本文摘要：摘要：茶樹是一種超累積氟的植物，其體內的氟含量遠遠高于其他植物，卻不表現氟中毒癥狀。氟不是茶樹生長的必需元素，但在高氟脅迫下，氟可通過破壞茶樹的細胞結構、抑制酶活性等影響其正常生長。本文通過闡述茶樹吸收、富集氟及其累積/解毒機制等方面的研究進展，以期
摘要：茶樹是一種超累積氟的植物，其體內的氟含量遠遠高于其他植物，卻不表現氟中毒癥狀。氟不是茶樹生長的必需元素，但在高氟脅迫下，氟可通過破壞茶樹的細胞結構、抑制酶活性等影響其正常生長。本文通過闡述茶樹吸收、富集氟及其累積/解毒機制等方面的研究進展，以期為未來研究茶樹氟累積和降氟技術提供理論依據。
關鍵詞：茶樹;氟;富集機制
氟是植物生長過程中的非必需元素，根據植物對氟污染反應的不同可以分為敏感、中等敏感和抗性 3 種類型[1]。其中，茶樹屬于氟抗性植物，且葉片是茶樹氟富集的主要器官[2]。閩南茶樹的一芽三葉中氟含量大致范圍在69~299 mg·kg-1[3]，四川茶園茶樹葉片的氟含量可高達 2 965 mg·kg-1[4]，安徽茶園茶樹的成熟葉片氟含量也高達 1 155.2 mg·kg-1[5]。
針對閩南采集的 55 份茶樹樣本，通過組間平均聯結法對茶葉氟含量的差異進行聚類分析得出 3 個類群，分別為低累積、中度累積和高累積氟元素的茶樹類型[3]�？梢娺@些茶樹葉片氟含量的差異與品種緊密相關，并且這些茶樹在存在一定濃度氟的生長環境中并未呈現受傷害的狀況。但當植物氟含量超過耐受范圍時，植物損傷最先出現在葉片上，即葉緣和葉尖壞死，隨后出現葉片萎黃甚至壞死等一系列癥狀[6]。
茶樹作為葉用植物，其葉片的氟含量過高，會對茶葉的兒茶素、氨基酸、香氣等品質成分產生不利影響[7-8]。此外，茶葉在沖泡過程中約有 42%~86%的氟溶于茶湯，進而被人體吸收，長期積累，會增加人體患“飲茶型氟中毒”的風險[9]。因此，了解茶樹吸收、累積氟的特點，可以針對性地提出有效降低茶樹累積氟的措施，減少茶葉的氟含量，對提高茶葉品質和質量安全具有重要意義。
1 茶樹吸收、富集氟的特性
1.1 茶樹對氟的吸收
在氟污染的大氣環境中，茶樹主要通過葉片氣孔或表皮角質層吸收大氣中的氟，并且可沿導管向葉片尖端和邊緣轉移。茶樹主要通過根系吸收土壤和水環境中的氟，并通過蒸騰作用、質外體和共質體途徑等進行氟轉運[10]。王玉梅等[11]通過研究茶樹根系對氟的吸收發現，在 0~5.0 mmol·L-1 的氟處理條件下茶樹對氟的吸收符合Michalis-Menten 動力學模型。張磊等[12]也發現，茶苗在 0~2.0 mg·L-1 的氟處理下其吸收動力學曲線符合 Michalis-Menten 動力學模型;在氟濃度為 0~0.8 mg·L-1 時，茶苗吸收速率隨外界氟濃度增加而迅速增加;而在氟濃度為0.8~2.0 mg·L-1 時，其吸收速率趨于穩定。張磊[13]認為，茶樹對氟的吸收，在氟濃度較低時為主動吸收過程，而在氟濃度較高時以被動吸收為主導。
彭傳燚等[14]對茶樹吸收氟的濃度動力學特性研究表明，在 0.1~10 mg·L-1 的氟濃度范圍內，茶樹根系對氟離子的吸收是主動吸收，并符合 Michaelis-Menten 動力學模型，而在高氟條件(50~100 mg·L-1)下則表現出被動吸收氟的過程。此外，茶樹主要吸收土壤中的水溶性氟。諸多研究表明黔西北高氟病區[15]、安徽[5]、粵東鳳凰山茶區[16]、四川、重慶、云南、湖北、湖南茶園[17]等不同產茶區土壤的水溶性氟含量均低于 10 mg·kg-1。
