【摘要】：茶葉質量安全是當前茶學研究的熱點課題,而茶葉重金屬離子含量過高或“超標”成為影響質量安全的重要危害因素之一。在茶葉重金屬污染已有相關研究中,多數(shù)從應用技術層面查找其成因、分析其來源、調查茶園環(huán)境背景值；部分從應用基礎層面進行了茶樹的吸收累積狀況、茶葉含量水平及其影響因素等研究；本論文從理論層面將樹體累積量和分布率的狀況與樹體相關生理特征開展關聯(lián)研究,系統(tǒng)研究了茶樹吸收鉛、銅、鉻和鎘等四種重金屬離子在樹體器官中累積、分配與分布的規(guī)律特性,評價茶樹的耐受、抵抗特性,并從亞細胞水平開展超微定位表征,深入探討茶樹逆境生理與解毒生化機制。本課題研究工作直接涉及茶葉質量安全,并為“源頭消除”和“全程管控”等技術領域提供基礎理論依據(jù),屬于相關研究領域中的重要應用基礎課題。本研究首先使用原子吸收光度法系統(tǒng)檢測茶樹體器官、組織中重金屬離子的累積含量和分布率；在此基礎上,采用水培茶樹系統(tǒng)試驗,研究重金屬離子的耐受、抵抗特性；進一步運用密度梯度離心、冷凍超薄切片、透射電鏡-X射線能譜(TEM-EDS)和掃描電鏡-X射線能譜(SEM-EDS)等先進手段,研究鉛在茶樹組織、細胞及亞細胞中的超微定位與表征；探索運用基因表達譜差異技術(DDRT-PCR),探討茶樹耐重金屬抗性機制及其逆境防御的分子機制。主要取得以下研究成果：1.研究表明,田間栽培茶樹新梢中鉛、銅有向生長旺盛的幼嫩新梢中累積趨勢；而鉻、鎘有向生長穩(wěn)定的成熟新梢中累積的趨勢。茶樹幼嫩新梢(1芽2、3葉)中4種重金屬離子累積量分別為2.72±0.42mg/kg(rPb=0.97**)、12.04±0.58mg/kg (rCu=0.84**)、0.23±0.01mg/kg(rCr=0.97**)和0.29±0.02mg/kg(rCd=0.97**);隨著茶葉生長期、采摘嫩度、季節(jié)和品種不同,茶樹重金屬離子累積量會隨之明顯變化或顯著差異,這將為控制茶葉重金屬殘留提供有效技術路徑。2.不同茶樹器官對土壤中不同重金屬離子的累積能力具有顯著差異性,樹體器官的累積量變幅分別為：3.93～16.45%(Pb)、5.23～13.09%(Cu)、0.37～25.17%(Cr)和1.58～33.01%(Cd)；樹體中的重金屬離子能在各器官之間發(fā)生一定程度的轉移、再分配,這是由各器官累積量的相關性所反映的,具體關系是：葉片與全株(rPb=0.71**、rCu=0.93**、rCr=0.61*)、與側根(rCu=0.79**、rCr=0.79**)、與主根(rCr=-0.66*)的累積量顯著正相關,主根與側根(rcu=0.61*)銅累積量間顯著正相關。樹體各器官對土壤重金屬離子的富集系數(shù)順序為根葉莖,變幅為0.13～1.42 (Pb)、0.18～3.07(Cu)、0.08～1.59(Cr)和0.32～3.59(Cd)。研究認為,茶樹重金屬累積量以蓄積能力較強的吸收根最高,其次是以貯存為主的側根、老葉、成熟葉等較高,以轉運功能為主的主干及骨干枝的重金屬累積量相對較低。3.茶樹主要從土壤中吸收重金屬離子,各器官累積量與土壤中全(有效)量之間相關性為：生產枝銅累積量與土壤有效銅含量(r-O.78**)、側根銅累積量與土壤有效態(tài)銅含量(r=0.69**),鎘累積量與土壤有效態(tài)鎘含量全株(r=O.67**)、葉片(r=O.62**)、生產枝(r=0.57**)。研究認為,茶樹主要吸收利用土壤中有效態(tài)重金屬,土壤酸堿度降低利于鉛、銅和鉻離子的釋放及活度提高,相反會使鎘離子的鈍化及活度降低。4.