白化茶樹品種特異性狀理化本質(zhì)探討

王強(qiáng)兵，張麗群，孫道倫，高婧斐

1.夾江縣農(nóng)業(yè)局，614100；2.樂山市茶產(chǎn)業(yè)發(fā)展中心，614100

白化（Albino）是植物葉色突變體的常見類型之一，是一種由基因型、環(huán)境的異常變化、激素失調(diào)、葉綠素合成途徑相關(guān)基因突變等內(nèi)部基因和外部環(huán)境共同作用下形成的非正常顏色改變，廣泛存在于植物界中。目前研究人員在多數(shù)植物中發(fā)現(xiàn)了白化苗，如水稻（Oryza sativa）、小麥（Triticum aestivum）、擬南芥（Arabidopsis thaliana）等。大部分白化植物缺乏葉綠素，不能正常進(jìn)行光合作用，導(dǎo)致植株生長緩慢甚至死亡，通常被作為一種生理病害加以研究。隨著茶產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展和安吉白茶、黃金芽等特色茶資源的興起，新梢白化茶樹成為一種珍稀的種質(zhì)資源被廣泛關(guān)注。本文對白化茶樹的概念、分類、表型變化及白化形成機(jī)理研究現(xiàn)狀等方面進(jìn)行探討。

一、白化茶概述

白化茶（Albino tea），俗稱白茶或白葉茶，是指受遺傳因素或外界因素影響，導(dǎo)致體內(nèi)葉綠素合成不足而含量較少，芽葉呈白色、黃色或金白色變異的茶樹種質(zhì)資源[1]，不同于我國傳統(tǒng)茶類中按茶葉加工工藝分類的白茶。

茶樹白化現(xiàn)象早在一千多年前的唐朝就有記載?！恫杞?jīng)》“七之事”有云：《永嘉圖經(jīng)》“永嘉縣東三百里有白茶山”，宋徽宗趙佶《大觀茶論》（1107—1110）中記載，“白茶自為一種，與常茶不同，其條敷闡，其葉瑩薄。崖林之間，偶然生出，蓋非人力所可致。正焙之者不過四五家，生者不過一二株，所造止于二三胯而已。”并指出如加工得法，則“表里昭澈，如玉之在璞，他無與倫比?！彪S著茶樹資源的不斷開發(fā)和利用，在安徽、四川、湖南、浙江等地先后有發(fā)現(xiàn)茶樹葉片白化現(xiàn)象的報道，但都被視為一種生理病害，并沒有引起重視。隨著安吉白茶的興起，茶樹的白化現(xiàn)象才被廣泛關(guān)注。

二、白化茶資源及分類

安吉白茶，又稱白葉1號，是最早被開發(fā)和利用的白化茶樹品種。1980年8月在安吉縣天荒坪大溪村海拔800 m的高山上發(fā)現(xiàn)，1982年首次繁育成功第一代無性系白茶，1998年通過浙江省級茶樹品種認(rèn)定，正式改名為白葉1號。目前已有的白化茶樹品種有很多，如“白葉1號”“黃金芽”“中黃1號”“中黃2號“千年雪”“御金香”等。王開榮等[1]根據(jù)對寧波數(shù)十份白化茶資源及其后代的研究，對白化茶進(jìn)行了詳細(xì)的分類，如圖1。筆者認(rèn)為，可以通過白化成因和表型特征，將白化茶樹品種分為白色系——低溫敏感型、黃色系——光照敏感型、復(fù)色系——光溫不敏感型3類。

1.白色系——低溫敏感型

白色系白化茶新梢芽葉表現(xiàn)為純白色、金白色或乳黃色（最大白化程度時仍為白色），隨著生長環(huán)境溫度變化，芽葉顏色逐步轉(zhuǎn)為綠色。白色系——低溫敏感型白化茶的葉片白化只出現(xiàn)在相對低溫時新萌展的春梢，有著明顯的白化啟動—返綠的溫度閾值，并表現(xiàn)出階段性白化—返綠現(xiàn)象。這類茶樹在氣溫相對較低的春季，嫩芽出現(xiàn)不同程度的白化并維持一段時間后，伸展的芽葉出現(xiàn)返綠現(xiàn)象。

