影響紫芽茶花青素含量的因素及其在茶樹優質高產上的應用

詹少蕓 曹藩榮

(華南農業大學園藝學院 廣東廣州 510000)

陸羽《茶經. ——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、醫藥、化工和紡織等行業。

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]；高花青素茶產品開發[8]；花青素合成、積累、轉運調控機制[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境因子兩方面因素，環境因子可以直接調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。芽葉是茶樹生產過程中主要的原材料,芽葉的產量、品質對茶樹栽培高產優質至關重要。本文通過當前研究現狀，對紅紫芽茶花青素合成的影響因素進行綜述，并結合遺傳和環境因素對紅紫芽茶花青素合成的影響規律和紅紫芽茶樹的生長特性，并結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優質栽培上的應用。

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構基因和調控基因。結構基因編碼花青素合成酶，決定紅紫芽茶花青素的種類；參與調節花青素合成的調控基因，即轉錄因子，主要有R2R3- MYB、bHLH 和WD40 三類蛋白，它們通過MYB-bHLH 復合物或者 3 類轉錄因子相互作用形成MYB-bHLH-WD40復合物，結合多種結構基因，對結構基因有正調控或負調控作用，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構基因已被分離出來，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、轉運的調控基因的研究相對欠缺，目前只有少數轉錄因子，如MYB轉錄因子CsAN1[11]、CsMYB75[12]已被發現并進行功能鑒定。紅紫芽茶花青素合成的轉錄因子對相關結構基因的調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境因素

不同品種的紫芽茶葉片在不同發育階段，環境因子通過調控結構基因和調控基因，使基因表達水平不同，導致花青素的合成強度和穩定性存在一定差異，形成的紅紫芽茶芽葉品質也各不相同。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境因素。不同的光強、光質、光照時間對芽葉花青素合成的影響不同。

研究表明，茶樹經過遮蔭處理后，有些可能參與花青素積累和轉運的基因，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]研究發現，光強減弱，會使茶樹芽葉花青素合成結構基因的表達下調，而強光可以同時誘導多個結構基因表達上調，且相關基因表達間具有協同效應，共同調節花青素的合成。

花青素合成的結構基因和調控基因受光調控，光能激活了花青素合成的某些重要過程。在不同光質條件下，MYB和bHLH家族的某些轉錄因子對花青素合成的結構基因有重要調控作用。EleonoraCominelli[15]等人，在研究不同光質對擬南芥花青素合成調控基因的影響，發現相比于CHS, DFR, F3H, LDOX等結構基因，調控基因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控基因MYB PAP1。同時，另一類調控基因bHLH家族，其基因表達均先于相關結構基因，對這些結構基因可能有重要的光調控作用。另外，也有研究表明[14]，不同光質對花青素合成基因的調控不同。紫外光是影響花青素合成重要光質，能正調控很多花青素合成的關鍵結構基因，而藍紫光和紅光只能調控個別關鍵基因。

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。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，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

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

氮肥是茶樹營養生長的重要肥料，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物質，還可以作為一種信號調節茶樹花青素的合成。研究表明，適度缺氮處理后，茶葉花青素合成酶的基因上調，而花青素還原酶的基因表達下調，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控中發揮重要作用。目前研究發現，影響紅紫芽茶花青素合成的碳水化合物主要是糖類物質。糖類物質作為信號分子，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控花青素合成相關基因，體外研究蔗糖對茶葉品質的影響時發現，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、溫度環境因素影響芽葉變紫色,在不同栽培環境中,葉色變化差異較大。紅紫芽茶優質高產生產，既要選育高產、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量和質量，也要根據環境因素對芽葉花青素合成的影響規律，有針對性地進行紅紫芽茶樹高產優質栽培。

目前，植物中已被發現的花青素種類有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控規律，并結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控花青素合成的相關基因，對紅紫芽茶芽葉花青素合成、轉移、積累影響比較大。紅紫芽茶高產優質栽培過程中，結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。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吸收特點也不一樣，茶園設施栽培中，可根據所栽種的紅紫芽茶樹品種配制合適光質進行補光。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低氮栽培，并結合糖信號分子，調控茶樹碳氮代謝平衡。