重金属镉处理对茶树鲜叶营养成分的影响

摘要：以二年生福鼎大白茶[Camellia sinensis （L.） O. Kuntze cv. Fuding Dabaicha]鲜叶为材料，采用外源镉处理，研究不同浓度的镉处理对茶树鲜叶营养成分的影响。结果表明，随着镉处理浓度的增加，茶树鲜叶中茶多酚、叶绿素及游离氨基酸的含量均呈现先上升、后下降的变化趋势。其中叶绿素、茶多酚含量在镉浓度10 mg/kg时达最大值；游离氨基酸含量在镉浓度20 mg/kg时达最大值。可溶性糖的含量随着镉处理浓度的增加而呈减少趋势，处理后茶树鲜叶中咖啡碱的含量均明显低于无外源镉处理的对照。

关键词：镉；茶树；鲜叶；营养成分

中图分类号：O614.24+2；S571.1；Q946 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2013）18-4407-04

茶叶中含有咖啡碱、单宁、茶多酚、蛋白质、碳水化合物、游离氨基酸、叶绿素、胡萝卜素、芳香油、维生素以及矿物质营养大量元素、微量元素等400多种营养成分[1]，其丰富的营养、保健与防治疾病的多重功效受到越来越多人的青睐。并且作为中国重要的经济作物，其质量的高低关系到茶叶产业的稳定发展和数千万茶农的经济利益。近年来随着经济的迅速发展，通过各种途径进入环境中的重金属（如 Hg、Cd、Pb、Cr、As、Cu等）不断增加，对农产品造成日益严重的危害和污染。茶叶中有毒重金属元素（如Pb、Cd、As、Cu）的超标不仅影响茶叶口感、降低其品质和营养价值，而且还威胁人体健康，影响茶叶市场的拓展。为保障茶叶产品质量安全，提高人民生活质量，保护茶农的切身利益，维护“三农”的稳定，开展茶叶重金属污染防治研究势在必行。在所有重金属污染中， 以镉的污染最为严重；土壤中的镉主要有自然和人为活动两种来源， 前者源于岩石和土壤的本底值， 而后者则源于工业“三废”和含镉肥料的大量施用。试验用不同浓度的重金属镉处理茶树[Camellia sinensis（L.）O. Kuntze]，研究其新鲜叶片中可溶性糖、游离氨基酸、叶绿素、茶多酚、咖啡碱等营养成分含量及变化情况，旨在为茶叶镉污染的化学调控与茶叶的无公害栽培提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试茶树品种为长势一致的二年生福鼎大白茶[C. sinensis cv. Fuding Dabaicha]，鲜叶样品取于江苏农林职业技术学院茶园。供试盆栽土壤取于江苏农林职业技术学院农场，黄壤，在阴处晾干，磨细后过20目尼龙筛；测得土壤pH为6.0，土壤重金属镉本底值为0.997 mg/kg。

试验仪器主要有UV-2100紫外可见光/分光光度计（尤尼柯上海仪器有限公司）、Al104-电子分析天平（瑞士梅特勒-托利多有限公司）、SHA-B水浴恒温振荡器（金坛杰瑞尔电器有限公司）、TD5A-WS自动平衡离心机（上海浦仪离心机仪器有限公司）等。

1.2 试验处理

取直径25 cm的塑料花盆，每盆装入过20目尼龙筛的细土5 kg。每盆施KH2PO4 3.4g、（NH4）2SO4 5.0 g作为基肥。于2012年4月6日将茶树用清水洗净后移栽于盆中，每盆2株，重复3次。盆栽试验管理使用遮阳网防止强光直射，并保持盆土润湿直至茶树成活。在移栽30 d后往盆中分2次施入重金属镉[Cd（NO3）2·4H2O]，操作上施入茶树根部，实施胁迫处理。镉处理设置4个浓度，分别是5、10、20、40 mg/kg，以去离子水为对照。在处理后30 d，于傍晚摘取各处理茶树2叶1芽新鲜叶片，用去离子水冲洗后，立即放入冰箱内冷冻保存，备测。

