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茶樹(shù)鍺素營(yíng)養(yǎng)研究進(jìn)展

2022-05-24 12:42劉學(xué)艷王朝雯唐興瑩雷綿森計(jì)憬潤(rùn)于龍鳳
中國(guó)茶葉 2022年5期
關(guān)鍵詞:測(cè)定方法茶樹(shù)

劉學(xué)艷 王朝雯 唐興瑩 雷綿森 計(jì)憬潤(rùn) 于龍鳳

摘要:微量鍺元素對(duì)茶樹(shù)的生長(zhǎng)發(fā)育起著至關(guān)重要的作用,不僅參與茶樹(shù)體內(nèi)的新陳代謝,還影響茶樹(shù)葉片中有機(jī)鍺含量。為便于學(xué)者了解茶樹(shù)鍺素營(yíng)養(yǎng)研究現(xiàn)狀,進(jìn)一步探索茶樹(shù)吸收與轉(zhuǎn)化鍺元素的機(jī)理,從而開(kāi)發(fā)富鍺茶資源。文章從鍺資源概況及有機(jī)鍺保健功效、有機(jī)鍺的測(cè)定方法及茶樹(shù)體內(nèi)的鍺含量、茶樹(shù)對(duì)鍺元素的吸收累積特性及可能機(jī)理、富鍺茶資源的開(kāi)發(fā)及其應(yīng)用前景4個(gè)方面進(jìn)行綜述,希望為學(xué)者了解富鍺茶提供參考。

關(guān)鍵詞:鍺元素;茶樹(shù);保健功效;測(cè)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(shù)是一種多年生常綠木本植物,樹(shù)齡可長(zhǎng)達(dá)數(shù)百年甚至上千年,其賴以生存的土壤環(huán)境對(duì)茶樹(shù)生命活動(dòng)有著重要影響。已有研究表明,土壤中的微量鍺元素對(duì)茶樹(shù)的生長(zhǎng)發(fā)育起著重要作用。一方面,鍺元素會(huì)影響茶樹(shù)體內(nèi)其他元素的分布,進(jìn)而影響茶樹(shù)的新陳代謝,改變茶樹(shù)的次生代謝產(chǎn)物;另一方面,無(wú)機(jī)鍺可以在茶樹(shù)體內(nèi)通過(guò)各種代謝途徑轉(zhuǎn)化為有機(jī)鍺,進(jìn)而影響茶樹(shù)葉片中有機(jī)鍺含量。茶和有機(jī)鍺都可以促進(jìn)人體健康。因此,近年來(lái)許多學(xué)者致力于研究茶樹(shù)與鍺的關(guān)系,希望探索出茶樹(shù)體內(nèi)的鍺含量及其分布規(guī)律、鍺對(duì)茶樹(shù)生理特性及茶葉品質(zhì)的影響,進(jìn)而開(kāi)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(jià)值,同時(shí)還可以充分利用土壤鍺資源,提高我國(guó)鍺資源的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

1? 鍺資源概況及有機(jī)鍺的保健功效

1.1? 我國(guó)鍺資源概況

鍺(Germanium,簡(jiǎn)寫(xiě)為Ge),原子序數(shù)為32,位于化學(xué)元素周期表的第四周期,是由德國(guó)化學(xué)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(dú)立礦床。鍺是一種良好的半導(dǎo)體,廣泛應(yīng)用于太陽(yáng)能電池、光纖通訊等方面。我國(guó)鍺資源儲(chǔ)量約3 500 t,占全球鍺資源的40%以上,其中云南省鍺資源儲(chǔ)量占全國(guó)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(guó)重要的鍺資源基地,也是我國(guó)重要的產(chǎn)茶基地。科學(xué)家已對(duì)臨滄地區(qū)著名的褐煤鍺礦資源進(jìn)行了深入的研究,目前已探明的鍺礦床儲(chǔ)量約為800 t,大量的鍺主要來(lái)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(xué)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(guó)學(xué)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(xiàn)報(bào)道,我國(guó)土壤鍺含量約1.3 mg/kg[5],而土壤中鍺含量會(huì)影響土壤酶活性、土壤微生物種類和數(shù)量;此外,鍺還會(huì)改變植物中光合色素的組成和含量[6]。因此土壤中的鍺對(duì)常年生長(zhǎng)于土壤中的茶樹(shù)有重要的影響。

