草甘膦在茶树体内的代谢及其对茶树次生代谢产物的影响

Glyphosate is the most widely used herbicide in tea garden and other agricultural production. Glyphosate, as a non-selective, inhalation transmissible herbicide, can be absorbed and metabolized by the tea plant. The glyphosate may interfere with the secondary metabolism of tea plant, cause phytotoxicity on tea plant and affect the quality and safety of tea. At present, there is no report on the metabolism of glyphosate in tea plant and its effect on the secondary metabolism of tea plant. Therefore, this project aims to carry out the following studies: the metabolites of glyphosate in the tea plant are identified by use of high-resolution mass spectrometry and multi-stage mass spectrometry, and so its metabolic pathways and metabolic pathology in the tea plant can be revealed; The changes of secondary metabolites of tea plant caused by glyphosate are identified and analyzed by using the lab-made organic compound mass spectra database of tea plant, and so the effects of glyphosate on the growth of tea plant and the quality of tea can be preliminarily evaluated; The secondary metabolites of tea plant which is closely related to phytotoxicity of glyphosate on tea plant are selected and used as biomarkers for the early warning of phytotoxicity of glyphosate on tea plant. The results of this project can provide the fundamental basis for the study of the effect of glyphosate on the growth and metabolism of tea plant and the scientific and rational use of glyphosate in tea garden.

草甘膦是茶园及其它农业生产中使用最广的除草剂。草甘膦作为非选择性内吸传导型除草剂，很容易进入茶树体内，进行代谢并干扰茶树次生代谢，可能对茶树产生药害并影响茶叶质量安全。目前对于草甘膦在茶树体内的代谢及其对茶树次生代谢的影响研究未见报道。因此本项目拟开展以下几方面的研究：利用高分辨质谱和多级质谱对草甘膦在茶树体内的代谢物进行鉴定，揭示其在茶树体内的代谢途径及代谢规律；利用自建茶树中有机物质谱数据库对由草甘膦引起的茶树次生代谢产物的变化进行分析，初步评估草甘膦对茶树生长和茶叶品质的影响；确证与茶树草甘膦药害紧密相关的茶树次生代谢产物，并作为生物标志物用于茶树上发生草甘膦药害的预警。本项目研究成果可以为草甘膦对茶树生长和代谢的影响研究以及茶园中草甘膦的科学合理施用提供理论依据。

草甘膦是茶园及其它农业生产中使用最广的除草剂。尽管茶树是草甘膦的非靶标作物，但是草甘膦作为非选择性内吸传导型除草剂，在杀灭杂草的同时，也会被茶树吸收，造成茶叶中草甘膦的残留，并影响茶树的生长。通过盆栽水培实验和茶园田间试验，将不同浓度的草甘膦施用于茶树茎叶或者根部，考察了草甘膦对茶树生长的影响，发现高浓度的草甘膦对茶树有药害作用，主要表现为叶片易脱落和发黄，而茶园土壤施用推荐剂量的草甘膦不会影响茶树的正常生长，不会造成茶叶中草甘膦残留的超标；利用液相色谱高分辨质谱联用和串联质谱分析技术，检测到草甘膦在茶树体内的主要代谢物为氨甲基磷酸。遮阴水培条件下茶叶中的草甘膦代谢很慢，1个月内只代谢掉30%，而在实际茶园中，成年茶树叶片中的草甘膦在7天内就能代谢掉90%；采用代谢组学方法研究了施用草甘膦的茶树叶片中的次生代谢产物的变化，发现莽草酸和脱氢莽草酸是茶树发生草甘膦药害的生物标志物，茶叶中莽草酸和脱氢莽草酸的含量与草甘膦的残留量和药害的发生高度正相关，与空白对照相比，药害组茶叶中的莽草酸和脱氢莽草酸的含量升高了20倍。草甘膦对茶叶中的氨基酸含量也具有显著的影响，其中苯丙氨酸和天冬氨酸随着草甘膦浓度和培养时间的增加分别升高和下降，而其它氨基酸呈波动变化，在药害发生时大部分氨基酸的含量升高。茶叶中其它几种重要的次生代谢物，包括茶氨酸、咖啡碱、儿茶素和黄酮糖苷等与草甘膦的使用没有规律性的关系。通过本项目的实施，揭示了草甘膦在茶树体内的残留代谢规律以及对茶树主要次生代谢产物的影响，筛查出茶树发生草甘膦药害的两种生物标志物。本研究为茶园中草甘膦的科学合理施用以及草甘膦药害的预警提供了理论依据。