因此，我國大多數茶園茶樹的氟吸收主要依賴于根系的主動吸收。主動吸收需要的能量主要通過H+-ATPase 產生，王玉梅[18]研究發現，外源施加 NaF 可以激發 H+-ATPase 的活性，刺激質子驅動力的形成，促進茶樹根系對 F 的吸收。但 H+-ATPase 介導的茶樹根系跨膜主動吸收氟的分子機制仍有待研究。Ca2+-ATPase 介導的茶樹根系跨膜主動吸收氟主要是通過激活類受體蛋白激酶( RLK )識別氟，激活Ca2+-ATPase 活性促進茶樹吸收氟[19]。
而目前關于茶樹吸收氟分子機制的研究較多針對離子通道蛋白，尤其是近來發現的特定吸收轉運氟的離子通道[20]，CLC 超家族陰離子轉運蛋白的一個亞類——CLCF 型 F-/H+反向轉運蛋白，以及在原核生物中稱作“crcB(Fluc)”，但在真核生物中稱為 FEX(Fluorieexporter)的小膜蛋白家族。茶樹的 CLCF 基因對 F的響應更敏感[21];茶樹氟化物輸出基因FEX 具有組織特異性，并在茶樹的氟吸收轉運中起重要作用[22]。王玉梅[18]研究表明，ABC(ATP-binding cassette)轉運蛋白主要是 ABC中 A—G 亞家族在茶樹 F/C1 跨膜轉運中發揮載體作用。
廣敏[23]研究發現，CsCL667 蛋白含有典型的 ABC 轉運蛋白結構域，并且和茶樹 CsFEX 屬于同一基因家族的不同分支;氟不僅誘導該基因的表達量，同時也顯著增加了ABC 轉運蛋白的含量，而且 ABC 轉運蛋白對氟的轉運能力增強，大量的氟吸收進入細胞內累積。研究茶樹氟富集首先需探明茶樹如何吸收氟，雖然目前已有研究對相關基因進行了克隆及異源表達驗證，但有關茶樹吸收氟的分子機制仍需探索。
1.2 影響茶樹吸收及轉運氟的因素
茶樹根系對氟的吸收轉運受氟的存在形態、pH、其他元素(如 Al3+、Ca2+、Cl等)離子通道、離子通道抑制劑及溫度等因素的影響。氟在土壤中主要以難溶態、可交換態和水溶態等形式存在[17]，其中難溶態和可交換態氟難以被茶樹吸收，水溶態則是茶樹吸收氟的主要形式，而水溶性氟濃度受 pH 的影響顯著。茶樹適宜生長在 pH 為 4.0~6.5 的酸性環境中，當培養液 pH 在 4.0~6.0 時，茶樹根系的氟吸收量隨 pH 的增加呈現先增加后減少的變化，并且在 pH 為 5.5 時達到最大吸收量[24]。在酸性條件下 F優先與Al3+形成絡合物，并以該絡合物為主要形式被茶樹吸收[25]。
有學者針對茶樹在木質部的轉運提出兩種不同的氟轉運形式，一種認為茶樹分別轉運鋁和氟[26]至葉片后再進行積累;另一種則認為茶樹直接以氟鋁絡合物形式轉運[27]。鋁同樣在緩解茶樹氟脅迫中起重要作用。當 Al/F 摩爾濃度比小于 1時，氟將導致茶樹葉片壞死，而 Al 濃度的適當增加，茶樹會通過形成 Al-F 絡合物減少游離氟存在的形式緩解茶葉的氟損害[25]，以此增強茶樹對氟的抗性，這可能是茶樹氟富集的生理機制之一。
