几种微量元素对茶树生理及茶叶品质的影响.pdf

几种微量元素对茶树生理及茶叶品质的影响刘小文1，高晓余2，何月秋1，高 熹1，肖 春1，吴国星1，周红杰3，袁文侠3（1.云南农业大学植物保护学院，云南 昆明650201；2.安徽省农科院科技情报研究所，安徽 合肥230031；3.云南农业大学龙润普洱茶学院，云南 昆明650201）摘 要：茶是世界上最受欢迎的饮料之一。茶多酚、氨基酸、咖啡碱、可溶性糖和水浸出物是茶叶的主要品质成份。综述了近年来茶树生长发育必需的几种金属微量元素（铁、锰、铜、锌、钼）对茶树生理及茶叶品质影响的研究和应用结果，探讨了茶叶微量元素的应用前景，以期为茶园的合理施肥、较高品质茶叶的产出提供科学依据。关键词：微量元素；茶树生理；茶叶品质中图分类号：S571.106.2文献标识码：A文章编号：1004-874X(2010)06-0162-04Effect of several trace elements on the tea plantphysiological and tea qualityLIU Xiao-wen1,Gao Xiao-yu2,HE Yue-qiu1,GAO Xi1,XIAO Chun1,WU Guo-xing1,ZHOU Hong-jie3,YUAN Wen-xia3(1.College of Plant Protection,Yunnan Agriculture University,Kunming 650201,China；2.Institute of Information Research,Anhui Academy of Agricultural Sciences,Hefei 230031,China;3.College of Longrun Puer Tea Science,Yunnan Agriculture University,Kunming 650201,China)Abstract:Tea is one of the most popular beverage in the world.The ingredients in tea representing tea quality include teapolyphenol,amino acids,caffeine,soluble saccharide and water extraction.To provide theoretical basis for the rational fertilization and theoutcome of high quality tea in tea garden,the research and application results in the past few years about the effect of several essentialmetal trace elements(Fe,Mn,Cu,Zn,Mo)on the physiological of tea plant and the tea quality were summarized,and also the applicationforeground of metal trace elements in tea was introduced.Key words:trace elements;physiological of tea plant;tea quality茶叶是当今世界上最受欢迎的无酒精饮料之一，也是我国重要的经济作物。自20世纪90年代以来，世界茶叶的年消费量一直稳定在250万t左右。