茶树富集锌的生物学机制及贵州富锌茶开发潜力分析

茶树富集锌的生物学机制及贵州富锌茶开发潜力 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 茶树富集锌的生物学机制及贵州富锌茶开 发潜力分析 安徽农业科学,JournalofAnhuiAgriSci.2010,38(31):17442—17444.17452责任编辑刘月娟责任校对马君叶 茶树富集锌的生物学机制及贵州富锌茶开发潜力分析 刘声传,罗显扬,陈娟,吕军,周宇,樊丽(贵州省茶叶研究所,贵州贵阳5500o6) 摘要就茶树富集zn的生物学机制及贵州富zn茶开发潜力作一综述. 关键词茶树;生物学机制;富zn茶 中图分类号$79文献标识码A文章编号0517—6611(2010)31—17442—03 AnalysisofBiologicalMechanismofZincAccumulationinTeaandZinc?enrichedTeaDeve lopmentPotentialinGuizhou L1USheng-chuanetal(GuizhonTeaResearchInstitute,Guiyang,Guizhou550006) AbstractBiologicalmechanismofZnaccumulationinteaandZn—enrichedteadevelopmentpotentialinGuizhouwerereviewed. KeywordsCamelliasirwnsis(L.)0.Kuntze;Biologicalmechanism;Zn-enrichedtea 锌(zn)是生命的奇效元素,是人体内仅次于铁(Fe)而 位居第2的必需微量元素.FAO/WHO推荐的RDA(Rec— ommendedDietayAllowance,每人每日需要量)为15mg,而规 定的ADI(AcceptableDailyIntake,每人每日允许摄入量)为 60mg.我围男子的zn摄入量约9mg,约60%的儿童缺zn. zn摄人量不足,易引起白内障,生长发育不良,免疫功能下 降等.合理补zn已引起广泛关注.人体可以通过饮食和 药物等途径补zn.药物补zn吸收率低,易引发恶心,呕吐等 副作用;而饮食补zn易吸收,安全可靠,无副作用,已成为日 常补zn的理想途径. zn也是茶树生长发育的必需元素.茶树[Camellia sbwnsis(IJ.)0.Kuntze]对zn具有一定的富集作用.韩文炎 等分析了我国主要茶类的149个茶叶样品,zn含量平均值为 40.6mr_/kg,高于粗粮(Zn含量约29mg/kg),花生米(Zn 含量约39.2lng/kg)L4i等一些富zn植物食品;而凤冈县开发 的富zn茶zn含量高达40,100ing/kg,接近甚至高于牡 蛎,瘦肉,动物肝脏,鱼虾等富zn动物性食品(zn 含量26,84rag/kg).茶叶中的zn大部分处于有机结合 态,60%,80%可溶于热水,易吸收,安全可靠.富zn茶 除具有抗癌,抗衰老等常规茶叶的保健功效外,还有补zn作 用.富zn茶具有广阔的开发前景. 与普通植物一样,zn离子进人茶树体内同样经历吸收, 运输,富集等生理生化过程,且其进入植物体内的离子通道 与其他必需营养元素相同.茶树富集zn具有独特的生理代 谢过程,但是目前有关其生物学机制还不完全清楚.为 此,笔者综述了茶树富集zn的生物学机制,探讨了贵州富zn 茶的开发潜力,旨在为贵州富zn茶的开发提供参考. 1富Zn茶的概念及其饮用安全性 富Zn茶(Zinc—enrichedTea)指在富zn区土壤生长的茶 树新梢的芽,叶,嫩茎,经过加r制成的,可供直接饮用的含 zn量在40,100mg/kg范围内的茶叶.富zn茶作为一 种补zn饮料,不仅要考虑干茶zn含量,而且应注重茶汤zn 含量.茶叶中zn含量一般为48,126mr,/kg,约有50%可溶 于热水中(第1泡浸出的zn占zn总浸出量的80%左右,第 2泡浸出的zn占Zn总浸出量的20%左右)".