茶樹硒營養(yǎng)研究進(jìn)展與展望

董 方，李小飛，金玲莉，楊菲穎，沈思言，謝 楓*

（1.江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 園藝研究所，江西 南昌 330200；2.江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，江西 南昌 330200）

硒（Selenium，Se）是人和動物生命必需的微量元素，適量地攝入Se元素具有增強(qiáng)免疫力、預(yù)防癌癥、預(yù)防心血管疾病、延緩衰老等功效，人體缺Se易造成克山病和大骨節(jié)病的發(fā)生，而過量Se的攝入則會引起中毒［1-2］。長期膳食補(bǔ)充有機(jī)Se是一種有效的防治缺Se的安全措施，植物作為直接或間接提供有機(jī)Se的載體，研究作物Se營養(yǎng)作用機(jī)制及Se養(yǎng)分管理對促進(jìn)作物提質(zhì)增效具有重要意義。

茶樹（Camellia sinensis）是一種富Se能力較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)作物，可通過富集和轉(zhuǎn)化作用，把非生物活性和毒性高的無機(jī)Se轉(zhuǎn)化為安全有效的有機(jī)Se，茶樹葉片作為主要的富Se器官，制成的富Se茶可作為人體補(bǔ)Se的理想產(chǎn)品［3-4］。因此，研究茶園Se養(yǎng)分管理和茶樹Se營養(yǎng)作用機(jī)制，對調(diào)控茶葉Se含量具有指導(dǎo)意義。本文分別從茶園土壤和茶樹Se營養(yǎng)的分布規(guī)律、外源Se促進(jìn)茶葉品質(zhì)提高以及Se對增強(qiáng)茶樹抗逆脅迫的作用等方面對茶樹Se營養(yǎng)的相關(guān)工作進(jìn)行了論述，以期為開發(fā)天然富Se茶提供理論依據(jù)。

1 茶園土壤中的Se

1.1 茶園土壤中Se的含量和分布特點(diǎn)

中國是茶葉種植和生產(chǎn)大國，2021年全國茶園面積達(dá)307萬hm2，茶葉產(chǎn)量近305萬t。近年來，茶葉科技工作者圍繞富Se茶的生產(chǎn)開展了大量區(qū)域性茶園土壤Se營養(yǎng)調(diào)查和研究，發(fā)現(xiàn)我國土壤Se資源分布極不均衡，從東北地區(qū)的黑龍江省到西南地區(qū)的云南省存在一條明顯的缺Se地帶［5］。而絕大部分的高Se茶園多分布于南方茶區(qū)，如廣西梧州［6］、安徽皖南［7］、湖北恩施［8］、貴州鳳岡［9］等地，土壤中全Se含量的平均值范圍最低為0.4 mg/kg，最高為2.28 mg/kg，高于全國土壤Se含量背景值（0.29 mg/kg），且均達(dá)到富Se土壤標(biāo)準(zhǔn)（≥0.4 mg/kg）［10］，說明這些地區(qū)的茶園土壤Se整體處于較高水平。