随着人们生活水平的不断提高，茶叶品质问题逐渐受到重视。决定茶叶品质的主要成分有茶多酚、氨基酸、咖啡碱、可溶性糖和水浸出物等，而这些品质成分的含量受茶树品种、土壤养分含量、肥料种类和用量、施肥方式以及加工工艺等因素的影响1-4。其中，施肥对茶叶品质的影响较大，尤其是一些金属微量元素对茶叶品质的影响越来越明显。铁、锰、铜、锌、钼等5种元素为茶树生长发育必需的金属微量营养元素。在茶树的正常生长发育过程中，对微量元素的需要量很少，但它们的作用却很重要。缺乏上述任何一种微量元素都会影响茶树正常的生长发育，导致茶叶品质下降，甚至影响人类的健康。为此，我们在阅读大量国内外相关文献的基础上，总结了近年来铁、锰、铜、锌、钼等5种金属微量元素对茶树生理及茶叶品质影响的研究和应用结果，探讨了茶叶微量元素的应用前景，以期为茶园的合理施肥、较高品质茶叶的产出提供科学依据。1茶叶品质的概述茶叶品质一般指茶叶的色、香、味、型和叶底。作为品质较高的茶叶，其美观的外形和光润的色泽是不容忽视的，但是茶叶作为一种饮料，其茶汤的香气和滋味更是品质组成的核心。影响茶叶品质的主要成分有茶多酚、氨基酸、咖啡碱和可溶性糖等。1.1茶多酚茶多酚是以涩味为主的一类物质，是构成茶汤涩味的主体，也是茶叶中味感最强烈的一种物质。茶树鲜叶中茶多酚的含量一般在18%36%之间，主要由儿茶素类、黄酮类化合物、花青素和酚酸组成，其中又以儿茶素类化合物含量最高，约占茶多酚总量的70%。茶多酚含量高，在水浸出物中所占比重最大，是决定茶汤浓度的主要物质。茶多酚在一定范围内对茶叶品质具有积极作用，同时由于它又是绿茶苦涩味形成的主要物质，超过一定限度后便会对品质带来消极影响。有研究表明，茶多酚含量在20%以内时，茶汤滋味得分与其含量表现为显著的正相关关系，含量在22%左右时达到顶峰，在20%24%以内仍维持茶汤浓度、醇度和鲜爽度的和谐统一，而当茶多酚含量进一步增加时，尽管茶汤浓度加大，但鲜醇度降低，苦涩味开始形成并逐渐加重，因味感所产生的质变，使其相关关系发生了逆转5。1.2氨基酸氨基酸是一类以鲜味为主的物质，含量越高茶汤味感收稿日期：2009-12-21基金项目：云南省科技计划项目（2006NG16）作者简介：刘小文（1983-），男，在读博士生，E-mail：通讯作者：吴国星（1975-），男，博士，副教授，E-mail：广东农业科学2010年第6期162C MY K越鲜爽。氨基酸含量占茶叶干物质的3%左右，在茶叶品质评价上具有重要意义，许多研究都一致肯定其含量与绿茶品质呈显著的正相关6。茶叶中主要有茶氨酸、谷氨酸、天冬氨酸、甘氨酸、精氨酸、丙氨酸和脯氨酸等。其中带鲜甜味的茶氨酸占氨基酸总量的70%，可以缓减茶的苦涩味。谷氨酸、甘氨酸、丙氨酸和脯氨酸等其他氨基酸与茶氨酸共存于茶汤中，对茶的滋味和香气具有协调增效作用。氨基酸与茶多酚的比值（酚氨比）可以较好地反映绿茶的滋味品质。一般认为，品质优等的绿茶，其多酚类和氨基酸的含量都较高而比值低，若两者含量高、比值也高，则味浓而涩；若两者含量低、比值高，则味淡而涩；若茶多酚含量低、氨基酸含量高、酚氨比低，则味淡而鲜爽；若茶多酚含量高、氨基酸含量低、酚氨比高，则味浓而涩。1.3咖啡碱咖啡碱是茶叶中含量最高的一种生物碱，一般含量在2%4%，是茶叶中一种重要的滋味物质7。咖啡碱本身是一种苦味物质，但其与茶多酚和氨基酸等形成的络合物却是一种鲜爽物质。咖啡碱对绿茶滋味品质的形成具有积极作用，但是由于咖啡碱本身是一种苦味物质，当其含量超过一定限度时将导致苦味显露，茶叶品质下降。有研究表明，咖啡碱对绿茶品质的形成存在逆转阈值，大小为3.8%4.5%。