1.3 样品的测定方法

茶树新鲜叶片的可溶性糖含量采用蒽酮比色法[2]测定，叶绿素、类胡萝卜素含量采用丙酮-乙醇混合液浸提法[3]测定，茶多酚含量采用酒石酸铁比色法[4]测定，儿茶素含量采用香荚兰素比色法[5] 测定，游离氨基酸含量采用茚三酮比色法[6]测定，咖啡碱含量采用紫外分光光度法[7]测定。

2 结果与分析

2.1 镉处理对茶树新鲜叶片中可溶性糖含量的影响

茶树新鲜叶片中的单糖和双糖是构成茶叶可溶性糖的主要组分，而可溶性糖又是构成茶汤滋味和黏稠度的重要物质，是茶汤甜味的主要成分[8]；虽然甜味不是茶汤滋味的主味，但甜味在一定程度上可削弱茶汤的苦味与涩味，掩盖杂味，使汤味甘醇；所以可溶性糖含量是表征茶叶品质的重要指标。不同浓度镉处理后，茶树新鲜叶片中可溶性糖含量的变化趋势见图1。由图1可见，经过镉处理后的茶树，其新鲜叶片中可溶性糖含量发生了变化。与对照相比，随着镉浓度的增加，茶树新鲜叶片中的可溶性糖含量呈现逐渐降低的变化趋势；这个结果与夏建国等[9]的叶面施硅对茶叶品质的影响结果基本一致。

2.2 镉处理对茶树新鲜叶片中游离氨基酸含量的影响

茶叶中的游离氨基酸含量是反映茶叶品质的另一个重要指标，这些氨基酸奠定了茶汤的基础香气、滋味特征，茶叶中的游离氨基酸可以随冲泡而溶入茶汤，是茶汤显现鲜味与鲜香的主要呈味物质。现在从茶叶中已分离鉴定出的氨基酸有26种，占茶叶干重的1.5%～4.0%[10]。游离氨基酸常呈现鲜、甜、苦、酸等4种不同的味感，含量与比例的不同产生的差异也不同，由此构成了茶汤鲜甜味的不同味感特点；其中带鲜甜味的茶氨酸占氨基酸总量的70%，其可以缓解茶汤的苦涩味，且氨基酸对人体有明显的保健作用。试验里不同浓度镉处理后，茶树新鲜叶片中游离氨基酸含量的变化趋势见图2。从图2可见，经过镉处理后的茶树，其新鲜叶片中游离氨基酸含量变化明显，随着镉浓度的增加，在20 mg/kg浓度以下的各处理其茶树新鲜叶片中游离氨基酸的含量逐渐增加，并在处理浓度为20 mg/kg时达到最大值；而在以后的高浓度（大于20 mg/kg）处理中茶树新鲜叶片的游离氨基酸含量逐渐降低，产生了镉胁迫反应；说明高浓度镉处理会降低茶叶原料茶树新鲜叶片的营养成分含量。这与丁波等[11]研究的锌胁迫对粗壮女贞（Ligustrum robustum（Roxb.） Blume）叶片中游离氨基酸含量变化及夏建国等[9]研究硅对茶叶中游离氨基酸含量的影响结论相一致。