白葉1號是典型的低溫敏感型茶樹白化品種，在19℃恒溫條件下，能夠觀察到典型的白化—返綠過程，新生葉片經(jīng)過約2周白化期后開始出現(xiàn)返綠現(xiàn)象，30 d后明顯返綠，40 d后葉色已經(jīng)完全恢復(fù)到正常狀態(tài)；而當(dāng)芽萌發(fā)時的環(huán)境溫度達(dá)到23℃時，就觀察不到這種先白化再返綠的現(xiàn)象；白化突變表達(dá)的溫度閾值在20～22℃之間[2]。屬于低溫敏感型的白化茶還有千年雪、四明雪芽等品種，但不同品種茶芽白化表現(xiàn)差異較大。王開榮等[3]研究表明，在15℃恒溫條件下，千年雪新梢均出現(xiàn)白化，白化持續(xù)到駐芽后；而白葉1號春梢出現(xiàn)白化，夏秋梢無白化表現(xiàn)。自然條件下，當(dāng)露地溫度為15℃時，千年雪與白葉1號從萌動開始即白化；15～22℃時，白化在一二葉期啟動，千年雪白化啟動較白葉1號稍早；20～25℃時，千年雪仍有較穩(wěn)定的白化表現(xiàn)，白葉1號難有良好的白化表現(xiàn)。四明雪芽白化溫度上限為25℃，溫度低于15℃時，春夏秋均呈白化。雖然不同品種對溫度的敏感程度不同，但都具有遺傳穩(wěn)定性。

2.黃色系——光照敏感型

黃色系白化茶芽葉顏色表現(xiàn)為金黃、淡黃或淺黃，這類白化茶因其表現(xiàn)“黃葉茶”，通常也稱為黃化茶。黃色系——光照敏感型白化茶新梢的白化主要依賴于光照強(qiáng)度，與白葉1號、四明雪芽、千年雪等白化茶屬于不同變型。這種類型的白化茶白化—返綠決定于光照強(qiáng)度，隨光照強(qiáng)度增強(qiáng)白化明顯，而與溫度、土質(zhì)、肥培條件基本無關(guān)[4]。

圖1 白化茶樹資源分類圖

黃金芽白化啟動的光照閾值為1.1萬～1.5萬lx，適宜范圍為1.5萬～6.0萬lx；新梢的黃色可維持2～3個季節(jié)，春梢在秋季返綠，秋梢白化葉色能維持至第二年春茶開采；夏梢剛成熟時對白化葉進(jìn)行遮光處理，不同遮光材料的返綠速率表現(xiàn)為貼黑膠布＞白紙片＞玻璃，與遮光率呈正比[5]。虞富蓮[6]研究發(fā)現(xiàn)，中黃1號與中黃2號茶園中，只有可見光直射部分的芽葉呈現(xiàn)為黃色，僅有漫射光照射或生長在隱蔽處的芽葉呈綠色。王開榮等[4]研究表明，露地條件下的御金香，春季萌芽初期呈乳黃色，而后黃色加深，隨光照增強(qiáng)呈黃色，秋季起返綠；當(dāng)遮陽率達(dá)到30%（5月中旬前、9月上旬后）、50%（7—9月初）時，各期新梢在未成熟前表現(xiàn)淡黃色，成熟后呈現(xiàn)綠色。

3.復(fù)色系——光溫不敏感型

復(fù)色系或稱花色系——光溫不敏感型，這類資源的白化表現(xiàn)基本與光照、溫度等外界生態(tài)環(huán)境無關(guān)，屬于恒定性白化，主要是由綠色和白色、黃色等鑲嵌組成的復(fù)色葉。因其白化表現(xiàn)復(fù)雜，葉片由部分綠色和部分白化鑲嵌而成，也有全白葉、全綠葉或全白枝、全綠枝共存，在生產(chǎn)上推廣應(yīng)用較少。

