导读：
长期施氮对茶园土壤磷循环特征影响研究取得新进展
中国茶园土壤有机碳空间分布特征
茯茶立功!发酵桑叶提高类黄酮含量获突破性成果
01
长期施氮对茶园土壤磷循环特征影响研究取得新进展
氮(N)和磷(P)是限制植物生长的两种重要营养元素。磷能够通过促进茶树根系吸收养分和参与茶树体内多种生理活动和代谢过程来提高茶叶产量，还能够通过调节总游离氨基酸的比例和茶多酚、γ-氨基丁酸(GABA)和蛋白质的含量来改善绿茶的品质。氮肥施用会改变磷的有效性和磷循环速率，从而影响作物对磷素的吸收和利用，但在不同生态系统、不同作物土壤中又存在较大差异。茶园长年施用化学氮肥，但茶园土壤具有显著的酸化及富铝特性，限制了我们对茶园土壤磷循环机制的认识。
近期，茶树营养与养分管理技术创新团队基于长期定位施肥试验，解析了土壤有效磷和磷循环相关微生物群落对长期施氮的响应机制。相关研究结果以发表在Journal of Environmental Management上。该研究基于长期定位试验土壤样本，通过宏基因组技术分析了土壤磷循环相关基因丰度和微生物群落结构。研究表明，长期施用化学氮肥会导致土壤酸化，并加剧微生物的磷饥饿响应，表现为提高了土壤pstABCS高亲和性磷转运基因的丰度，表明施氮强化了土壤解磷微生物群落对磷资源的竞争。此外，施用氮肥虽然可以增强土壤无机磷的溶解，但同时也会削弱有机磷的矿化能力，总体上茶园土壤有机磷矿化能力的下降与磷有效性的降低有更强的相关性，因而长期施氮会导致土壤磷有效性的下降。此外，长期施氮导致的土壤酸化和有效磷含量下降也会导致参与磷循环的微生物群落结构发生显著变化。上述结果论证了在生产茶园中定期补充磷肥的必要性，为茶园平衡施肥和茶叶可持续生产提供了新的理论依据和科学支持。博士研究生姜艳艳为论文第一作者，杨向德博士和阮建云研究员为通讯作者。该研究得到国家现代农业产业技术体系建设专项、国家重点研发计划项目以及中国农业科学院创新工程等项目支持。
氮肥施用对茶园土壤磷有效性及相关功能基因丰度的影响
02
中国农业科学院茶叶研究所研究明确中国茶园土壤有机碳空间分布特征
土壤有机碳(SOC)是土壤肥力的基础，也是评价土壤质量的核心指标。此外，土壤具有巨大的碳储量，从宏观尺度上探讨土壤有机碳的空间分布特征及其与环境因素之间的相关关系，对整体上掌握茶园土壤肥力现状及其在全球气候调节中所起的作用以及碳库估算具有重要意义。
茶树是我国重要的经济作物，在南方山地丘陵地区广泛种植，但此前历次土壤普查工作中，茶园土壤的样本很少，制约了对我国茶园土壤有机碳的分布格局及其驱动因素的认识。
2021年底，茶树营养与养分管理创新团队在我国16个主要产茶省份采集了965份茶园土壤样品，通过实测数据，首次明确了不同气候带、茶区、省份和栽培品种下的茶园土壤有机碳含量的空间分布格局，并解析了影响我国茶园土壤有机碳分布格局的主控因子及其相对贡献。结果表明，我国茶园土壤有机碳含量主要分布在10—20 g kg-1之间(~45%样本量)。总体上，我国茶叶主产区茶园土壤有机碳含量呈现出高度的空间异质性，但其空间分布又具有显著的地带性规律。具体表现为：土壤有机碳(SOC)含量分布从热带、亚热带向温带递减，自西南、华南向江北茶区递减;各产茶省份中，以云南茶区最高，陕西最低;种植大叶种茶树的茶园土壤有机碳含量显著高于中小叶种茶园。