土壤中Se含量的多少一般與成土母質(zhì)相關(guān)，受氣候條件和土壤母質(zhì)的影響，不同地區(qū)的土壤含Se量差異很大［11］。通過對湖北恩施［12］、陜西紫陽［13］等高富Se地區(qū)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，這些區(qū)域富Se土壤的分布與不同地質(zhì)時期的黑色巖系高度吻合。而針對東北到西南的缺Se過渡帶和西北、東南高富Se區(qū)域的形成原因，有學(xué)者將其歸因于特定季風(fēng)氣候影響的結(jié)果［14-15］，但也有人認(rèn)為與成土母質(zhì)、淋溶作用等多因素相關(guān)［16］。福建省地處東南沿海，土壤母質(zhì)以火山凝灰?guī)r系和花崗巖系為主，該類巖石含Se量顯著高于紫色砂巖和河流沖擊土發(fā)育的茶園［17-18］。通過對福建60個典型茶園土壤調(diào)查顯示［17］，全Se含量為0.22～2.20 mg/kg，且86.67%的茶園土壤Se含量達(dá)到富Se標(biāo)準(zhǔn)，表明福建茶園土壤含Se量整體處于較高水平。土壤富Se往往與重金屬元素伴生，王峰等［19］對大田茶園的土壤調(diào)查發(fā)現(xiàn)，其全Se含量平均值達(dá)到1.95 mg/kg，屬于富Se土壤，主要是由于該地域局部的煤系地層或礦產(chǎn)地質(zhì)背景，Se資源常常與鎘（Cd）、鉛（Pb）、鉻（Cr）及煤礦等礦產(chǎn)資源伴生，煤炭的開采、堆積與轉(zhuǎn)運(yùn)成為該地土壤富Se的重要原因［20-21］。趙妍等［22］對江蘇宜興地區(qū)茶園調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該地區(qū)土壤普遍富Se，茶園土壤Se含量平均值為0.88 mg/kg，遠(yuǎn)高于江蘇其他地區(qū)的(0.25 mg/kg)。其表層土壤100%屬高Se土壤，該地區(qū)土壤由特定的煤系地層、含泥炭質(zhì)粉砂巖及其他風(fēng)化殘留物構(gòu)成，成為造成該地區(qū)茶園富Se的關(guān)鍵因素［23］。而對低Se地區(qū)山東日照等地茶園的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該茶園土壤母質(zhì)主要為花崗巖、花崗片麻巖等酸性巖風(fēng)化物，這類酸性結(jié)晶鹽類風(fēng)化物中Se含量相對較低［24-25］。針對四川萬源地區(qū)土壤分析可知：4類成土母質(zhì)的土壤富Se能力大小順序為：碳質(zhì)板巖＞頁巖＞三疊系砂巖＞侏羅系砂巖［26］。

1.2 茶園土壤中Se的有效性及其影響因素

土壤全Se含量只能作為土壤Se的容量指標(biāo)，并不能代表土壤對植物供Se的真實水平，而土壤中的有效態(tài)Se是能夠直接被植物吸收利用的部分，因此，通常使用有效Se來衡量土壤的Se供應(yīng)能力［22，27］。從全國已調(diào)查的茶園土壤來看，土壤有效Se含量整體偏低，Se的活化率和可利用度不高，富Se土壤未能得到充分利用和開發(fā)［17，22］。

植物對土壤Se的吸收，不僅取決于土壤中Se的總量，也與土壤Se的形態(tài)有關(guān)。土壤中Se形態(tài)一般按照浸提的難易程度分為水溶態(tài)、離子交換態(tài)、碳酸鹽態(tài)、腐植酸態(tài)（弱有機(jī)態(tài)）、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)、強(qiáng)有機(jī)結(jié)合態(tài)和殘渣態(tài)7類，其被植物利用的難易程度也是依次增加，一般認(rèn)為能被植物直接吸收利用的Se主要是水溶態(tài)和離子交換態(tài)［28-29］。王松山等［30］選擇了全國15種不同類型的土壤研究發(fā)現(xiàn)，江西紅壤和黑龍江黑土中的Se以殘渣態(tài)為主，貴州黃壤、四川紫色土、新疆灰褐土中的Se主要以有機(jī)結(jié)合態(tài)的形式存在，而可溶性Se僅占土壤硒總量的0.4%～14.6%，總體土壤Se的有效性偏低。

