影響紫芽茶花青素含量的因素及其在茶樹優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)上的應用

詹少蕓 曹藩榮

(華南農(nóng)業(yè)大學園藝學院 廣東廣州 510000)

陸羽《茶經(jīng). ——之源》記載：“陽崖陰林：紫者上，綠者次”[1]。其中，“紫者”即紫芽茶。唐代蒸青綠茶加工過程中，陸羽稱頌紫芽茶為最佳茶葉加工原料，可能有以下兩方面原因。一方面，唐代蒸青綠茶加工形成的紫芽含膏汁較多，添加鹽、姜等調(diào)味料可輔助消除苦味，泡制成的濃厚茶湯可能比較符合那個時代人們偏重的口味。另一方面，“紫者上”也很可能與紫色芽葉富含花青素，營養(yǎng)價值較高有關。

很多研究表明紅紫色芽葉茶，花青素含量相對一般茶葉較高。紅紫芽品系的花青素含量是常規(guī)綠芽品種云大淡綠的3.6～7.5倍[2]；紫娟茶樹品種含量約為一般紅紫芽茶的3倍[3]。花青素作為一種強自由基清除劑，具有抗氧化、降血壓、降血脂、抗癌、治療心腦血管疾病、保護肝臟、抑制腫瘤細胞發(fā)生等特殊保健功能[4]。紅紫色芽葉茶的花青素具有很強的生物活性，未來可廣泛應用于食品、飲料、醫(yī)藥、化工和紡織等行業(yè)。

目前，擬南芥、矮牽牛等許多模式植物的花青素合成途徑已較為清楚，為研究其他植物花青素合成代謝途徑提供參考。紅紫芽茶花青素的研究涉及很多方面，如高花青素紅紫芽茶品種的選育[5]；花色苷組分的分離純化鑒定[6]；花青素保健功效[7]；高花青素茶產(chǎn)品開發(fā)[8]；花青素合成、積累、轉(zhuǎn)運調(diào)控機制[9]。

花青素合成、積累的相關研究表明，影響紅紫芽茶花青素合成與積累主要有遺傳因子和環(huán)境因子兩方面因素，環(huán)境因子可以直接調(diào)控紅紫芽茶花青素合成的相關基因的表達，影響紅紫芽茶花青素的含量。芽葉是茶樹生產(chǎn)過程中主要的原材料,芽葉的產(chǎn)量、品質(zhì)對茶樹栽培高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)至關重要。本文通過當前研究現(xiàn)狀，對紅紫芽茶花青素合成的影響因素進行綜述，并結(jié)合遺傳和環(huán)境因素對紅紫芽茶花青素合成的影響規(guī)律和紅紫芽茶樹的生長特性，并結(jié)合紅紫芽茶樹的生長特性，探索這些影響因素在紅紫芽茶高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)栽培上的應用。

1 影響紅紫芽茶花青素合成與積累的遺傳因素

紫芽茶花青素合成的基因包括結(jié)構(gòu)基因和調(diào)控基因。結(jié)構(gòu)基因編碼花青素合成酶，決定紅紫芽茶花青素的種類；參與調(diào)節(jié)花青素合成的調(diào)控基因，即轉(zhuǎn)錄因子，主要有R2R3- MYB、bHLH 和WD40 三類蛋白，它們通過MYB-bHLH 復合物或者 3 類轉(zhuǎn)錄因子相互作用形成MYB-bHLH-WD40復合物，結(jié)合多種結(jié)構(gòu)基因，對結(jié)構(gòu)基因有正調(diào)控或負調(diào)控作用，從而影響紫芽茶合成的花青素的含量。

紅紫芽茶花青素合成相關基因的研究，從分子水平了解紅紫芽茶花青素合成的調(diào)控機理。目前，PAL、C4H、CHS、CHI、F3H、DFR、LAR、ANS、ANR等很多紅紫芽茶花青素合成的結(jié)構(gòu)基因已被分離出來，如CsF3GalT[10]基因參與花青素合成的功能已研究證明；但紅紫芽茶花青素合成、積累、轉(zhuǎn)運的調(diào)控基因的研究相對欠缺，目前只有少數(shù)轉(zhuǎn)錄因子，如MYB轉(zhuǎn)錄因子CsAN1[11]、CsMYB75[12]已被發(fā)現(xiàn)并進行功能鑒定。紅紫芽茶花青素合成的轉(zhuǎn)錄因子對相關結(jié)構(gòu)基因的調(diào)控機理仍待進一步研究。

