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不同樹齡茶樹根際土壤物質對其生長和品質的影響

2019-12-19 02:13:14王海斌陳曉婷王裕華趙虎張華彬丁力孔祥海葉江華
熱帶作物學報 2019年11期

王海斌 陳曉婷 王裕華 趙虎 張華彬 丁力 孔祥海 葉江華

摘 ?要 ?為了分析茶樹根際土壤物質對茶樹生長和品質的影響,本研究以植茶年限0、3、9、25 a的鐵觀音茶樹根際土壤為材料,采用不同極性樹脂吸附茶樹根際土壤物質并洗脫,探討不同植茶年限茶樹根際土壤物質對茶樹生長和品質的影響。結果表明:不同年限茶樹根際土壤物質經樹脂吸附后,洗脫液對受體干重的抑制率表現為,25 a>9 a>3 a>0 a,其中以ADS-7樹脂洗脫液的抑制作用最強。不同極性樹脂洗脫液外源添加處理茶樹后,相同樹脂處理下,茶樹葉片的IAA和ZR含量隨著茶樹樹齡的增加呈現顯著下降趨勢,而ABA含量則呈現顯著上升的趨勢。當茶樹樹齡相同,不同極性樹脂依然以ADS-7樹脂洗脫液處理后,茶樹葉片的IAA和ZR含量最低,ABA含量最高。茶樹葉片氨基酸含量分析結果表明,不同樹脂處理下,隨著茶樹樹齡的增加,茶樹葉片氨基酸總量、親水氨基酸、甜味氨基酸、鮮味氨基酸等含量呈現下降趨勢,而疏水氨基酸、苦味氨基酸含量呈現上升趨勢。綜上表明,茶樹根際土壤物質對茶樹存在一定的自毒作用,其中以25 a茶樹根際土壤經ADS-7樹脂吸附后的洗脫液最強。其次,不同樹脂洗脫液可影響茶樹的生長和品質,以ADS-7樹脂對茶樹葉片的激素含量和氨基酸含量影響最大,ADS-7樹脂洗脫液可顯著影響茶樹的生長和品質。

關鍵詞 ?茶樹根際土壤;自毒作用;內源激素;氨基酸;

中圖分類號 ?S571.1 ? ? ?文獻標識碼 ?A

Abstract ?In order to analyze the effect of tea tree rhizosphere soil chemicals on the growth and quality of tea tree, the rhizosphere soils from Tieguanyin tea plantations of 0, 3, 9 and 25 years old were extracted and eluted through different polar resins to discuss the effects of rhizosphere soil with different planting ages on the growth and quality of tea trees. The inhibitory effects by resin eluents on the receptor dry weight were in the order, 25>9>3>0 years, furthermore, the ADS-7 resin adsorption eluent had the strongest inhibitory effect. After exogenous addition the different resin eluent, the contents of IAA and ZR in the tea leaves significantly decreased with the increase of tea tree age, when treated by the same resin eluent, while the ABA content showed a significant increase. In addition, when the tea trees were in the same age, and the effect of different resins were still the ADS-7 most, as showed that the contents of IAA and ZR in the tea leaves were the lowest and the ABA was the highest. Analysis of the contents of amino acids in the tea leaves showed that the contents of total amino acids, hydrophilic amino acids, sweet amino acids and umami amino acids in the tea leaves were showed a downward trend with the increase of tea tree age after treated by different resin eluent. In summary, the rhizosphere soil chemicals of tea tree had an autotoxicity effect on tea tree and the ADS-7 resin eluents from 25-year-old tea tree rhizosphere soil were the stronges.

