茶树耐氟生理和遗传机理研究

植物氟（F）富集过量会导致生理障碍和毒害，影响农林生产，并且通过食物链的转移和积累, 造成人、畜危害。茶树是典型的耐F和F富集植物，但存在明显的品种差异。本项目以F敏感植物水稻等为参照，研究F逆境条件下茶树不同品种细胞膜透性、细胞超微结构变化、光合作用及相关酶活力、F在茶叶不同细胞器的分布、抗性酶活力及其基因表达，结合有机F化合物生物合成关键酶fluorinase基因族表达情况分析，探讨茶树耐F机理和F代谢特点。其研究成果可以为低氟砖茶专用茶树品种选育和茶树栽培过程对茶树F累积的调控措施开发提供科学依据，为F敏感作物的抗F育种提供参考，而且对开发具有生理活性功能的稀有有机氟化合物的生物合成途径探索新的酶资源。

分析了49个茶树品种一芽五叶新梢，结果表明：品种间氟含量变异范围为140.28- 596.29 mg/kg，53%的品种氟含量低于300 mg/kg的砖茶最高限量要求。说明茶叶氟含量受到遗传因素控制，通过育种手段可以控制茶叶原料氟含量。. 氟在茶叶中40%以上分布在细胞壁，老叶细胞溶质也有高含量的氟。在F浓度为0 - 24 mg/L条件下培养茶苗3个月表明，适当浓度的氟（如8 mg/L）对茶树根系伸长和根系活力有积极促进作用，但高浓度氟（如24 mg/L）表现出一定的毒性，如根系活力降低、细胞膜透性增强和叶绿素含量降低等；但超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶（CAT）等抗氧化酶活力显著升高，有助于抑制氧化胁迫的进一步恶化。氟处理对茶树根系有机酸分泌没有显著作用，但F-和Al+++同时处理可以促进根系分泌苹果酸。茶树耐氟特性与氟在叶片中主要分布于细胞壁以及抗氧化酶活力强有关。. 以加氟盆栽（40mg/L, 每天100mL/盆）和无氟盆栽（水，每天100mL/盆）培养的茶树为材料进行RNA-seq转录组测序，发现111个基因表达上调，373个基因表达下调。进一步试验发现，unigene-57986（3’-磷酸腺苷硫酸还原酶）, unigene-45009（U-Box）, unigene-58028（钙运转ATP酶）, unigene-18927（LRR类受体蛋白激酶）和unigene-46336（糖转运蛋白）等基因的表达呈现氟浓度依赖关系，即随着氟浓度上升表达增强。而unigene-20285（热激蛋白）、unigene-1617（脱水应答元件结合蛋白）、unigene-37449（伤害应答蛋白）和unigene-62568（甾醇生物合成蛋白）基因表达则随着氟浓度提高而降低。克隆获得了热激蛋白、脱水应答元件结合蛋白、伤害应答蛋白和甾醇生物合成蛋白等4个基因cDNA序列。. 项目实施期间培养博士研究生毕业3人，硕士研究生毕业3人。发表论文5篇，其中SCI收录期刊2篇，中文核心刊物1篇，其他期刊2篇。参加国际会议并发表论文2篇。