ICP | 华中农业大学赵华/邹珺团队揭示绿肥间作与硒肥协同提高茶叶品质机制
文章基本信息
题目：Intercropping tea plants with selenium-accumulating rapeseed via foliar selenium application: A cultivation practice for promoting tea plant growth and tea quality原文链接：https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2026.123267发表期刊：《Industrial Crops & Products》（影响因子=6.2）成果简介
该研究构建了一种新的茶树栽培模式，即通过将富硒油菜与茶树间作，并结合叶面喷施硒肥，可显著促进了茶树生长，提高了茶叶品质。茶叶中的硒主要以有机硒形态存在，达到了富硒茶标准。同时，该模式显著提升了茶树根际土壤中β-葡萄糖苷酶（BG）、亮氨酸氨基肽酶（LAP）和N-乙酰-β-D-氨基葡萄糖苷酶（NAG）的活性，并提高了土壤pH值，缓解了土壤酸化。研究还通过酵母异源表达证实，茶树硫酸盐转运蛋白CsSULTR 2.1介导硒酸盐的吸收，而氨基酸转运蛋白CsLHT1.1和CsAAP3s介导硒代氨基酸的吸收。该研究为通过绿肥间作与硒肥协同实现富硒茶绿色可持续生产提供了借鉴范例。思维导图
前言
几十年来，茶树的种植模式一直以单一栽培系统为主导。这种做法虽然优先保证了产量，却也引发了一系列生态问题。长期大量过量使用化学肥料，导致茶园土壤明显酸化，进而造成树势减弱、茶树抗性下降、产量波动和品质降低。此外，土壤酸化加剧了重金属的生物有效性，从而增加了茶树吸收污染物的风险，危及茶叶的安全与品质。与此同时，长期单一种植破坏了土壤的功能完整性，表现为与养分循环息息相关的关键土壤酶活性下降。随着时间的推移，这会导致参与碳、氮、硫循环的有益微生物群逐渐耗竭，形成土壤退化与养分吸收受阻的恶性循环。间作系统已成为应对单一茶园生态挑战的一种新的解决方案，它利用多维的植物-微生物互作来恢复土壤健康并提升作物品质。从机理上看，间作通过多种相互关联的途径优化土壤肥力。例如，茶树与花生间作可提高土壤中蛋白酶、转化酶和酸性磷酸酶等关键酶活性，从而丰富土壤养分。同时，它还能丰富土壤细菌群落，加速茶树对养分的吸收。研究已证实，绿肥合理间作与茶树绿色栽培可持续性之间存在协同关系。因此，被称为“绿色智能肥料”的绿肥，可通过酶活性和根系分泌物利用根际互作，招募有益微生物、活化养分、减少化肥依赖。“根际生命共同体”概念以及基于微生物群的作物工程进一步凸显了绿肥对于茶叶绿色栽培的可持续性价值。硒是人体健康至关重要的微量营养元素。通过饮用富硒茶可以有效补充硒元素，这是一种安全且有益的膳食选择。在茶树中，硒酸钠诱导关键硫酸盐转运蛋白基因的表达，驱动无机硒向有机态转化，富硒茶中总硒的80%以硒代半胱氨酸和硒代蛋氨酸形式存在，对于膳食补硒是安全且有益的。施硒不仅能促进茶树中氨基酸、类黄酮和次生代谢产物的积累，还能增强茶树的光合作用和矿质元素吸收。值得注意的是，油菜具有独特的有机硒积累能力，其中硒代蛋氨酸是主要成分。因此，作为间作绿肥，油菜因其硒积累能力而表现出显著的开发为富硒蔬菜的潜力，其中幼苗和花茎是主要的硒库。这一特性使油菜成为一种宝贵的间作选择，能够显著提高茶叶中的硒含量。氨基酸是根系分泌物的重要组成部分。其机理可能涉及油菜分泌特定代谢物，这些代谢物要么提高土壤中硒代氨基酸的生物有效性，要么刺激茶树的氨基酸吸收系统，从而在茶园生态系统中实现更高效的硒利用。这种根际互作突显了油菜-茶树间作作为可持续富硒茶生产策略的广阔前景。关键的是，虽然已有研究表征了茶树对无机硒的吸收，但在以下方面仍存在显著的知识空白：（1）油菜间作结合叶面施硒如何影响茶树生长和茶叶品质？（2）油菜间作（结合施硒）对茶树根际酶活性有何影响？（3）间作油菜合成的硒代氨基酸能否促进茶叶达到富硒标准？通过填补这些空白，本研究探讨了将富硒绿肥油菜、叶面施硒及其残体还田相结合的集成系统对茶树生长、土壤酶活性、养分吸收以及关键茶叶品质指标（包括茶叶硒生物强化）的影响。研究结果旨在为建立一种提高茶叶产量和品质的间作模式提供理论基础。此外，该研究支持可持续和生态友好的农业实践，为富硒茶生产的绿色栽培技术开发铺平了道路。研究结果