水培茶樹樹體各吸收鉛、銅、鉻和鎘累積與分布存在各自特性,不同器官累積量隨濃度而變化的四種典型相關模型：Hill模型、線性模型、Gaussian模型和Boltzmann模型；水培茶樹根系吸收94.31%(Pb)、74.21%(Cu)、70.11%(Cr)和85.89%(Cd),主要累積在根部,葉片分布率約為0.57%(Pb)、24.20%(Cu)、1.03%(Cr)和3.01%(Cd)；而水培茶樹葉片吸收時其在葉片中的分布率27.27%(Pb)、31.98%(Cu)、 82.98%(Cr)、41.31%(Cd),根部分布率21.59%(Pb)、17.22%(Cu)、2.36%(Cr)、 13.54%(Cd)。表明茶樹器官中重金屬離子累積主要分布于吸收器官內,只有部分向其它樹體器官轉移、分配與分布。5.水培茶樹吸收累積鉛、銅、鉻、鎘,35d樹體表觀未受害臨界濃度值差異很大,分別為：Pb2+400mg/L、Cu2+200mg/L、Cr3+20mg/L、Cd2+ 2 mg/L,這是由培養(yǎng)濃度和時間共同決定的相對值。且該濃度條件下,葉片SOD、POD和CAT活性上升,表明茶樹抗氧化酶活性被誘導增強,對重金屬表現(xiàn)出一定適應、耐抗性；當Pb2+≥800 mg/L、Cu2+≥400mg/L、Cr3+≥30mg/L、Cd2+≥3 mg/L,水培35d,樹體表現(xiàn)出不同程度的受害癥狀,葉片的POD和CAT酶相對活性下降,MDA含量和CMP升高；受重金屬離子危害葉片細胞膜脂質過氧化程度改變,可能對細胞膜結構和功能造成部分損傷,表現(xiàn)為葉片的光合作用受到一定抑制,導致葉片凈光合速率下降58.01%(Pb)、32.92%(Cu)、54.09%%(Cr)、58.72%(Cd)。6.研究表明,各亞細胞組分鉛累積分布差異性與其結構功能及組成成分有關。根、莖和葉的亞細胞組分中分布率高低為：細胞壁及殘渣(70.43%)可溶物及細胞膜(17.93%)≈細胞器(14.26%)細胞核(1.37%)。研究表明,細胞壁復雜結構和成分組成有較強濾阻沉積作用,其中累積分布最多；而細胞核為生命信息載體核糖核酸存在的主要部位,受到保護,其中累積分布最少。7.研究認為,茶樹組織累積鉛受其組織結構功能影響而產生區(qū)鎘化分布。結果表明：根中鉛累積量為木質部(15.78%)表皮(12.44%)皮層(3.51%)；葉中為韌皮部(25.82%)形成層(18.08%)上下表皮(16.59%)木質部(12.76%)柵欄組織(11.21%)海綿組織(5.43%)。8.研究認為,SEM-EDS和TEM-EDS能夠有效對亞細胞內鉛分布精準定位表征,本研究構建了茶樹亞細胞內重金屬元素的超微表征,研究等級具有方法創(chuàng)新性。定位結果表明,茶樹吸收根中鉛主要分布于細胞壁、質膜和液泡膜；莖中鉛主要分布于細胞壁、葉綠體、質膜、液泡膜上；但累積量明顯降低；葉中鉛主要分布在質膜和細胞質中,而細胞壁及其他部位則基本沒有觀察到鉛的顆粒,含量很少。9.對鉛水培茶樹葉片中蛋白質總量與游離氨基酸組分比較,推測認為游離氨基酸組分的含量增減各異與氮代謝改變有關。低濃度的鉛可以促進茶樹體內氨基酸和蛋白質的合成以增強耐受力；超過一定濃度時會產生毒害作用,氮代謝受抑制。這預示著鉛鹽脅迫下茶樹會啟動逆境生理應急響應。10.采用mRNA差異顯示技術(DDRT-PCR)篩選、克隆、轉化、測序,比對出了部分茶樹新梢中控制絲氨酸、蘇氨酸蛋白激酶家族基因差異表達的基因片段,為揭示茶樹對Pb2+脅迫的分子生物學角度耐抗性機理提供了一定的理論參考和證據(jù)。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：四川農業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：S571.1

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3 西疇縣茶葉工作站 張發(fā)勇;茶樹修剪的利與弊[N];云南科技報;2013年

4 本報記者 劉e，

本文編號：2441833