2种茶树对铜胁迫的响应及其组织铜化学形态变化的比较研究

王海斌，叶江华，孔祥海，丁力，邱丰艳，贾小丽,

1. 龙岩学院 生命科学学院，龙岩 364012 2. 武夷学院 生态与资源工程学院，武夷山 354300 3. 福建农林大学 福建省农业生态过程与安全监控重点实验室，福州 350002



2种茶树对铜胁迫的响应及其组织铜化学形态变化的比较研究

王海斌1,3，叶江华2,3，孔祥海1，丁力1，邱丰艳1，贾小丽2,3,

1. 龙岩学院 生命科学学院，龙岩 364012 2. 武夷学院 生态与资源工程学院，武夷山 354300 3. 福建农林大学 福建省农业生态过程与安全监控重点实验室，福州 350002

为了分析不同茶树对Cu胁迫的生理响应及其组织中不同化学形态Cu的累积特性，本研究采用水培法，探讨铁观音、肉桂2种茶树在不同浓度Cu胁迫下，茶树根系活力、叶绿素含量、茶树组织Cu含量及不同化学形态Cu含量的变化，以期为重金属对茶树毒害机理和茶树对重金属的自我防御研究提供理论依据。结果表明，随着Cu胁迫浓度的增加，茶树根系活力及叶片叶绿素含量呈现下降趋势，而与对照相比，铁观音下降的幅度远高于肉桂。不同茶树品种在相同浓度Cu胁迫下，其根、茎、叶组织的Cu含量差异不显著，而不同组织中则表现为根>叶>茎。不同化学形态Cu含量分析结果表明，随着Cu胁迫浓度的升高，2种茶树根部可交换态Cu、碳酸盐结合态Cu、有机结合态Cu含量百分比呈现下降趋势，而铁锰氧化态Cu和残留态Cu呈现上升趋势；茎部可交换态Cu、有机结合态Cu含量百分比呈现下降趋势，碳酸盐结合态Cu、铁锰氧化态Cu和残留态Cu呈现上升趋势；叶部可交换态Cu、碳酸盐结合态Cu、有机结合态Cu含量、铁锰氧化态Cu含量的百分比均呈现上升趋势，而残留态Cu呈现下降趋势。进一步分析发现，Cu胁迫下，铁观音茶树根、叶部主要以采取提高有机结合态Cu的形式来降低Cu离子毒害，而肉桂则以提高铁锰氧化态Cu形式降低Cu离子毒害，叶部则以提高铁锰氧化态Cu和残留态Cu的形式降低Cu离子毒害。可见，不同的茶树在Cu胁迫下所表现解毒模式存在着一定的差异。

铜胁迫；茶树；生理特性；化学形态

Received 14 November 2015 accepted 5 February 2016

铜(Cu)是植物生长所需的微量元素，是植物体内多酚氧化酶、细胞色素氧化酶、抗坏血酸氧化酶等多种酶类组成成分之一，然而，植物摄入过量的Cu也会对植物的生长产生毒害作用[1]。植物对Cu离子的吸收是一种主动吸收的过程，植物根系吸收Cu离子后，在植物体内转运，分布并积累于不同的部位。因此，当外界环境存在较大量的Cu时，极易导致植物摄入过量Cu并在植物体内积累，影响植物生长[2-3]。

众多学者开展了大量研究，探讨重金属胁迫对植物生长的影响，并认为高剂量重金属对植物生长产生一定的毒害作用并形成普遍共识[4-6]。然而重金属对植物生长的影响并不是停留在表面的毒害，重金属离子进入到植物体后，其在植物体的分布及其存在的形态是影响植物生长的关键，不同的植物其体内重金属的形态、分布特征、活性、迁移能力等存在着显著的差异[7-8]。例如，黑麦草在种植过程中可通过自身的分泌物改变土壤中的重金属形态，将活性转惰性，进而减少重金属的摄入和毒害作用[9]。热带海藻泰来藻和海菖藻可将根部吸收的Cu转化为铁锰氧化态Cu降低毒性，而转移进入茎部的Cu以有机蛋白结合态形式进行固定，进入叶部的Cu离子则以残留态不可利用Cu的形式存在[10]。可见植物在吸收过量重金属离子后，通过自身特有的生理机制对过量重金属进行转化降低毒性以达到抵抗重金属胁迫的效果。