2 影響紅紫芽茶花青素合成與積累的環(huán)境因素

不同品種的紫芽茶葉片在不同發(fā)育階段，環(huán)境因子通過調(diào)控結(jié)構(gòu)基因和調(diào)控基因，使基因表達水平不同，導致花青素的合成強度和穩(wěn)定性存在一定差異，形成的紅紫芽茶芽葉品質(zhì)也各不相同。影響紅紫芽茶芽葉花青素含量的因素很多，主要包括光照、溫度、碳氮素元素等。

2.1 光照的影響

茶樹喜光怕曬，光照是影響紅紫芽茶花青素含量的重要環(huán)境因素。不同的光強、光質(zhì)、光照時間對芽葉花青素合成的影響不同。

研究表明，茶樹經(jīng)過遮蔭處理后，有些可能參與花青素積累和轉(zhuǎn)運的基因，如大部分CsGSTU亞家族中基因表達水平有一定程度下降，說明光照強度下降可能會影響茶葉花青素的積累[13]。李智[14]研究發(fā)現(xiàn)，光強減弱，會使茶樹芽葉花青素合成結(jié)構(gòu)基因的表達下調(diào)，而強光可以同時誘導多個結(jié)構(gòu)基因表達上調(diào)，且相關基因表達間具有協(xié)同效應，共同調(diào)節(jié)花青素的合成。

花青素合成的結(jié)構(gòu)基因和調(diào)控基因受光調(diào)控，光能激活了花青素合成的某些重要過程。在不同光質(zhì)條件下，MYB和bHLH家族的某些轉(zhuǎn)錄因子對花青素合成的結(jié)構(gòu)基因有重要調(diào)控作用。EleonoraCominelli[15]等人，在研究不同光質(zhì)對擬南芥花青素合成調(diào)控基因的影響，發(fā)現(xiàn)相比于CHS, DFR, F3H, LDOX等結(jié)構(gòu)基因，調(diào)控基因MYB PAP1和PAP2有很強的光感應，尤其是在花青素生物合成光誘導中起重要作用的調(diào)控基因MYB PAP1。同時，另一類調(diào)控基因bHLH家族，其基因表達均先于相關結(jié)構(gòu)基因，對這些結(jié)構(gòu)基因可能有重要的光調(diào)控作用。另外，也有研究表明[14]，不同光質(zhì)對花青素合成基因的調(diào)控不同。紫外光是影響花青素合成重要光質(zhì)，能正調(diào)控很多花青素合成的關鍵結(jié)構(gòu)基因，而藍紫光和紅光只能調(diào)控個別關鍵基因。

光照時間長短也影響紅紫芽茶花青素合成，長光照能明顯提高CsAN1基因表達量，促使轉(zhuǎn)錄因子MBW復合物相關基因表達，促進紅紫芽茶花青素合成[11]。

紅紫芽茶樹花青素合成對不同光照條件的反應，很可能也是茶樹對光照一種抗逆性的表現(xiàn)。相比于普通茶樹芽葉，花青素含量高的紅紫芽芽葉在高光強脅迫時，能保護芽葉表皮細胞，減輕芽葉受光氧化損傷。

2.2 溫度的影響

茶樹喜溫怕寒，溫度通過影響花青合成相關的酶活性，從而影響芽葉花青素的含量。在茶樹中，低溫可促使茶葉花青素相關基因的表達，增加花青素含量，而高溫會使花青素合成酶的基因表達下調(diào)，抑制花青素的合成[16]。低溫促使花青素合成增加，增加茶樹的抗寒性。但是花青合成相關的酶對溫度很敏感，溫度過高或過低，都會抑制紅紫芽茶芽葉花青素的合成，且不利于花青素的穩(wěn)定性，一定程度影響紅紫芽茶芽葉花青素的積累。

2.3 碳氮元素的影響

根據(jù)茶樹的年生育規(guī)律，成年茶樹每年需要經(jīng)過多次修剪和采摘；紅紫芽茶樹的主要經(jīng)濟器官是芽葉。新梢萌發(fā)和生長對肥料的需求較大。茶樹的碳氮代謝平衡，影響茶葉品質(zhì)相關的茶氨酸、茶多酚、咖啡堿等重要次生代謝產(chǎn)物的合成。