1.2? 有機(jī)鍺的保健功效

鍺的化合物分為無(wú)機(jī)鍺和有機(jī)鍺兩種。無(wú)機(jī)鍺對(duì)人體具有很強(qiáng)的毒性[7]。有機(jī)鍺(分子中含有Ge-C鍵的化合物)對(duì)人體無(wú)毒害作用,主要包括3類。一類是可以直接食用的天然有機(jī)鍺;另一類是將鍺化合物植入酵母、細(xì)菌、蔬菜中生產(chǎn)的生物有機(jī)鍺;還有一類是合成有機(jī)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(duì)有機(jī)鍺(Ge-132)的最大安全攝入量為24 mg/d,而實(shí)際攝入量平均值為0.4~3.7 mg/d,進(jìn)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(xué)功能。有機(jī)鍺被稱為“生命的奇效元素”,具有很強(qiáng)的氧化脫氫能力,其主要保健功效包括延緩衰老、增強(qiáng)免疫力、調(diào)節(jié)代謝性疾病。有機(jī)鍺對(duì)于延緩衰老的主要作用體現(xiàn)在清除體內(nèi)自由基、增強(qiáng)抗氧化功能,達(dá)到美容養(yǎng)顏[10]、預(yù)防神經(jīng)退行性疾病等[11-12]。有機(jī)鍺對(duì)于調(diào)節(jié)代謝性疾病的主要作用體現(xiàn)在有機(jī)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(jī)鍺是一種具有良好營(yíng)養(yǎng)保健作用的微量元素[20]。

2? 有機(jī)鍺的測(cè)定方法及茶樹(shù)體內(nèi)的鍺含量

近年來(lái),隨著鍺元素關(guān)注度的提升,其測(cè)定方法也在不斷發(fā)展。目前,常用于鍺元素測(cè)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(cè)定了食品中的鍺含量,認(rèn)為ICP-MS具有更快的檢測(cè)速度和更高的靈敏度,很適用于食品鍺含量測(cè)定。也有學(xué)者發(fā)現(xiàn),桑色素?zé)晒夥止夤舛确ㄔ跍y(cè)定保健飲料中的鍺含量方面表現(xiàn)出極大優(yōu)勢(shì)[24]。關(guān)于茶葉中鍺含量的測(cè)定,最早見(jiàn)于20世紀(jì)90年代。劉訓(xùn)健等[25]采用催化極譜法測(cè)定了10種茶葉中的鍺含量,發(fā)現(xiàn)不同品種、不同等級(jí)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(cè)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(yán)和平等[27]通過(guò)苯芴酮-分光光度法測(cè)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(lán)分光光度法測(cè)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(cè)定貴州省13種茶葉的有機(jī)鍺含量,均值為2.24 μg/g,最高值為4.57 μg/g,可見(jiàn)茶葉中含有一定量的有機(jī)鍺,鍺元素缺乏者可以通過(guò)飲茶補(bǔ)充。

3? 茶樹(shù)對(duì)鍺元素的吸收累積特性及可能機(jī)理

茶樹(shù)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(duì)茶樹(shù)生長(zhǎng)及茶葉品質(zhì)的影響已有大量報(bào)道[30],同時(shí)也指出茶樹(shù)對(duì)硒、鋅等元素的生物富集作用很強(qiáng)。在生產(chǎn)上,通過(guò)外源施加微量元素肥料,茶樹(shù)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(wú)機(jī)硒、無(wú)機(jī)鍺轉(zhuǎn)化為安全有效、毒性低的有機(jī)硒和有機(jī)鍺[31]。盡管鍺素對(duì)茶樹(shù)的生長(zhǎng)及茶葉品質(zhì)的影響還鮮有報(bào)道,但植物體具備了吸收以及通過(guò)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(shù)各組織中鍺含量由高到低的順序?yàn)槔先~>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(shuō)明茶樹(shù)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(yán)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(guān)。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(kāi)發(fā)提供了方向。

