導(dǎo)讀：
長(zhǎng)期施氮對(duì)茶園土壤磷循環(huán)特征影響研究取得新進(jìn)展
中國(guó)茶園土壤有機(jī)碳空間分布特征
茯茶立功!發(fā)酵桑葉提高類黃酮含量獲突破性成果
01
長(zhǎng)期施氮對(duì)茶園土壤磷循環(huán)特征影響研究取得新進(jìn)展
氮(N)和磷(P)是限制植物生長(zhǎng)的兩種重要營(yíng)養(yǎng)元素。磷能夠通過(guò)促進(jìn)茶樹(shù)根系吸收養(yǎng)分和參與茶樹(shù)體內(nèi)多種生理活動(dòng)和代謝過(guò)程來(lái)提高茶葉產(chǎn)量，還能夠通過(guò)調(diào)節(jié)總游離氨基酸的比例和茶多酚、γ-氨基丁酸(GABA)和蛋白質(zhì)的含量來(lái)改善綠茶的品質(zhì)。氮肥施用會(huì)改變磷的有效性和磷循環(huán)速率，從而影響作物對(duì)磷素的吸收和利用，但在不同生態(tài)系統(tǒng)、不同作物土壤中又存在較大差異。茶園長(zhǎng)年施用化學(xué)氮肥，但茶園土壤具有顯著的酸化及富鋁特性，限制了我們對(duì)茶園土壤磷循環(huán)機(jī)制的認(rèn)識(shí)。
近期，茶樹(shù)營(yíng)養(yǎng)與養(yǎng)分管理技術(shù)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)基于長(zhǎng)期定位施肥試驗(yàn)，解析了土壤有效磷和磷循環(huán)相關(guān)微生物群落對(duì)長(zhǎng)期施氮的響應(yīng)機(jī)制。相關(guān)研究結(jié)果以發(fā)表在Journal of Environmental Management上。該研究基于長(zhǎng)期定位試驗(yàn)土壤樣本，通過(guò)宏基因組技術(shù)分析了土壤磷循環(huán)相關(guān)基因豐度和微生物群落結(jié)構(gòu)。研究表明，長(zhǎng)期施用化學(xué)氮肥會(huì)導(dǎo)致土壤酸化，并加劇微生物的磷饑餓響應(yīng)，表現(xiàn)為提高了土壤pstABCS高親和性磷轉(zhuǎn)運(yùn)基因的豐度，表明施氮強(qiáng)化了土壤解磷微生物群落對(duì)磷資源的競(jìng)爭(zhēng)。此外，施用氮肥雖然可以增強(qiáng)土壤無(wú)機(jī)磷的溶解，但同時(shí)也會(huì)削弱有機(jī)磷的礦化能力，總體上茶園土壤有機(jī)磷礦化能力的下降與磷有效性的降低有更強(qiáng)的相關(guān)性，因而長(zhǎng)期施氮會(huì)導(dǎo)致土壤磷有效性的下降。此外，長(zhǎng)期施氮導(dǎo)致的土壤酸化和有效磷含量下降也會(huì)導(dǎo)致參與磷循環(huán)的微生物群落結(jié)構(gòu)發(fā)生顯著變化。上述結(jié)果論證了在生產(chǎn)茶園中定期補(bǔ)充磷肥的必要性，為茶園平衡施肥和茶葉可持續(xù)生產(chǎn)提供了新的理論依據(jù)和科學(xué)支持。博士研究生姜艷艷為論文第一作者，楊向德博士和阮建云研究員為通訊作者。該研究得到國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目以及中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院創(chuàng)新工程等項(xiàng)目支持。
氮肥施用對(duì)茶園土壤磷有效性及相關(guān)功能基因豐度的影響
02
中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所研究明確中國(guó)茶園土壤有機(jī)碳空間分布特征
土壤有機(jī)碳(SOC)是土壤肥力的基礎(chǔ)，也是評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量的核心指標(biāo)。此外，土壤具有巨大的碳儲(chǔ)量，從宏觀尺度上探討土壤有機(jī)碳的空間分布特征及其與環(huán)境因素之間的相關(guān)關(guān)系，對(duì)整體上掌握茶園土壤肥力現(xiàn)狀及其在全球氣候調(diào)節(jié)中所起的作用以及碳庫(kù)估算具有重要意義。
茶樹(shù)是我國(guó)重要的經(jīng)濟(jì)作物，在南方山地丘陵地區(qū)廣泛種植，但此前歷次土壤普查工作中，茶園土壤的樣本很少，制約了對(duì)我國(guó)茶園土壤有機(jī)碳的分布格局及其驅(qū)動(dòng)因素的認(rèn)識(shí)。