如果每日饮 茶15g,Zn的浸出率按50%计算,zn的摄入量为0.36,0.95 mg,远远低于ADI( 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 1).如果含zn标准在200—300 mr,/kg,每日饮茶15g,Zn的浸出率按50%计算,实际可获得 的zn为1.50,2.25mg,Zn营养贡献率为10.0%一15.0%, 也远远低于ADI(表1).但一般情况下,日常饮食摄入量与 需要量接近.因此,富zn茶可以作为一种安全可靠的补 zn食品. 表1饮用富Zn茶的营养价值及安全性 Table1ThenutritionalvalueandsecurityofZinc-endchedtea 2茶树富集Zn的生物机制及其效应 2.1茶树富集Zn的生物学机制茶树对zn的吸收很大程 度上依赖于zn在土壤中的生物有效性(水溶态,可交换态), 基金项目 作者简介 收稿日期 贵州省科技重大茶叶专项[黔科合重大专项字(2008) 6015]. 刘声传(198l一),男,贵州天柱人,硕士,助理研究员,从事 茶叶质量安全生产及茶树遗传育种.通讯作者,硕士,副 研究员,E.mail:lxyld8@163.conl. 2010-o8,20 然而,生物有效性的zn仅占土壤zn总量的很小一部分.为 了满足茶树对zn的需要,它必须有活化土壤中非有效态zn 的能力.茶树根系可以通过活化根际土壤中zn而提高吸收 能力,如根系分泌质子酸化根际环境,分泌特殊有机物,分泌 金属螯合分子(如植物高Fe载体,植物螯合素等)等促进土 壤zn溶解.水溶zn离子经质体流途径,扩散途径到达 根表面,然后通过交换吸附在根细胞表面.吸附在根表面或 根毛皮层上的zn离子首先被细胞壁,质膜吸附,然后通过质 38卷31期刘声传等茶树富集锌的生物学机制及贵州I富锌茶开发潜力分析17443 外体或共质体途径进入根细胞内累积,但是由于内皮层上有 凯氏带,离子不能通过,只有转入共质体后才能进入木质部 导管.在zn离子跨过根细胞膜进入根细胞共质体或zn离 子跨过木质部薄壁细胞的质膜装载进入木质部导管时,由专 一 转运蛋白或通道蛋白调控.zn离子进入根细胞质后,可 以以游离zn离子形态存在,但细胞质中游离zn离子过多, 会对细胞产生毒害作用,十扰细胞的正常代谢,因而细胞质 中zn离子可能与细胞质中的有机酸,氨基酸,多胺和无机物 等结合,通过液泡膜上的转运体或通道蛋白转入液泡中.在 植物(尤其是超积累植物)的液泡膜上可能存在一些特殊转 运体,能把暂时贮存在液泡中的zn离子装载到木质部导管. 根细胞内的zn离子横穿根的中柱,被送入导管,装载 人导管后随蒸腾拉力向地上部移动,分配到其他组织和器官 中.目前对于zn离=F在木质部的装载过程还不十分明确. zn离子在木质部的装载可能通过阳离子一质子反转运体. 在超积累植物中,可能存在更多的离子转运体或通道蛋白, 促进zn向木质部装载.zn在超积累植物的木质部导管中 的运输速率很高,在木质部存在大量的有机酸和氨基酸.它 们能够与zn离子结合.这种复合物是zn离子在木质部运 输的主要形式.如,在木质部,zn主要与柠檬酸或苹果酸结 合,也有许多是以离子形态存在的,如ca,Mg,Mn.在超 富集植物中研究较多的为组氨酸.在植物Alyssummontanum L(庭荠属的一种)中,组氨酸与Ni2+结合,使Ni装载入木质 部的转运率增加50%,另外一些超积累植物也有类似现 象.通过木质部导管运输,重金属到达叶的质外体,然后 被叶细胞吸收.转运体调节金属离子进入共质体,经由质外 体或共质体途径在叶内分配,金属离子交换发生在植物内部 每个细胞,以维持每个细胞器中特定的生理学浓度范围,一 些转运蛋白参与这个过程.过多的必需重金属(如zn, Fe,Cu)连同非必需重金属(如Pl1,Cd,Cr)在叶液泡中被隔 离.不同的叶细胞浓度不同,分配方式因植物和元素种类而 ,在天蓝遏蓝菜(Thlaspicaerulescens)叶中,表 改变.