茶树重金属汞生物富集特征研究进展

李芬 李梅

摘要 从茶园环境汞的来源、茶树汞吸收及迁移转化、汞对茶树生长发育的影响、茶树及茶园土壤汞污染现状以及未来茶树重金属生物富集特征研究展望5个方面进行了系统的论述，强调进行茶园汞在土壤—茶树中的迁移转化规律以及茶叶重金属汞含量与影响茶叶品质物质的相关性研究对生产无毒无害的绿色茶叶的重要性。

关键词 茶树;重金属;汞;生物富集

中图分类号 S571 文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2019）17-0008-04

Abstract We discussed five aspects including source of tea mercury， absorption and transfer of mercury， influence on growth and development， situation of mercury contamination and expectation of future research， emphasized the importance of the research of transfer of mercury in soiltea plant and the correlation between mercury content and chemical substances which influences tea quality.

Key words Tea plant;Heavy metals;Mercury;Bioaccumulation

我国是茶叶生产大国，茶叶是我国特色生物传统农产品。茶叶中含有利于人体健康的茶氨酸、茶多酚和矿质元素等[1]，具有降低胆固醇、血管疾病以及患癌风险等的作用[2]。其中，茶多酚是茶叶中具有抗氧化突变的主要物质[3]。茶叶的保健功能，促使其日益受到人们的喜爱。据报道，全世界超过45个国家种植茶叶，每天消费茶180亿～200亿杯[4]。

汞是毒性最强的重金属污染物之一[5]，Hg的毒性比Cd、Pb、Cu的毒性强[6-7]。汞有甲基汞和无机汞之分，汞的形态不同，毒性不同，其中甲基汞的毒性最强，具有高神经毒性、致癌性、心血管毒性、生殖毒性、免疫系统毒性和肾脏毒性[8-10]，而甲基汞具有生物富集和食物链放大作用[11]，导致处于食物链顶端的人类受到危害。

随着工业和经济的快速发展，环境污染带来的茶叶质量安全问题备受关注。汞是一种全球性环境污染物，可通过大气进行长距离传输，使得偏远地区生物受到汞危害[12]。汞在植物体内的含量超过一定值时，将破坏植物细胞结构，导致植物新陈代谢紊乱，枯萎甚至死亡[13]。前人对饮茶组和未饮茶组的血液重金属含量的研究对比表明，饮茶组的血液Hg含量显著高于非饮茶组[14]。Canuel等[15]也研究报道，通过对吃鱼饮茶以及吃鱼不饮茶2组进行血液甲基汞含量的测定，发现饮茶组血液中的甲基汞含量高于未饮茶组甲基汞含量的40%。茶叶中的汞含量超过一定值，不仅对茶树生长发育有影响，甚至通过食物链导致人类身体受到汞危害。然而，目前人们对茶叶汞生物富集特征研究报道较少，茶树汞污染状况以及汞在茶树中的迁移转化机制尚不清晰。

1 茶园环境汞的来源

汞是一种全球性污染物，具有长距离迁移的特征[12]。通过人为源（包括燃煤、垃圾焚烧、金属制造冶炼等[16-17]）和自然源（包括地热活动、地表土壤、水体、植被、森林火灾等）途径释放进入大气[18]。进入大气中的汞主要以单质汞、活性气态汞、颗粒汞3种形式存在，可在大气中长时间的停留[19-20]，并通过大气进行长距离传输，通过干湿沉降进入偏远地区的林业生态系统[21]。农业生态系统中的汞还来自种子消毒剂、肥料以及杀虫剂等的使用，据报道，1952—1974年仅日本就向农田施用了8.8×107 t含汞为0.27%的杀虫剂[22]。研究表明，已在美国、日本、新西兰和土耳其等国家批准使用，一直用于除草剂、杀虫剂的碘甲烷具有促进汞甲基化的作用[23]，使得植物富集大量汞，进而影响植物的生长发育以及人类的身体健康。

综上所述，茶园环境中的汞主要来自以下4个方面：①大气长距离传输，通过干湿沉降到茶园植株以及土壤中;②局部地区的环境汞污染，如垃圾焚烧、燃煤等;③地质岩石风化作用，茶树从土壤中吸收汞;④含汞杀虫剂、肥料等的使用，使茶叶以及茶园土壤中的汞含量增加。