Keywords ?rhizosphere soil of tea tree; autotoxicity; endogenous hormones; amino acids

DOI ?10.3969/j.issn.1000-2561.2019.11.008

茶園是以茶樹種植為主的,人為干擾較大的次生生態系統。隨著茶樹種植時間的延長,茶園生態系統開始出現退化現象,這種現象的產生,一方面是茶樹本身自然衰老,另一方面是茶樹連年種植后,土壤環境發生變化,不利于茶樹生長的因素積累,土壤自毒作用加劇[1-4]。王海斌等[5-7]研究不同樹齡茶樹對根際土壤的微生態系統的影響發現,隨著茶樹樹齡的增加,茶樹根際土壤酸化程度加劇,自毒潛力升高,根際土壤中的營養循環相關酶活性降低,微生物多樣性程度下降,病原菌總量增加,反之益生菌總量下降,茶樹的生長受阻,茶葉的品質指標——茶多酚、咖啡堿、茶氨酸呈現下降趨勢。Ye等[8-9]探討不同樹齡鐵觀音茶樹的品質差異時也發現,隨著茶樹樹齡的增加,茶樹根際土壤的自毒潛力加劇,茶樹葉片的品質指標呈現下降趨勢,此外其進一步分析發現,隨著茶樹樹齡的增加,酸類物質大量累積。Jia等[10-11]采用SPE-HPLC分析不同樹齡茶樹根際土壤6種酸類物質含量時發現,隨著茶樹樹齡的增加茶樹根際土壤酸類物質積累不斷上升;其次,采用GC-MS對不同樹齡茶樹根際土壤物質進行鑒定也發現,茶樹根際土壤中13種物質隨著茶樹樹齡增加顯著上升,其中包含9種酸類物質。可見,隨著茶樹樹齡的增加,茶樹根際土壤呈現酸化現象,不利于茶樹生長的有害物質大量積累,茶樹生長受阻。葉片是茶樹作為經濟作物在制茶過程中的主要原料,茶葉的品質高低決定了茶葉的經濟效益與價值。然而,隨著茶樹樹齡的增加茶樹生長受阻,是否會對茶葉的品質產生影響,而且影響茶樹生長及茶葉品質的物質以哪種類別為主,目前該方面的研究還鮮有報道。據此,本研究以0、3、9、25 a的鐵觀音茶樹根際土壤為材料,采用5種不同極性樹脂(ADS-7、ADS-21、ADS-F8、ADS-17、ADS-8)進行吸附并洗脫。土壤洗脫液一方面用于自毒潛力評價,一方面用于處理新種植的茶樹并測定茶樹葉片內源激素及其氨基酸含量,以此評價不同樹齡茶樹根際土壤在不同極性樹脂吸附洗脫后,洗脫液中物質的自毒潛力及其對茶樹生長和品質的影響,以期為茶園土壤退化的修復提供一定的理論依據。

1 ?材料與方法

1.1 ?材料

以鐵觀音原產地福建省泉州市安溪縣龍涓鄉為研究地點,收集已種植3、9、25 a的鐵觀音茶樹根際土壤,以未種植鐵觀音茶樹的土壤(0 a)為對照,用于茶樹根際土壤物質的提取及不同極性樹脂的吸附與洗脫并用于生物測試。取樣點位于東經117°93′、北緯24°97′,平均海拔650~ 800 m,年降雨量1800 mm,相對濕度80%左右,年平均氣溫在16~18 ℃。取樣點茶園土壤的基本理化指標為,有機質8.34 g/kg、全氮2.17 g/kg、全磷1.05 g/kg、全鉀1.46 g/kg、速效氮25.3 mg/kg、速效磷56.7 mg/kg、速效鉀264.6 mg/kg。根際土壤取樣,參考Fujii等[12]的方法,隨機選擇樹齡為3、9、25 a的鐵觀音茶樹各100株,去除土壤表層枯枝落葉,挖出茶樹,收集茶樹根際土壤,樣品量約為15 kg,每個樣品3個重復,以未種植過鐵觀音茶樹的土壤為對照(0 a),首先去除地表植被和凋落物后,收集15~25 cm深度的土壤,多點隨機收集,樣品量約為15 kg,每個樣品3個重復。