例如 皮细胞比叶肉细胞高5.0,6.5倍.此外,叶毛(Trichomes) 在zn的贮存和解毒中起重要作用.据报道,在植物芥菜 (Brassicamnce.)中,皮毛Cd积累量占叶Cd积累总量的比值 超过40%[14J. 茶树对zn等金属离子的吸收过程中,包括如下关键环 节:?根际活化;?zr?离子进入根细胞和木质部导管;?木 质部长途运输;?地上部分组织和器官的分布,存,交换和 排出'(图1).除根际活化外,其他过程都与一些转运蛋 白相关,其中"ZIP"转运蛋白家族(ZincRegulatedProtein/I— ronRegulatedProtein,ZRT/IRT相关的蛋白质)及其相关基因 家族在锌转运中起关键作用,如家族系列ZIP1,ZIP2,ZIP3, ZIP4,ZIP5,ZIP6,ZNI'1,ZNT2和IRT1转运蛋白及其基因. 国外不少学者对这些转运蛋白及其基因进行了研究.Lop— ez等从一种苜蓿属植物蒺藜苜蓿(Medicagotruncatula)分离 出编码zn"转运体的基因(P1),在酵母中的表达可以使 原来因缺zn而生长受阻的酵母突变体恢复生长;zn 缺乏可以诱导z1和ZIP3基因在拟南芥(Arabidopsis thaliana)根系中表达;与拟南芥相比,zn超积累植物叶 _一幢 皋赫韩 (e)分配和矾高 注:(a)金属离子被螫合剂的分泌物和根际圈的酸化作用活化. (b)水合金属离子或金属螯合物的吸收被位于质膜的不同 吸收系统调节,在细胞内金属被螫合,多余的金属被转运到 液泡隔离.(C)通过木质部重金属被从根转运到芽,大部分 经由根的共质体到达木质部,非共质体通道可能在根顶端出 现.在木质部内,金属以水合离子或金属螯合物的形式存 在.(d)到达叶的质外体之后,金属有差异地被不同类型叶 细胞吸收,经过胞间连丝在细胞间移动,贮存似乎优先在叶毛 中出现.(e)不同转运体再次促进金属进入叶细胞之内.细 胞内金属的分配被金属伴侣蛋白和位于质膜的不同转运体调 节.M代表金属. Note:(a)Metalionsaremobilizedbysecretionofchelatorsandbya- cidificationoftherhizosphere.(b)Uptakeofhydratedmetali— OIlSormetal—chelatecomplexesismediatedbyvariousuptake systemsresidingintheplasmamembrane;Insidethecell,metals arechelatedandexcessmetalissequesteredbytransportintothe vacuole.(c)Fromtheroots,transitionmetalsaretransportedto theshootviathexylem.Presumably,thelargerportionreaches thexylemviatherootsymplast.Apoplasticpassagemi曲toccur attheroottip.Insidethexylem,metalsarepresentashydratedi— onsorasmetal—chelatecomplexes.(d)Afterreachingtheap- oplastoftheleaf,metalsaredifferentiallycapturedbydifferent leafcelltypesandmovecell—to-cellthroughplasmodesnlata. Storageappearstooccurpreferentiallyintrichomes(e)Uptake intotheleafcellsagainiscatalyzedbyvarioustransporters.In— tracellulm"distributionofessentialtransitionmetalsismediated byspecificmetallochaperonesandtransporterslocalizedinendo— membranes.Mstandsformeta1. 