差分析表明,模拟酸雨与Al处理对 茶叶咖啡碱含量没有显著交互作用。 2.3茶叶的氨基酸含量 茶叶中的氨基酸有茶氨酸、谷氨酸、丝氨酸、苏 氨酸等20多种,可以增进茶汤滋味,提高茶叶香 气,改进干茶色泽和汤色。在无Al或相同A1处理 下,随模拟酸度的增加,茶叶氨基酸含量逐渐降低, 表明酸雨降低茶叶氨基酸含量。在同一模拟酸度 下,与无Al处理相比,10 mg L 的Al处理的茶叶 中氨基酸含量明显增加,且随着Al处 浓度的增 加,稍有下降,但下降幅度不明显,表明适 Al处 理可S ̄Dl:i茶叶氨基酸含量(图1c)。舣因素方差分 析表明,模拟酸雨与Al处理对茶叶氨基酸含量没 有显著交互作用。 2.4茶叶中的儿茶素含量 儿茶素是构成绿茶品质和功效最重要的化学 成分。茶叶的品质与儿茶素的含量和存在形式有 很大关系,一般来说,含儿茶素较多的茶汤滋味较 浓,含儿茶素较少的茶汤,则滋味平淡。在尢Al处 理时,茶叶的儿茶素含量随模拟酸度的增』JU F 降,表明酸雨降低茶叶儿茶素含量。在各模拟酸度 下,随Al处理浓度的s ̄Di:i,茶叶的儿茶素含量先增 加后减少,在10 mg L A1浓度下儿茶素的含量最 高,分别比无Al处理时增加了24.9%(pH 3.0)、 39.5%(pH 4.0)和22.1%(pH 5.0 o AI浓度为 30 mg L 时,各模拟酸度下茶叶儿茶素含量均最低 且有显著性差异,表明超过一定浓度的AI将抑制 儿茶素的合成(图1D)。双因素 差分析表明模拟 酸雨和Al对茶叶儿茶素含量具有显著的交_ 作用 ( 1 2=34.76,P<0.001)。 258 热带亚热带植物学报 第l9卷 数据后不同字母表示差异 著(P<0.o5)。Data followed different letters iqdicated signiifcant difference at 0.05 leve 响,而幼叶中Al含量则随酸度的增加而略有增加, 表明在适度Al的作用下,酸雨促进幼叶Al的积 累。Al浓度为30 mg L 时,茎和幼叶中Al的含量 显差异;但酸度过高均不利于茶叶这些晶质指标的 合成,原因可能是酸度过高影响茶树根系对各种营 养的吸收,从而也影响茶叶品质指标的 卜物合成。 儿茶素是茶多酚的主要组成成分,本研究结 明,儿茶素和茶多酚对酸度的Ⅱ向应并 一致, 1尢 Al或浓度为10 mg L 时,儿茶素含 L t-:pH 5.0 II、f 随着酸度的增加而降低。A1处理组根和老叶中的 Al含量明显高于无A1处理组,但各个A1处理组问 没有差异。茎和幼叶中的Al含量随着AI处理浓 度的增加先增加后下降,但Al处理浓度为30 mg L 时,茶叶中的Al含量有较大幅度的下降,表明适量 的Al 以促进茶叶对A1的积累,高浓度的Al则 抑制了茶叶对Al的积累。 达到最大, 茶多吩含量却直专少,推测pH 5.0【f、f,茶 叫’以儿茶素合成为主fI.fj抑制r茶多酚『}I 他 分 的合成,这还需要进一步深入研究。 3.2适量的Al有利于提高茶叶品质 本研究表明,住10~20 mg L 的Al浓瞍处 下,酸雨叮促进茶 对A1的积累,这与拿海乍 的研究结果相一致。虽然Al刈‘植物足 必需 3讨论 3.1适当的酸度有利于提高茶叶品质,但各品质成 分合成的最适酸度各有差别 已有研究表明,酸雨降低作物品质… 。本研 究以茶多酚 咖啡碱、氨基酸、儿茶素、黄酮类化合 物、可溶性总糖作为成叶茶的品质指标 ,研究表 明,适度的酸度(pH 4.0左右)呵以提高茶叶品质, 素,但Al对植物的生长发育和,L理,卜化特忡郁 f 较大的影响 。茶树作为耐Al植物,AlfIf以促进 茶树根系的 长,增加口f 绿素含量,增强净光合作 片j和二氧化碳同化能力,提高同化物的积 不同的品质指标其最适酸度有一定差异。茶树是 喜酸植物,一定的酸度有利于茶树的生长和发育, 有研究表明Al能促进茶树的光合作川,为茶树体 内茶氨酸、可溶性糖等有机物的合成提供龟足的能 源 , 而Al If以提高茶叶的品质。小研究农 明,适量的Al促进r茶叶茶多酚、咖啡碱、 峻、 儿茶素、黄酮和町溶性糖的合成,从而提高茶叶的 从而有利于茶叶各品质指标的生物合成。在本试 验模拟酸度下,茶多酚和咖啡碱的含量在pH 4.0时 达到最高,氨基酸、儿茶素和可溶性糖的含量在 pH 5.0时最高,黄酮含量在不同酸雨酸度下没有明 品质,但过量的Al则降低茶叶的品质;这 j郑1_}; 第3期 黄媛等:模拟酸雨和铝对茶叶主要化学品质与铝积累的影响 259 等 ]、杨凌云等¨。。的研究结果相一致。 3.3酸度和AI对某些茶叶品质成分的合成可能有 交互作用 [11]Song J G(宋建IN),Liu W(支4伟),Shang Q c(尚庆昌).Effect of acid stress on the growth,yield and quality of tomato[J J. Envffon Chem(环境化学),2005,24(4):423—425.(in Chinese) [12]Liang J(梁骏),Mai B R(麦博儒),Zheng Y F(郑有飞),et a1. Effects of simulated acid rain on the growth,yield and quality of 本研究结果表明,模拟酸雨和Al的共同作用对 茶叶品质的影响较为复杂。模拟酸雨和Al对茶叶 茶多酚、儿茶素、黄酮和可溶性糖含量具有显著的交 rape[J].Acta Ecol Sin( ̄态学报),2008,28(1):274—283(in Chinese) [13]Xu X Y(徐晓燕),Sun W s(孙五三),Li Z H(李章海),et al Synthesis of nicotine of tahacco roots and effects of pH values 互作用,而对咖啡碱和氨基酸含量则没有明显的交 互作用,总体上看适量的酸雨和Al有利于茶叶品质 的提高,高酸高Al或低酸无Al都不利于茶叶品质 的提高。这可能是高浓度的Al对茶树的根及生长 发育有毒害作用,同时培养液酸度过高,一方面对茶 树根系吸收营养成分造成较大影响 ,另一方面, 较高的酸度增加了溶液中A 的量,增加了Al对茶 树的毒害;而低浓度的A1虽对茶树没有毒害,但会 使茶树缺少A1元素而使其生长发育不良 。总之, 适量的Al和适度的酸度有利于茶叶品质的提高。 参考文献 [1]Trevisanato S I,Kim Y I.Tea and health[J]Nutr Rev,2000, 5801:l一1O. [2] L|u J x(刘菊秀).Effect of aluminum toxicity on forests under acid deposition[J].J Trop Subtrop Bot(热带亚热带植物学 报),2000,8(3):269—274.(in Chinese) [3] Rengel Z.Aluminium cycling in the soil—plant—animal—human con— tinuum[J].BioMetals,2004,17:669-689. 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