三、白化茶的表型變化

1.葉綠體結(jié)構(gòu)破壞，葉綠素含量低

葉綠體膜結(jié)構(gòu)破壞，葉綠素含量降低是白化茶特異性最顯著的表現(xiàn)。葉綠素是茶樹進(jìn)行光合作用的重要物質(zhì)，其含量能反映茶樹的光合效率和生產(chǎn)能力，葉綠素含量越高，光合作用的能力就越強(qiáng)。韓楠[7]將黃金芽、御金香、金光等3個白化茶樹品種葉綠素含量與福鼎大白茶進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)白化茶葉綠素含量低于福鼎大白茶；白化茶白化階段葉綠素含量降低，復(fù)綠階段長出的葉片葉綠素含量高，而葉綠素組成沒有顯著差異。對葉綠體內(nèi)部放大觀察發(fā)現(xiàn)，白化茶在自然強(qiáng)光照射下，細(xì)胞內(nèi)葉綠體模糊不明顯，葉綠體多數(shù)呈現(xiàn)空腔，片層結(jié)構(gòu)紊亂；遮陰條件下，細(xì)胞內(nèi)葉綠體數(shù)量明顯增加，外形呈規(guī)則橢圓形，葉綠體膜結(jié)構(gòu)完整；遮陰處理后，葉綠素a、葉綠素b、葉綠素總量、β-胡蘿卜素顯著增加[2,8]。

2.氨基酸含量升高，多酚類含量降低

白化茶第二大特點是其新梢氨基酸（尤其是茶氨酸）含量較高，茶多酚含量較低。氨基酸是茶湯中重要的呈味物質(zhì)之一，其含量與綠茶品質(zhì)評分相關(guān)系數(shù)高達(dá)0.787～0.876[9]。黃色系——光敏感型白化茶樹品種春、夏、秋三季新梢的氨基酸含量均顯著高于常規(guī)對照品種福鼎大白茶，其中春季新梢中氨基酸含量最高，為福鼎大白茶的1.5～2.0倍，但茶多酚含量剛好相反[7,10]。白色系——低溫敏感型白化茶樹品種白葉1號在整個返白過程中，游離氨基酸總量隨白化程度的增加而增加，在復(fù)綠過程中又降低，茶多酚含量的變化趨勢與氨基酸相反[2]。茶多酚變化趨勢與氨基酸相反，使酚氨比下降，有利于提高綠茶鮮爽度，降低其苦澀味，是生產(chǎn)高檔優(yōu)質(zhì)綠茶的重要原料。

四、白化形成機(jī)理研究現(xiàn)狀

因不同種類白化茶白化成因不同，因此，其白化形成機(jī)理也不盡相同。

1.白色系——低溫敏感型

低溫是誘導(dǎo)白化產(chǎn)生的一個重要因素。低溫敏感型白化茶樹品種白葉1號進(jìn)入返白期后，葉肉細(xì)胞葉綠體內(nèi)基粒結(jié)構(gòu)不斷遭到破壞，膜系統(tǒng)逐步解體；同時，葉片中色素蛋白無法積累和穩(wěn)定存在又阻礙了葉綠體中類囊體膜的形成，最終導(dǎo)致葉綠體膜結(jié)構(gòu)的完全崩潰[2]。另一方面，葉綠素生物合成需要完整而正常的膜系統(tǒng)，葉綠體結(jié)構(gòu)的解體使葉綠素合成受阻，含量降低，表現(xiàn)為葉片的白化。相同情況在“小雪芽”中也有發(fā)生[8]，低溫使“小雪芽”葉片中1-脫氧-D-木酮糖-5-磷酸合成酶基因DXS1和DXS2，以及原葉綠素酸酯還原酶基因Por1和Por2表達(dá)受到抑制，導(dǎo)致葉片葉綠素和類胡蘿卜素含量缺乏；葉綠素和類胡蘿卜素的缺乏誘導(dǎo)抑制捕光葉綠素a/b結(jié)合蛋白基因Lhcb1-2和Lhcb7表達(dá)，導(dǎo)致葉片中色素蛋白無法積累，阻礙葉綠體中類囊體膜的形成，最終導(dǎo)致葉片白化。馬春雷等[11]采用RT-PCR和RACE技術(shù)克隆了茶樹葉綠素合成相關(guān)基因全長，并通過qRT-PCR技術(shù)檢測白化期及返綠期的基因差異表達(dá)，證明了葉綠素合成受阻導(dǎo)致的葉片色素類物質(zhì)含量降低或消失是葉片白化的直接原因。

