不同茶樹品種葉片的花青素研究進(jìn)展

許麗穎 ，劉斗南 ，劉 月

（1.牡丹江師范學(xué)院，黑龍江牡丹江 157011；2.東北林業(yè)大學(xué)，黑龍江哈爾濱 150040）

隨著茶葉科技的發(fā)展及市場需求的變化，人們對茶葉的關(guān)注不僅限于口感上，對茶葉色、香、味、形等也做較高的要求。所以茶葉的色澤成為人們選擇茶葉的關(guān)鍵因素。不同品種的茶樹芽葉的顏色有綠色、黃色、紅色和紫色等，茶葉之所以有很多顏色，主要是因為茶樹葉片中含有多種色素，而不同的色素又有不同的呈色反映[1]。以往對茶樹的生理研究表明，不同顏色茶樹芽葉的形成與花青素的合成代謝及積累密切相關(guān)[2]。根據(jù)觀察和研究表明，花青素在茶葉中普遍存在，不僅存在于紅紫色茶葉中，也存在于部分綠色茶葉中[3]。

1 花青素的分類及功效

花青素是一種類黃酮物質(zhì)，它是植物的次生代謝產(chǎn)物，對植物的生長發(fā)育至關(guān)重要?；ㄉ帐腔ㄇ嗨嘏c糖以糖苷鍵結(jié)合而成的一類化合物，廣泛存在于植物的果實、花、莖和葉中的液泡內(nèi),是植物體內(nèi)的一種水溶性色素，其本身能夠吸收500nm的光而呈現(xiàn)特定的顏色，同時使植物的花、葉、果皮呈現(xiàn)一些多彩的顏色?；ㄇ嗨匾蚨嗖实乃突ㄉ劽陮χ参锶~片的花青素的研究也是熱點話題之一。花青素作為一種強(qiáng)自由基清除劑，可以預(yù)防心腦血管方面的疾病，且具有抗氧化、抗衰老、抗突變和抗癌等多種保健功能。

花青素的基本結(jié)構(gòu)單元是2-苯基苯并吡喃型陽離子，即花色基元?，F(xiàn)已知的花青素有20多種，主要存在于植物中的有：天竺葵色素（Pelargonidin）、矢車菊色素或芙蓉花青素（Cyanidin）、翠雀素或飛燕草色素（Delphindin）、芍藥色素（Peonidin）、牽?；ㄇ嗨兀≒eltunidin）及錦葵色素（Malvidin）[4]。

2 花青素的合成途徑及相關(guān)酶研究

一個多世紀(jì)以來，有關(guān)花青素的化學(xué)結(jié)構(gòu)、合成、分布、提純及穩(wěn)定性方面，有很多學(xué)者已經(jīng)進(jìn)行了大量研究。研究表明，花青素的生物合成極為復(fù)雜[5]。花青素的生物合成途徑在金魚草、玉米與矮牽牛上已得到了大量的研究，通過細(xì)胞質(zhì)和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的一系列酶促反應(yīng)而完成，然后被有效的運輸?shù)揭号葜杏枰怨潭ā⒎e累與貯存，即花青素的液泡沉積與扣押。目前植物中花青素的生物合成途徑已經(jīng)基本明確。苯丙氨酸是花青素及其他類黃酮生物合成的直接前體,由苯丙氨酸到花青素經(jīng)歷3個階段：第1階段由苯丙氨酸到香豆酰CoA，這是許多次生代謝共有的，該步受苯丙氨酸解氨酶（PAL）基因活性調(diào)控。第2階段由香豆酰CoA到二氫黃酮醇，是類黃酮代謝的關(guān)鍵反應(yīng)，該階段產(chǎn)生的黃烷酮和二氫黃酮醇在不同酶作用下，可轉(zhuǎn)化為花青素和其他類黃酮物質(zhì)。第3階段是各種花青素的合成[6]。早在l960年，Neish就證實了PAL催化花青素的合成[7]，它是催化L-苯丙氨酸（L-Phe）經(jīng)由非氧化脫氨反應(yīng)，生成反式肉桂酸（t-CA）和氨的關(guān)鍵酶，是苯丙烷代謝的首步反應(yīng)。由此進(jìn)入苯丙烷代謝途徑，可以生成香豆酸、阿魏酸、芥子酸等中間產(chǎn)物；這些化合物進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為香豆素、綠原酸，也可以形成苯丙烷酸CoA酯，再進(jìn)一步代謝轉(zhuǎn)化為一系列苯丙素類化合物，如黃酮體、木質(zhì)素、生物堿等。總之，t-CA是這類苯丙素的前體物質(zhì)，在代謝途徑上，近年已重新將這一莽草酸代謝途徑更名為t-CA代謝途徑，以限定生物合成途徑上僅由t-CA而來的苯丙素類化合物。因而PAL是聯(lián)系初級代謝和次級代謝的關(guān)鍵酶，它能將芳香化合物中的碳轉(zhuǎn)向苯丙烷代謝物的合成。這類物質(zhì)按功能分類為染料、UV-吸收色素或化學(xué)信號傳遞體[8]。在花青素合成的過程中，PAL為其合成次生代謝產(chǎn)物的途徑中的關(guān)鍵酶。苯丙烷類產(chǎn)物反香豆酰輔酶A經(jīng)過類黃酮途徑可生成花青素、花青素苷等，這些都是植物花朵、果實和葉片顏色的重要組成部分，而且這些物質(zhì)的合成都與PAL的活性密切相關(guān)[9]。

