稀土在茶树各器官分布规律和积累特征

2015-09-29章剑扬王国庆陈利燕马桂岑金寿珍鲁成银

浙江农业科学 2015年12期

关键词：稀土茶树茶叶

章剑扬，王国庆，陈利燕，马桂岑，金寿珍，刘　新，鲁成银

（中国农业科学院茶叶研究所农业部茶叶产品质量安全风险评估实验室，浙江杭州 310008）

稀土在茶树各器官分布规律和积累特征

章剑扬，王国庆，陈利燕，马桂岑，金寿珍，刘新*，鲁成银*

（中国农业科学院茶叶研究所农业部茶叶产品质量安全风险评估实验室，浙江杭州 310008）

以龙井茶树和对应土壤为研究对象，采用微波消解-电感耦合等离子体质谱法分析测试的研究方法，对茶树各器官及土壤中稀土分布进行研究。结果表明，地下根质部分稀土含量整体高于地上枝叶部分，随着茶树生长期的延长，累积效应显著，各器官分布呈根表皮＞根＞老叶＞多年生茎＞根木质＞嫩叶＞一年生茎叶混合＞茶籽＞一年生茎，并由此推断出茶树对稀土元素的分布积累模式。

稀土；茶树；分布；积累；器官

文献著录格式：章剑扬，王国庆，陈利燕，等.稀土在茶树各器官分布规律和积累特征［J］.浙江农业科学，2015，56（12）：1933-1935.

我国从20世纪80年代开始稀土农用技术等综合研究，确认稀土是植物生长发育的类激素元素［1］。稀土（包括稀土复合肥）在茶树上的应用研究表明，合理施用稀土，不仅可提高茶叶产量，而且有利于改善茶叶品质［2］。稀土微肥的普及使得稀土元素进入各种茶叶中，农用稀土通过茶树的根茎等进入叶片部分进行富集，并在叶片中残留，同时通过食物链为人体摄入，茶叶中稀土元素的残留将可能影响到茶叶的质量安全［3］。

根据北京医科大学进行的稀土毒理试验表明，稀土元素有不同程度的毒副作用，长期食用稀土含量超过残留限量的食品可能引起慢性中毒［4］。汪东风等［5］研究表明，茶叶中含有其栽培土壤中的所有∑ReOs，其中以La，Ce，Nd，Pr和Y这5种为主，其总量约占全量的92%以上。

稀土及其他重金属元素的生物有效性及其机理研究一直是环境地球化学和环境毒理学的热点和难点。目前，对稀土及其他重金属在土壤中形态转化及向植物根表迁移过程的了解相对较多［6-8］，而对有关稀土及重金属元素在植物体内分布积累规律的认识还比较缺乏。本研究在近几年对茶树中稀土元素系统监测的基础上，对这一问题进行了探讨。

1　材料与方法

1.1仪器与试剂

Thermo Fisher XSeries II ICP-MS电感耦合等离子体质谱仪（美国赛默飞公司）；Mars6微波消解仪（美国CEM公司）；MilliQ超纯水系统（法国M illipore公司）；移液器（100～1 000μL，法国Gilson公司）；Filter Unit水系滤膜（0.45μm，M illex-GV公司）。

硝酸，各元素单标16个（分析纯，中国标准技术开发公司），去离子水（18.2 MΩ.cm）。

混标溶液的配制。分别从16个10 mg.L-1稀土标准溶液中准确吸取1 m L移至100 m L容量瓶中，以2%HNO3溶液定容，配制成100μg.L-1混标，将100μg.L-1混标溶液逐级稀释，以2% HNO3溶液定容，配制成50，25，10，5，1μg. L-1的标准工作溶液。

内标溶液的配制。分别从10 mg.L-1的Ge，In，Re单标溶液中吸取1 m L移至1 000 m L容量瓶中，以2%HNO3溶液定容，配制成10μg.L-1的内标溶液。