茶树是喜酸作物，土壤pH值在4.5～6.0之间时适合于茶树种植，其中pH值为5.5时最适合茶树种植[11]。茶树在连续栽培过程中极易导致土壤酸化，引起茶树土壤酸化的原因众多，包含自然因素、人为因素、环境因素、降雨因素、土壤自身因素等[12-13]。土壤酸化程度的加重致使土壤中Cu离子活化程度提高，土壤中活性Cu离子含量增加，茶树Cu离子吸收量增大，茶树受Cu离子的危害程度加重[14]。近年来，由于茶叶经济效益的提升，为了有效保证茶叶的产量，茶园中含金属的化肥、农药、有机肥等大量施用，一方面导致茶园土壤重金属含量增加，另一方面引起茶树体内重金属元素积累量提升[15-17]。然而，长期以来众多学者主要集中探讨茶叶成品加工后重金属的溶出率、重金属对茶树生长的影响，茶树重金属的累积特性等[18-20]，而对于茶树受到重金属胁迫后，金属离子在茶树体内的积累及形态变化并未做深入的研究。本研究以福建著名的茶树品种铁观音、肉桂为研究对象，探讨不同浓度Cu胁迫下，2种茶树响应Cu胁迫的生理特性及其茶树Cu累积特性和铜形态变化，以期为研究重金属对茶树毒害机理和茶树对重金属的自我防御提供理论依据。

1 材料与方法 (Materials and methods)

1.1 实验材料

福建安溪铁观音1年生无性系茶苗，茶苗高度35 cm左右，主茎约4.2 mm；福建武夷山1年生无性系茶苗，茶苗高度33 cm左右，主茎4.1 mm。

实验采用水培法，将茶苗置于预培养液中培养直至恢复正常生长；恢复生长后的茶苗移至含有不同浓度Cu离子的溶液中进行Cu暴露；暴露结束后收集水培茶树的新根、一芽二叶及其茎部测定茶树不同组织Cu含量及不同化学形态Cu含量；同时，取样前先采用叶绿素测定仪测定不同浓度Cu暴露下茶树倒二叶的叶绿素含量，收集的根部样品中一部分用于测定不同浓度Cu暴露下茶树根系活力。

1.2 茶苗的预培养

将取回的茶苗用自来水淋洗清洁植株，清洗完成后用蒸馏水冲洗植株5次，洗净后的茶苗定植于装有3 L蒸馏水的黑色塑料盆中(容量5 L)，每盆定植8株(每种茶树30盆)，培养7 d后，将蒸馏水倒净，添加3 L营养液进行恢复培养，培养时间30 d。培养条件为：采用微型气泵连续供气，每隔3 h，停止供气1 h，每天傍晚18:00左右补充水培液至3 L，每7 d更换1次培养液，培养室温度23～25 ℃，空气湿度70%～75%，光照强度2 000 Lx，光照时间10 h (8:00～18:00)，预培养时间30 d[22]。预培养结束后，取出茶苗，用蒸馏水反复冲洗茶苗的植株，特别是根系位置，除去杂质及根系所带营养液及无机离子，冲洗后的茶苗置于含Cu溶液中进行Cu暴露处理。

1.3 茶苗Cu盐溶液培养

选择预培养后长势较为一致的茶苗按上述水培条件进行Cu盐水溶液试验，培养液中不添加营养成分。水培液中的Cu盐质量浓度设定为40 mg·L-1、80 mg·L-1、120 mg·L-1，以未添加Cu盐设为对照(0 mg·L-1)，每个处理设置6个重复，每种茶树24盆，处理时间30 d。处理结束后，先行测定不同处理下茶树倒二叶(功能叶)的叶绿素含量和根系活力。此后将茶树取出用蒸馏水反复冲洗茶树，去除茶树表面离子，特别是根系部位。冲洗完成后，将茶树的根、茎、叶分开用于测定茶树不同组织的Cu含量及不同化学形态Cu含量。