3 花青素合成的調(diào)控基因研究

花青素合成的分子調(diào)控目前分為三大類轉(zhuǎn)錄因子，分別為MYB轉(zhuǎn)錄因子、bHLH轉(zhuǎn)錄因子及WD40轉(zhuǎn)錄因子。這三類轉(zhuǎn)錄因子之間會相互作用形成復(fù)合體，然后通過調(diào)控的花青素結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)來調(diào)控花青素的積累量[10]。MBW復(fù)合物通過與花青素生物合成結(jié)構(gòu)基因的啟動子結(jié)合，從而達(dá)到激活相關(guān)結(jié)構(gòu)基因表達(dá)的功能。bHLH轉(zhuǎn)錄因子（玉米R/B家族、矮牽牛AN1和JAF13蛋白）與R2R3-MYB蛋白（玉米C1、矮牽牛AN2）可激活矮牽牛和大多數(shù)其他雙子葉植物中部分花青素生物合成基因[11]。研究表明，在玉米中bHLH和R2R3-MYB相互結(jié)合有兩個作用：一是穩(wěn)定蛋白質(zhì)或通過兩者之間的相互作用激活轉(zhuǎn)錄，二是增強(qiáng)在幾個花青素生物合成基因中相對保守的順式調(diào)控元件啟動子的活性[12]。除了MYB和bHLH轉(zhuǎn)錄因子之外，WD40蛋白，如矮牽牛AN11，擬南芥TTG，玉米PAC1和紫蘇WD蛋白都參與花青素生物合成復(fù)雜的調(diào)控機(jī)制[13]。

4 研究展望

植物體內(nèi)花青素的生物合成，首先是由苯丙氨酸合成4-香豆酰CoA，該過程受苯丙氨酸裂解酶（PAL）基因活性調(diào)控。其次是由4-香豆酰CoA和丙二酰CoA到二氫黃酮醇，該階段產(chǎn)生的黃烷酮和二氫黃酮醇在不同酶作用下，可轉(zhuǎn)化為花青素和其他類黃酮物質(zhì)。最后階段是各種花青素的合成，至少有3個酶：二氫黃酮醇還原酶（DFR）、花青素合成酶（ANS）和類黃酮3-葡糖基轉(zhuǎn)移酶（3GT）參與該過程。

由于各種花青素分子結(jié)構(gòu)上的差異或酸堿度的不同，花青素就顯出紅色、紫色、藍(lán)色等不同的顏色。當(dāng)氣溫低或缺少磷營養(yǎng)時，有些植物的莖、葉就會變成紫紅色，這是因為葉片里的碳水化合物轉(zhuǎn)變成花青素的緣故；秋天的紅葉也是葉片的花青素引起，茶葉之所以會形成不同的顏色主要與花青素含量不同有很大關(guān)系。花青素作為一種天然色素和抗氧化劑，具有一定的醫(yī)療和保健價值。在茶葉品種選育過程中，花青素含量高，茶葉色澤較好的品種可能是未來新品種培育的方向。盡管花青素的合成和基因研究已經(jīng)提供了很多數(shù)據(jù)，但是針對不同品種茶葉葉色變異的關(guān)鍵基因還需進(jìn)一步研究。因此，接下來還需要通過基因組學(xué)、蛋白組學(xué)和轉(zhuǎn)錄組學(xué)等技術(shù)，來尋找花青素合成的相關(guān)基因，為多彩葉色的茶樹研究提供理論依據(jù)。