土壤中的有效Se受多種因素的影響，主要與土壤pH、土壤類型、有機(jī)質(zhì)和土壤氧化還原狀況密切相關(guān)。pH是土壤理化性質(zhì)的綜合反映，在很大程度上決定了Se形態(tài)和溶解度。Se在微酸和中性土壤溶液中的溶解度較低，而在酸性和堿性土壤溶液中溶解度均較大［31］。南方茶園普遍土壤酸化嚴(yán)重，pH值偏低，土壤中的Se主要以亞硒酸鹽（SeO3-）形式存在，易被半氧化物、粘粒礦物和有機(jī)質(zhì)吸附或絡(luò)合，從而降低土壤Se的有效性［19］。一般而言，pH與氧化還原電位（Eh）雙因素的互作對Se有效性調(diào)控起主導(dǎo)作用，而非受單獨(dú)因素影響。趙美芝［32］以磚紅壤、紅壤和黃棕壤為供試土樣，研究氧化還原狀況、酸度等對SeO3-有效性的影響發(fā)現(xiàn)，隨著土壤pH值的升高，土壤對SeO3-的吸附量降低，還原態(tài)的吸附量高于氧化態(tài)，水溶性Se含量增加。不同土壤類型因其pH、氧化還原狀況不同決定了Se形態(tài)的不同，導(dǎo)致有效Se含量有所差異。沙濟(jì)琴等［33］研究發(fā)現(xiàn)，不同土壤類型中有效Se含量大小順序為磚紅壤＞紅黃壤＞紅壤、酸性紫色土。此外，研究還發(fā)現(xiàn)，土壤有機(jī)質(zhì)對土壤Se的有效性具有雙重作用，一方面有機(jī)質(zhì)通過與Se結(jié)合對土壤Se產(chǎn)生了很強(qiáng)的固定能力，會降低土壤Se的有效性；另一方面，有機(jī)質(zhì)含量的增加促進(jìn)了有機(jī)Se的積累，有機(jī)Se通過礦化作用會形成易于溶解的小分子有機(jī)Se，進(jìn)而被植物吸收［34-36］。

2 茶樹中的Se

2.1 茶樹中Se的賦存形態(tài)

茶樹中約80%的Se以有機(jī)化合物的形式存在，包括Se代氨基酸及其衍生物、含Se蛋白、含Se核糖核酸、甲基Se化物和Se多糖等，其中絕大部分為游離Se蛋白，占全Se含量的63.60%，是根、莖、葉中Se的主要積累形式；Se代甲硫氨酸（Se-Met）占全Se的21.91%，其中不到1%為游離Se-Met，如DNA-核蛋白Se、RNA-核蛋白Se；多糖中的Se主要是粗果膠Se，占全Se的0.61%。而無機(jī)Se主要以SeO3-和SeO42-的形式存在，在Se總量中的占比不超過16%［37-39］。

2.2 茶樹中Se的分布規(guī)律及影響因素

茶樹中Se的積累除受茶園土壤有效Se含量決定之外，其積累分布差異同樣受到茶樹品種、器官、樹齡、葉位等因素的影響。王雅玲等［40］研究皖南茶區(qū)茶葉含Se量與土壤和茶樹品種間的關(guān)系發(fā)現(xiàn)，不同品種茶樹各器官的Se積累能力有所差異，根據(jù)葉/根的Se含量比值，將11個茶樹品種劃分為富Se品種、中等富Se品種和非富Se品種。Zhao等［41］通過水培方式對14個茶樹品種進(jìn)行了Se處理，發(fā)現(xiàn)烏牛早和龍井43的Se積累量顯著高于其他品種，由此表明Se的吸收、轉(zhuǎn)化、運(yùn)輸受基因型調(diào)控，Se由地下部向地上部的運(yùn)輸過程及向新葉富集的能力受到基因型的制約。對于整株茶樹而言，茶樹葉片的含Se量高于枝干，老葉高于嫩葉，地上部分高于地下部分，果殼則高于種子［42-44］，表明茶葉中的Se含量隨新梢的老化而積累。許春霞等［45］研究發(fā)現(xiàn)，通過土壤施Se后茶樹中Se含量高低順序依次為根＞2年枝＞新葉＞老葉，這是因為茶樹中的Se由根系到莖再到葉片是依靠濃度差傳遞的稀釋過程。曹丹等［46］利用沙培試驗得到的添加外源Se與之結(jié)果相似，發(fā)現(xiàn)茶樹各個器官中的Se含量均顯著增加，且含量分布依次為根＞莖＞葉。