1.4 茶苗叶绿素含量和根系活力测定

茶苗叶绿素含量测定：采用叶绿素仪(SPAD-502，日本)测定茶树倒二叶的叶绿素含量(SPAD值)，每个样品重复6次。

茶苗根系活力测定[23]：称取新鲜根(距茶树根尖1 cm)样品0.5 g，放入试管中并加入5 mL的0.4%的TTC溶液和5 mL浓度为0.067 mol·L-1pH7.0的磷酸缓冲液，并将其置于恒温培养箱中37 ℃，暗处保存1 h，此后加入1 mol·L-1的硫酸溶液2 mL终止反应。将根取出，吸干水分后，添加4 mL的乙酸乙酯和少量石英砂一起研磨提取三苯基甲腙，将提取液转移进试管中，用少量的乙酸乙酯洗涤残渣并一同移入试管中，以乙酸乙酯定容至10 mL，采用分光光度计于485 nm下比色，计算根系活力，每个样品3次重复。

1.5 茶苗组织Cu含量测定[22]

将一部分茶苗的根、茎、叶于80 ℃下干燥至恒重并分别粉碎过40目筛，待测。分别称取上述样品0.5 g置于150 mL聚四氟乙烯烧杯中，加入浓硝酸和高氯酸混合液(体积比5:1) 25 mL，盖上表面皿浸泡过夜。次日于电热板上加热消解，消解温度为160 ℃，消解至消化液呈淡黄色或无色，体积约为1～2 mL为止。冷却后，用少量蒸馏水多次洗涤烧杯，合并洗涤液并转入50 mL的容量瓶中，定容，混匀过滤，待测，每个样品设置3个重复。同时做试剂空白作为对照。采用原子吸收分光光度法测定。

1.6 茶苗组织不同化学形态Cu含量测定

茶苗组织不同化学形态Cu的提取采用化学试剂逐步提取法[24-25]，提取剂及其提取顺序依次为：1) 80%乙醇提取，主要提取可交换态Cu；2) 去离子水提取，主要提取碳酸盐结合态Cu；3) 1 mol·L-1的氯化钠溶液提取，主要提取有机结合态Cu；4) 2%醋酸提取，主要提取铁锰氧化态Cu；5) 0.6 mol·L-1的盐酸提取，主要提取残留态Cu。

提取方法：分别称取茶苗组织鲜样样品2 g置于烧杯中，加入25 mL提取剂，使样品保持浸没状态并将其置于30 ℃恒温箱中放置18 h后，回收提取液。继续添加同样体积的相同提取剂浸提2 h后再回收提取液，重复提取3次，即在24 h内同一提取剂提取4次。同一提取剂的回收提取液转移至150 mL的烧杯中。按照该方法对同一样品进行不同提取剂顺序、连续提取。样品提取过程中，每个样品设置3个平行重复。

测定方法：将不同提取剂提取后获得的提取液蒸发至近干，用去离子水定容至10 mL，相应提取剂作为空白对照，采用原子吸收分光光度法测定Cu含量。

1.7 数据处理与分析

实验数据分析过程中的方差、显著性分析以及相关性分析均使用Excel软件和DPS软件进行。

2 结果(Results)

2.1 Cu暴露下不同茶树根系活力、叶绿素含量分析

Cu暴露下，茶树根系活力及叶片叶绿素含量分析结果表明(图1)。随着Cu浓度的增加茶树根系活力及叶片叶绿素含量呈现下降趋势。与对照相比，随着Cu浓度的升高(40～120 mg·L-1)，铁观音的根系活力下降率由21.89%上升至50.57%，肉桂则由8.70%上升至30.04%。对于叶绿素含量，随着Cu浓度的升高(40～120 mg·L-1)，铁观音的叶绿素含量下降率由17.81%上升至38.30%，肉桂则由12.49%上升至27.81%。可见，Cu暴露下，茶树的根系活力、叶绿素含量受到影响。2个不同的茶树品种，铁观音对Cu胁迫的敏感性高，表现为下降率较大。