此外，Ca2+與 F會形成CaF2沉淀，進而降低土壤水溶性氟的含量，影響茶樹對氟的吸收[28]。也有報道發現，外源施加0.01~0.5 mmol·L Ca2+時，能夠有效降低茶葉中的氟含量[29]，這可能與 Ca2+改變了茶樹根系細胞壁結構和膜通透性有關[24]。另一方面，一些相同價態的陰離子也會對茶樹體內的 F產生影響，例如Cl和F可能通過競爭同一載體的吸附位點，從而 Cl與F之間存在競爭性抑制作用，因此 Cl降低茶樹對F的吸收，同時F也會干擾Cl的吸收轉運[11]。
Zhang等[30]發現，施用陰離子通道抑制劑 NPPB[5-硝基-2-(3-苯丙胺)-苯甲酸]會造成茶樹的氟累積量減少，并且通過比較外施陰離子通道抑制劑、陽離子通道抑制劑、水通道抑制劑的研究發現[31]，外施陰離子通道抑制劑可以更顯著地減少茶樹根系對氟的吸收。因此，部分氟可通過水通道蛋白被吸收，而陰離子通道則是茶樹根系吸收氟的主要通道。茶樹根系對氟的主動吸收依賴于質膜H+-ATPase 水解 ATP 形成的電勢差和能量[32]。在低溫( 4 ℃)條件下，茶樹根系質膜H+-ATPase 的活性被抑制，茶樹根系對氟的吸收也受到顯著的抑制[11];高溫(35℃)處理時，則明顯提高根系對氟的吸收[33]。
氟的吸收還與 Ca2+-ATPase 相關，受體蛋白激酶(RLK)通過活化 Ca2+-ATPase 并將其作為茶樹吸收氟的載體，進而促進氟的吸收[19]。與此同時，Al3+處理可以誘導茶樹根系產生 Ca2+信號，進而激活鈣調蛋白(CaM)，促進氟的吸收[32]。另一方面，質膜 H+-ATPase 產生的H+梯度，也可以促進植物體內 Ca2+信號傳導，以此調控離子的跨膜轉運[34]，影響氟吸收。
1.3 茶樹富集氟的特性
茶樹各器官對氟的積累強度有很大不同，其中葉片的氟含量遠大于吸收器官根和運輸器官莖。沙濟琴等[2]發現茶樹各器官的氟積累強度順序為葉>花蕾>茶籽>茶果皮>細枝>骨干枝>細根>主軸莖>主干莖>主根>側根，唐茜等[35]的研究也證實了茶樹各組織的聚氟能力依次為葉片>新梢>枝條>莖>根。此外，不同成熟度的茶樹葉片氟含量差異顯著，一般表現為成熟葉>嫩葉[5]。
李麗霞等[36]發現處于無氟水培條件下的茶樹，其吸收根和新梢的氟含量增加，并認為這是由于茶樹體內的氟進行了轉移與再分配的結果。茶樹體內的氟具有可移動性且這種轉移特性決定了氟在新梢中的含量變化，同時發現氟可進行茶樹體內的再分配，具有向生長部位轉移的特性，即將枯萎的老葉可以將氟向新梢和根系轉移分配。
不止是茶樹，蘿卜為保護其可食用部分不受損害也具有將過量的氟從根部轉移到葉片的功能[37]。菠菜在 0~800 mg·kg-1 土培氟處理中，也同樣發現具有在組織水平上再分配氟化物的獨特機制[38]，造成菠菜根部的氟含量高于地上部氟含量，這可能與根部內胚層的滲透性較低有關[39]�？偠灾�，茶樹葉片是氟富集的主要組織，而且由于氟可能以相當部分的游離態形式存在，這種形態的氟在植物體內具有轉移與再分配的特性，使得茶樹葉齡也對氟的累積產生了一定的影響。
2 氟對茶樹的影響及其抗性機制