此外，茶樹鮮葉及其細(xì)胞結(jié)構(gòu)中Se的積累也因季節(jié)不同而有所差異。同一品種、地塊，不同季節(jié)茶鮮葉的Se含量表現(xiàn)為春季最高，秋季次之，夏季最低［47］。通過進(jìn)一步對茶樹亞細(xì)胞定位發(fā)現(xiàn)，各組分的Se含量在春季呈現(xiàn)出膜和細(xì)胞器＞細(xì)胞壁和可溶性部分，且隨著時間的延長，Se逐漸向后兩者轉(zhuǎn)移，在夏、秋這2個季節(jié)各組分的Se含量均呈現(xiàn)出細(xì)胞壁＞膜和細(xì)胞器＞可溶性部分的趨勢［48］。

3 Se營養(yǎng)對茶樹品質(zhì)及代謝的影響

Se并非植物的必需元素，但外源添加Se能夠?qū)Σ铇渖L和品質(zhì)產(chǎn)生影響。Se對茶樹生長和品質(zhì)具有雙重效應(yīng)，大量研究結(jié)果表明，低濃度Se處理對茶樹生長和品質(zhì)有促進(jìn)作用，而高濃度Se則會抑制茶樹生長，降低茶葉品質(zhì)［42,49-51］。

茶樹葉面噴施Se肥后，葉綠素含量由0.21%提高到0.31%，增加了47.6%，這表明Se肥有助于提高茶樹的光合作用和生長代謝［52］。王丹丹等［53］以1年生扦插苗為材料，采用水培試驗，研究了不同濃度的硒酸鈉（NaSeO4）溶液對茶樹植株生長及生理指標(biāo)的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，適宜濃度為0.3 mg/L的Se能夠促使茶樹光合作用的增強(qiáng)，使其根系活力得到提高，茶多酚、可溶性糖和可溶性蛋白等品質(zhì)指標(biāo)含量得到增加；Se濃度過高則使茶樹光合作用減弱，茶葉品質(zhì)降低。覃瀟敏等［54］通過盆栽試驗研究了不同Se濃度對茶葉化學(xué)品質(zhì)及Se含量的影響，結(jié)果表明土壤施亞硒酸鈉（Na2SeO3）能有效提高春茶和夏茶的化學(xué)品質(zhì)及Se含量，且隨著Na2SeO3施用量的增加，茶葉品質(zhì)的化學(xué)成分(咖啡堿除外)及Se含量均呈先增加后降低的趨勢。黃思思等［55］以樹齡20～30年的烏牛早為試驗材料，探討了外源噴施有機(jī)Se對茶葉Se含量、產(chǎn)量及品質(zhì)的調(diào)控效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)Se處理后茶多酚、咖啡堿、水分含量均高于對照，而水浸出物和游離氨基酸含量有所降低。Li等［56］通過對茶園外源噴施納米Se，利用代謝組學(xué)和轉(zhuǎn)錄組學(xué)等研究發(fā)現(xiàn)，納米Se可通過調(diào)節(jié)谷氨酰胺-谷氨酸循環(huán)（GS-GOGAT）誘導(dǎo)茶氨酸（Thea）、谷氨酸（Glu）、脯氨酸（Pro）和精氨酸（Arg）的產(chǎn)生，還能夠促進(jìn)茶樹次生代謝，增加茶葉中多酚和類黃酮物質(zhì)的生物合成。此外，在茶產(chǎn)品中也發(fā)現(xiàn)Se的生物強(qiáng)化能夠提高成茶中蛋白質(zhì)、胡蘿卜素、兒茶素等營養(yǎng)物質(zhì)和功能性物質(zhì)的積累。梁潘霞等［57］以氨基酸螯合Se作為Se源，探究了Se對春茶谷胱甘肽過氧化物酶（GSH-Px）活性及品質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)適量的Se濃度可以明顯提高茶葉的GSH-Px活性，并增加茶多酚和茶多糖的含量。但王朝陽等［58］通過外源根施Se肥發(fā)現(xiàn)，盡管陜茶1號葉片中的Se含量有所增加，但對茶葉的化學(xué)品質(zhì)無顯著影響。綜合而言，針對不同Se源、不同茶樹品種對應(yīng)了最適宜的Se濃度閾值，隨著Se濃度的增加，茶樹生長一般表現(xiàn)為先促進(jìn)后抑制，茶葉品質(zhì)的化學(xué)成分濃度整體呈先增加后降低的趨勢。