2.2 Cu暴露下不同茶树组织Cu含量分析

茶树不同组织Cu含量分析结果表明(表1)，Cu暴露下，随着Cu浓度的升高，茶树不同组织的Cu含量呈现上升趋势。不同茶树品种在相同浓度Cu暴露下，其根、茎、叶组织的Cu含量差异不显著。但是，同一茶树品种不同组织在Cu暴露下，其组织内部Cu含量存在明显的区别。表现为，在相同浓度Cu暴露下铁观音、肉桂不同组织中Cu含量以根部最高、叶片次之、茎部最少。可见，Cu暴露下，2种茶树不同组织内部Cu元素累积特性相似，而同一茶树不同组织对Cu元素的积累存在一定的差异。

图1 Cu暴露下不同茶树根系活力和叶绿素含量变化Fig. 1 Root activity and chlorophyll content of tea tree under Cu stress

表1 Cu暴露下不同茶树组织Cu含量变化

注：同列不同小写字母表示不同茶树相应指标在P<0.05水平差异显著。

Note: Different small letters in the same column indicate the corresponding index of different tea tree have significant difference at P<0.05 levels, respectively.

图2 Cu暴露下不同茶树根部不同化学形态Cu所占百分比 (左：肉桂；右：铁观音)注：A，可交换态铜；B，碳酸盐结合态铜；C，有机结合态铜；D，铁锰氧化态铜；E，残留态铜；下同。Fig. 2 Percentages of Cu with different chemical forms in roots from different tea trees (Left: Rougui; Right: Tieguanyin)Note: A, Exchangeable Cu; B, Carbonate-bound Cu; C, Organic-bound Cu; D, Fe-Mn oxidation bound Cu; E, Residual Cu; The same below.

图3 Cu暴露下不同茶树茎部不同化学形态Cu所占百分比 (左：肉桂；右：铁观音)Fig. 3 Percentages of Cu with different chemical forms in shoots from different tea trees (Left: Rougui; Right: Tieguanyin)

2.3 Cu暴露下茶树组织不同化学形态Cu含量分析

茶树根部不同化学形态Cu含量百分比分析结果表明(图2)，随着Cu浓度的增加(0～120 mg·L-1)，肉桂根部可交换态Cu、碳酸盐结合态Cu、有机结合态Cu含量百分比呈现下降趋势，变化范围分别在9.44%～22.35%、7.72%～13.92%、15.96%～49.27%，铁锰氧化态Cu和残留态Cu呈现上升趋势，变化范围在15.96%～49.27%和10.34%～21.22%。铁观音根部可交换态Cu、碳酸盐结合态Cu、有机结合态Cu含量百分比呈现下降趋势，变化范围分别在8.07%～24.39%、10.79%～15.80%、24.61%～28.99%，铁锰氧化态Cu和残留态Cu呈现上升趋势，变化范围在9.97%～35.10%和20.86%～21.44%。

茶树茎部不同化学形态Cu含量百分比分析结果表明(图3)，随着Cu浓度的增加(0～120 mg·L-1)，2种茶树茎部可交换态Cu、有机结合态Cu含量百分比呈现下降趋势，且2种茶树的变化范围相当，即肉桂的变化范围在4.34%～5.67%和62.41%～44.84%，而铁观音的变化范围在4.21%～5.15%和45.24%～63.24%；碳酸盐结合态Cu、铁锰氧化态Cu和残留态Cu含量百分比，2种茶树均呈现上升趋势，表现为肉桂的变化范围在8.51%～12.82%、14.89%～21.37%和8.51%～16.63%，铁观音的变化范围则为9.56%～12.70%、12.50%～21.62%和9.56%～16.23%。可见，Cu暴露下，随着Cu浓度的增加，2种茶树茎部不同化学形态Cu含量的百分比变化趋势一致，且同一化学形态Cu含量百分比，2种茶树变化范围较为相似。

图4 Cu暴露下不同茶树叶部不同化学形态Cu所占百分比 (左：肉桂；右：铁观音)Fig. 4 Percentages of Cu with different chemical forms in leaves from different tea trees (Left: Rougui; Right: Tieguanyin)

