茶樹鍺素營養(yǎng)研究進展

劉學艷 王朝雯 唐興瑩 雷綿森 計憬潤 于龍鳳

摘要：微量鍺元素對茶樹的生長發(fā)育起著至關重要的作用，不僅參與茶樹體內(nèi)的新陳代謝，還影響茶樹葉片中有機鍺含量。為便于學者了解茶樹鍺素營養(yǎng)研究現(xiàn)狀，進一步探索茶樹吸收與轉(zhuǎn)化鍺元素的機理，從而開發(fā)富鍺茶資源。文章從鍺資源概況及有機鍺保健功效、有機鍺的測定方法及茶樹體內(nèi)的鍺含量、茶樹對鍺元素的吸收累積特性及可能機理、富鍺茶資源的開發(fā)及其應用前景4個方面進行綜述，希望為學者了解富鍺茶提供參考。

關鍵詞：鍺元素;茶樹;保健功效;測定方法;富鍺茶

Research Progress of Germanium?Nutrition in Tea Plant

LIU Xueyan1，2， WANG Chaowen1，2， TANG Xingying1，2， LEI Miansen1， JI Jingrun1， YU Longfeng1，2*

1. School of Biotechnology and Engineering， West Yunnan Normal University of Science and Technology， Lincang 677000， China;

2. Yunnan Black Tea Engineering Technology Research Center， Lincang 677000， China

Abstract： Trace germanium plays an important role in the growth and development of tea plants. It not only participates in the metabolism of tea plants， but also affects the content of organic germanium in tea leaves. The purpose of this paper is to facilitate scholars to understand the research status of germanium nutrition in tea plants， further explore the mechanism of germanium absorption and transformation in tea plants， so as to develop germanium-rich tea resources. This paper offered an overview of germanium resources， introduced the health care effect of organic germanium， the determination method of organic germanium and the germanium content in tea plants， the absorption and accumulation characteristics and possible mechanism of germanium in tea plants， and the development and application prospect of germanium-rich tea resources， hoping to provide a reference for scholars to understand germanium-rich tea.

Keywords： germanium， tea plants， health benefits， determination method， germanium-rich tea

茶樹是一種多年生常綠木本植物，樹齡可長達數(shù)百年甚至上千年，其賴以生存的土壤環(huán)境對茶樹生命活動有著重要影響。已有研究表明，土壤中的微量鍺元素對茶樹的生長發(fā)育起著重要作用。一方面，鍺元素會影響茶樹體內(nèi)其他元素的分布，進而影響茶樹的新陳代謝，改變茶樹的次生代謝產(chǎn)物;另一方面，無機鍺可以在茶樹體內(nèi)通過各種代謝途徑轉(zhuǎn)化為有機鍺，進而影響茶樹葉片中有機鍺含量。茶和有機鍺都可以促進人體健康。因此，近年來許多學者致力于研究茶樹與鍺的關系，希望探索出茶樹體內(nèi)的鍺含量及其分布規(guī)律、鍺對茶樹生理特性及茶葉品質(zhì)的影響，進而開發(fā)富鍺茶資源，為需鍺患者提供天然富鍺茶飲品，提高茶葉飲用價值，同時還可以充分利用土壤鍺資源，提高我國鍺資源的經(jīng)濟價值。

1? 鍺資源概況及有機鍺的保健功效

1.1? 我國鍺資源概況

鍺（Germanium，簡寫為Ge），原子序數(shù)為32，位于化學元素周期表的第四周期，是由德國化學家WINKER C A從硫銀礦中發(fā)現(xiàn)并命名[1]。鍺因其分散性，一般情況下難以形成獨立礦床。鍺是一種良好的半導體，廣泛應用于太陽能電池、光纖通訊等方面。我國鍺資源儲量約3 500 t，占全球鍺資源的40%以上，其中云南省鍺資源儲量占全國的32%，大部分鍺資源分布于臨滄市[2]。臨滄市位于云南省西南部，是我國重要的鍺資源基地，也是我國重要的產(chǎn)茶基地?？茖W家已對臨滄地區(qū)著名的褐煤鍺礦資源進行了深入的研究，目前已探明的鍺礦床儲量約為800 t，大量的鍺主要來源于成煤植物[3]。

鍺元素廣泛分布于植物體或菌類中。例如日本學者研究發(fā)現(xiàn)靈芝、人參、枸杞、大蒜中的鍺含量分別為257 mg/kg、320 mg/kg、124 mg/kg、756 mg/kg;我國學者陳青川等[4]發(fā)現(xiàn)銀耳中鍺含量約為66.31 ng/g。據(jù)文獻報道，我國土壤鍺含量約1.3 mg/kg[5]，而土壤中鍺含量會影響土壤酶活性、土壤微生物種類和數(shù)量;此外，鍺還會改變植物中光合色素的組成和含量[6]。因此土壤中的鍺對常年生長于土壤中的茶樹有重要的影響。