当咖啡碱的含量低于逆转阈值时，茶叶品质随着咖啡碱含量的增加而提高；当咖啡碱含量超过逆转阈值时，茶叶品质则随着咖啡碱含量的增加而下降8。1.4可溶性糖茶叶中的糖类物质包括单糖、寡糖、多糖及少量其他糖类。单糖和双糖是构成茶叶可溶性糖的主要成分。可溶性糖类是茶汤滋味和香气的来源之一，是茶汤甜味的主要成分。虽然甜味不是茶汤的主味，但甜味在一定程度上可削弱茶的苦味和涩味，并能增进茶汤的浓度和“味厚”感，使汤味甘醇。2微量元素对茶树生理及茶叶品质的影响2.1铁元素与茶树生理及茶叶品质2.1.1铁元素对茶树的生理作用铁是茶树必需的营养元素之一，铁在茶叶中的含量较为丰富，茶树鲜叶中Fe2O3的含量为0.01%0.02%。茶树各部位中铁的含量一般是根茎成熟叶新叶芽9。铁对茶树生理有以下3个方面的功能：（1）参与叶绿素的合成。铁是叶绿素形成过程中不可缺少的触媒剂，可促进核酸和蛋白质的合成、加速物质的氧化还原过程、促进叶绿素的合成。茶树对铁很敏感，缺少铁时，叶绿素就不能形成，植株呈失绿症状。（2）参与光合作用。茶树中很多铁化合物都参与了光合作用过程中的一些反应，如铁氧还蛋白、血红素、豆红素等。缺铁时，这些物质的含量及含铁酶的活性都降低，影响光合作用的正常进行，进而影响茶树的正常生长发育。（3）参与呼吸作用。铁是某些氧化酶（如细胞色素氧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶等）的成分，参与细胞内氧化还原过程，因此铁在茶树呼吸和能量释放的代谢过程中起着重要的作用。此外，铁还与核酸、蛋白质的代谢有关1,5-6,8。2.1.2铁元素对茶叶品质的影响黎星辉等1认为，铁的含量过高会对茶叶的品质产生不利影响，现时茶园大部分均未施用铁肥，因而土壤中的铁只与土壤类型有关，含铁高的土壤名优茶品质较差。土壤含铁量与茶叶品质的因子呈负相关。陆锦时10-11研究表明，微量营养元素成份与有机化学成分之间相关性十分明显，其中茶叶中铁含量与氨基酸含量呈显着正相关；与可溶性糖呈极显著正相关；与咖啡碱呈负显著相关关系；与水浸出物呈极显著负相关；所以说茶叶中铁含量对茶叶品质有很重要的影响。2.1.3铁元素缺失症状与施肥控制在酸性条件下，土壤中的铁常以低价铁形态存在，对植物的有效性高，一般茶园不会缺铁。但是，锰、磷和铜对茶树吸收铁有拮抗作用，当土壤中有效锰过量、施磷过多或叶面喷施波尔多液时，就可能诱发茶树临时性缺铁9。茶树缺铁失绿症首先在幼嫩部分表现出来。缺铁初期，顶芽淡黄，嫩叶花白色，但叶脉仍呈绿色，老叶不受影响；缺铁中期，整个新梢呈白色，叶脉也失绿；缺铁后期，嫩芽嫩叶开始枯萎，但不焦黄12。缺铁影响茶叶幼嫩部分的生长发育，从而影响茶叶品质。常用的铁肥有硫酸亚铁、硫酸铁、硫酸亚铁铵、碳酸铁和螯合铁等。铁肥最常用的施用方法是喷施，一般采用0.05%3%硫酸亚铁或0.1%0.2%螯合铁。2.2锰元素与茶树生理及茶叶品质2.2.1锰元素对茶树的生理作用茶树是典型的“聚锰”植物，其含量比一般植物高得多，一般可达1 000 mg/kg13。锰对茶树生理功能的影响主要表现在以下5个方面：（1）参与茶树光合作用和呼吸作用，在叶绿素体内以有机结合形态参加希尔反应，增强光合作用的强度。研究表明，土壤中适量的锰可提高茶树光合作用强度，但过量的锰又抑制光合作用的进行，两者呈y=a+bx-cx2（x代表锰的施用量，y代表光合作用强度）的曲线关系11；（2）促进氧化还原反应进行，参与茶叶中Vc的合成；（3）锰是茶树体内脯氨酸酶、精氨酸酶、苹果酸酶、烯醇化酶等酶的活化剂；（4）硝酸还原酶必须在锰的参与下才能激化，锰对植物吸收NO3-N起着重要作用14；（5）锰能促进多酚氧化酶的活性15。