1.2 ?方法

1.2.1 ?不同極性樹脂洗脫液的生物測試 ?將收集的土壤置于陰涼處自然風干,研磨,過40目篩。分別稱取不同樹齡茶樹根際土壤及對照土壤各5 kg,加入20 L蒸餾水,360 W下超聲提取1 h(期間每隔10 min均勻攪拌1次),其后以120 r/min速率振蕩1 h,重復5次,過濾,收集提取液并于45 ℃條件下旋轉蒸發濃縮至5 L,使每毫升浸提液含有1 g土壤物質[13]。

將不同極性的樹脂(ADS-7、ADS-21、ADS- F8、ADS-17、ADS-8均購自天津南開合成科技有限公司)用100%的乙醇浸泡24 h活化,用蒸餾水浸泡并清洗至沒有乙醇。取茶樹根際土壤提取濃縮液5 L,分成5組,每組1 L,分別采用5種不同極性樹脂進行靜態吸附。具體操作如下:將200 g樹脂加入1 L提取濃縮液中,將其置于搖床上120 r/min,振蕩吸附24 h,去除上清液,加入600 mL甲醇并將其置于搖床上120 r/min,洗脫12 h,將收集的甲醇洗脫液過濾并濃縮至200 mL。

生物測試:取直徑為9 cm的培養皿,墊上一層濾紙,將不同極性樹脂吸附后的洗脫液5 mL分別均勻地添加到濾紙上,以添加5 mL甲醇的培養皿為對照,將培養皿置于通風櫥中,待有機溶劑揮發干后,每個培養皿分別添加5 mL無菌蒸餾水,然后分別播入10粒預萌發的萵苣,3次重復,置于人工氣候箱中。培養溫度為25 ℃,每天光照12 h(7:00~19:00),培養3 d后測定其干重。不同樹脂洗脫液對受體萵苣的影響采用相對抑制率(inhibition rate,IR)來評價,計算公式為,IR = (1-處理值/對照值)×100%。

1.2.2 ?茶樹種植,外源添加不同極性樹脂洗脫液 ? 分別取不同年限茶樹根際土壤經不同極性樹脂(ADS-7、ADS-21、ADS-F8、ADS-17、ADS-8)吸附后的洗脫液50 mL,于45 ℃條件下旋轉蒸發濃縮至10 mL,然后加無菌蒸餾水定容至2 L,于–20 ℃保存備用。

將未種植過茶樹的土壤風干并研磨、過40目篩;土壤的基本理化指標為,有機質9.02 g/kg、全氮1.03 g/kg、全磷0.56 g/kg、全鉀1.85 g/kg、速效氮89.46 mg/kg、速效磷15.28 mg/kg、速效鉀179.62 mg/kg。將研磨后的土壤裝入盆中,每盆10 kg,選擇一年生長勢相對一致的鐵觀音茶苗,分別移栽到盆中,每盆6株;茶苗移栽恢復生長30 d后,將茶苗種植土壤適當攪動使土壤松動,將配置好的樹脂洗脫液緩慢倒入盆中土壤,盡量使處理液在土壤中分布均勻,每盆添加量2 L。常規種植茶樹60 d,收集茶樹植株倒二葉用于茶樹葉片內源激素及氨基酸含量測定,每種處理種植3盆,即3個重復。

1.2.3 ?茶樹葉片內源激素含量測定 ?取茶樹葉片鮮葉1 g,加入5 mL 80%甲醇和1 mmol/L 2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚冷卻緩沖液研磨萃取,勻漿于4 ℃放置4 h,4000 r/min離心5 min。將上清液轉移到另一試管中,再與提取緩沖液混合,4000 r/min離心5 min,上清液用ELISA試劑盒(北京北農威天生物技術有限公司)測定內源激素吲哚乙酸(IAA)、玉米素核苷(ZR)、脫落酸(ABA)含量[14],且均以鮮重計。