李娜娜等[12]比較了綠葉茶樹品種福鼎大白茶和新梢白化茶樹品種“小雪芽”的轉(zhuǎn)錄組，根據(jù)二者差異表達(dá)基因GO和COG功能分析比較，推測這類白化茶樹可能是由蛋白質(zhì)翻譯后的修飾過程引起的。李勤[13]從白葉1號典型的3個發(fā)育階段篩選出不同時期變化較大的蛋白質(zhì)點，發(fā)現(xiàn)這些蛋白質(zhì)中存在大量的與代謝及蛋白質(zhì)加工相關(guān)的蛋白質(zhì)，從蛋白質(zhì)水平驗證了李娜娜的推測。

2.黃色系——光照敏感型

在強(qiáng)光下，植物中的類胡蘿卜素通過葉黃素循環(huán)，耗散光系統(tǒng)II（PSII）的過剩能量，從而保護(hù)葉綠素免受破壞。但是，當(dāng)類胡蘿卜素合成受阻，過量光能會使植物產(chǎn)生大量活性氧，引起膜結(jié)構(gòu)過氧化損傷，從而破壞膜系統(tǒng)，尤其是葉綠體中的類囊體膜系統(tǒng)[14]。自然條件下，白雞冠黃化最明顯的葉片中SOD（超氧化物歧化酶）、CAT（過氧化氫酶）等防御蛋白酶類含量低，隨著遮陰處理、光強(qiáng)降低，其含量呈顯著升高趨勢，與白色系——低溫敏感型茶樹白葉1號研究結(jié)果相似[15]。表明在強(qiáng)光脅迫下，黃色系——光敏感型新梢白化茶樹葉片中防御酶活性低，不能清除由過剩光能引起的活性氧，造成葉綠體和類囊體膜結(jié)構(gòu)氧化降解，使葉綠素生物合成受阻，從而表現(xiàn)為白化表型。

王開榮等[16]對黃色系——光照敏感型茶樹品種黃金芽進(jìn)行遮陰處理，發(fā)現(xiàn)與不遮陰對照相比，表達(dá)上調(diào)基因902個，表達(dá)下調(diào)基因490個；其中72個基因表達(dá)在遮陰條件下完全受抑制，214個基因的表達(dá)在無遮陰條件下受抑制。受強(qiáng)光照抑制的基因包括光誘導(dǎo)蛋白、糖結(jié)合蛋白、蔗糖和氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)因子、肽鏈內(nèi)切酶抑制蛋白、核糖體失活等基因，使黃金芽茶樹對強(qiáng)光環(huán)境的耐受力較弱，產(chǎn)生新梢白化。吳全金[17]研究發(fā)現(xiàn)，白雞冠葉片遮陰后發(fā)生大范圍的代謝活動，KEGG注釋到代謝途徑的Unigene多達(dá)3 674條，將近一半比例參與代謝。遮陰與對照茶樹差異表達(dá)基因分析發(fā)現(xiàn)，遮陰處理后的白雞冠下調(diào)差異表達(dá)基因遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于上調(diào)差異表達(dá)基因；差異基因GO功能注釋表明，遮陰處理葉色變綠后，下調(diào)差異表達(dá)基因富集在核糖體、質(zhì)體、葉綠體被膜、葉綠體發(fā)育相關(guān)以及葉綠素捕光蛋白相關(guān)的基因，上調(diào)差異表達(dá)基因富集在氧化還原過程、氧化還原酶活性；差異基因KEGG代謝通路富集分析表明，遮陰處理組顯著富集光合作用、葉綠素和卟啉代謝、類胡蘿卜素代謝、類黃酮合成途徑等和芽葉色澤白化相關(guān)的代謝通路。據(jù)此推測，強(qiáng)光照促進(jìn)茶樹葉片膜結(jié)構(gòu)的氧化水解，降低葉綠體含量，同時抑制色素合成，使葉色白化；遮陰后，氧化還原過程相關(guān)基因表達(dá)下調(diào)，而葉綠素、卟啉代謝、類胡蘿卜素、類黃酮合成途徑等代謝相關(guān)基因上調(diào)表達(dá)，加速了葉綠素、類黃酮類物質(zhì)的合成和積累，使葉片返綠，多酚類含量增加。葉綠素合成途徑中唯一需要光的反應(yīng)是NADPH-原葉綠素酸酯氧化還原酶POR催化原葉綠素酸酯轉(zhuǎn)變成葉綠素酸酯的過程[18]。