2 茶树汞吸收及迁移转化

2.1 茶树汞吸收方式

植物吸收汞主要通过以下4种方式：①通过根部，从土壤和土壤溶液中吸收汞，经过木质部从下往上运输[24-26];②通过叶片气孔的呼吸作用从大气中吸收气态汞[27];③通过叶片表面，吸附大气中的颗粒态汞[28-29];④叶片从大气降水中吸收汞[30]。对大多数植物来说，这4种吸收方式都存在，只是不同的植物每一种吸收方法存在一定的差异。如苔藓主要是吸收大气中的汞，使得其成为地区大气汞沉降的指示性生物[31]。

2.2 汞在茶树中的迁移转化

对其他植物的研究报道表明，汞在植物体内的迁移转化主要存在2种形式，一是根部从土壤中吸收的汞从下往上运输，由于阻碍汞运输机制的存在[32]，这个过程很难发生，运输量较少，到达植物叶片的汞仅为叶片总汞的10%[25];二是叶片从大气中吸收的汞從上往下运输到根部，这个过程较容易发生[33]，特别是甲基汞[24]。且对苔藓的研究表明，汞在苔藓体内可发生Hg2+与Hg0的相关转化[34]。

3 汞对茶树生长发育的影响

对植物的研究表明，有机汞的毒性远远大于无机汞的毒性。汞对植物的毒性主要通过以下3个方面，一是通过减少土壤中的微生物[35]和原生动物的数量[36]，影响土壤生态系统的物质能量的循环和流动;二是通过抑制酶的活性[37]、抑制种子的萌发[6]以及根系的新陈代谢[13]，影响植物的光合作用、水分利用率等[38];三是汞通过与蛋白质结合，改变DNA正常结构，导致蛋白质沉淀[39]。同时通过与叶绿素蛋白中的氨基酸结合[40]，影响植物的光合作用。

对茶树的研究表明，Xiong等[41]通过在茶叶土壤中人为的添加汞，测定茶叶在汞胁迫下的光合特性，发现在汞胁迫下，茶叶叶绿素含量、脯氨酸以及丙二醛下降，其中不同品种茶树下降水平不一样。与其他植物一样，汞胁迫下茶树的生长发育将受到影响。

4 茶叶及茶园汞污染现状

4.1 茶叶汞污染现状

由于研究手段以及研究方法的限制，目前所报道的茶树重金属含量的检测以及迁移转化规律的研究多集中在Pb、Cr、Cd、As等的元素[42-43]，对汞元素的研究报道较少（表1）[44-52]。国内所报道的茶叶汞含量在10～31.3 μg/kg[44-45]，国外所报道的为10～200 μg/kg[46]。依据国家标准GB 2762—2012《食品安全国家标准食品中污染物限量》中重金属汞300 μg/kg的食品质量阈值，目前所报道的茶叶重金属汞含量未出现超标的现象，且国内报道的汞含量较国外的低，可能是因为我国局部地区汞污染较少，也可能是因为样品数量少，没有代表性和典型性。

对茶树不同部位汞富集特征的研究表明，茶树根的汞含量最大，其次为老叶，其富集顺序为树根>老叶>树皮>嫩叶>树干[45]。这与汞在植物中的富集特性相似，即随着树叶叶龄的增加，叶片汞含量呈现增加的趋势[47]。前人对不同茶树品种汞富集特征进行了研究，不同品种茶树汞累积特征存在差异，其中白叶一号富集浓度最大[44]。