氮肥是茶樹營養(yǎng)生長的重要肥料，對茶葉合成花青素具有重要作用。在紅紫芽茶生長過程中，氮肥不僅僅作為基本的營養(yǎng)物質(zhì)，還可以作為一種信號調(diào)節(jié)茶樹花青素的合成。研究表明，適度缺氮處理后，茶葉花青素合成酶的基因上調(diào)，而花青素還原酶的基因表達下調(diào)，茶樹芽葉花青素積累量增加[14]。低氮條件，既可促使紫娟氮素從成熟葉轉(zhuǎn)移至新梢，成熟葉更有利于花青素合成。而增加氮含量，能降低紫芽茶芽葉花青素合成基因的表達[17]。

碳素在維持紅紫芽茶樹正常代謝調(diào)控中發(fā)揮重要作用。目前研究發(fā)現(xiàn)，影響紅紫芽茶花青素合成的碳水化合物主要是糖類物質(zhì)。糖類物質(zhì)作為信號分子，可以促進紅紫芽茶花青素的積累。紫娟許多糖類物質(zhì)在新梢中顯著增加，這也可能是紫娟新梢相比于成熟葉，花青素含量較高的原因[17]。在擬南芥中，蔗糖可能比其他糖類更能特異性地調(diào)控花青素合成相關基因，體外研究蔗糖對茶葉品質(zhì)的影響時發(fā)現(xiàn)，總茶葉花青素的含量隨蔗糖施用量增加而增加[18]。

3 展望

紫芽茶品種有兩種類型[9],一種受遺傳因素影響新梢常年保持紅紫色；另一種是在受光照、溫度環(huán)境因素影響芽葉變紫色,在不同栽培環(huán)境中,葉色變化差異較大。紅紫芽茶優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)生產(chǎn)，既要選育高產(chǎn)、高花青素的紅紫芽茶品種，在遺傳因素方面保證紅紫芽茶芽葉產(chǎn)量和質(zhì)量，也要根據(jù)環(huán)境因素對芽葉花青素合成的影響規(guī)律，有針對性地進行紅紫芽茶樹高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)栽培。

目前，植物中已被發(fā)現(xiàn)的花青素種類有20多種，紫芽茶樹的花青素種類主要有天竺葵、矢車菊、飛燕草色素和它們的糖苷。如，在紫娟品種中檢測到的花青素組分有七種，花青素的積累主要來源于飛燕草-3-O-(6-香豆酰)-半乳糖苷、矢車菊素-3-O-(6-香豆酰)-半乳糖苷、矢車菊素-3-O-半乳糖苷[19]。紅紫芽茶品種有很多，不同品種在不同發(fā)育階段，影響花青素和合成與積累的組分不同。而且，相比于紅紫芽茶花青素基因表達的時間，紅紫芽茶花青素積累的時間具有一定滯后性，研究表明，紫娟茶樹葉片發(fā)育過程中，可能存在著花青素的合成基因的表達先于花青素苷的合成[19]。研究紅紫芽茶花青素合成相關基因的表達與調(diào)控規(guī)律，并結(jié)合不同紅紫芽茶品種芽葉花青素的特性，有助于紅紫芽茶樹的分子育種。

光照、溫度、肥料等外界因素對調(diào)控花青素合成的相關基因，對紅紫芽茶芽葉花青素合成、轉(zhuǎn)移、積累影響比較大。紅紫芽茶高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)栽培過程中，結(jié)合茶樹喜光怕曬特點和高花青素對茶樹芽葉的光保護作用，適當增加光照強度，延遲光照時間，可以提高芽葉花青素積累量，增加光合作用積累，促進茶葉品質(zhì)。同時，不同紅紫芽茶品種花青素的組分不同，不同花青素種類對不同光質(zhì)吸收特點也不一樣，茶園設施栽培中，可根據(jù)所栽種的紅紫芽茶樹品種配制合適光質(zhì)進行補光。此外，碳氮代謝平衡會影響花青素合成，紅紫芽茶不同發(fā)育時期的需肥特性不同，在芽葉花青素合成旺盛時期可適當?shù)偷耘?，并結(jié)合糖信號分子，調(diào)控茶樹碳氮代謝平衡。