贵州省茶叶稳定同位素特征与区域差异研究

摘 要：目的：通过稳定同位素分析，探索贵州不同茶叶产区的区域特征，为贵州地理标志茶叶的保护提供依据。方法：采用元素分析仪-稳定同位素比质谱仪对贵州省各大茶产区茶叶中碳、氮稳定同位素进行测定，并利用单因素方差分析法对贵州省各大茶产区的茶叶稳定同位素进行差异显著性分析，探讨其稳定同位素特征与区域差异。结果：各地区茶叶中碳稳定同位素分布于-27.02‰～-26.36‰，不具有显著差异（p＞0.05），受贵州地域环境因素影响较小；氮稳定同位素介于-0.07‰～4.12‰，具有显著差异（p＜0.05），其主要受施肥因素影响，可作为有机茶的判别依据。结论：本研究结果为贵州省茶叶产地特征挖掘提供了研究思路，为地理尺度较小的茶叶产地判别和地理标志产品保护提供了方法参考。

关键词：稳定同位素；贵州省茶叶；单因素方差分析；产地判别；原产地保护

Study on the Stable Isotope Characteristics of Tea in Guizhou Province and Regional Differences

RAO Shukai， WANG Yue， ZHOU Xiujuan， WU Huaxiu， QIU Henggen， WANG Jiapu*

（Guizhou Provincial Center for Testing Technology Research and Application， Guiyang 550014， China）

Abstract： Objective： Through stable isotope analysis， this study explores the regional characteristics of different tea production areas in Guizhou province， providing a basis for the protection of geographical indication tea products in Guizhou. Method： Carbon and nitrogen stable isotopes in tea from major tea production areas in Guizhou were measured using an elemental analyzer-stable isotope ratio mass spectrometer. One-way analysis of variance was used to analyze the significant differences in stable isotopes among these tea production areas， discussing their stable isotope characteristics and regional variations. Result： The carbon stable isotopes in tea from various regions ranged from -27.02‰ to -26.36‰， showing no significant difference （p＞0.05） and being less affected by local environmental factors in Guizhou. Nitrogen stable isotopes varied between -0.07‰ and 4.12‰， exhibiting significant differences （p＜0.05） and mainly influenced by fertilization practices， which can serve as a criterion for distinguishing organic tea. Conclusion： This study provides research ideas for exploring the characteristics of tea origins in Guizhou province and methodological references for the discrimination of tea production areas with smaller geographical scales and the protection of geographical indication products.

Keywords： stable isotope; Guizhou tea; single-factor variance analysis; origin identification; geographical indication protection

茶是我国重要的经济作物，同时也是我国重要的特色农产品。茶叶中富含茶多酚、单宁酸、氨基酸等多种抗氧化物质，具有预防老年痴呆以及提神醒脑等功效[1]。贵州地处于我国西南地区云贵高原东部，具有低纬度、高海拔、多云雾等得天独厚的气候特征，是全国最适宜种茶的区域之一，也是我国种茶、制茶和饮茶最早的地区之一。茶叶已逐渐成为贵州农业发展的支柱产业，其特色品牌有都匀毛尖、石阡苔茶、湄潭翠芽、贵定云雾茶和雷公山银球茶等。贵州生产环境对茶树光合作用与茶叶氨基酸、水浸出物等物质的积累等具有有利影响，使得黔茶具有鲜爽、耐泡等特点[2]。当前，茶叶已然成为贵州特色农业生产中继油菜籽、烤烟之后的第三大经济作物。2017年1月，“贵州绿茶”获批中国农业部地理标志保护农产品，成为全国首家以省级为单位进行保护的茶叶品牌[3]。然而，目前对于贵州茶叶的产地特征研究较少，市场中可能出现假冒地理标志产品，引发食品安全隐患并对茶叶的贸易公平和品牌价值产生不利影响。因此，需要研发一种有效的产地鉴别技术，以建立科学的茶叶产地追溯及判别手段。

稳定同位素技术可准确地区分出不同产地来源农产品中同位素的组成差异[4-5]。目前，稳定同位素的分析技术已在多种农产品和各种饮食的产地溯源和真假鉴别方面得到了广泛应用，如酸枣仁[6]、牛奶[7]、西瓜[8]、羊肉[9]等。研究表明，茶叶中稳定同位素存在一定的区域差异及特征。NI等[10]采用元素分析仪-稳定同位素比质谱仪（Elemental Analyzer-Isotope Ratio Mass Spectrometer，EA-IRMS）对浙江、山东和贵州等多个产地的扁形绿茶进行了测定分析，通过主成分分析和线性判别分析发现不同产区茶叶稳定同位素具有不同特征。刘洪林[5]采用EA-IRMS和气相色谱-燃烧-稳定同位素比质谱仪（Gas Chromatography-Combustion-Isotope Ratio Mass Spectrometer，GC-C-IRMS）对不同产地的重庆沱茶产品进行分析，证实不同产地的茶叶中稳定同位素具有显著差异（p＜0.05）。稳定同位素技术之所以可以用于产地溯源的追踪判别，是因为动植物体自身新陈代谢过程受到外界环境（气候、土壤、水源、地理位置等）的影响，产生了同位素分馏效应，不同生物体的稳定同位素含量会呈现贫化或富集现象，导致不同地区动植物体的稳定同位素自然丰度值存在差异，该差异可反映不同产地生物体的生长环境特征，能够作为内在地理标识[11-12]。