图1植物重金属积累的分子机制 Fig.1Molecularmechanismsofmetalaccumulationbyplants 芽拟南芥(Arabidopsishalleri)在根和芽中ZIP6转录水平提 高23%,24%;Puig等证明缺Fe诱导n在豌豆(Pi— SlZlnsativumL.)根中表达,n除了转运Fe"外,还促进 Zn的转运.zn吸收转运增加与ZNT1高表达有关. 研究转运蛋白及其对应的基因在这几个过程的功能以及它 安徽农业科学2010钲 们结构特点,对于植物修复和无公害农作物生产具有重要的 科学意义. 2.2茶树对Zn的富集特征,效应研究不同植物对zn具 有不同的富集特征.寻找适量富集zn的茶树并在生产上推 广应用,可提高茶叶产量,改善品质.朱芳等研究发现,番茄 品种间对zn的富集差异明;陈燕等研究了玉米,大豆 对zn的富集特征,发现这些植物对zn的富集量与土壤有效 zn含量正相关,zn含量分布为根>茎>叶.有关茶树 对zn的富集特征,效应已有初步研究.在日内,韩文炎等研 究发现茶树芽叶中嫩梢zn含量最高;谢忠雷等研究发现 在生产能力高的茶,土壤有效zn含量明显较高,反之亦 然;魏波研究表明茶树喷施Zn肥能改善茶叶品质;张 玉兰认为春季茶园叶面施0.25%ZnSO?7HO可以提高茶 叶zn含量和品质,而段继春研究认为,zn浓度过高会对 茶树产生毒害作用,zn浓度以1.0mg/L为宜;有研究表 明,zn能拈抗镉等有害重金属元素吸收,说明合理施用zn 肥有利于无公害茶叶生产;还有研究报道,约2O种植物具 有富zn土壤指示作用,如车前草(Herbaplantaginis),柔枝莠 竹(MicrostegiumwilldenowianumNees),三色堇(Violatricolor Linn),11s~f杨(PopulussimoniiCarr),刺玫蔷薇(Rosadavuri— ca),蝇子草(Sileneolgiana.B.Fcdtch)等,根据这些植物的生 长情况可以初步筛选富zn地带.在国外,马托维已把茶 施zn肥作为增产提质的必要措施;东非,肯尼亚等则发 展到用飞机大规模喷施zn肥.由此可知,茶树能适量富 集zn.合理施zn肥以维持土壤中适宜的zn浓度,能提高茶 叶产量,改善品质,但过高的zn浓度抑制茶树生长.尽管前 人的研究取得了一定进展,但有关茶树对zn的富集特征,效 应的综合研究未见报道,也缺乏相应的技术服务. 3贵州富Zn茶开发现状及潜力 3.1贵,kl1富Zn茶开发及市场需求现状近年来,在贵州大 力发展茶叶方针的指导下,贵州茶叶生产取得了前所未有的 成绩.在这种良好形势下,富zn茶开发取得了前所未有的 发展,主要集中在贵州湄潭县,凤冈县,尤其是凤冈田坝村开 发的富zn茶比较多.凤冈县2004年获"中国富硒富锌有机 茶之乡"殊荣,2006年"风冈富锌富硒茶"获中国地理标志产 品保护,2009年"凤冈富锌硒茶"荣获贵州十大名茶称号, 2010年还参加上海世博会.此外,正安县也正在开发富zn 茶,而贵州其他茶鲜富zn茶开发报道.市售的贵州富 zn茶有兰馨100富锌富硒茶,凤冈毛尖有机锌硒绿茶,人生 绿锌硒有机绿茶,"春江花月夜"天然锌硒有机绿茶等品牌. 与一般茶叶相比,富zn茶售价高,市场需求量大,竞争 力强,有"风冈富锌茶价高不愁卖"之说.贵州富锌茶除 在贵州销售外,已在北京,上海,武汉,济南等大城市销售,已 进军家乐福,上海第一食品连锁店等大型超市.此外,贵 州省正在大力发展"500万亩茶产业",在茶叶供需已安全的 情7见下,优化茶叶产品结构,开发富zn绿茶有利于贵州省茶 业可持续发展.富zn茶将提高贵州茶叶在国内,国际市场 的竞争力. 3.2贵州富Zn茶开发的良好生态环境贵州土壤富含 zn,具有开发富zn茶的优越条件.