氟對植物的損害主要表現在對細胞結構的破壞，如細胞膜系統、葉綠體和線粒體等，進而對光合作用、呼吸作用等生理活動及一些關鍵酶活性產生抑制作用等。此外，氟對植物的損害程度與其濃度及接觸時間密切相關。當環境中氟濃度較低時，植株僅會出現葉片變黃、萎蔫的癥狀;隨著氟濃度逐漸升高，植物葉片將會枯死，甚至整個植株也會死亡，并且氟處理濃度越高，植物出現傷害癥狀的時間就越早[40]。
李麗霞等[36]發現，福鼎大白茶在低氟濃度下仍然表現出良好的長勢;當氟濃度達到 200 mg·L-1 時，14 d 后的茶苗開始出現葉色黯淡，少量葉片脫落的現象;而氟濃度升至250 mg·L-1 以上時，茶苗在第 12 天開始出現脅迫癥狀并表現為葉片輕易脫落，根系逐漸轉黑。植物可通過外排機制和內部耐受的方式增加自身對氟脅迫的抗性，同樣的，茶樹可通過外部排斥的方式防止茶樹吸收過量的氟，即利用茶樹細胞壁對氟進行抵御，同時，茶樹體內也產生一系列反應機制增強自身的氟抗性，應對氟脅迫。
3 降氟措施
茶樹雖然具有聚氟耐氟的特性，但過多的氟累積仍會危害茶樹，影響茶葉產量和品質。研究者針對茶樹品種的差異、茶園土壤氟含量的降低措施、加工技術的改良等方面，探索提出了降低茶葉氟含量的方法。
3.1 選育低氟茶樹品種不同
茶樹品種對氟的累積量具有很大的差異性，選擇合適的低氟品種是首要的降氟措施。前期對烏牛早、浙農 138 等 31 個茶樹品種進行氟含量的研究，發現不同茶樹品種成熟葉片的氟含量具有差異性[75]。石元值等[76]的研究也表明不同品種茶樹對氟的吸收存在差異，并發現中茶 108 與中茶 102、龍井 43、烏牛早相比，具有穩定的低氟吸收富集特點，認為這與茶樹的基因型相關。不同茶樹品種對氟的富集能力不同由遺傳差異所決定，且有研究者根據氟富集程度的不同將 55 個茶樹品種分為了高、中、低 3 種[77]。
一般來講，品種間氟含量的差異與葉片的結構相關。云南大葉種的葉片大而薄，海綿組織發達，細胞排列疏松，細胞間隙大，有利于葉片進行氣體交換，相比之下，鳳凰水仙這種小喬木型大葉種的葉片小且厚，柵欄組織發達，細胞排列緊密，不利于茶樹吸收空氣中的氟[77]�？梢�，培育、選用低氟品種的茶樹，是減少茶葉氟含量的根本舉措。
3.2 改善茶園土壤管理措施
施肥也是改變茶樹氟含量的一種措施，一般通過根部施肥或者葉面噴肥的方式進行茶園管理。其中，對葉面噴施適當濃度的氮肥可以降低茶樹新梢中的氟含量，例如在夏季進行葉面噴施 2%濃度范圍內的尿素，可以顯著降低茶樹新梢中的氟含量，但當噴施的尿素濃度高于 2%時，便會提高茶樹新梢中的氟含量[78]。
通過根部施氮肥同樣可以降低茶葉新梢的氟含量，但僅在茶葉新梢氟含量較高的情況下施用有效[78]。氟對茶葉的品質有很大的影響，含氟量高的茶葉，其沒食子兒茶素含量比較低，而適量的鋁元素可以提高兒茶素的含量[79]。施加適量的鋁可以提高茶葉中氨基酸、咖啡堿、可溶性糖以及茶多酚的含量，能夠促進茶葉品質的提升，但鋁施用量超過 2 g·m-2 時，茶葉咖啡堿與茶多酚的含量增多，造成茶湯發苦發澀;所以，合理控制茶葉中的氟、鋁含量，能夠促進茶葉品質的提升。