贵州茶叶作为我国特色农产品之一，目前对其同位素特征的研究较少。本研究拟通过对贵州省黔南茶产区、铜仁茶产区、遵义茶产区、黔东南茶产区等地区茶叶中稳定同位素进行分析，比较各地区茶叶中2种稳定同位素比值（δ13C、δ15N）的区域特征，讨论不同地区稳定同位素组成的差异性，为保护地区茶叶品牌价值提供理论依据，为建立茶叶原产地溯源技术提供科学的数据支撑。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

样品采自贵州省黔南、铜仁、遵义、黔东南4个主要茶产区，其中黔南6个批次、铜仁7个批次、遵义8个批次、黔东南6个批次。为了消除采样时间及品种的影响，采集时间选择在春季，采集0.5～1.0 kg鲜茶，主要采集绿茶叶芽。稳定同位素标准物质：USGS61（咖啡因，δ13C=-35.05‰，δ15N=-2.87‰），购于天津欧捷科技有限公司。

1.2 仪器与设备

Delta V Advantage稳定气体同位素比质谱仪（美国赛默飞世尔科技公司）；1000C高速粉碎机（永康市红太阳机电有限公司）。

1.3 方法

1.3.1 样品预处理

将采集的茶样用自来水冲洗干净后，再用实验室去离子水冲洗3遍，然后在80 ℃下杀青15 min，60 ℃下烘24 h。烘干后粉碎，过60目筛，装入样品袋保存。

1.3.2 碳、氮稳定同位素检测

称取3～6 μg样品置于8 mm×5 mm锡杯中，包样密封后放入元素分析仪固体进样盘。设置好仪器参数，将元素分析仪的燃烧炉温度梯度上升至980 ℃，利用USGS61标准样品校正二氧化碳与氮气标准气体的同位素比值，样品中的碳、氮元素在燃烧炉中还原为二氧化碳和氮气，在稳定同位素比质谱仪中根据标准气体同位素比值进行定量。仪器参数：元素分析仪燃烧炉温度为980 ℃，氦气吹扫流量为180 mL·min-1，辅助气流量为70 mL·min-1，氧气助燃气流量为250 mL·min-1，同位素比质谱仪检测时间为530 s，仪器长期标准偏差小于0.6‰。该测试数据均采用两点校正法进行校正，即δ13CV-PDB和δ15Nair均采用USGS61标准物进行校正。分析时每10个样品测定1次实验室标样，对标准气体进行校正。

1.3.3 稳定同位素比值计算

自然界中重同位素自然丰度相对极低，导致质谱仪获取的稳定同位素比值极小，很难用绝对丰度值表示，因此国际上通常使用稳定同位素的相对比值δ来表示。计算公式为

（1）

式中：δ为稳定同位素的相对比值，‰；R样品为所测样品中重同位素与轻同位素丰度比，即13C/12C，15N/14N；R标准为国际标准样品中重同位素与轻同位素丰度比，δ15N的相对标准为大气，δ13C以国际标准的V-PDB为基准。

1.3.4 数据分析

采用SPSS分析软件对数据进行正态检验，Shapiro-Wilk和方差齐性检验判断数据是否满足正态分布和方差齐性，满足条件后对不同地区样品的同位素比进行单因素方差分析，p＜0.05为差异显著。

2 结果与分析

2.1 贵州不同地区茶叶碳、氮稳定同位素比特征

通过对贵州黔南、遵义、黔东南和铜仁4个茶产区的碳、氮稳定同位素比进行显著性差异分析得出，不同产区绿茶中δ15N值表现出一定的区域差异性，δ13C值不具有区域差异性，因此δ15N可以作为有效的判别指标。从表1可以看出，不同地区绿茶样本δ13C的变化范围较小，在-27.02‰～-26.36‰，各地差异不显著（p＞0.05），意味着不同地区绿茶样本对于δ13C均表现出一致性。不同地区绿茶样本δ15N值变化范围较大，为-0.07‰～4.12‰，其中黔南地区最小（-0.07‰），黔东南地区最大（4.12‰），不同地区差异极显著（p＜0.01），意味着不同地区样本对于δ15N存在显著的差异性。

2.2 茶叶中δ13C不具有区域特征的原因分析

从上述分析可知，不同产地茶叶中δ13C变化范围较小，地域特征不明显。有研究表明，茶叶中δ13C具有C3植物的典型特征，C3植物δ13C的变化范围通常在-35‰～-22‰，同时受产地经纬度、海拔高度和气温等因素影响[13-14]。从地理环境的角度分析，本研究中各地采样点的经纬度变化不大。如表2所示，4个茶采样区经度在E106°37′12.0″～E109°10′47.9″，纬度在N25°58′48″～N27°46′48″。贵州省属于亚热带湿润季风气候，省内大部分地区年平均气温在14～16 ℃，年平均降水量保持在1 100～1 300 mm，年平均相对湿度在80%左右[3]。综上分析，气候差异和地理差异不明显，可能是导致δ13C变化范围较小的原因。