4.2 茶园汞污染现状

茶园土壤是茶树最基本的营养物质及养料来源，茶园土壤重金属污染状况关系着茶叶的品质及产量。茶园土壤汞含量超标的报道较多。周国兰等[53]对贵州14个乡镇的茶园土壤进行汞含量调查，其中有4个乡镇的土壤汞含量大于发展无公害茶园的0.3 mg/kg（NY/T 5020—2001《无公害食品茶叶产地环境条件》）的标准阈值。凌彩金等[54]对广东英德茶园土壤进行重金属安全性评价，汞含量在0.043～0.140 mg/kg，李友勇等[51]对云南西双版纳景洪市的茶园重金属污染评价显示，土壤中的汞含量在0.04～0.15 mg/kg。李云等[52]对西南地区土壤重金属汞含量进行了系统的调查与研究，西南地区土壤重金属汞含量范围在0～0.13 mg/kg。郭雅玲等[55]对150个茶园土壤进行汞含量调查，土壤中的汞含量为0.031～0355 mg/kg，部分地区出现超标现象。夏锐等[56]对云南茶叶主产区西双版纳、普洱、临沧和保山等地区茶园土壤进行汞含量调查，土壤汞含量在003～0.41 mg/kg，超标率达5.71%。

保证茶园土壤符合农作物种植标准，是生产无公害茶叶的最基本保证。目前，国内外正尝试应用多种修复技术对汞污染土壤进行修复，有以下几种：热处理修复技术[57]、淋滤法修复技术[58-59]、固定化技术[60]、电动修复技术[61]、植物修复技术[62]、基因工程技术[63]、纳米修复技术[64]。其中植物修复技术，与其他修复技术相比，因具有成本低、操作简便、不造成二次污染等优点，具有很好的汞污染土壤修复应用前景。目前，文献报道较多的重金属超富集植物[65-66]，周向军[67]、郭彬等[68]对土壤重金属超富集植物进行了较好的综述。在重金属汞富集植物的研究方面，前人研究发现加拿大杨（Populus canadensis）[69]、红树木（Rhizophora apiculata）[70]、苎麻（Boehmeria nivea）[71]及转基因植物烟草[72]和拟南芥[73]等植物具有较强的汞吸收能力，能够通过将汞累积在体内而将土壤中的汞移除。

5 研究展望

目前，关于茶树汞生物富集特征的研究报道较少，仅有的几个报道也只是检测部分地区的茶叶汞含量，缺乏系统的全国性的茶叶汞含量的调查研究，数据量少，没有代表性。同时，由于研究手段、方法等诸多因素的影响，缺乏茶园汞在土壤—茶树中的迁移转化规律的研究以及汞含量与影响茶叶品质的相关物质，如咖啡碱、氨基酸、儿茶素等相关性的研究。因此，未来茶树重金属汞生物富集特征的研究可重点围绕以下5个方面开展。

（1）重金属汞在茶园土壤—茶树中的迁移转化规律研究，探讨影响茶树叶片重金属汞含量的相关因素，如土壤、海拔、茶树树龄、茶树品种、大气等。同时运用汞同位素技术进行源解析，明确茶树叶片汞的主要来源，为建设绿色环境茶园提供科学的数据基础。

（2）进行系统的以云南、贵州等为代表的西南茶区，以广东、台湾、海南等为代表的华南茶区，以浙江、湖南等为代表的江南茶区和以陕西、甘肃等为代表的江北茶区全国四大茶区的重金属汞含量调查，探讨在气候、土壤条件等不同的情况下，四大茶区茶树重金属汞的生物富集特征的相同性和差异性。

（3）重金属汞含量与茶叶品质的相关性研究。影响茶叶的品质的相关物质有咖啡碱、氨基酸、儿茶素等。这些物质在茶树体内通过各种代谢途径合成，而茶树在重金属物质的胁迫下其生理代谢机制受到影响。因此，迫切需要对重金属汞含量与茶叶品质进行相关性研究，以期为茶叶的绿色高品质生产提供理论和技术支撑。

（4）进行茶园土壤重金属汞污染修复技术的研究。茶园土壤的重金属汞污染程度关系着茶叶的质量与安全。通过物理化学、转基因以及植物修复技术等的研究与应用，改善茶園土壤状况，保证茶叶绿色无公害化生产。

（5）进行茶叶以及土壤重金属汞含量检测技术的研究。目前，检测茶叶以及土壤重金属汞的传统方法步骤繁琐、检测成本高、耗时长，难以适应环境及市场的需求，急需建立简单实时快速的监测方法，为茶叶的优质高效生产提供坚实的基础。

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