4 Se營養(yǎng)對茶樹抵御逆境脅迫的作用

4.1 Se營養(yǎng)對茶樹抗氧化能力的影響

Se對植物的有益作用很大程度上來源于其抗氧化能力，適宜濃度的Se可以提高過氧化氫酶（CAT）等抗氧化酶的活性，而高濃度Se則是促氧劑，引發(fā)活性氧（ROS）大量積累，使抗氧化酶活性降低，造成細(xì)胞損傷，進(jìn)而誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡［59-60］。胡玉榮［51］研究發(fā)現(xiàn)，茶樹中Pro代謝基因在NaSeO4處理組顯著富集，表明茶樹可能通過Pro的合成與代謝來實現(xiàn)對SeO42-的響應(yīng)，而Pro被認(rèn)為是植物重要的滲透保護(hù)劑、羥基自由基（·OH）清除劑等，對植物在逆境脅迫中的自我保護(hù)起著重要作用［61］。因此，在Se脅迫條件下茶樹可以通過提高Pro的含量來增加對Se的耐受性。Li等［56］通過2年的田間試驗，研究了納米Se對茶樹葉片氧化應(yīng)激的潛在影響，結(jié)果表明，外源噴施納米Se提高抗壞血酸-谷胱甘肽（ASA-GSH）循環(huán)中抗氧化酶的含量和活性，最大限度地減少了丙二醛（MDA）、過氧化氫（H2O2）和超氧陰離子（O2-）的積累，降低了農(nóng)藥對茶樹葉片的氧化損傷。Liu等［62］研究發(fā)現(xiàn)，外源Se處理一方面通過減少M(fèi)DA和H2O2含量穩(wěn)定了茶樹逆境脅迫時的光合作用和膜系統(tǒng)，提高了茶樹的抗逆性；另一方面，可通過調(diào)節(jié)Pro并增加抗壞血酸過氧化物酶（APX）和CAT的活性來防止應(yīng)激反應(yīng)引發(fā)的氧化損傷。黃進(jìn)［63］采用營養(yǎng)液培養(yǎng)的方法，通過設(shè)置不同Se濃度分析了茶樹葉片中不同抗氧化酶及抗氧化活性物質(zhì)的含量變化，結(jié)果表明Se濃度在0.025～0.100 mmol/L范圍內(nèi)，茶樹葉片抗氧化能力顯著增強(qiáng)，具體表現(xiàn)為抗氧化酶活性顯著提升，如超氧化物歧化酶（SOD）、CAT、過氧化物酶（POD）、GSH-Px、谷胱甘肽還原酶（GR），抗氧化活性物質(zhì)如維生素C（VC）、維生素E（VE）和谷胱甘肽（GSH）含量顯著增加；而在Se濃度高于0.2 mmol/L時，僅有GSH-Px仍保持較高活性。Se是GSH-Px的必需組分，Se-半胱氨酸（Se-Cys）是該酶活性中心的必需因子，GSH-Px能夠利用GSH將有害的過氧化物還原成無害的羥基化合物，清除氧化性強(qiáng)的自由基，保護(hù)細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)及功能的完整性。盡管Se與植物抗逆生物學(xué)的功能研究逐年增加，而針對Se營養(yǎng)（Se形態(tài)）對茶樹抵御生物和非生物脅迫中的作用及分子機(jī)制仍需做進(jìn)一步研究。

4.2 Se營養(yǎng)對茶樹緩解重金屬離子毒害的影響

土壤中重金屬積累到一定程度會對植物生長產(chǎn)生危害，而茶葉重金屬含量超標(biāo)會直接危及人體健康。隨著近年來土壤環(huán)境的日益惡化，重金屬污染進(jìn)一步加劇，Se對茶樹緩解重金屬離子的毒害作用受到越來越多的關(guān)注。

