摘要
茶树(Camelliasinensis(L.)O.Kuntze)是一种典型的聚铝、富氟植物。茶叶是世界三大饮料植物之一,近年来,通过饮茶摄入的氟与人体健康关系受到较大关注。氟作为一种环境污染物,很容易被土壤吸收而存在于土壤中。本文对外源水溶性氟在茶园土壤中的环境化学行为及生物有效性、茶树吸收氟的动力学特性、氟在茶树亚细胞水平的分布和氟在茶树叶片表面的存在状态进行了相关研究。主要研究内容包括: 1.采用盆栽实验和化学连续提取法,研究了外源添加水溶性氟在茶园土壤中的赋存形态转化及不同赋存形态氟对茶树氟富集的贡献。结果表明:茶园土壤中本底各赋存形态氟含量随时间的变异很小,处于相对稳定状态,外源水溶性氟进入土壤后迅速向各个形态转化,10mg?kg-1氟处理下,水溶性氟含量表现为先升后降的趋势,有机束缚态氟和铁锰结合态氟含量随着处理时间呈下降的趋势,可交换态氟处理前后含量没有显著性差异(p>0.05),残余态氟含量则保持相对稳定的状态;200mg?kg-1氟处理下,水溶性氟、铁锰结合态氟和有机束缚态氟含量随着处理时间呈下降的趋势,可交换态氟含量则表现为先升后降的趋势,处理前后含量没有显著性差异(p>0.05),残余态氟含量则为上升的趋势,与10mg?kg-1氟处理表现有差异。0-10mg?kg-1氟处理内,茶树根、茎和叶中总氟含量之间的差异达显著水平(p<0.05);在10-100mg?kg-1氟处理内,则变化不显著(p>0.05)。逐步回归分析表明茶园土壤中不同形态氟对茶树根、茎和叶中水溶性氟和总氟的积累贡献有差异,叶片T-F含量与土壤中Ws-F、Fe/Mn-F、O.M.F和Res-F含量有显著的回归关系(p<0.05),而Ws-F含量与土壤各赋存形态氟含量均没有显著的回归关系(p>0.05)。 2.采用水培方法研究了不同氟处理水平和处理时间下,茶树对溶液氟离子的吸收动力学特性及茶树生长对溶液氟的反应。结果表明:茶树对氟的耐受性与品种有关。低氟(≤50mg?L-1)能够促进茶树生物量的积累和根系的生长,但高氟(≥50mg?L-1)不利于茶树的生长。1mg?L-1氟处理下,茎和叶中氟含量与处理时间呈线性正相关(R2茎=0.9164,R2叶=0.9706),根中氟含量变化不显著;10mg?L-1氟处理下,根、茎和叶氟含量与处理时间均呈线性正相关,并于32d达到最大值。低氟下(0.1-10mg?L-1),茶树根系吸收溶液氟符合Michalis-Menten动力学模型,为主动吸收过程;高氟下(50-100mg?L-1),表现出被动吸收的过程,根系和茎氟含量迅速上升,叶在50mg?L-1氟处理下达到饱和状态。茶树根系氟吸收短动力学曲线具有二型性,即开始是快速的吸收随后是缓慢的饱和吸收。茶树氟的吸收速率与转运速率均与氟处理浓度呈线性正相关。 3.通过水培试验,结合差速离心方法研究平阳特早、乌牛早和凫早2号氟富集的特性及根和叶片中氟的亚细胞分布,比较不同品种之间的差异。3个品种茶树根、茎和叶氟含量均随着培养介质氟浓度的增加而升高,0-10mg?L-1氟处理下,地上部分氟含量大于根部氟含量(转运系数>1),且茶树吸收的氟56%贮存在地上部分。除对照组外,叶片中大部分氟积累在细胞壁和可溶性部分(76.84%-91.58%),与根系表现一致(53.24%-80.35%),氟的添加均增加了氟在3个品种茶树细胞壁和可溶性部分中的分配比例,减少了其在细胞器中的富集。加氟处理下,平阳特早和乌牛早叶片亚细胞组分氟含量的变化趋势为:细胞壁>可溶性部分>细胞器;凫早2号为可溶性部分>细胞壁>细胞器。低氟(0-5mg?L-1)氟处理下,茶树根系亚细胞氟含量变化趋势为:细胞器≥细胞壁>可溶性部分;高氟(10-50mg?L-1)氟处理下,则为细胞壁>可溶性部分≥细胞器。转运系数、地上部分氟的贮存率和氟在亚细胞组分的分布表明,茶树具有较强的向上运输氟的能力;氟在茶树根和叶中的亚细胞分布与茶树的品种和溶液氟处理的浓度有关,叶片中总氟含量与各亚细胞组分氟含量之间及其各亚细胞组分氟含量之间的关系与品种有关,根系表现与品种无关;细胞壁和可溶性部分是茶树高氟处理下氟主要的存储部位。 4.采用XPS技术研究了氟在茶树叶片表面存在形态及其对叶片表面XPS表征的影响。结果表明:茶树叶片表面主要由C和O组成,少量Si,N和Al,叶片近轴面表面还存在少量的P和Ca。氟处理下,茶树叶片远轴面表面的C含量增加,O含量降低,与近轴面的表现相反;叶片远轴面的Al有向近轴面转运的趋势,近轴面和远轴面的N含量均降低,叶片固氮能力下降。氟处理使近轴面表面的角质层变薄,角化层变厚,表面产生的有机酸含量显著增加,且氧化状态更活泼;远轴面的角质层、角化层均变厚,表面分泌的有机酸含量减少,且其氧化状态降低。氟处理使叶片表面蛋白质含量减少,不利于叶片维持表面的湿润度。O2/O1>1,氟的处理使O2/O1的比值下降。氟在茶树叶片近轴面主要以AlF3存在,可能存在少量的MgF2或者CaF2;在茶树叶片远轴面表面以MgF2形式存在。
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