1.2? 有機鍺的保健功效

鍺的化合物分為無機鍺和有機鍺兩種。無機鍺對人體具有很強的毒性[7]。有機鍺（分子中含有Ge-C鍵的化合物）對人體無毒害作用，主要包括3類。一類是可以直接食用的天然有機鍺;另一類是將鍺化合物植入酵母、細菌、蔬菜中生產(chǎn)的生物有機鍺;還有一類是合成有機鍺，如螺鍺、呋喃鍺、羧乙基鍺倍半氧化物Ge-132等[8]。楊利等[9]指出，成年人對有機鍺（Ge-132）的最大安全攝入量為24 mg/d，而實際攝入量平均值為0.4～3.7 mg/d，進入人體內(nèi)的鍺被人體吸收后經(jīng)血液輸送到全身組織發(fā)揮生物學功能。有機鍺被稱為“生命的奇效元素”，具有很強的氧化脫氫能力，其主要保健功效包括延緩衰老、增強免疫力、調(diào)節(jié)代謝性疾病。有機鍺對于延緩衰老的主要作用體現(xiàn)在清除體內(nèi)自由基、增強抗氧化功能，達到美容養(yǎng)顏[10]、預防神經(jīng)退行性疾病等[11-12]。有機鍺對于調(diào)節(jié)代謝性疾病的主要作用體現(xiàn)在有機鍺能夠提高脂類代謝、糖類代謝等[13]，從而起到降糖[14]、降血壓[15]、降血脂[16]、抗腫瘤[17]、抗癌[18]、抗炎[19]等多種功效。截至目前，鍺元素暫未被列為人體必需元素，但大量研究表明有機鍺是一種具有良好營養(yǎng)保健作用的微量元素[20]。

2? 有機鍺的測定方法及茶樹體內(nèi)的鍺含量

近年來，隨著鍺元素關注度的提升，其測定方法也在不斷發(fā)展。目前，常用于鍺元素測定的方法主要有薄層法、電位法、原子熒光光譜法[21]、等離子體發(fā)射光譜法[22]、電感耦合等離子質(zhì)譜法等。如鞏海娟等[23]采用ICP-MS方法測定了食品中的鍺含量，認為ICP-MS具有更快的檢測速度和更高的靈敏度，很適用于食品鍺含量測定。也有學者發(fā)現(xiàn)，桑色素熒光分光光度法在測定保健飲料中的鍺含量方面表現(xiàn)出極大優(yōu)勢[24]。關于茶葉中鍺含量的測定，最早見于20世紀90年代。劉訓健等[25]采用催化極譜法測定了10種茶葉中的鍺含量，發(fā)現(xiàn)不同品種、不同等級的茶葉中鍺含量有較大的差異，且茶葉越老，鍺含量越高;10種茶葉中，龍井茶和碧螺春鍺含量最低，均為41.02 μg/kg，茉莉花茶鍺含量最高（107.77 μg/kg）。諸葛純英等[26]采用高頻電感耦合等離子體發(fā)射光譜法及催化極譜法測定發(fā)現(xiàn)，廣西地區(qū)的白毫茶、石龍茶等含有一定的鍺元素。嚴和平等[27]通過苯芴酮-分光光度法測得云南普洱茶中的鍺含量為2.44～6.78 μg/g。張存蘭[28]使用溴百里酚藍分光光度法測得毛尖茶葉中鍺含量約為6.50 μg/g。陳青等[29]使用苯芴酮——溴化十六烷基三甲胺分光光度法測定貴州省13種茶葉的有機鍺含量，均值為2.24 μg/g，最高值為4.57 μg/g，可見茶葉中含有一定量的有機鍺，鍺元素缺乏者可以通過飲茶補充。

3? 茶樹對鍺元素的吸收累積特性及可能機理

茶樹是一種富含多種微量元素的作物，其中，鐵、硒、銅、錳、氟等微量元素對茶樹生長及茶葉品質(zhì)的影響已有大量報道[30]，同時也指出茶樹對硒、鋅等元素的生物富集作用很強。在生產(chǎn)上，通過外源施加微量元素肥料，茶樹可以吸收、富集和轉(zhuǎn)化更多微量元素，把非生物活性和毒性高的無機硒、無機鍺轉(zhuǎn)化為安全有效、毒性低的有機硒和有機鍺[31]。盡管鍺素對茶樹的生長及茶葉品質(zhì)的影響還鮮有報道，但植物體具備了吸收以及通過自身代謝循環(huán)利用硒、鍺的能力。楊婉秋等[32]研究表明，茶樹各組織中鍺含量由高到低的順序為老葉>嫩葉>根>莖>皮>花>果，鍺在嫩葉中遷移系數(shù)低于老葉，僅為0.025 9。說明茶樹葉片成熟度是影響茶葉浸出液中微量元素含量的重要因素[33]。此外，據(jù)嚴和平等[27]研究表明，云南產(chǎn)的普洱茶中含有較豐富的鍺，可能與云南地區(qū)土壤中鍺含量有關。而臨滄地區(qū)的土壤中鍺含量更加豐富[2]，為富鍺茶的種植開發(fā)提供了方向。