2.2.2锰元素对茶叶品质的影响对茶叶而言，特别是绿茶，茶多酚和总氨基酸的含量及其比值是茶叶品质优劣的关键性指标，适量的锰可以提高茶叶中赖氨酸、组氨酸、精氨酸、天门冬氨酸、苏氨酸、胱氨酸、茶氨酸、谷氨酸和丙氨酸等的含量，而对缬氨酸、蛋氨酸和亮氨酸等的含量影响不大。过量的锰不利于茶叶中氨基酸的形成，锰对茶叶中的多酚含量有一定的抑制作用。19941996年在印度托克莱茶叶试验场进行了不同锰水平的多次试验，结果表明，随着施锰量的提高，几乎所有品质因子如茶红素、茶黄素、咖啡碱含量、明亮度和总色度等均优于对照。常硕其16对福鼎大白茶和储叶齐进行溶液培养发现，各浓度的锰处理能促使茶叶中茶多酚含量降低，促进总氨基酸和总蛋白含量的增加，降低茶叶中酚氨比，在一定程度上，低浓度的锰短时间处理有利于茶叶品质的提高，而喷施MnSO4溶液对茶叶品质影响不大。锰元素的含量会对茶树体内各种酶产生影响，从而163C MY K间接影响茶叶的产量和品质。Choudhury等17认为，6月叶面喷施锰(MnSO4)，茶叶中可溶性糖的含量也随锰的增加而增加，超过1时茶黄素含量受影响，而当MnSO4喷施浓度为2和4时不利于提高红茶品质。茶叶中矿质元素含量与茶叶品质存在一定的相关性，锰元素含量较高的茶叶品质较差18。Yosisda研究发现，锰可以促进多酚氧化酶的活性，有利于红茶发酵，提高红茶品质，锰也能促进抗坏血酸的形成。有人曾对前苏联格鲁吉亚不同茶季茶叶的含锰与茶多酚关系进行研究，结果发现，锰含量与茶多酚含量呈负相关。2.2.3锰元素缺失症状与施肥控制茶树对锰比较敏感。茶树缺锰时表现为立枯病，即叶子发黄、叶脉呈绿色、新梢顶端下垂；锰过量则会造成“锰害”，嫩叶出现焦尖、焦边呈褐色，叶片失绿、变薄、呈黄绿色19，叶脉呈绿色，叶肉出现网斑，有褐色斑点，叶绿素含量降低，幼叶受害状况最严重20。周钦泽等21报道，茶树缺锰主要表现为叶色发生变化，首先是刚开展的嫩叶出现失绿黄化，从叶绿扩展到叶片前半部，稍微向下弯曲，最后叶尖和边缘呈枯焦现象，嫩叶和芽生长萎缩变化明显，对茶叶品质影响较大。常用的锰肥有硫酸锰、氧化锰和碳化锰等，可采用土施或叶面喷施的方法。每667 m2土施用2.53.0 kg，肥效约可保持5年，叶面喷施浓度以含0.30.5 mg/kg为宜。2.3锌元素与茶树生理及茶叶品质2.3.1锌元素对茶树的生理作用锌是茶树生长的重要营养元素之一，其对茶树主要有以下生理作用：（1）锌是茶树许多酶的组成成分，如碳酸酐酶、磷酸酯酶、苹果酸脱氢酶和谷氨酸脱氢酶等都含有锌，这些含锌的酶蛋白在植物体内物质水解、氧化还原过程和蛋白质合成中起作用22。（2）锌参与茶树光合作用的全过程，可促使芽叶对CO2的吸收和同化。（3）锌参与茶树生长素(吲哚乙酸)的合成，可促使吲哚与丝氨酸合成色氨酸，进一步形成吲哚乙酸。（4）锌参与茶叶蛋白质的合成和转化，可促使NPA（1-萘氨甲酰苯甲酸）和KDA蛋白形成复合体，是锌指蛋白的结构成分，而锌指蛋白是一种转录调控因子，在植物的生长发育中起着重要作用。（5）锌可以促进茶叶氨基酸、儿茶素和香气物质等品质成分的形成22。（6）锌能增强茶树根系对氮和磷的吸收，从而促进茶树萌芽和旺盛生长，增加茶树生长势。（7）锌能诱导幼龄茶树增生较多的根。根据国内外研究资料表明，对茶树喷施锌肥，可增加茶叶产量，改善鲜叶机械组成。因此，锌的适量供应能促进茶树体内的物质代谢，对茶树的生长发育十分有利。2.3.2锌元素对茶叶品质的影响何电源等23的研究结果表明，茶园土壤有效锌含量与茶叶氨基酸含量显著相关，锌对氨基酸的形成有良好作用。施锌还能提高茶多酚含量，有研究表明，施用硫酸锌后茶多酚含量比对照增加35.3%24。