外源赤霉酸及其降解产物在茶叶中的残留行为与安全性分析

Exogenous gibberellic acid has been widely used in Chinese tea gardens and its residue has become a potential safety risk for human. Toxicology has been revealed the neurotoxicity, carcinogenicity and teratogenicity of gibberellic acid. Our previous research suggested that exogenous gibberellic acid dissipated fast during tea plantation and its degradation mainly occurred at the step of drying during tea manufacturing; gibberellic acid has similar chemical structure with its degradation products. However, during tea manufacturing chain, the degradation mechanism and enantioselective dissipation of gibberellic acid is not clear. The occurrence and residue behavior have been unknown until now. The above mentioned problems resulted in two serious issues: abusage of gibberellic acid and absence of maximum residue level of gibberellic acid in tea. Therefore, in this project, the degradation products and dynamics of pyrolysis, photolysis and hydrolysis will be profiled based on modern mass spectrometry technique. The occurrence and residue behavior of degradation products, as well as enantioselective dissipation of gibberellic acid, will be investigated after tea trees planted in greenhouse or field are sprayed with gibberellic acid formulation. The safety level and danger threshold of gibberellic acid will be analyzed using risk assessment model. Finally, some key parameters of gibberellic acid used in tea gardens will be provided. This project is aimed to provide guidance of scientific theory for reasonable and regular application of exogenous gibberellic acid in tea gardens. The results will be useful for risk assessment of gibberellic acid in tea.

外源赤霉酸在我国茶园中长期广泛使用，成为我国茶叶质量安全隐患。赤霉酸具有神经毒性、致畸性和致癌性，对人体构成危害。我们前期研究表明，赤霉酸在茶树鲜叶中降解较快，在绿茶加工中的降解主要发生在干燥阶段；赤霉酸降解产物具有母体相似的化学结构。然而，赤霉酸在茶叶中降解作用机制和手性对映体消解行为尚不清晰，其降解产物发生机制和残留行为未见报道，导致我国茶园中无法实现外源赤霉酸安全使用和最大残留限量标准缺失的问题。基于此，本项目将利用现代质谱分析技术，解析赤霉酸热解、水解和光解产物及其降解动力学；采用模拟试验和田间试验，研究赤霉酸降解产物在茶叶种植、加工和冲泡过程中发生机制、残留行为与立体消解规律；利用风险评估模型，研究茶叶中赤霉酸及其降解产物对人体的安全水平和危害阈值，提出外源赤霉酸在茶叶中安全使用关键参数。该研究为茶园中科学、合理使用外源赤霉酸提供理论指导，为茶叶中赤霉酸残留风险评估提供基础数据。

赤霉酸（Gibberellic acid, GA3）是一种广谱性的植物生长调节剂，被广泛应用于我国茶园中茶树生长和发育的各个阶段。然而，GA3具有神经毒性、致畸性和致癌性，其残留问题对人体构成潜在危害。由于内源GA3在植物体内含量极低，以及由茶叶基质引起的基质效应等问题，茶叶中GA3的有效分析一直是茶叶质量安全的一大难题。又由于GA3在茶叶中降解作用机制尚不清晰，其降解产物发生机制和残留行为未见报道，导致我国茶园中无法实现外源GA3安全使用和最大残留限量标准缺失的问题。因此，迫切需要建立检测茶叶中GA3及其代谢产物的分析技术，评估外施GA3的安全性，保障茶叶质量安全。本研究建立了茶叶包括GA3在内的13种酸性植物激素的的高灵敏度分析方法，采用UPLC-Orbitrap MS 分析赤霉酸降解产物。通过高分辨质谱分析，得到赤霉酸5个降解产物（M273、M283-1、M283-2、iso-GA3和iso-GA3’；创新性的应用药物强降解的理念结合高分辨质谱Q-Exactive Orbitrap MS研究GA3降解行为，利用光化学反应仪与电热恒温培养箱下开展GA3的光解与水解实验，研究了GA3在不同因素（如光、pH、温度等）下的降解产物及其降解机理，发现并解析了GA3在强降解条件下产生的5种典型的降解产物；开展田间试验，探究外源GA3在茶叶生产过程中的代谢行为，首次发现了茶叶中GA3会转化为iso-GA3，揭示了GA3及其降解产物iso-GA3在茶叶种植、加工与冲泡过程中迁移转化规律；评估了茶叶中GA3的安全性，提出了茶叶中GA3最大残留限量内容与推荐值。