贵州省土壤全zn含量为 6,324rag/kg,平均含量为98mg/kg,与仝国土壤含zn平均 值(100mg/kg)相近,高于世界平均含量(50mg/kg),79.5% 的样点土壤全zn含量在41,120mr:/kg范围内,分布相对集 中;贵州土壤有效zn含量为0.38,10.35mg/kg,平均含量 为2.64rag/kg,最高值为最低值的27倍,含量低于缺zn临 界值(0.5mg/kg)仅占4.3%,而80%的样点含zn量属偏高 范围,表明贵州土壤有效含量一般为丰富或高含量.此 外,贵州生态环境好,丁业发展落后,远离污染,非常适宜茶 树栽培.贵州土壤富含zn,兼有良好的生态环境,具有富zn 茶开发的天时地利. 车前草作为一种zn矿的指示植物,在贵州生长较好,分 布较为广泛.取凤冈田坝的富zn茶和螺丝壳茶场(车前草 长势良好)茶叶样品检测.研究表明,生长有车前草的茶园 茶叶与凤冈富zn茶zn含量分别为68.2,81.6mg/kg,达到 富zn茶zn含量的标准,具备开发富zn茶的天然条件. 3.3贵州省茶叶生产者,管理者,政府重视开发富Zn茶当 前,贵州省正在大力发展"500万亩茶同".随着消费者自主健 康意识和生活水平的提高,茶叶质量安全备受关注,一些质量 安全,营养保健价值高的茶叶更受消费者青睐,如富zn茶,富 Se茶,富zn富se无公害茶,有机茶等.贵州省茶业发展的决 策者早已意识到了这一点.贵州省委,省人民政府在《关于加 快茶产业发展的意见》中指出,"以市场为导向,调整优化茶叶 产品结构,把贵州建成中国高品质绿茶的原料基地和加T中 心".富zn茶,富Se茶,富zn富Se茶就是优化茶叶产品结 构的良好举措.在优化茶叶产品结构方面,凤冈县,湄潭县 已走在贵州省的前沿.凤冈县已在着力打造"富zn富se" 茶叶品牌,风冈县田坝村正在积极地探索"富zn富se"茶叶 生产. 4展望 植物(尤其是一些模式植物)对zn富集的生物学机制的 研究已深入到基因水平.茶树对zn富集生物学机制基于这 些植物的研究,未见茶树富锌相关基因研究报道;有关茶树 对zn的富集特征,效应的综合研究未见报道.所以,应加强 对富锌茶的研究力度. 参考文献 [1]陈文强.微量元素锌与人体健康[J].微量元素与健康研究,2OO6,23 (4):62—65. 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(下转第17452页) 17452安徽农业科学2010篮 大吸收,故选择505nm为测定波长. 2.1.2线性关系考察结果.考察对照品溶液线性关系.求得 回归方程为A=o.0031+0.01067C,r=0.99989,表明芦丁标 准品在8.48,42.40/m1与吸光度呈良好的线性关系. 2.1.3稳定性试验结果.测得标准品和供试品的RSD值分 别为0.59%,1.52%,表明溶液稳定性较好. 2.1.4精密度试验结果.测得各吸光度的RSD值为 2.27%,表明仪器的精密性良好. 2.1.5重现性试验结果.计算RSD值为1.34%,表明试验 重现性好. 2.1.6加样回收率试验结果.测得平均回收率为98.5%, RSD值为1.56%(n=5),其结果见表1. 表1加样回收率试验结果 Table1Theresultsoftheadditionrecoverytest 2.2样品测定结果样品测定结果见表2.由表2可知, 叶中黄酮含量最高为5.33%,根中黄酮含量最低为2.44%. 一— 卜一—-+-一——卜--4--..+"+"+"—? (上接第17444页) [11]何丽华.锌元素在治疗皮肤病中的应用[J].大理学院,2007,6 (6):296—297. [12]孙琴,王晓蓉,丁土明.超积累植物吸收重金属的根际效应研究进展 [J].生态学杂志,2O05,24(1):3o一36. [13]汪洪,金继运.植物对锌吸l疆输及积累的生理与分子机制[J].植物 营养与肥料,2009,15(1):225—235. 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