不同茶树品种叶片的花青素研究进展

许丽颖 ，刘斗南 ，刘 月

（1.牡丹江师范学院，黑龙江牡丹江 157011；2.东北林业大学，黑龙江哈尔滨 150040）

随着茶叶科技的发展及市场需求的变化，人们对茶叶的关注不仅限于口感上，对茶叶色、香、味、形等也做较高的要求。所以茶叶的色泽成为人们选择茶叶的关键因素。不同品种的茶树芽叶的颜色有绿色、黄色、红色和紫色等，茶叶之所以有很多颜色，主要是因为茶树叶片中含有多种色素，而不同的色素又有不同的呈色反映[1]。以往对茶树的生理研究表明，不同颜色茶树芽叶的形成与花青素的合成代谢及积累密切相关[2]。根据观察和研究表明，花青素在茶叶中普遍存在，不仅存在于红紫色茶叶中，也存在于部分绿色茶叶中[3]。

1 花青素的分类及功效

花青素是一种类黄酮物质，它是植物的次生代谢产物，对植物的生长发育至关重要。花色苷是花青素与糖以糖苷键结合而成的一类化合物，广泛存在于植物的果实、花、茎和叶中的液泡内,是植物体内的一种水溶性色素，其本身能够吸收500nm的光而呈现特定的颜色，同时使植物的花、叶、果皮呈现一些多彩的颜色。花青素因多彩的水果和花色而闻名，近年对植物叶片的花青素的研究也是热点话题之一。花青素作为一种强自由基清除剂，可以预防心脑血管方面的疾病，且具有抗氧化、抗衰老、抗突变和抗癌等多种保健功能。

花青素的基本结构单元是2-苯基苯并吡喃型阳离子，即花色基元。现已知的花青素有20多种，主要存在于植物中的有：天竺葵色素（Pelargonidin）、矢车菊色素或芙蓉花青素（Cyanidin）、翠雀素或飞燕草色素（Delphindin）、芍药色素（Peonidin）、牵牛花青素（Peltunidin）及锦葵色素（Malvidin）[4]。

2 花青素的合成途径及相关酶研究

一个多世纪以来，有关花青素的化学结构、合成、分布、提纯及稳定性方面，有很多学者已经进行了大量研究。研究表明，花青素的生物合成极为复杂[5]。花青素的生物合成途径在金鱼草、玉米与矮牵牛上已得到了大量的研究，通过细胞质和内质网膜上的一系列酶促反应而完成，然后被有效的运输到液泡中予以固定、积累与贮存，即花青素的液泡沉积与扣押。目前植物中花青素的生物合成途径已经基本明确。苯丙氨酸是花青素及其他类黄酮生物合成的直接前体,由苯丙氨酸到花青素经历3个阶段：第1阶段由苯丙氨酸到香豆酰CoA，这是许多次生代谢共有的，该步受苯丙氨酸解氨酶（PAL）基因活性调控。第2阶段由香豆酰CoA到二氢黄酮醇，是类黄酮代谢的关键反应，该阶段产生的黄烷酮和二氢黄酮醇在不同酶作用下，可转化为花青素和其他类黄酮物质。第3阶段是各种花青素的合成[6]。早在l960年，Neish就证实了PAL催化花青素的合成[7]，它是催化L-苯丙氨酸（L-Phe）经由非氧化脱氨反应，生成反式肉桂酸（t-CA）和氨的关键酶，是苯丙烷代谢的首步反应。由此进入苯丙烷代谢途径，可以生成香豆酸、阿魏酸、芥子酸等中间产物；这些化合物进一步转化为香豆素、绿原酸，也可以形成苯丙烷酸CoA酯，再进一步代谢转化为一系列苯丙素类化合物，如黄酮体、木质素、生物碱等。总之，t-CA是这类苯丙素的前体物质，在代谢途径上，近年已重新将这一莽草酸代谢途径更名为t-CA代谢途径，以限定生物合成途径上仅由t-CA而来的苯丙素类化合物。因而PAL是联系初级代谢和次级代谢的关键酶，它能将芳香化合物中的碳转向苯丙烷代谢物的合成。这类物质按功能分类为染料、UV-吸收色素或化学信号传递体[8]。在花青素合成的过程中，PAL为其合成次生代谢产物的途径中的关键酶。苯丙烷类产物反香豆酰辅酶A经过类黄酮途径可生成花青素、花青素苷等，这些都是植物花朵、果实和叶片颜色的重要组成部分，而且这些物质的合成都与PAL的活性密切相关[9]。

3 花青素合成的调控基因研究

花青素合成的分子调控目前分为三大类转录因子，分别为MYB转录因子、bHLH转录因子及WD40转录因子。这三类转录因子之间会相互作用形成复合体，然后通过调控的花青素结构基因的表达来调控花青素的积累量[10]。MBW复合物通过与花青素生物合成结构基因的启动子结合，从而达到激活相关结构基因表达的功能。bHLH转录因子（玉米R/B家族、矮牵牛AN1和JAF13蛋白）与R2R3-MYB蛋白（玉米C1、矮牵牛AN2）可激活矮牵牛和大多数其他双子叶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相互结合有两个作用：一是稳定蛋白质或通过两者之间的相互作用激活转录，二是增强在几个花青素生物合成基因中相对保守的顺式调控元件启动子的活性[12]。除了MYB和bHLH转录因子之外，WD40蛋白，如矮牵牛AN11，拟南芥TTG，玉米PAC1和紫苏WD蛋白都参与花青素生物合成复杂的调控机制[13]。

4 研究展望

植物体内花青素的生物合成，首先是由苯丙氨酸合成4-香豆酰CoA，该过程受苯丙氨酸裂解酶（PAL）基因活性调控。其次是由4-香豆酰CoA和丙二酰CoA到二氢黄酮醇，该阶段产生的黄烷酮和二氢黄酮醇在不同酶作用下，可转化为花青素和其他类黄酮物质。最后阶段是各种花青素的合成，至少有3个酶：二氢黄酮醇还原酶（DFR）、花青素合成酶（ANS）和类黄酮3-葡糖基转移酶（3GT）参与该过程。

由于各种花青素分子结构上的差异或酸碱度的不同，花青素就显出红色、紫色、蓝色等不同的颜色。当气温低或缺少磷营养时，有些植物的茎、叶就会变成紫红色，这是因为叶片里的碳水化合物转变成花青素的缘故；秋天的红叶也是叶片的花青素引起，茶叶之所以会形成不同的颜色主要与花青素含量不同有很大关系。花青素作为一种天然色素和抗氧化剂，具有一定的医疗和保健价值。在茶叶品种选育过程中，花青素含量高，茶叶色泽较好的品种可能是未来新品种培育的方向。尽管花青素的合成和基因研究已经提供了很多数据，但是针对不同品种茶叶叶色变异的关键基因还需进一步研究。因此，接下来还需要通过基因组学、蛋白组学和转录组学等技术，来寻找花青素合成的相关基因，为多彩叶色的茶树研究提供理论依据。