2021年底，茶樹(shù)營(yíng)養(yǎng)與養(yǎng)分管理創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)在我國(guó)16個(gè)主要產(chǎn)茶省份采集了965份茶園土壤樣品，通過(guò)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，首次明確了不同氣候帶、茶區(qū)、省份和栽培品種下的茶園土壤有機(jī)碳含量的空間分布格局，并解析了影響我國(guó)茶園土壤有機(jī)碳分布格局的主控因子及其相對(duì)貢獻(xiàn)。結(jié)果表明，我國(guó)茶園土壤有機(jī)碳含量主要分布在10—20 g kg-1之間(~45%樣本量)。總體上，我國(guó)茶葉主產(chǎn)區(qū)茶園土壤有機(jī)碳含量呈現(xiàn)出高度的空間異質(zhì)性，但其空間分布又具有顯著的地帶性規(guī)律。具體表現(xiàn)為：土壤有機(jī)碳(SOC)含量分布從熱帶、亞熱帶向溫帶遞減，自西南、華南向江北茶區(qū)遞減;各產(chǎn)茶省份中，以云南茶區(qū)最高，陜西最低;種植大葉種茶樹(shù)的茶園土壤有機(jī)碳含量顯著高于中小葉種茶園。
分析顯示，地理因素(緯度和海拔)對(duì)SOC含量有很大的間接作用，茶園土壤有機(jī)碳含量隨緯度、溫度呈顯著負(fù)相關(guān)，其相關(guān)特征與一般農(nóng)田土壤有機(jī)碳分布規(guī)律存在相反趨勢(shì)，表明出鮮明的茶樹(shù)栽培特異性。上述研究工作為我國(guó)茶園土壤肥力評(píng)價(jià)、養(yǎng)分綜合管理和固碳減排提供了科學(xué)依據(jù)。
相關(guān)研究結(jié)果已于近期在《Environmental Research》期刊在線發(fā)表。楊向德博士為論文第一作者，馬立鋒研究員和阮建云研究員為通訊作者。研究得到了國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目和中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院創(chuàng)新工程等項(xiàng)目支持。
圖1 不同省份茶園有機(jī)碳含量的樣本分布(顏色： 數(shù)值區(qū)間;餅大小：含量高低)
圖2 不同省份、茶區(qū)、樹(shù)種、氣候帶下土壤有機(jī)碳含量的分布
圖3 土壤有機(jī)碳含量與緯度、海拔、年均氣溫、年均降水的線性回歸
03
茯茶立功!發(fā)酵桑葉提高類黃酮含量獲突破性成果
日前，西北大學(xué)研究人員在利用茯茶分離出的冠突散囊菌發(fā)酵桑葉進(jìn)而提高類黃酮含量方面取得突破性成果。
茯茶是一種獨(dú)特的黑茶，與其他類型的茶不同，茯茶中含有優(yōu)勢(shì)真菌物種冠突散囊菌，在茯茶加工過(guò)程中存在大量的生化活動(dòng)和微生物群落演變過(guò)程，從而對(duì)人體健康產(chǎn)生許多積極影響。西北大學(xué)研究人員采用基因組測(cè)序技術(shù)，從茯茶中分離鑒定出冠突散囊菌。研究發(fā)現(xiàn)，這些冠突散囊菌具有顯著的抑菌、耐受消化、減輕腸道炎癥損傷等益生菌特性，且能顯著改變黑茶中的酚酸和黃酮類化合物，因?yàn)楣谕磺狗置诘奶妓衔锼饷甘屈S酮類化合物釋放的重要因子。
桑葉富含多種藥理活性化合物，桑葉黃酮類是最有希望治療糖尿病的化合物，因?yàn)樗梢詢?nèi)源性控制葡萄糖穩(wěn)態(tài)。但是，桑葉類黃酮大多以結(jié)合態(tài)的形式存在而不能被輕易提取，這也導(dǎo)致了其生物利用度和生物活性的降低。而固態(tài)發(fā)酵法(SSF)可以從相應(yīng)的底物中釋放類黃酮，提高桑葉總類黃酮含量，并通過(guò)微生物次生代謝產(chǎn)生新的類黃酮，進(jìn)而提高了抗氧化能力和α-葡萄糖苷酶的抑制活性，已經(jīng)成為提高藥用植物有效性的有效途徑。
研究人員選用了13株冠突散囊菌、米根霉、毛霉和黑曲霉等4類菌株，通過(guò)構(gòu)建反向傳播人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)優(yōu)化真菌固態(tài)發(fā)酵桑葉條件，從而增強(qiáng)SSF對(duì)桑葉類黃酮的釋放和轉(zhuǎn)化。米根霉、總狀毛霉和黑曲霉常用于谷物和豆類等食品原料的發(fā)酵，可以增加燕麥中的酚類和類黃酮。研究人員通過(guò)非靶向代謝組學(xué)、結(jié)構(gòu)分析和碳水化合物水解酶活性評(píng)估，闡明了真菌固態(tài)發(fā)酵桑葉類黃酮的釋放和生物轉(zhuǎn)化機(jī)制。
該研究的亮點(diǎn)在于固態(tài)發(fā)酵提高了桑葉總類黃酮含量，提高了抗氧化能力和α-葡萄糖苷酶的抑制活性，并發(fā)現(xiàn)冠突曲霉分泌的碳水化合物水解酶是黃酮類化合物釋放的重要因子，酚酸氧化和分子重排是黃酮類化合物生物轉(zhuǎn)化的主要途徑。同時(shí)，研究人員經(jīng)過(guò)模型預(yù)測(cè)和試驗(yàn)驗(yàn)證，明確了發(fā)酵后桑葉類黃酮的總釋放量顯著高于未發(fā)酵的桑葉，分析表明了固態(tài)發(fā)酵后29種代謝物(尤其是紫丁香苷和花色苷)的上調(diào)有助于提高桑葉類黃酮的ABTS自由基清除活性和α-葡萄糖苷酶抑制活性，導(dǎo)致固態(tài)發(fā)酵桑葉類黃酮具有較強(qiáng)的抗氧化活性。
該研究成果對(duì)于最大限度地利用桑葉具有非常重要意義。
來(lái)源：中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所、中國(guó)食品報(bào)
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