影响紫芽茶花青素含量的因素及其在茶树优质高产上的应用

詹少芸 曹藩荣

(华南农业大学园艺学院 广东广州 510000)

陆羽《茶经. ——之源》记载：“阳崖阴林：紫者上，绿者次”[1]。其中，“紫者”即紫芽茶。唐代蒸青绿茶加工过程中，陆羽称颂紫芽茶为最佳茶叶加工原料，可能有以下两方面原因。一方面，唐代蒸青绿茶加工形成的紫芽含膏汁较多，添加盐、姜等调味料可辅助消除苦味，泡制成的浓厚茶汤可能比较符合那个时代人们偏重的口味。另一方面，“紫者上”也很可能与紫色芽叶富含花青素，营养价值较高有关。

很多研究表明红紫色芽叶茶，花青素含量相对一般茶叶较高。红紫芽品系的花青素含量是常规绿芽品种云大淡绿的3.6～7.5倍[2]；紫娟茶树品种含量约为一般红紫芽茶的3倍[3]。花青素作为一种强自由基清除剂，具有抗氧化、降血压、降血脂、抗癌、治疗心脑血管疾病、保护肝脏、抑制肿瘤细胞发生等特殊保健功能[4]。红紫色芽叶茶的花青素具有很强的生物活性，未来可广泛应用于食品、饮料、医药、化工和纺织等行业。

目前，拟南芥、矮牵牛等许多模式植物的花青素合成途径已较为清楚，为研究其他植物花青素合成代谢途径提供参考。红紫芽茶花青素的研究涉及很多方面，如高花青素红紫芽茶品种的选育[5]；花色苷组分的分离纯化鉴定[6]；花青素保健功效[7]；高花青素茶产品开发[8]；花青素合成、积累、转运调控机制[9]。

花青素合成、积累的相关研究表明，影响红紫芽茶花青素合成与积累主要有遗传因子和环境因子两方面因素，环境因子可以直接调控红紫芽茶花青素合成的相关基因的表达，影响红紫芽茶花青素的含量。芽叶是茶树生产过程中主要的原材料,芽叶的产量、品质对茶树栽培高产优质至关重要。本文通过当前研究现状，对红紫芽茶花青素合成的影响因素进行综述，并结合遗传和环境因素对红紫芽茶花青素合成的影响规律和红紫芽茶树的生长特性，并结合红紫芽茶树的生长特性，探索这些影响因素在红紫芽茶高产优质栽培上的应用。

1 影响红紫芽茶花青素合成与积累的遗传因素

紫芽茶花青素合成的基因包括结构基因和调控基因。结构基因编码花青素合成酶，决定红紫芽茶花青素的种类；参与调节花青素合成的调控基因，即转录因子，主要有R2R3- MYB、bHLH 和WD40 三类蛋白，它们通过MYB-bHLH 复合物或者 3 类转录因子相互作用形成MYB-bHLH-WD40复合物，结合多种结构基因，对结构基因有正调控或负调控作用，从而影响紫芽茶合成的花青素的含量。

红紫芽茶花青素合成相关基因的研究，从分子水平了解红紫芽茶花青素合成的调控机理。目前，PAL、C4H、CHS、CHI、F3H、DFR、LAR、ANS、ANR等很多红紫芽茶花青素合成的结构基因已被分离出来，如CsF3GalT[10]基因参与花青素合成的功能已研究证明；但红紫芽茶花青素合成、积累、转运的调控基因的研究相对欠缺，目前只有少数转录因子，如MYB转录因子CsAN1[11]、CsMYB75[12]已被发现并进行功能鉴定。红紫芽茶花青素合成的转录因子对相关结构基因的调控机理仍待进一步研究。

2 影响红紫芽茶花青素合成与积累的环境因素

不同品种的紫芽茶叶片在不同发育阶段，环境因子通过调控结构基因和调控基因，使基因表达水平不同，导致花青素的合成强度和稳定性存在一定差异，形成的红紫芽茶芽叶品质也各不相同。影响红紫芽茶芽叶花青素含量的因素很多，主要包括光照、温度、碳氮素元素等。

2.1 光照的影响

茶树喜光怕晒，光照是影响红紫芽茶花青素含量的重要环境因素。不同的光强、光质、光照时间对芽叶花青素合成的影响不同。

研究表明，茶树经过遮荫处理后，有些可能参与花青素积累和转运的基因，如大部分CsGSTU亚家族中基因表达水平有一定程度下降，说明光照强度下降可能会影响茶叶花青素的积累[13]。李智[14]研究发现，光强减弱，会使茶树芽叶花青素合成结构基因的表达下调，而强光可以同时诱导多个结构基因表达上调，且相关基因表达间具有协同效应，共同调节花青素的合成。