1.2.4 ?茶樹葉片氨基酸含量測定 ?茶樹葉片中氨基酸含量測定,參照國家食品藥品監督管理總局、國家衛生和計劃生育委員會制定的標準《食品中氨基酸的測定》(GB/T 5009. 124-2016)[15]制備好待測液;具體方法為:取茶葉樣品3 g置于500 mL錐形瓶中,加入450 mL沸水蒸餾水并置于沸水浴中浸提45 min(每5 min搖一次),趁熱過濾,冷切,定容至500 mL,每個樣品重復3次。待測液采用日立L-8900氨基酸自動分析儀測定。

茶氨酸含量測定參照中華人民共和國國家標準(GB/T 23193-2008)[16],具體方法為:取0.1 g茶葉樣品,加入10 mL去離子水并置于90 ℃中水浴15 min,1000 r/min下離心10 min,待測,每個樣品重復3次。儀器測試條件為:流速0.25 mL/min,壓力35 bar,反應溫度130 ℃,上樣量10 μL,檢測波長338 nm。

1.3 ?數據處理

采用Excel和DPS軟件對實驗數據進行方差分析和顯著性分析。

2 ?結果與分析

2.1 ?不同極性樹脂洗脫液對受體萵苣的生物測試分析

由圖1可看出,不同極性樹脂洗脫液對受體萵苣生物測試結果表明,不同極性樹脂洗脫液對受體的干重存在一定的抑制作用,表現為對受體干重的抑制率,ADS-7>ADS-21>ADS-F8>ADS-17> ADS-8。不同年限茶樹根際土壤經樹脂吸附后洗脫液對受體干重的抑制率則表現為,25 a>9 a>3 a> 0 a。由此可見,隨著茶樹樹齡的增加,茶樹根際土壤對受體的抑制作用增強,其中25 a茶樹根際土壤經ADS-7樹脂吸附的洗脫液抑制作用最強。

2.2 ?不同極性樹脂洗脫液對茶樹葉片內源激素含量的影響

不同極性樹脂洗脫液外源添加處理茶樹后,茶樹葉片內源激素測定結果表明(圖2~圖4),相同樹脂處理下,茶樹葉片的IAA和ZR含量隨著茶樹樹齡的增加呈現顯著下降趨勢,而ABA含量則呈現顯著上升的趨勢。其中以ADS-7樹脂洗脫液處理后對茶樹葉片內源激素含量的影響最大,即隨著茶樹樹齡的增加(0~25 a),ADS-7樹脂洗脫液處理后,茶樹葉片的IAA和ZR分別從191.18 ng/g 下降至119.84 ng/g和170.24 ng/g下降至89.26 ng/g,而ABA含量則從245.96 ng/g上升至497.62 ng/g。其次,分析發現,當茶樹樹齡相同,不同極性樹脂依然以ADS-7樹脂洗脫液處理后,茶樹葉片的IAA和ZR含量最低,ABA含量最高。可見,不同樹脂洗脫液對茶樹葉片內源激素含量存在著一定的影響,其中以ADS-7樹脂洗脫液影響最大,特別是25 a樹齡茶樹根際土壤的ADS-7樹脂洗脫液。