劉訓健等[34]研究表明，外源施加鍺肥會影響茶樹的有機鍺含量，進而影響茶葉的生物活性。鍺對茶樹生長的影響，筆者結(jié)合前人研究結(jié)果，認為可能有以下兩個原因：一為鍺元素是典型的兩性元素，在酸性介質(zhì)中主要以Ge4+形式存在，而茶樹是典型的“喜酸怕堿”植物，外源鍺進入茶樹體內(nèi)，可能會打破茶樹體內(nèi)原來的元素分布情況，改變茶樹各器官對元素的吸收和分配[35]，最終影響茶樹生長和茶葉品質(zhì);二是根據(jù)Makham等[36]報道的二氧化鍺會影響硅藻蛋白質(zhì)和葉綠素的合成，且鍺可溶于硝酸鹽、硫酸鹽、鉀的氯化物等電解質(zhì)溶液的化學性質(zhì)，在茶樹生長發(fā)育過程中，鍺化合物可能會參與茶樹某些代謝過程的調(diào)控，如氨基酸代謝、糖代謝等，促進茶樹的光合作用及酶的合成，進而影響茶樹次生代謝產(chǎn)物的種類和含量。例如鍺化物對脯氨酸代謝的影響，會影響茶樹的抗逆性;鍺化物對茶樹新陳代謝酶合成的影響，會直接影響茶樹代謝途徑，改變茶葉成品中氨基酸、茶多酚、水浸出物、咖啡堿、茶色素、茶多糖等影響茶葉品質(zhì)的重要物質(zhì)含量，進而影響茶葉品質(zhì)。此外，目前并沒有研究報道鍺元素是茶樹生長的必需元素，也沒有茶樹缺乏鍺元素的癥狀、診斷方法，以及茶樹施鍺的最佳方案，說明茶樹鍺元素營養(yǎng)研究具有開拓性的意義。

目前，相關研究集中于茶葉中鍺含量測定，鍺對茶樹生理特性及對茶葉品質(zhì)的具體影響機制還處于探索階段，鍺含量對茶樹中多酚類、氨基酸、酶活性的影響還有待分析;至于鍺對茶樹體內(nèi)代謝節(jié)點的調(diào)控及品質(zhì)影響的分子機制的研究還有極大的空白，需進一步深入探究。

4? 富鍺茶資源的開發(fā)及其應用前景

天然有機鍺是許多藥用植物的有效成分之一，而天然富鍺茶的鍺含量極低，無法滿足缺鍺人群的需求。大量文獻表明，無機鍺在植物體內(nèi)可以富集成有機鍺[37]，且適量的外源鍺既能促進植物生長發(fā)育，又能增加植物體內(nèi)有機鍺含量，提高植物的保健功效[38]。因此，生產(chǎn)上可以借鑒富鍺大麥苗[39]、富鍺金針菇[40]、富鍺水稻[41]的培育方法，開發(fā)富鍺茶。即在土壤中添加外源鍺溶液來獲取富鍺產(chǎn)品[42]。此外，徐建明等[43]還利用富鍺的廢棄茶枝來栽培靈芝，既可以充分利用茶葉資源，同時可以提高靈芝中有機鍺含量，對促進靈芝的營養(yǎng)價值具有雙重作用。富鍺產(chǎn)品的成功開發(fā)，既是農(nóng)業(yè)領域，也是工業(yè)領域的重要突破。

盡管目前由于生產(chǎn)成本問題，以及鍺元素對茶樹生長發(fā)育的影響機制還未完全清晰，天然富鍺茶產(chǎn)品的開發(fā)尚未推廣;但據(jù)夏永香[31]研究，通過不同次數(shù)、不同濃度葉面噴施二氧化鍺溶液，發(fā)現(xiàn)大蒜植株生長加快，光合性能和抗氧化酶活性提升，大蒜的營養(yǎng)品質(zhì)也得到了極大提升，還開發(fā)出富鍺大蒜。且據(jù)楊婉秋等[44]研究表明，臨滄地區(qū)茶園土壤中鍺含量較高，部分茶園土壤中鍺含量達到了富鍺土壤標準（1.5 mg/kg）。因此，筆者認為利用臨滄地區(qū)的富鍺土壤進行富鍺茶樹種植和開發(fā)，是一種低成本、純天然生產(chǎn)富鍺產(chǎn)品的技術，還可以將茶葉的保健功效與有機鍺的生物活性結(jié)合在一起，對于生產(chǎn)促進人類身體健康的富鍺有機茶具有重要意義，且具廣闊的前景。

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基金項目：云南省地方本科高校（部分）基礎研究聯(lián)合專項資金項目（202001BA070001-187）。

作者簡介：劉學艷，女，主要從事茶葉加工與質(zhì)量控制研究。*通信作者，E-mail：364130476@qq.com。