调谐液的配制。分别从50μg.L-1的7Li，59Co，115In，238U调谐液中吸取2 mL移至100 m L容量瓶中，以2%HNO3溶液定容，配制成1.0μg.L-1的调谐液。

国家标准物质GBW10052（绿茶）和GBW 07454（土壤），由中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所研制。

1.2仪器工作条件

以1μg.L-1的7Li，59Co，115In，238U调谐液进行仪器条件最佳化选择，使1μg.L-1的115In和238U的计数分别大于4.0×104cps和8.0×104cps，以进行全质量范围内质量校正。氧化物比率CeO+/ Ce+≤0.5%，双电荷比率Ba++/Ba+≤2%。

ICP-MS工作参数。功率1 300 W，冷却气流速13.0 L.m in-1，辅助气流速0.87 L.min-1，载气流速1.12 L.min-1，四极杆偏压-6.5 V，六极杆偏压-8.5 V，聚焦电压9.22 V，采集时间20 s。

微波消解仪工作条件。第1步120℃，保持5 min。第2步140℃（茶样）/160℃（土样），保持20 min（茶样）/30 min（土样）。第3步180℃ （茶样）/200℃ （土样），保持10 m in（茶样）/20 m in（土样），第4步40℃，保持20 min。升/降温速度为5℃.min-1。

1.3材料选择与处理

1.3.1材料选择与预处理

选择中国农业科学院茶叶研究所试验地约5年树龄的龙井43茶树为试验材料，将茶树取回后用纯净水冲刷干净、晾干，按照不同器官分解为根（取一部分将树根表皮剥离）、一年生茎、多年生茎、嫩叶、老叶和茶籽，于80℃烘干后粉碎待测。同时取回对应土壤样品，实验室阴干后过筛待测，上述试验均重复3次。

1.3.2样品前处理

茶叶样品。准确称取0.200 g充分粉碎后的茶叶样品于特氟龙消解罐中，加入5 m L的HNO3，微波消解后取出冷却，在120℃电热板上加热赶酸至约1 mL，用2%HNO3定容后，过0.45μm水系滤膜待测，同时进行试剂空白和国家标准物质GBW 10052分析。

土壤样品。准确称取0.200 g阴干过筛后的土壤样品于特氟龙消解罐中，加入5 m L的HNO3和2 m L H2O2，微波消解后取出冷却，在120℃电热板上加热赶酸至约1 m L，用2%HNO3定容后，过0.45μm水系滤膜待测，同时进行试剂空白和国家标准物质GBW 07454分析。

2　结果与分析

2.1国家标准土壤样品和实际样品的测定

利用本方法对土壤标准物质GBW07454中16种微量稀土元素进行分析，结果显示，本方法测定值与参考值吻合，符合质控要求。同时，对茶园土壤样品进行分析，并做加标回收实验，回收率在93.0%～101.0%。

2.2样品消解对测定值的影响

土壤中稀土元素的测定，前处理方法十分重要，分别选择了微波消解和电热板消解进行比较，发现微波消解称样量少，消解速度快，样品损失少，结果的准确度高。本文选择HNO3-HF，HNO3-H2O2两种消解体系进行比较实验，发现样品经过HNO3-HF处理后测定结果偏低较多，除了钪（Sc）以外其他元素基本未能检出，而HNO3-H2O2体系的消解效果比较满意。这一现象与之前高朋等［9］研究的结果有较大差异，可能与稀土元素和F离子形成沉淀而不被测定，以及土壤中稀土不同存在形式有关［10］。

2.3茶树各器官及土壤稀土含量

针对茶树各器官的稀土含量分析看出（表1），地下根质部分整体高于地上枝叶部分。其中根表皮稀土含量显著高于根木质部分，为各器官中最高。这可能与稀土元素通过根系导管吸收后与生物大分子如蛋白质、核酸、氨基酸、核苷酸和糖类等形成配合物，直接富集于根表皮以输送至茶树各个器官有关。相对于一年生的茎，多年生的茎中的稀土含量显著较高，且发现相对于嫩叶，老叶中的稀土含量也较高，说明稀土在茶树体内积累效应明显。这与之前随着生长期的延长，茶树叶中稀土含量成正比增加相对应。