2.3 ?不同極性樹脂洗脫液對茶樹葉片氨基酸含量的影響

茶樹葉片氨基酸含量分析結果見表1,不同極性樹脂洗脫液處理后,茶樹葉片中的18種氨基酸含量發生一定的變化。進一步分析不同樹脂洗脫液處理后,茶樹葉片氨基酸含量與茶樹樹齡的相關性,結果表明,ADS-8樹脂處理后,蘇氨酸、賴氨酸、絲氨酸、谷氨酸、甘氨酸、組氨酸、精氨酸、茶氨酸及總體氨基酸含量等與茶樹樹齡呈顯著或極顯著的負相關,而蛋氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、半胱氨酸含量則呈顯著或極顯著的正相關;ADS-17樹脂處理后,絲氨酸、谷氨酸、甘氨酸、丙氨酸、組氨酸、精氨酸、茶氨酸及總體氨基酸含量等與茶樹樹齡呈顯著或極顯著的負相關,而纈氨酸、蛋氨酸、半胱氨酸含量則呈顯著或極顯著的正相關;ADS-F8樹脂處理后,蘇氨酸、谷氨酸、甘氨酸、丙氨酸、精氨酸、茶氨酸及總體氨基酸含量等與茶樹樹齡呈顯著或極顯著的負相關,而蛋氨酸、亮氨酸含量則呈顯著或極顯著的正相關;ADS-21樹脂處理后,蘇氨酸、天冬酰胺、絲氨酸、谷氨酸、甘氨酸、精氨酸、茶氨酸及總體氨基酸含量等與茶樹樹齡呈顯著或極顯著的負相關,而纈氨酸、蛋氨酸、半胱氨酸含量則呈顯著或極顯著的正相關;ADS-7樹脂處理后,蘇氨酸、賴氨酸、天冬酰胺、谷氨酸、茶氨酸及總體氨基酸含量等與茶樹樹齡呈顯著或極顯著的負相關,而蛋氨酸、半胱氨酸含量則呈顯著或極顯著的正相關。

可見,不同極性樹脂處理后,茶樹葉片氨基酸含量發生了顯著的變化;此外,不同樹脂處理下,隨著茶樹樹齡的增加,茶樹葉片氨基酸總量呈現下降趨勢,并呈現為不同樹脂處理對茶樹葉片氨基酸含量影響趨勢為ADS-7>ADS-21>ADS-F8>ADS- 17>ADS-8,而不同樹齡茶樹根際土壤對茶樹葉片氨基酸含量影響趨勢則為25 a>9 a>3 a>0 a。

2.4 ?不同極性樹脂洗脫液對茶樹葉片不同類別氨基酸含量的影響

根據氨基酸的親水性高低,可將氨基酸分為疏水氨基酸(纈氨酸、蛋氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、丙氨酸、脯氨酸)和親水氨基酸(蘇氨酸、賴氨酸、天冬酰胺、絲氨酸、谷氨酸、甘氨酸、半胱氨酸、酪氨酸、組氨酸、精氨酸、茶氨酸)。分析結果表明(圖5,圖6),不同樹脂洗脫液處理下,隨著茶樹樹齡的增加,疏水氨基酸占比呈現上升趨勢,其中以ADS-7樹脂處理后的茶樹葉片含量最高。而在親水氨基酸含量上,隨著茶樹樹齡的增加,總體呈下降趨勢,但ADS-8、ADS-17、ADS-F8樹脂處理下,不同樹齡茶樹葉片親水氨基酸含量不存在顯著差異,ADS-7樹脂處理下則存在顯著差異。可見,不同樹脂處理后,隨著茶樹樹齡的增加,茶樹葉片中可溶解的氨基酸占比下降,反之不可溶解氨基酸占比則上升。

根據氨基酸的在茶葉品評中所起的作用,可將氨基酸分為甜味氨基酸(谷氨酸、甘氨酸、丙氨酸、茶氨酸)、鮮味氨基酸(谷氨酸、茶氨酸)、苦味氨基酸(纈氨酸、異亮氨酸、亮氨酸)。分析結果表明(圖7~圖9),不同樹脂處理下,隨著茶樹樹齡的增加,茶樹葉片甜味氨基酸和鮮味氨基酸含量占比呈現下降趨勢,而苦味氨基酸則呈現上升趨勢;其次,以ADS-7樹脂處理后的茶樹葉片甜味、鮮味、苦味氨基酸含量占比變化最大,表現為隨著茶樹樹齡的增加,甜味氨基酸占比從79.20%下降至64.46%,鮮味氨基酸占比從74.88%下降至60.34%,苦味氨基酸占比從3.42%上升至12.31%。可見,不同樹脂處理后,隨著茶樹樹齡的增加,茶樹葉片中不同類別氨基酸含量發生了顯著的變化。