茶树叶部不同化学形态Cu含量百分比分析结果表明(图4)，随着Cu浓度的增加(0～120 mg·L-1)，2种茶树叶部可交换态Cu、碳酸盐结合态Cu、有机结合态Cu含量、铁锰氧化态Cu含量的百分比均呈现上升趋势，肉桂叶部的变化范围分别在12.79%～14.59%、5.05%～5.77%、6.40%～7.18%、13.13%～20.85%，铁观音叶部的变化范围则分别在12.08%～17.27%、4.91%～8.94%、5.66%～9.12%、11.70%～15.66%。叶部残留态Cu含量百分比，2种茶树均呈下降趋势，表现为肉桂从62.63%下降至51.61%，铁观音从65.66%下降至49.02%。可见，当高浓度Cu暴露下(120 mg·L-1)，铁观音除铁锰氧化态Cu和残留态Cu含量的百分比低于肉桂，其余化学形态均高于肉桂。

2.5 Cu暴露浓度、茶树生理指标及对应组织Cu含量的相关性分析

相关性分析结果表明(表2、表3)，Cu暴露浓度与铁观音根系活力及叶片的叶绿素含量呈现显著的负相关，与铁观音根部Cu含量、叶片Cu含量及对应的根部、叶片不同化学形态Cu含量呈显著正相关。铁观音根系活力与根部Cu含量及根部不同化学形态Cu含量呈显著负相关；铁观音根部Cu含量与根部不同化学形态Cu含量呈显著正相关。铁观音叶片叶绿素含量与叶片Cu含量及叶片不同化学形态Cu含量呈显著负相关；铁观音叶片Cu含量与叶片不同化学形态Cu含量呈显著正相关。肉桂在不同浓度Cu暴露下，Cu暴露浓度、茶树根系活力、叶片叶绿素含量及对应的根部、叶片Cu含量、不同化学形态Cu之间的相关性变化与铁观音一致(表4、表5)。

3 讨论(Discussion)

Cu元素是植物生长所需的微量元素之一，植物对Cu离子的吸收是一种主动吸收的过程，植物根系吸收Cu离子后，在植物体内转运，分布并积累于不同的部位[26]。然而，植物摄入过量的金属离子极易导致植物体的光合作用能力及呼吸作用受到抑制，叶绿体及线粒体受到破坏，进而影响植物的产量和品质[27-28]。本研究结果表明，Cu胁迫下，随着Cu浓度的升高，茶树不同组织的Cu含量呈现上升趋势，茶树不同组织中Cu含量趋势为根>叶>茎，2种茶树相同组织中的Cu的累积量相似，差异不显著(表1)。可见，不同茶树在对Cu元素的吸收积累上存在着一定的相似性。然而2种茶树对于Cu胁迫的反应是否也存在一致性呢？据报道，植物根系活力的强、弱，叶绿素含量的高低可用于反应植物对重金属离子的耐受性及植物对逆境条件下的适应性[23]。本研究发现，随着Cu胁迫浓度的增加不同茶树根系活力及叶片叶绿素含量呈现下降趋势。然而，与对照相比，相同浓度Cu胁迫下，铁观音根系活力及叶绿素含量的下降率明显高于肉桂(图1)。可见，Cu胁迫易于导致茶树的生理特性发生变化，铁观音对Cu胁迫的敏感性高于肉桂，肉桂具有更强的耐受性及对逆境条件的适应性。

表2 Cu暴露下铁观音茶树根系不同指标的相关性分析

注：*显著相关；**极显著相关；下同。

Note: * Significant correlation at the 0.05 level; ** Significant correlation at the 0.01 level; the same below.

