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行业领域

农、林、牧、渔业

需求背景

茶树的聚氟特性最早为植物学家Vicky B.所发现，茶树中氟素含量比一般植物高2个数量级，茶叶中氟含量比梧桐叶高2～3倍, 比桑叶高3～6倍, 比小白菜叶高5～8倍, 比大葱叶高13～20倍。日本学者发现，茶树也是山茶科植物中含氟最高的。茶树从茶芽到成熟老叶含氟量变化在5~2200mg/Kg。植物学家Chenery E. M.早就指出, 茶树也是一种典型的聚铝植物，其体内的铝平均含量在1500mg/Kg以上, 老叶中的铝含量可高达20000mg/Kg。而一般植物铝的含量都很低, 仅为***至几十mg/Kg, 最多也不过300mg/Kg左右。茶树体内聚积的铝要比同是在酸性土壤中生长的桑树、柑桔等植物几乎高10倍以上。成品茶叶中铝的含量为400~400mg/kg，平均值(***±***)mg/kg。 

茶树不同组织器官氟含量依次为: 叶片>嫩枝>须根> 4级分枝> 3级分枝>细根> 2级分枝> 1级分枝>主茎>中根>粗根>主根。茶树叶片中的氟占全株的90 %左右。茶叶中氟的含量与叶龄和树龄密切相关, 老叶>成叶>嫩叶, 夏秋茶>春茶;老龄树茶叶>幼龄树茶叶, 老叶比嫩叶氟含量高数十倍乃至数百倍。 茶树不同器官、部位、品种及生长环境的铝含量也不尽相同。通常，叶子>根>茎，落叶>成熟叶>根>枝条>幼叶。与茶叶氟的分布相似，同一器官铝含量则随器官发育成熟程度而增加,即老叶>成叶>嫩叶,春茶<夏茶<秋茶,幼龄茶树<老龄茶树。

茶叶中的氟、铝主要来源于土壤。茶树吸收氟、铝与土壤pH密切相关，茶树最适宜的生长环境为***～***的酸性土壤, 随着土壤pH值下降，茶叶氟、铝含量显著增加，并且铝对氟的吸收具有良好的促进作用,因而茶树同时具有富集氟铝的生物学特性。

茶园土壤中铝有交换态铝、单聚体羟基铝、酸溶态铝、有机络合态铝和腐植酸铝五种主要形态，腐植酸铝含量最高。茶园土壤中的氟有水溶态氟、交换态氟、铁锰结合态氟、有机束缚态氟和残余态氟五种主要形态，残余态氟占全氟比例最高，其余四种形态氟的含量较低。交换态铝和有机络态铝与土壤pH值呈显著负相关。随pH的降低，土壤酸化的加剧，促进了活性的交换态铝和有机络合态铝的溶出，使得土壤铝污染加重，另外两者与土壤有机质含量正相关，单聚体羟基铝则与pH值显著正相关。而土壤氟则是水溶态氟和交换态氟与土壤pH呈负相关。可见，土壤溶液酸性的加强，导致活性铝、氟的溶出增加，在酸性土壤条件下，活性Al与F极易形成少毒且相对稳定的铝氟配位物，从而在一定程度上减少土壤铝的毒害效应。

茶树中的氟和铝或者以氟铝络合物的形式迁移，或者氟、铝分别迁移，到叶片后再次结合并积累下来。叶片中氟优先和铝结合，剩余铝则和茶叶中多酚类、有机酸等结合。在嫩叶和老叶中都有30%的铝是和除氟外的其他物质结合的。老叶、嫩叶、落叶和茶果中Al/F比值基保持恒定(***~***)，说明氟和铝是以一种成分固定的化合物的形态存在并随叶片的生长而累积。然而，茶树体内如此高倍富集的氟和铝，其化学行为和化学配位形式如何、其真正的生理功能是什么？其是否参与茶树的物质代谢过程有特殊的内在关联，尤其与是以多酚类、茶氨酸、生物碱为特征的茶树次生代谢过程关联，这是国内外至今尚未探明的科学问题。

人类的各器官都含有一定量的氟。氟对骨骼和牙齿的亲和力很强, 其中90% 以上沉积在骨骼和牙齿中, 因此有人把骨骼称为人体的“氟库”。氟可以促进牙齿和骨骼的钙化, 参与、磷代谢, 有助于钙和磷形成氟化磷灰石从而增强骨骼的强度。氟参与牙釉质的形成, 在牙齿表面形成氟化磷灰石保护层, 提高牙齿的强度, 增强牙釉质的抗酸能力。然而，人体摄入过量的氟会产生氟斑牙、引发氟骨病；还会使磷酸酶活性受抑、肾上腺皮质功能低下、染色体畸变率增加, 引起甲状腺肿大、主动脉硬化等等。鉴于氟对人体有利也有弊，因此大部分国家对食品中氟的摄入量有所规定，如世界卫生组织推荐人体允许摄入量为2～4mg／天、儿童1～2mg/天，我国有关部门曾建议每人每天摄取氟的安全限量为*** mg。人体摄入过量的铝，会引起中毒，出现大脑损害、骨路的损伤及智力障碍等症状。有研究表明，人的衰老与体内铝蓄积量成正比关系;当铝积累量过高时会加速Ca、P的排泄，使人体代谢失调;铝的积累还具有神经毒性，可引发老年性痴呆症、阿尔茨海默症、帕金森症、透析脑病、骨软化和贫血症等。因而，世界卫生组织和联合国粮农组织已于1989年正式将铝确定为食品污染物加以控制，提出人体铝的暂定摄入量标准为7 mg/kg。 

需解决的主要技术难题

由于过量摄入氟、铝可能有害于人体健康，为此，从茶园到茶杯的茶叶生产环节中，如何通过物理、化学或生物调控技术，减少茶树氟铝富集及茶叶冲泡过程中氟铝的溶出，降低由饮茶带来的过量摄入茶源氟铝的安全风险，是茶叶科学领域值得探索的技术难题。

此外，茶叶冲泡体系中，溶出的茶源氟、铝的存在形态如何？它们进入人体后怎样代谢、消化、吸收？茶树高氟高铝与茶树次生物质代谢之间是否有内在关联？茶叶中丰富的多酚类物质是否有利于降低高氟、高铝对人体健康的危害？这些事关饮茶与健康的疑惑是需要探明的科学问题。

期望实现的主要技术目标

  这个科学问题和技术难题的解决，将明晰茶树氟铝富集与代谢的生理生化机制，明确茶叶高氟高铝的安全性，获得调控茶树或茶叶中氟铝水平的技术途径，确保茶叶质量安全。

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