2.3 镉处理对茶树新鲜叶片中叶绿素含量的影响

叶绿素含量也是决定茶叶品质的重要指标之一；叶绿素是形成绿茶色泽的重要成分，它由叶绿素a、叶绿素b组成，在绿茶中两者比例和保留量决定了成品茶的色泽；在光和热等环境因素影响下叶绿素易分解，会失绿而变褐；叶绿素对人体也有重要的保健作用，具有造血、维持酶的活性、抗辐射、清除毒素、抗病强身等功效。类胡萝卜素也是叶绿素的组分之一，在植物体内可吸收和传递光能，对叶绿素捕获光能起到补充作用，具有保护叶绿素的功能，因此也对绿茶的品质产生积极作用；并且在医学上类胡萝卜素是一种重要的抗氧化剂，具有保护眼睛、护理黏膜、抵御射线、治疗皮肤病等疗效。试验里不同浓度镉处理后，茶树新鲜叶片中叶绿素、类胡萝卜素含量的变化趋势见图3。从图3可见，经过镉处理后的茶树新鲜叶片中叶绿素、类胡萝卜素含量变化趋势是一致的，随着镉浓度的增加，在10 mg/kg浓度以下的各处理其茶树新鲜叶片中叶绿素、类胡萝卜素的含量逐渐增加，在处理浓度为10 mg/kg时达到最大值；这可能是叶绿素合成系统的一种应激性反应。但随着镉浓度的继续增加，茶树新鲜叶片中的叶绿素、类胡萝卜素含量降低；在处理浓度为40 mg/kg时，茶树新鲜叶片明显变黄。这与乔琳等[12] 研究重金属对白菜（Brassica pekinensis Rupr.）幼苗叶绿素的影响、郭艳丽等[13]研究镉对向日葵（Helianthus annuus L.）幼苗的影响及丁波等[11]研究锌处理对粗壮女贞生理特性的影响结论基本一致。表明高浓度镉处理会降低茶树新鲜叶片中的叶绿素含量。

2.4 镉处理对茶树新鲜叶片中茶多酚含量的影响

茶多酚是构成茶汤涩味的主体成分，也是茶叶中味感最强烈的特征物质[14]。茶多酚在一定范围内对茶叶品质具有促进作用；茶树鲜叶中茶多酚的主要由儿茶素类、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的比例最高，其约占茶多酚总量的70%。茶多酚具有抗氧化、抗肿瘤、抗动脉粥样硬化、强心、抗心律失常、防治脑缺血再灌注损伤、抗龋护齿、抑菌等多种药理作用。不同浓度镉处理后，茶树新鲜叶片中茶多酚、儿茶素含量的变化趋势见图4。由图4可见，经过镉处理后的茶树，其新鲜叶片中茶多酚和儿茶素含量的变化趋势是一致的。在镉浓度为10 mg/kg时，茶树新鲜叶片中的茶多酚和儿茶素含量最高，随着处理浓度的继续增加，茶多酚和儿茶素的含量逐渐降低，表明高浓度镉处理会降低茶叶原料茶树新鲜叶片的茶多酚含量。

2.5 镉处理对茶树新鲜叶片中咖啡碱含量的影响

茶叶咖啡碱属于生物碱，是茶叶的主要呈味物质和生理活性成分。茶叶作为饮料具有保健价值及药用功效在一定程度上与咖啡碱的存在和含量有直接关联；咖啡碱主要有兴奋神经中枢作用，可使人振奋精神、增进思维、消除疲劳，可以抵抗酒精、烟碱、吗啡的毒害作用。茶叶咖啡碱还具有治疗高血压、头痛和神经衰弱等功效[15]。不同浓度镉处理后，茶树新鲜叶片中咖啡碱含量的变化趋势见图5。由图5可见，经过镉处理后的茶树，其新鲜叶片中咖啡碱的含量都明显低于对照。这说明重金属镉处理降低了茶树新鲜叶片中咖啡碱的含量。

3 讨论

试验结果显示，茶树经重金属镉处理后，其新鲜叶片中的可溶性糖和咖啡碱含量明显降低，表明重金属镉抑制了可溶性糖和咖啡碱在茶树体内的合成，这将会影响用此原料制出的茶叶质量，尤其是口感与滋味，降低茶叶的品质。

试验结果还表明，10 mg/kg及以下浓度的镉处理能增加茶树新鲜叶片的叶绿素、茶多酚的含量，20 mg/kg及以下浓度的镉处理能增加茶树新鲜叶片的游离氨基酸的含量，进而能提高茶叶品质。因此在对茶园施肥、施农药时，要严格控制镉的引入，避免镉进入茶园的环境里，从而为茶园生产远离镉污染、实现茶叶的无公害栽培提供技术保障。

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