長期施氮對茶園土壤磷循環(huán)特征影響研究取得新進(jìn)展，中國茶園土壤有機(jī)碳空間分布特征

導(dǎo)讀：

長期施氮對茶園土壤磷循環(huán)特征影響研究取得新進(jìn)展

中國茶園土壤有機(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

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長期施氮對茶園土壤磷循環(huán)特征影響研究取得新進(jìn)展

氮(N)和磷(P)是限制植物生長的兩種重要營養(yǎng)元素。磷能夠通過促進(jìn)茶樹根系吸收養(yǎng)分和參與茶樹體內(nèi)多種生理活動和代謝過程來提高茶葉產(chǎn)量，還能夠通過調(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)的含量來改善綠茶的品質(zhì)。氮肥施用會改變磷的有效性和磷循環(huán)速率，從而影響作物對磷素的吸收和利用，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，限制了我們對茶園土壤磷循環(huán)機(jī)制的認(rèn)識。

近期，茶樹營養(yǎng)與養(yǎng)分管理技術(shù)創(chuàng)新團(tuán)隊基于長期定位施肥試驗，解析了土壤有效磷和磷循環(huán)相關(guān)微生物群落對長期施氮的響應(yīng)機(jī)制。相關(guān)研究結(jié)果以發(fā)表在Journal of Environmental Management上。該研究基于長期定位試驗土壤樣本，通過宏基因組技術(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，長期施用化學(xué)氮肥會導(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磷資源的競爭。此外，施用氮肥雖然可以增強(qiáng)土壤無機(jī)磷的溶解，但同時也會削弱有機(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，因而長期施氮會導(dǎo)致土壤磷有效性的下降。此外，長期施氮導(dǎo)致的土壤酸化和有效磷含量下降也會導(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。該研究得到國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項、國家重點研發(fā)計劃項目以及中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院創(chuàng)新工程等項目支持。

氮肥施用對茶園土壤磷有效性及相關(guān)功能基因豐度的影響

02

中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所研究明確中國茶園土壤有機(jī)碳空間分布特征

土壤有機(jī)碳(SOC)是土壤肥力的基礎(chǔ)，也是評價土壤質(zhì)量的核心指標(biāo)。此外，土壤具有巨大的碳儲量，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估算具有重要意義。

茶樹是我國重要的經(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，制約了對我國茶園土壤有機(jī)碳的分布格局及其驅(qū)動因素的認(rèn)識。

2021年底，茶樹營養(yǎng)與養(yǎng)分管理創(chuàng)新團(tuán)隊在我國16個主要產(chǎn)茶省份采集了965份茶園土壤樣品，通過實測數(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，并解析了影響我國茶園土壤有機(jī)碳分布格局的主控因子及其相對貢獻(xiàn)。結(jié)果表明，我國茶園土壤有機(jī)碳含量主要分布在10—20 g kg-1之間(~45%樣本量)?？傮w上，我國茶葉主產(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，表明出鮮明的茶樹栽培特異性。上述研究工作為我國茶園土壤肥力評價、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。研究得到了國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項、國家重點研發(fā)計劃項目和中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院創(chuàng)新工程等項目支持。

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?。汉扛叩?

圖2 不同省份、茶區(qū)、樹種、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)勢真菌物種冠突散囊菌，在茯茶加工過程中存在大量的生化活動和微生物群落演變過程，從而對人體健康產(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，因為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。

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，因為它可以內(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，通過構(gòu)建反向傳播人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來優(yōu)化真菌固態(tài)發(fā)酵桑葉條件，從而增強(qiáng)SSF對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，研究人員經(jīng)過模型預(yù)測和試驗驗證，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。

該研究成果對于最大限度地利用桑葉具有非常重要意義。

來源：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所、中國食品報

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