锌一般都被输送到植物生长旺盛的尖端组织中。因此，茶树梢越幼嫩含锌量也越高，也就是说，越是高级名优茶，含锌量就越高，有报道称茶叶品级与茶叶含锌量成正相关22。祝金虹等25研究发现，茶树喷施锌肥能改善茶叶的品质。锌能促进氨基酸、茶多酚和有效锌含量的增加，夏茶的增加幅度大于春、秋茶。农艳芳26研究了凌云白毫茶主要矿质元素与茶叶品质的关系，结果显示，茶叶中的锌含量随着茶叶品质的升高而增加。毕坤27对贵州茶叶矿质元素的研究结果表明，茶叶生化指标与锌的相关性也较明显。谢明勇等28在分析茶叶矿质元素时也发现，锌元素与茶叶的品质有一定的相关性，即茶叶品质越好，锌的含量越高。此外，由于茶树锌对镉的吸收有拮抗作用，故茶叶中锌镉比较高，这样降低了镉对人体的毒害。2.3.3锌元素缺失症状与施肥控制茶树缺锌时，新稍生长严重受抑制，光合作用和氮代谢受阻，成叶出现花斑，称为“花叶病”29-30。茶树叶面喷施锌肥有利于改善茶树营养、促进芽叶生长，表现为发芽数增加、百芽重提高、正常芽叶比例提高31，叶面喷锌可提高叶片叶绿素、新稍氨基酸和可溶性糖含量，且叶面喷锌优于土施32。茶园长期施用生理酸性肥料或过量施用磷肥会导致土壤缺锌。据报道，适用于茶树施用的锌肥有硫酸锌和氧化锌，施用方法宜采用叶面喷施16。硫酸锌喷施浓度一般为0.1%0.5%。2.4铜元素与茶树生理及茶叶品质2.4.1铜元素对茶树的生理作用茶树含铜量较一般作物高、含1030 mg/kg。其中，新叶的铜含量（60100mg/kg）比老叶稍高，树枝、根系比叶片多。铜是植物体内一些氧化酶的组成成分，如抗坏血酸氧化酶、多酚氧化酶、细胞色素氧化酶、漆酶、酪氨酸酶、质体蓝素和超氧化物歧化酶都含有铜，缺铜时这些酶的活性明显降低。铜参与光合作用，其不仅以叶绿体中蛋白质体蓝素的组成成分参与电子传递，而且作为核酮糖二磷酸羧化酶的成分参与卡尔文循环中CO2的同化，因此铜在叶片的光合作用中有重要作用；铜还参与蛋白质和碳水化合物的代谢，促进氨基酸合成蛋白质1,5-6,8。2.4.2铜元素对茶叶品质的影响茶叶中多酚氧化酶的含量特别高，这种酶以铜离子作为辅基，铜 含量为0.165%，能将多元酚氧化成醌。在多酚氧化酶的催化下，儿茶酚和单宁被氧化并聚合成红褐色色素，从而制成红茶。铜参与红茶的发酵过程，茶叶中含铜量很低（10mg/kg），多酚氧化酶活性显著降低，红茶发酵则不能发生，因此鲜叶中铜含量的高低直接影响红茶的品种。韩文炎等33研究表明，适宜的施铜量能明显改善茶树整体的生理机能，茶多酚、咖啡碱和氨基酸也有不同程度增加，酚氨比提高，从而提高了茶叶产量和品质。叶面喷施0.1%铜浓度处理的鲜叶制成的红碎茶，汤色红亮，香味尚浓爽，品质优于对照。铜也是对环境和人体都有害的重金属，茶叶中铜含量不能超过茶叶质量标准的要求，因此要控制好茶园中铜肥的施用，防止茶园土壤受到铜元素的污染，而使茶叶的品质降低。2.4.3铜元素缺失症状与施肥控制茶树缺铜主要表现是叶片失绿而成黄色或深黄色，初期叶间出现黄色斑块，进而扩大至全叶，缺铜严重时全株大量落叶，新叶生长缓慢，叶薄色浅16。砂质茶园和长期施铵的茶园容易缺铜。铜肥的种类很多，常用的是硫酸铜(含铜25)。铜肥可以土施和喷施，但多采用叶面喷施，喷施浓度一般为0.02%164C MY K0.05%，每公顷约需2 kg硫酸铜。试验表明，施用硫酸铜后茶叶的茶多酚含量比对照增加28.4%以上34。2.5钼元素与茶树生理及茶叶品质茶树对钼的需求量不多，钼是硝酸还原酶的组成成分，与氮素吸收和蛋白质合成有关，对Vc的生成也有关系。钼元素能促进茶树体内硝酸的还原和含氨物质的合成，也与叶绿素含量有关。