1.1 茶树 CsSULTR2.1 在酵母异源表达系统中介导硒酸盐的吸收
为验证 CsSULTR2.1 介导的硒酸盐吸收功能，研究者通过培养携带 CsSULTR2.1 的酵母，观察不同酵母菌株的生长情况（图1）。发现将茶树CsSULTR2.1基因转入酵母缺陷型菌株，在含Na₂SeO₄（5 μM或25 μM）的培养基上生长受到显著抑制，且抑制效应呈浓度依赖性。表明该硫酸盐转运蛋白能够吸收硒酸盐，是茶树吸收无机硒的关键通路。图1 异源表达空载体和CsSULTR2.1的酵母菌株在含梯度浓度Na₂SeO₄培养基中的生长情况。处理分别为：培养基中不含Na₂SeO₄（A）、含5 μM Na₂SeO₄（B）和含25 μM Na₂SeO₄（C）1.2 CsLHT1.1和CsAAP3s介导硒代氨基酸的吸收
为进一步验证茶树中的氨基酸转运蛋白可吸收绿肥分解产生的硒代氨基酸。研究者在添加富硒油菜提取物（来自六倍体芥蓝型油菜或芥菜型油菜）的培养基中进行酵母菌培养，发现表达茶树氨基酸转运蛋白CsLHT1.1或CsAAP3.3的酵母菌株生长显著优于空载体对照，而提取物中高浓度有机硒会抑制酵母生长。生长曲线进一步证实，硒处理后的油菜提取物对酵母生长具有抑制作用。这表明茶树可通过氨基酸转运蛋白直接吸收绿肥分解产生的硒代氨基酸。图2 施用异源六倍体芸薹（Brassica carirapa）（A）和芥菜（Brassica juncea）（B）提取液对不同酵母菌株生长表现的影响。受异源六倍体芸薹（C）和芥菜（D）提取液影响的不同酵母菌株生长曲线。处理设置：对照（a）；1 mL（b）和3 mL（d）异源六倍体芸薹或芥菜提取液；1 mL（c，约3 μM，约9 μg Se/mL）和3 mL（e，约9 μg Se/mL）经硒处理后的异源六倍体芸薹或芥菜提取液。酵母菌株：自上而下分别为野生型（23344c），以及氨基酸转运缺陷型酵母突变株（分别表达空载体和四种氨基酸转运蛋白CsLHT1.1及CsAAP3.1-3.3）。统计显著性：误差线表示四个生物学重复的标准差。不同字母表示在P < 0.05水平上差异显著。1.3 喷施硒通过间作油菜促进茶树生长
研究者随后通过盆栽进行间作处理（图3）评估间作和喷施处理对茶树生长的作用。发现与未施硒对照相比，施硒处理（单作CK+Se、间作AABBCC+Se、间作AABB+Se）显著提高了茶树株高（增幅11.7%~19.5%）、叶片数（增幅9.0%~15.4%）、根干重（AABB+Se比CK+Se增加34.1%）和主茎直径（CK+Se比CK增加19.5%）。间作本身（不施硒）也显著提高了根干重（AABBCC和AABB分别比CK增加43.0%和54.2%）和主茎直径（分别增加14.7%和26.1%）（图4）。图3 与富硒绿肥间作。注：A，单作（CK）；B，与异源六倍体白菜型油菜（Brassica carirapa，AABBCC）间作；C，与芥菜（Brassica juncea，AABB）间作。图4 间作油菜喷施硒对茶树生长的影响，包括茶树株高（A）、总叶数（B）、根干重（C）和主茎直径（D）。处理设置：‘Control’表示不施硒处理；‘Na₂SeO₄’表示施硒处理；‘CK’表示单作；‘AABBCC’表示与异源六倍体芸薹（Brassica carirapa）间作，‘AABB’表示与芥菜（Brassica juncea）间作。在CK+Se单作处理中，硒施用于茶树；而在AABBCC+Se和AABB+Se间作处理中，硒则施用于油菜植株。统计显著性：星号（*）表示对照处理与施硒处理之间存在显著差异（P<0.05）。字母‘a、b、c’表示单作与间作处理之间存在显著差异（P<0.05）。1.4 叶面施硒结合间作油菜改变茶叶色泽