鈣通過與氟形成 CaF2，通過改變土壤有效性氟的含量以降低茶樹對氟的吸收。張永利等 [80] 研究發現通過施用不同濃度的Ca(NO3)2、CaCl2、Ca(OH)2 會影響酸性土壤pH 的變化，以 pH5.0 為拐點，pH 的降低或升高均會使土壤水溶態氟含量增加�？梢�，鈣不止是通過形成 CaF2 對土壤有效氟含量產生影響，還可以改變土壤顆粒表面電荷、離子交換能力、絡合物/配合物的穩定性進而調整土壤pH[81]，降低土壤交換態氟含量。
因而，在酸性土壤中施用堿性的 Ca(OH)2 等，降低土壤中氟的有效性，可以減少茶樹對氟的吸收富集。研究發現添加木炭和竹炭能顯著提高土壤中 Fe/Mn 氧化物結合態氟的濃度，而水溶性氟和交換性氟含量顯著降低，這有效減少了土壤氟的可利用性，影響土壤氟的有效性，進而降低茶樹對氟的吸收與積累[82]。腐植酸鋁(HAA)吸附劑能通過與可溶性 F螯合的方式，使得土壤溶液中的 F含量顯著降低，最終降低茶葉對氟化物的吸收[83]。目前，已經研發出茶園土壤降氟劑 B，具有降低土壤氟10%~40%的效果，但鮮葉的氟含量降低不明顯，有待進一步提升研發產品[78]。
茶樹論文范例：邊際效應對茶樹光合特性的影響
http://www.cnzjbx.cn/nylw/24605.html
4 展望
近來，關于茶樹氟富集特性的研究頗豐，同時對茶樹的氟抗性機制也有了一定的研究進展，為茶葉降氟措施的研究提供了一定的理論基礎，但相關的研究仍然存在一定的問題，有待進一步探索。
(1)近年來，關于茶樹根系吸收、轉運氟方面的研究較多，也在茶樹中發現了氟離子轉運通道蛋白——CLC 和 FEX，并對其轉運氟的功能進行了初步驗證，但其分子結構、互作機制、調控機制等分子生物學機理仍不清楚。未來，在鑒定更多的氟離子轉運通道蛋白、驗證其功能、解析其分子機制等方面的研究有待進一步的深入和挖掘，以期解析茶樹富集氟的機制。
(2)茶樹不僅具有聚氟特性，還兼具富鋁、喜酸、偏銨吸收等特征。已有研究聯合氟與不同 pH 環境或外源施加鋁后茶樹的氟累積特性，綜合分析茶樹的氟富集特性，但該方面的研究僅進行了初步的探索，深入研究可能發掘茶樹自身耐氟的獨特機制。同時，茶樹具有富含茶多酚、生物堿和茶氨酸等次生代謝物質的特性，已有研究表明茶樹富集過量的氟能影響這些次生代謝物質的含量，但茶中大量的次生代謝物質在茶樹富集氟、耐受氟中的作用及作用機制還鮮有報道，值得深入研究以發掘茶樹富集氟的特有生物學機制。
(3)在茶葉降氟方面，通過對比不同茶樹品種氟含量，篩選出了氟累積相對較低的品種，但傳統茶樹低氟品種的選育周期長，難度大，現代分子育種技術在低氟品種選育方面至今仍然是空白。通過茶園土壤管理，對茶園土壤中交換態氟含量降低具有一定效果，但對茶樹葉片降氟效果相對較弱�？傊�，茶葉降氟措施研究中，在品種選育、土壤管理、茶葉加工工藝改良等方面都取得了一定的進展，但目前為止，仍然沒有系統、高效、完善的降氟管理措施。
綜述所述，在未來的研究探索中，需加快解析茶樹富集氟的分子生物學機制，加強建設低氟品種、低氟茶園管理模式、低氟茶葉加工工藝等相結合的完善降氟技術體系。
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作者：邢安琪 1，武子辰 1，徐曉寒 1，孫怡 1，王艮梅 2，王玉花 1*
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