表3 Cu暴露下铁观音茶树叶片不同指标的相关性分析

表4 Cu暴露下肉桂茶树根系不同指标的相关性分析

表5 Cu暴露下肉桂茶树叶片不同指标的相关性分析

不同植物对金属离子的耐受性一方面是由于本身机制对于金属离子的拮抗作用不同，另一方面是由于植物体内本身在金属离子吸收后的转化与解毒机制上存在差异[29-31]。据报道，植物在吸收金属离子后，在植物体内将金属离子转化为不同的化学形态，而不同化学形态金属离子的含量及其所占比例是植物响应金属离子毒害的策略[32]。本研究发现，Cu胁迫下，随着Cu浓度的增加，茶树不同组织可交换态Cu、碳酸盐结合态Cu、铁锰氧化态Cu、有机结合态Cu、残留态Cu含量呈现上升趋势，且同一茶树组织在不同浓度Cu胁迫下组织内部Cu含量差异达到显著水平(图2、图3、图4)。据报道，可交换态形式存在的金属是对植物营养吸收和毒害的关键形态，碳酸盐态金属结合较弱，容易释放，迁移性较强，而2种形态的金属的占比可作为金属离子被植物利用并对植物造成危害能力的评价因子[25,33]。有机结合态Cu主要是以蛋白质结合形式存在的Cu，Cu与蛋白质大量结合后极易影响植物生长发育过程各种酶活性及功能的表达，进而影响植物的生长[10]。因此，植物在金属离子胁迫下，常常通过特有的机制将有毒离子固定形成难溶的化合物，这种化合物一般以铁锰氧化态和残留态的形式存在[34-35]。

本研究发现，在高浓度Cu胁迫下(120 mg·L-1)，铁观音根部可交换态Cu和碳酸盐结合态Cu占比为18.86%，而肉桂则为17.16%。其次分析发现，高浓度Cu胁迫下铁观音根部有机结合态Cu占比(24.61%)明显高于肉桂(12.35%)、铁锰氧化态Cu占比(35.10%)则低于肉桂(49.27%)而残留态Cu占比2种茶树差异不大，表现为铁观音残留态Cu占比为21.44%，肉桂为21.22%。可见，在高浓度Cu胁迫下(120 mg·L-1)，2种茶树根部存在具有迁移及毒性的化学形态Cu占比相当，但铁观音在响应Cu胁迫时采取提高根部蛋白与Cu离子的结合量以降低毒性，表现为铁观音(24.61%)有机结合态Cu含量明显高于肉桂(12.35%)，这种方式一方面降低了Cu离子直接毒性，但另一方面间接影响了根部蛋白质的活性与表达，影响根部的生长。而肉桂则是大量提高铁锰氧化态Cu结合率来降低Cu离子毒害，一方面即降低了Cu离子毒害，将活性Cu离子转化为惰性态，一方面又保证了植物的生长。前述研究结果也证实，Cu胁迫下，肉桂的根系活力明显高于铁观音。2种茶树茎部不同化学形态Cu含量的百分比变化趋势一致，且同一化学形态Cu含量百分比，2种茶树变化范围较为相似。可见，2种茶树茎部在响应Cu胁迫上具有一定的相似性。2种茶树叶部不同化学形态Cu含量占比分析结果表明，当高浓度Cu胁迫下(120 mg·L-1)，铁观音除铁锰氧化态Cu和残留态Cu含量的百分比低于肉桂，其余形态均高于肉桂。可见，Cu胁迫下，与肉桂相比，铁观音叶部存在较多的具有毒性作用的可交换态Cu、碳酸盐结合态Cu，其次叶部蛋白与Cu结合量明显高于肉桂，铁观音的生长受影响程度高于肉桂。前述，2种茶树叶部的叶绿素含量变化趋势也证实了，在相同浓度Cu胁迫下肉桂叶绿素含量高于铁观音且与对照相比其下降率也低于铁观音。

此外，不同茶树根系活力、叶绿素含量与胁迫Cu浓度呈显著负相关，而胁迫Cu浓度与茶树组织中不同化学形态Cu含量呈显著正相关(表2、表3、表4、表5)。可见，本研究中设置的Cu浓度胁迫下，随着胁迫Cu浓度的升高，茶树根系活力、叶绿素含量呈现下降趋势，而茶树组织中不同化学形态Cu量呈现上升趋势。这种趋势符合一般植物在金属离子胁迫下，植物所表现离子吸收积累特性。