为探究施硒结合间作处理对茶树光合作用和生长的影响，研究者进行测定叶绿素含量（图5）。发现间作（不施硒）显著提高叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量（AABB处理分别增加29.2%、164.1%、66.8%）。施硒处理进一步提升了叶绿素b含量（AABBCC+Se比AABBCC增加22.6%）。说明该组合可显著优化茶树的光合能力。图5 间作油菜喷施硒对茶树叶片叶绿素含量的影响。处理设置：‘Control’表示不施硒处理；‘Na₂SeO₄’表示施硒处理；‘CK’表示单作；‘AABBCC’表示与异源六倍体芸薹（Brassica carirapa）间作，‘AABB’表示与芥菜（Brassica juncea L.）间作。在CK+Se单作处理中，硒施用于茶树；而在AABBCC+Se和AABB+Se间作处理中，硒施用于油菜植株。统计显著性：星号（*）表示不施硒处理与施硒处理间差异显著（P<0.05）。误差线表示三个生物学重复的标准差。字母‘abc’表示单作与间作处理间差异显著（P<0.05）。下同。1.5 叶面施硒结合间作油菜调节茶叶品质相关成分
研究者进一步通过UPLC-MS测定了不同处理中的茶叶氨基酸、咖啡因和多酚类成分（图6）。发现AABB+Se处理比CK+Se增加37.8%，且比AABB增加14.2%。主要提升的氨基酸包括L-谷氨酰胺、L-谷氨酸、L-赖氨酸、L-精氨酸、L-组氨酸和L-茶氨酸。而咖啡因和多酚类含量在施硒处理中，CK+Se和AABBCC+Se处理的咖啡因分别比对照降低19.2%和13.3%。这表明硒处理可以调节茶叶的生化成分，这可能会对所制茶叶的感官特性和健康相关特性产生潜在影响。图6 间作油菜喷施硒对茶树鲜叶中游离氨基酸（A）、咖啡碱（B）、主要氨基酸组分（C）和类黄酮（D）含量的影响。处理设置：‘Control’表示不施硒处理；‘Na₂SeO₄’表示施硒处理；‘CK’表示单作；‘AABBCC’表示与异源六倍体芸薹（Brassica carirapa）间作，‘AABB’表示与芥菜（Brassica juncea）间作。在CK+Se单作处理中，硒施用于茶树；而在AABBCC+Se和AABB+Se间作处理中，硒施用于油菜植株。热图中，蓝色矩形表示相对较低的表达水平，红色矩形表示相对较高的表达水平。1.6 间作油菜喷施硒肥改变了茶树中氮/磷/钾的含量
为进一步阐明不同处理对茶树氮、磷、钾的影响，研究者通过测定不同元素含量（图7）。发现对氮元素的吸收而言间作与施硒能够促进氮的吸收，其中AABB+Se处理下效果最好，幼叶、成熟叶、衰老叶氮含量分别比CK+Se增加12.4%、11.7%、25.2%。对磷元素而言，间作并施硒后，幼叶磷含量显著高于未施硒间作（AABBCC+Se比AABBCC增加18.7%），但成熟叶磷含量下而言。对于钾元素而言，施硒处理下，间作组成熟叶钾含量下降，但幼叶和衰老叶钾含量上升（AABB+Se-YL增加6.3%，AABB+Se-SL增加24.5%）。表明硒和间作协同调控矿质元素在茶树体内的分配。图7 间作油菜喷施硒对不同嫩度茶叶中氮（A）、磷（B）和钾（C）含量的影响。处理设置：‘Control’表示不施硒处理；‘Na₂SeO₄’表示施硒处理；‘CK’表示单作；‘AABBCC’表示与异源六倍体芸薹（Brassica carirapa）间作，‘AABB’表示与芥菜（Brassica juncea）间作。在CK+Se单作处理中，硒施用于茶树；而在AABBCC+Se和AABB+Se间作处理中，硒施用于油菜植株1.7 叶面施硒结合间作油菜优化根际土壤酶活性和pH