有试验表明，缺钼时，茶叶的叶绿素含量减少，氮代谢和氨基酸形成受阻，叶绿素和脂型儿茶素含量降低1,9。范腊梅等35研究表明，钼能明显提高茶叶茶氨酸、天门冬氨酸和丝氨酸的含量，从而改善了茶叶的品质。常用的钼肥有钼酸铵、钼酸钠、钼酸钙和三氧化钼等，叶面喷施钼酸铵的浓度一般为0.05%0.10%。茶树施用钼肥后，茶叶中的茶氨酸含量显著增加，丝氨酸和天门冬氨酸的含量也有所提高23。3结语微量元素（铁、锰、铜、锌、钼等）参与茶叶的呼吸、氧化及叶绿素的合成等重要生理作用，一旦缺乏或过量，茶叶品质将受到显著影响。近年来，茶树微量元素肥料的生产和应用已受到各级政府和科研部门的广泛重视并取得丰硕成果，但仍然存在不少问题。具体表现在：（1）各种微量元素的拮抗和协同作用。韩文炎等32,36研究发现，施锌使茶树中的铁和锰含量均有所降低，施铜提高了茶树锰的含量，降低了铁的含量。（2）微量元素与茶树病害控制。Manival37研究认为，铜能防止病菌进入茶树伤口，茶树中足量的铜可以有效地防治芽枯病。（3）不同茶树品种吸收微量元素存在差异。高旭辉38认为，由于不同茶树品种对铜的吸收不同，导致芽枯病的抗性具有显著差异。因此，如何利用以上研究，促进对微量元素具有较好吸收作用的茶树品种的育种与推广，促进建立茶园土壤微肥监测和评价体系，促进微肥的平衡施用技术的发展等，都将成为今后研究的重点。此外，由于认识上的问题，微量元素对茶叶品质影响的应用和研究发展很不平衡，地区差异也很大，广大茶农还没能普遍接受这些观念。因此，要利用各种渠道加强对茶农的合理施肥的科普教育，让他们认识到微量元素对茶叶品质影响的重要性；要大力推广微量元素肥料的合理施用技术，如茶园土壤中有效施肥量和均衡施用量，针对作物对微量元素反应的不同施用不同微肥，改造土壤环境，提高肥料的可给性等，从而促进茶树健康生长，提高茶叶品质。参考文献：1黎星辉，黄启为，唐和平.土壤地球物理化学特征对名优茶品质的影响J.湖南农业大学学报，1998,22(6):542-546.2黄建琴，赵和涛.有机磷增进红茶品质生化机理研究J.土壤通报,1998,29(5):232-233.3罗淑华.茶叶品质与施肥J.福建茶叶,1994(2):24-27.4倪德江，陈玉琼，姜昊.加工工艺对名优绿茶主要品质化学成分的影响J.华中农业大学学报，1998,17(1):84-88.5施兆鹏.茶叶加工学M.北京:中国农业出版社,1997:20-24.6陆松候，施兆鹏.茶叶审评与检验M.北京:中国农业出版社,2001:55-70.7王瑞芳,蓝伟光,张世文,等.茶叶中有效成分的开发利用进展J.亚热带农业研究,2005,1(3):64-69.8杨亚军.中国茶树栽培学M.上海:上海科学技术出版社,2004.9中国农业科学院茶叶研究所.中国茶叶栽培学M.上海:上海科学技术出版社,1986.10陆锦时.茶叶品种品质化学指标研究J.茶叶通报,1989,11(4):16-18.11陆锦时.茶叶品种营养元素的研究J.中国茶叶,1989(6):27-29.12方兴汉，吴采.茶树某些矿质营养元素缺乏症和过量症的研究J.中国茶叶,1984(2):19-21.13黄绍拴.茶树锰营养研究J.国外农学茶叶,1985(3):1-5.14叶美云.铝与锰在茶树生长与养分吸收上的效应D.台北:国立台湾大学农业化学研究所,2000.15顾谦，陆锦时,叶宝存.茶叶化学M.合肥:中国科学技术出版社,2002:115-117.16常硕其.锰对福鼎大白茶和储叶齐茶苗生长发育及茶叶品质的影响D.长沙:湖南农业大学,2006.17 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