研究表明，Se緩解植物重金屬毒害的作用機(jī)制可能有2個方面：一是Se可與重金屬結(jié)合形成Se-重金屬復(fù)合物，以此降低或減少重金屬的吸收與轉(zhuǎn)化；二是Se參與調(diào)節(jié)抗氧化系統(tǒng)，使得保護(hù)性酶的含量提高、活性增強(qiáng)，從而提高重金屬脅迫的抗性［64-65］。張慶等［66］以漢中地區(qū)龍井43茶樹為材料，通過溶液培養(yǎng)試驗，探討了Se對Cr脅迫下茶樹生長和生理特性的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，施加適量的Se在一定程度上可以增加茶樹葉片Cr誘導(dǎo)產(chǎn)生的抗氧化酶CAT、APX和GSH-Px活性，降低質(zhì)膜過氧化產(chǎn)物MDA和H2O2含量的積累，促進(jìn)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)維持自身水分平衡和滲透平衡，提高Cr毒害的適應(yīng)性，降低Cr元素的積累。李慧等［67］采用氫化物-原子熒光分光光度法測定了茶葉中砷（As）和Se的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，探討了Se在土壤和茶葉中的遷移規(guī)律及其對As的影響，研究結(jié)果表明，茶葉中Se的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與茶葉中As的質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，隨著茶葉中Se的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，As的質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低，究其原因可能是茶葉中Se含量的增加減少了土壤中重金屬As向地上部的遷移，使得茶樹對As的吸收減少。目前，關(guān)于Se與重金屬拮抗的分子機(jī)制方面的文獻(xiàn)較少，針對Se如何影響重金屬的轉(zhuǎn)移和吸收有待深入研究。

5 展望

近年來，國內(nèi)外學(xué)者針對茶樹Se營養(yǎng)形態(tài)、吸收與積累特性、調(diào)節(jié)茶樹抗逆機(jī)制等方面開展了一系列富有成效的研究，為提高茶樹的Se吸收效率，增強(qiáng)茶樹抗逆能力提供了理論基礎(chǔ)，同時對未來富Se茶的生產(chǎn)及管理也具有指導(dǎo)意義，但仍存在很多問題值得探討。

（1）前期研究雖證實Se營養(yǎng)對茶多酚、可溶性糖以及蛋白質(zhì)含量有顯著促進(jìn)作用，明確了Se營養(yǎng)對茶樹關(guān)鍵品質(zhì)成分積累的影響及作用規(guī)律。而針對Se營養(yǎng)調(diào)控茶葉初級、次級代謝產(chǎn)物合成與積累的分子機(jī)制仍有待進(jìn)一步研究。

（2）有關(guān)Se在植物抗逆領(lǐng)域的研究已較為深入，尤其是Se對茶樹緩解重金屬毒害、抵抗農(nóng)藥脅迫以及提高耐寒性等方面取得了重要進(jìn)展，明晰了Se能夠提高茶樹抗逆脅迫能力的關(guān)鍵是增強(qiáng)茶樹的抗氧化能力，促進(jìn)抗氧化酶含量和活性的提高。未來可對不同形態(tài)Se調(diào)控茶樹抗逆脅迫的分子機(jī)制進(jìn)行深入探討，以期實現(xiàn)不同形態(tài)Se在茶樹中的差異化功能，為逆境下提升茶葉產(chǎn)量和品質(zhì)提供新的思路。

（3）關(guān)于Se-Cr互作的影響及茶樹對Se和Cr的吸收積累規(guī)律已有一定的研究進(jìn)展，而對于解析Se-Cr互作的分子機(jī)制，或利用與其他營養(yǎng)元素相結(jié)合對Cr產(chǎn)生拮抗效應(yīng)，實現(xiàn)富Se低Cr的茶葉產(chǎn)品是今后研究的方向之一。