为阐明间作和施硒处理对根际土壤酶活性的影响，研究者重点关注了β-葡萄糖苷酶（BG）、亮氨酸氨肽酶（LAP）、N-乙酰-β-葡萄糖苷酶（NAG）、酸性磷酸酶（ACP）和硫酸酯酶（ARS）。通过测定酶活性（图8），发现对于BG而言间作和施硒处理能够增加BG的活性，其中AABBCC和AABB处理分别使BG活性增加163.7%和70.5%；施硒后进一步增加53.5%~71.3%。对于氮循环相关酶（LAP和NAG）而言。间作与施硒处理能够提升酶活性，其中LAP活性增加243.1%~272.9%；NAG活性激增261.5%~1261.4%。对于磷循环酶（ACP）和硫循环酶（ARS）而言。间作与施硒处理则会降低酶活性，ACP活性显著下降40.1%~56.9%，研究者认为可能与土壤pH升高呈负相关。施硒后ARS活性下降31.6%~54.8%，研究者认为可能与硒竞争硫酸盐转运有关。土壤PH在处理后从5.59提升至5.96，研究者认为间作和施硒能够提升土壤PH值，且二者存在交互作用，可有效的缓解茶园土壤酸化问题。图8 间作油菜喷施硒对茶树根际土壤中BG（A）、LAP（B）、NAG（C）、ACP（D）、ARS（E）酶活性及土壤pH（F）的影响。处理设置：‘Control’表示不施硒处理；‘Na₂SeO₄’表示施硒处理；‘CK’表示单作；‘AABBCC’表示与异源六倍体芸薹（Brassica carirapa）间作，‘AABB’表示与芥菜（Brassica juncea）间作。在CK+Se单作处理中，硒施用于茶树；而在AABBCC+Se和AABB+Se间作处理中，硒施用于油菜植株。酶名称：BG，β-葡萄糖苷酶；LAP，亮氨酸氨基肽酶；NAG，N-乙酰-β-氨基葡萄糖苷酶；ACP，酸性磷酸酶；ARS，硫酸酯酶。1.8 油菜叶及茶叶中硒形态与含量分析
为明确油菜和茶叶中硒元素的形态和含量，研究者对叶片中的硒代蛋氨酸（SeMet）、硒代胱氨酸（SeCys₂）和甲基硒代半胱氨酸（MeSeCys）进行分析。发现其中SeMet是主要的有机硒形态。相比之下，MeSeCys和SeCys₂在两个处理（AABBCC和AABB间作油菜）中均仅检测到痕量（表1）。这表明间作油菜可能具有促进茶树吸收SeMet的潜力。基于此，进一步测定茶叶一芽二叶中的硒代氨基酸进行测定（表2），发现茶树一芽二叶中仅检测到SeMet、SeCys和亚硒酸盐（SeO₃²⁻）。SeCys₂和硒酸盐（SeO₄²⁻）的含量低于检测限。CK+Se处理茶叶中的硒代氨基酸含量显著高于AABBCC+Se和AABB+Se处理。在间作处理中，AABBCC+Se处理茶树一芽二叶中的有机硒含量显著高于AABB+Se。SeMet是有机硒的主要形态，SeCys次之，而SeO₃²⁻是主要的无机硒形态。这些结果证实，叶面施硒并结合利用富硒绿肥油菜（AABBCC和AABB）进行间作，能够有效实现生产富硒茶的目标。进一步通过大田实验验证喷施富硒油菜叶片提取液能否使茶叶达到富硒标准，对两个茶树品种连续两轮的一芽二叶中硒代氨基酸组分含量进行了精确测定。结果表明，共检测到四种硒代氨基酸：SeCys、SeCys₂、Se-Me-Cys和SeMet。其中，MeSeCys是主要成分，SeMet次之。重要的是，这些硒代氨基酸的累积含量达到了富硒茶的标准，表明该方法在富硒茶生产中具有潜在的应用价值。表1 油菜叶片中关键硒代氨基酸组分的浓度（mg/kg DW）表2 盆栽试验中与油菜间作的茶树嫩叶（Echa 10）中硒组分含量（mg/kg DW）表3 叶面喷施经硒处理油菜（异源六倍体芸薹 Brassica carirapa）的淋洗液后，‘FDDBC’和‘Echa 10’两轮茶树嫩叶中硒组分含量（mg/kg DW）文章总结
本研究首次建立了一种“富硒绿肥油菜间作和叶面施硒”的协同栽培新模式，系统解析了其对茶树生长、茶叶品质、根际微生态及硒生物强化的综合效应。结果表明，该模式通过以下机制发挥作用：（1）茶树通过CsSULTR2.1吸收无机硒，通过CsLHT1.1和CsAAP3s直接吸收绿肥分解产生的有机硒（尤其是SeMet）；（2）间作油菜造成的遮荫效应结合硒处理显著提升叶绿素含量，增强光合能力；（3）该模式提高根际土壤碳、氮循环酶活性，降低酸性磷酸酶活性，提升土壤pH，缓解酸化；（4）茶叶中有机硒占主导，达到富硒茶标准，同时游离氨基酸增加、儿茶素和咖啡碱降低，品质显著改善。该研究突破了传统的硒肥单独施用策略，实现了绿肥还田、土壤改良、富硒生产和提质增效的多重目标，为可持续生态茶园建设和功能型茶叶生产提供了全新路径。
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