3 ?討論

植物在生長過程中不斷向環境釋放大量的次生代謝物,這些次生代謝物隨著植物種植年限的增加,在土壤中不斷地積累,進而對植物的生長產生影響[3]。本研究發現,同一樹脂吸附茶樹根際土壤后的洗脫液對受體的抑制作用,隨著茶樹樹齡的增加而不斷增強(25 a>9 a>3 a>0 a),而不同樹脂中,以ADS-7樹脂吸附洗脫液對受體的抑制作用最強。ADS-7樹脂具有強極性外表,兼具外表吸附與基團吸附功用,可用于吸附到物質29種,其中酚、酸類物質占了16種。可見,隨著茶樹植茶年限的增加,茶樹根際土壤的自毒潛力呈現上升趨勢,這種現象的產生可能與土壤中酸類物質的積累有關。

植物激素在植物體內的濃度很低,但在調節和協調細胞增殖和細胞伸長過程中起著重要作用[17-18]。本研究結果表明,相同樹脂洗脫液處理下,茶樹葉片的IAA和ZR含量隨著茶樹樹齡的增加呈現顯著下降趨勢,而ABA含量則呈現顯著上升的趨勢;同一樹齡,不同極性樹脂脫液,以ADS-7樹脂洗脫液處理后,茶樹葉片的IAA和ZR含量最低,ABA含量最高。據報道,逆境脅迫下,植株葉片中ZR、IAA含量顯著下降,ABA含量升高,植株生長受阻,產量下降[19-20]。可見,隨著茶樹樹齡的增加,茶樹根際土壤物質對茶樹的生長具有明顯的阻礙作用,其中以ADS-7樹脂洗脫液中的物質對茶樹生長的影響最為明顯。

氨基酸含量的高低對于茶葉品質具有重要的影響,據報道,高品質茶葉的氨基酸含量明顯較高[21]。Nakagawa[22-23]研究發現,綠茶中約70%的鮮味和甜味由氨基酸決定,氨基酸含量越高,口感越好。可見,氨基酸含量高低已被廣泛應用于各類茶葉的質量評定中。本研究發現,不同樹脂處理下,隨著茶樹樹齡的增加,茶樹葉片氨基酸總量呈現下降趨勢,并呈現為不同樹脂處理對茶樹葉片氨基酸含量影響趨勢為ADS-7>ADS-21> ADS-F8>ADS-17>ADS-8,而不同樹齡茶樹土壤對茶樹葉片氨基酸含量影響趨勢為25 a>9 a>3 a> 0 a。其次,本研究發現,不同樹脂洗脫液處理后,以ADS-7處理后,疏水氨基酸含量占比最高,親水氨基酸含量占比最小。此外,不同樹脂處理后,茶樹葉片甜味氨基酸和鮮味氨基酸含量占比,隨著茶樹樹齡的增加,呈現下降趨勢,而苦味氨基酸則呈現上升趨勢,其中以ADS-7樹脂處理后下降或上升比例最大。可見,不同樹脂處理后,隨著茶樹樹齡的增加,茶葉中氨基酸總量下降,可溶解的氨基酸含量降低,甜味、鮮味氨基酸含量下降,苦味氨基酸含量上升,茶葉的品質呈現下降趨勢。

綜上,本研究結果表明,不同樹齡茶樹根際土壤物質經不同樹脂吸附洗脫后,洗脫液對茶樹存在著一定的自毒作用,其中以ADS-7樹脂吸附洗脫液的自毒能力最強。其次,不同樹脂洗脫液處理茶樹幼苗后,以ADS-7樹脂吸附洗脫液對茶樹幼苗葉片的激素及氨基酸含量影響最大,ADS-7樹脂吸附洗脫液顯著影響茶樹的生長與品質。然而,本研究只是探討不同極性樹脂吸附洗脫液對茶樹生長的影響,后期應當繼續分析不同樹脂吸附洗脫液的物質成分及其對土壤微生物生態系統的影響,以期能為退化茶園土壤的修復奠定理論基礎。

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