在土壤稀土含量约为162.2 mg.kg-1的茶园环境中，茶树各器官中稀土含量高低顺序为根表皮＞根＞老叶＞多年生茎＞根木质＞嫩叶＞一年生茎叶混合＞茶籽＞一年生茎。由此推断，茶树对稀土元素分布积累模式如图1。

表1　茶树各器官及土壤的稀土含量

图1　稀土元素在茶树体内的分布积累模式

3　小结与讨论

研究表明，植物摄取物质的主要方式分为被动吸收和主动吸收2种，主要途径是通过根系进行［11-13］。在正常土壤环境下，植物体对元素的吸收是2种方式兼而有之，植物体的生长也为正常状况。当根系周围的土壤环境发生变化，某些元素的含量远高于正常值时，被动吸收占主导地位，势必造成这些元素在植物体内的非正常积累。但在植物体内并非所有器官的含量均是如此，这与其生理机能和受外部环境影响有关。

当植物吸收过量的元素离子时，首先将其吸附于各部位的细胞壁上，以防植物中毒，当离子过多，超过细胞壁的承受能力时，仍不可避免地在某一部位积累。稀土元素在茶树中的积累与生长期有关，以地下部分为主，且根表皮最为显著。

土壤中稀土的不同形态、酸碱性、有机质含量、不同茶树品种等因子均可能影响稀土元素的吸收和积累，因此在开展稀土元素的吸收累积研究时，应综合考虑不同环境因素的影响，更加科学的、严谨地分析数据，从而为进一步评价稀土在茶树中的生态风险和吸收积累机理提供理论依据。

［1］王德林.稀土农用技术研发、推广新进展［J］.四川稀土，2006（4）：24.

［2］俞知明，王樟海，张伟.稀土在茶叶生产上的应用研究［J］.茶叶，1991（2）：24-25.

［3］杨先科，李敏，李义，等.稀土农用对环境的影响［J］.地球与环境，2005，33（1）：68.

［4］ Wang L H，Huang X H，Zhou Q.Effects of rare earth elements on the distribution of mineral elements and heavy metals in horseradish［J］.Chemosphere，2008，73（3）：314-319.

［5］汪东风，邵学广，王常红，等.稀土对茶园增产及品质影响的分析［J］.作物学报，2000，26（4）：454-461.

［6］杨文弢，王英杰，周航，等.水稻不同生育期根际及非根际土壤砷形态迁移转化规律［J］.环境科学，2015，36 （2）：694-699.

［7］郑顺安.我国典型农田土壤中重金属的转化与迁移特征研究［D］.杭州：浙江大学，2010.

［8］庞欣，王东红，李德成，等.连续种植作物后对土壤中各稀土元素消耗的研究［J］.农业环境保护，2000，19 （6）：327-329.

［9］高朋，杨佳妮，王秋丽，等.微波消解电感耦合等离子体质谱法测定土壤中稀土金属元素［J］.中国环境监测，2014，27（2）：68-69.

［10］张大超，张菊花，刘晓来，等.赣南稀土矿区农田土壤环境有效态稀土的分布［J］.有色金属科学与工程，2013，4 （3）：87-90.

［11］中国大百科全书生物学编辑委员会.中国大百科全书生物学卷：植物生理学分册［M］.北京：中国大百科全书出版社，1988：116-117.

［12］金姝兰，黄益宗.土壤中稀土元素的生态毒性研究进展［J］.生态毒理学报，2014，9（2）：213-223.

［13］王一恒，崔俊明，袁波，等.雪茄外包皮烟叶干物质及矿质营养元素的积累［J］.浙江农业学报，2011，23（4）：680-684.

（责任编辑：张瑞麟）

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