综上所述，Cu胁迫下，随着Cu浓度的升高，2种茶树不同组织的Cu含量呈现上升趋势，并表现为根部Cu积累量最大，叶部次之、茎部最少，但同一组织2种茶树之间差异不显著。然而在茶树根系活力及叶片叶绿素含量上，相同浓度Cu胁迫下，肉桂高于铁观音。同时，在Cu胁迫下，铁观音茶树根部、叶部主要以采取提高有机结合态Cu的形式来降低Cu离子毒害，而肉桂在根部则主要以提高铁锰氧化态Cu形式降低Cu离子毒害，叶部则以提高铁锰氧化态Cu和残留态Cu的形式降低Cu离子毒害。可见，不同的茶树在铜胁迫下所表现解毒模式存在着一定的差异。然而，不同化学形态Cu在植物组织中分布后是如何影响不同组织中细胞的变化进而影响植物的生长和发育，还有待于进一步深入研究。

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Comparative Study on Biological Responses and Cu Speciation in Tissues of Two Different Tea Trees after Cu Exposure

Wang Haibin1,3, Ye Jianghua2,3, Kong Xianghai1, Ding Li1, Qiu Fengyan1, Jia Xiaoli2,3,*

1. College of Life Sciences, Longyan University, Longyan 364012, China 2. College of Ecology and Resources Engineering, Wuyi University, Wuyishan 354300, China 3. Fujian Provincial Key Laboratory of Agroecological Processing and Safety Monitoring, Fujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou 35002, China

In order to analyze physiological responses of different tea trees to Cu stress and accumulation characteristics of Cu with different chemical forms in different tissues of tea tree, this paper adopted water culture method, and investigated root activity, chlorophyll content, Cu content in different tissues and Cu content with different chemical forms of Tieguanyin and Rougui tea tree under Cu stress with different concentrations. It is hoping to provide theoretical foundation for studies on the mechanism of heavy metal toxicity in tea tree and self-defense of tea tree to heavy metal. Results showed that root activity and chlorophyll content of tea tree decreased with the increase of Cu concentration, but decrease of Tieguanyin was larger than Rougui as compared with the control. At the same concentration of Cu stress, Cu contents in tea tree root, shoot and leaf had no significant difference among different treatments, and followed the order as root> leaf> shoot. The content percentages of exchangeable Cu, carbonate-bound Cu, organic-bound Cu from two tea tree roots had downward trends, while Cu with Fe-Mn oxidation state and residual Cu had upward trends as stress concentration increased. Content percentages of exchangeable Cu, organic-bound Cu in the shoot decreased, and carbonate-bound Cu, Cu with Fe-Mn oxidation state, and residual Cu increased. Content percentages of exchangeable Cu, carbonate-bound Cu, organic-bound Cu and Cu with Fe-Mn oxidation state in the leaf appeared to increase, while residual Cu declined. Further analysis indicated that organic-bound Cu was mainly used to reduce Cu2+toxicity under Cu stress in roots and leaves of Tieguanyin. In contrast, Rougui roots reduced Cu2+toxicity by increasing Cu with Fe-Mn oxidation state and its leaves reduced Cu2+toxicity by increasing Cu with Fe-Mn oxidation state and residual Cu. Thus it is indicated that detoxification patterns of different tea tree varieties are different under Cu stress.

Cu stress; tea tree; physiological characteristics; chemical forms

南平市科技计划项目(N2013X01-6)；福建省农业生态过程与安全监控重点实验室(福建农林大学)开放基金；武夷学院青年专项(XQ201015)；龙岩学院“人才引进项目”(LB2015001)

王海斌(1983-)，男，汉族，博士，讲师，研究方向为植物生理与分子生态学，E-mail: w13599084845@sina.com；

*通讯作者(Corresponding author)， E-mail: jcjyx@126.com;

10.7524/AJE.1673-5897.20151114002

2015-11-14 录用日期：2016-02-05

1673-5897(2016)4-216-10

X171.5

A

简介：贾小丽(1980—)，女，植物学博士，副教授，主要研究方向为植物生理与分子生态学，发表学术论文30余篇。

王海斌, 叶江华, 孔祥海, 等. 2种茶树对铜胁迫的响应及其组织铜化学形态变化的比较研究[J]. 生态毒理学报，2016, 11(4): 216-225

Wang H B, Ye J H, Kong X H, et al. Comparative study on biological responses and Cu speciation in tissues of two different tea trees after Cu exposure [J]. Asian Journal of Ecotoxicology, 2016, 11(4): 216-225 (in Chinese)