分析显示，地理因素(纬度和海拔)对SOC含量有很大的间接作用，茶园土壤有机碳含量随纬度、温度呈显著负相关，其相关特征与一般农田土壤有机碳分布规律存在相反趋势，表明出鲜明的茶树栽培特异性。上述研究工作为我国茶园土壤肥力评价、养分综合管理和固碳减排提供了科学依据。
相关研究结果已于近期在《Environmental Research》期刊在线发表。杨向德博士为论文第一作者，马立锋研究员和阮建云研究员为通讯作者。研究得到了国家现代农业产业技术体系建设专项、国家重点研发计划项目和中国农业科学院创新工程等项目支持。
图1 不同省份茶园有机碳含量的样本分布(颜色： 数值区间;饼大小：含量高低)
图2 不同省份、茶区、树种、气候带下土壤有机碳含量的分布
图3 土壤有机碳含量与纬度、海拔、年均气温、年均降水的线性回归
03
茯茶立功!发酵桑叶提高类黄酮含量获突破性成果
日前，西北大学研究人员在利用茯茶分离出的冠突散囊菌发酵桑叶进而提高类黄酮含量方面取得突破性成果。
茯茶是一种独特的黑茶，与其他类型的茶不同，茯茶中含有优势真菌物种冠突散囊菌，在茯茶加工过程中存在大量的生化活动和微生物群落演变过程，从而对人体健康产生许多积极影响。西北大学研究人员采用基因组测序技术，从茯茶中分离鉴定出冠突散囊菌。研究发现，这些冠突散囊菌具有显著的抑菌、耐受消化、减轻肠道炎症损伤等益生菌特性，且能显著改变黑茶中的酚酸和黄酮类化合物，因为冠突曲霉分泌的碳水化合物水解酶是黄酮类化合物释放的重要因子。
桑叶富含多种药理活性化合物，桑叶黄酮类是最有希望治疗糖尿病的化合物，因为它可以内源性控制葡萄糖稳态。但是，桑叶类黄酮大多以结合态的形式存在而不能被轻易提取，这也导致了其生物利用度和生物活性的降低。而固态发酵法(SSF)可以从相应的底物中释放类黄酮，提高桑叶总类黄酮含量，并通过微生物次生代谢产生新的类黄酮，进而提高了抗氧化能力和α-葡萄糖苷酶的抑制活性，已经成为提高药用植物有效性的有效途径。
研究人员选用了13株冠突散囊菌、米根霉、毛霉和黑曲霉等4类菌株，通过构建反向传播人工神经网络来优化真菌固态发酵桑叶条件，从而增强SSF对桑叶类黄酮的释放和转化。米根霉、总状毛霉和黑曲霉常用于谷物和豆类等食品原料的发酵，可以增加燕麦中的酚类和类黄酮。研究人员通过非靶向代谢组学、结构分析和碳水化合物水解酶活性评估，阐明了真菌固态发酵桑叶类黄酮的释放和生物转化机制。
该研究的亮点在于固态发酵提高了桑叶总类黄酮含量，提高了抗氧化能力和α-葡萄糖苷酶的抑制活性，并发现冠突曲霉分泌的碳水化合物水解酶是黄酮类化合物释放的重要因子，酚酸氧化和分子重排是黄酮类化合物生物转化的主要途径。同时，研究人员经过模型预测和试验验证，明确了发酵后桑叶类黄酮的总释放量显著高于未发酵的桑叶，分析表明了固态发酵后29种代谢物(尤其是紫丁香苷和花色苷)的上调有助于提高桑叶类黄酮的ABTS自由基清除活性和α-葡萄糖苷酶抑制活性，导致固态发酵桑叶类黄酮具有较强的抗氧化活性。
该研究成果对于最大限度地利用桑叶具有非常重要意义。
来源：中国农业科学院茶叶研究所、中国食品报
如有侵权 请联系删除