劉訓(xùn)健等[34]研究表明,外源施加鍺肥會(huì)影響茶樹(shù)的有機(jī)鍺含量,進(jìn)而影響茶葉的生物活性。鍺對(duì)茶樹(shù)生長(zhǎng)的影響,筆者結(jié)合前人研究結(jié)果,認(rèn)為可能有以下兩個(gè)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(shù)是典型的“喜酸怕堿”植物,外源鍺進(jìn)入茶樹(shù)體內(nèi),可能會(huì)打破茶樹(shù)體內(nèi)原來(lái)的元素分布情況,改變茶樹(shù)各器官對(duì)元素的吸收和分配[35],最終影響茶樹(shù)生長(zhǎng)和茶葉品質(zhì);二是根據(jù)Makham等[36]報(bào)道的二氧化鍺會(huì)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(xué)性質(zhì),在茶樹(shù)生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中,鍺化合物可能會(huì)參與茶樹(shù)某些代謝過(guò)程的調(diào)控,如氨基酸代謝、糖代謝等,促進(jìn)茶樹(shù)的光合作用及酶的合成,進(jìn)而影響茶樹(shù)次生代謝產(chǎn)物的種類和含量。例如鍺化物對(duì)脯氨酸代謝的影響,會(huì)影響茶樹(shù)的抗逆性;鍺化物對(duì)茶樹(shù)新陳代謝酶合成的影響,會(huì)直接影響茶樹(shù)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(jìn)而影響茶葉品質(zhì)。此外,目前并沒(méi)有研究報(bào)道鍺元素是茶樹(shù)生長(zhǎng)的必需元素,也沒(méi)有茶樹(shù)缺乏鍺元素的癥狀、診斷方法,以及茶樹(shù)施鍺的最佳方案,說(shuō)明茶樹(shù)鍺元素營(yíng)養(yǎng)研究具有開(kāi)拓性的意義。

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

4? 富鍺茶資源的開(kāi)發(fā)及其應(yīng)用前景

天然有機(jī)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(wú)法滿足缺鍺人群的需求。大量文獻(xiàn)表明,無(wú)機(jī)鍺在植物體內(nèi)可以富集成有機(jī)鍺[37],且適量的外源鍺既能促進(jìn)植物生長(zhǎng)發(fā)育,又能增加植物體內(nèi)有機(jī)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(kāi)發(fā)富鍺茶。即在土壤中添加外源鍺溶液來(lái)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(lái)栽培靈芝,既可以充分利用茶葉資源,同時(shí)可以提高靈芝中有機(jī)鍺含量,對(duì)促進(jìn)靈芝的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值具有雙重作用。富鍺產(chǎn)品的成功開(kāi)發(fā),既是農(nóng)業(yè)領(lǐng)域,也是工業(yè)領(lǐng)域的重要突破。

盡管目前由于生產(chǎn)成本問(wèn)題,以及鍺元素對(duì)茶樹(shù)生長(zhǎng)發(fā)育的影響機(jī)制還未完全清晰,天然富鍺茶產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)尚未推廣;但據(jù)夏永香[31]研究,通過(guò)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(zhǎng)加快,光合性能和抗氧化酶活性提升,大蒜的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)也得到了極大提升,還開(kāi)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(dá)到了富鍺土壤標(biāo)準(zhǔn)(1.5 mg/kg)。因此,筆者認(rèn)為利用臨滄地區(qū)的富鍺土壤進(jìn)行富鍺茶樹(shù)種植和開(kāi)發(fā),是一種低成本、純天然生產(chǎn)富鍺產(chǎn)品的技術(shù),還可以將茶葉的保健功效與有機(jī)鍺的生物活性結(jié)合在一起,對(duì)于生產(chǎn)促進(jìn)人類身體健康的富鍺有機(jī)茶具有重要意義,且具廣闊的前景。

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

作者簡(jiǎn)介:劉學(xué)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。

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