花青素合成的结构基因和调控基因受光调控，光能激活了花青素合成的某些重要过程。在不同光质条件下，MYB和bHLH家族的某些转录因子对花青素合成的结构基因有重要调控作用。EleonoraCominelli[15]等人，在研究不同光质对拟南芥花青素合成调控基因的影响，发现相比于CHS, DFR, F3H, LDOX等结构基因，调控基因MYB PAP1和PAP2有很强的光感应，尤其是在花青素生物合成光诱导中起重要作用的调控基因MYB PAP1。同时，另一类调控基因bHLH家族，其基因表达均先于相关结构基因，对这些结构基因可能有重要的光调控作用。另外，也有研究表明[14]，不同光质对花青素合成基因的调控不同。紫外光是影响花青素合成重要光质，能正调控很多花青素合成的关键结构基因，而蓝紫光和红光只能调控个别关键基因。

光照时间长短也影响红紫芽茶花青素合成，长光照能明显提高CsAN1基因表达量，促使转录因子MBW复合物相关基因表达，促进红紫芽茶花青素合成[11]。

红紫芽茶树花青素合成对不同光照条件的反应，很可能也是茶树对光照一种抗逆性的表现。相比于普通茶树芽叶，花青素含量高的红紫芽芽叶在高光强胁迫时，能保护芽叶表皮细胞，减轻芽叶受光氧化损伤。

2.2 温度的影响

茶树喜温怕寒，温度通过影响花青合成相关的酶活性，从而影响芽叶花青素的含量。在茶树中，低温可促使茶叶花青素相关基因的表达，增加花青素含量，而高温会使花青素合成酶的基因表达下调，抑制花青素的合成[16]。低温促使花青素合成增加，增加茶树的抗寒性。但是花青合成相关的酶对温度很敏感，温度过高或过低，都会抑制红紫芽茶芽叶花青素的合成，且不利于花青素的稳定性，一定程度影响红紫芽茶芽叶花青素的积累。

2.3 碳氮元素的影响

根据茶树的年生育规律，成年茶树每年需要经过多次修剪和采摘；红紫芽茶树的主要经济器官是芽叶。新梢萌发和生长对肥料的需求较大。茶树的碳氮代谢平衡，影响茶叶品质相关的茶氨酸、茶多酚、咖啡碱等重要次生代谢产物的合成。

氮肥是茶树营养生长的重要肥料，对茶叶合成花青素具有重要作用。在红紫芽茶生长过程中，氮肥不仅仅作为基本的营养物质，还可以作为一种信号调节茶树花青素的合成。研究表明，适度缺氮处理后，茶叶花青素合成酶的基因上调，而花青素还原酶的基因表达下调，茶树芽叶花青素积累量增加[14]。低氮条件，既可促使紫娟氮素从成熟叶转移至新梢，成熟叶更有利于花青素合成。而增加氮含量，能降低紫芽茶芽叶花青素合成基因的表达[17]。

碳素在维持红紫芽茶树正常代谢调控中发挥重要作用。目前研究发现，影响红紫芽茶花青素合成的碳水化合物主要是糖类物质。糖类物质作为信号分子，可以促进红紫芽茶花青素的积累。紫娟许多糖类物质在新梢中显著增加，这也可能是紫娟新梢相比于成熟叶，花青素含量较高的原因[17]。在拟南芥中，蔗糖可能比其他糖类更能特异性地调控花青素合成相关基因，体外研究蔗糖对茶叶品质的影响时发现，总茶叶花青素的含量随蔗糖施用量增加而增加[18]。

3 展望

紫芽茶品种有两种类型[9],一种受遗传因素影响新梢常年保持红紫色；另一种是在受光照、温度环境因素影响芽叶变紫色,在不同栽培环境中,叶色变化差异较大。红紫芽茶优质高产生产，既要选育高产、高花青素的红紫芽茶品种，在遗传因素方面保证红紫芽茶芽叶产量和质量，也要根据环境因素对芽叶花青素合成的影响规律，有针对性地进行红紫芽茶树高产优质栽培。

目前，植物中已被发现的花青素种类有20多种，紫芽茶树的花青素种类主要有天竺葵、矢车菊、飞燕草色素和它们的糖苷。如，在紫娟品种中检测到的花青素组分有七种，花青素的积累主要来源于飞燕草-3-O-(6-香豆酰)-半乳糖苷、矢车菊素-3-O-(6-香豆酰)-半乳糖苷、矢车菊素-3-O-半乳糖苷[19]。红紫芽茶品种有很多，不同品种在不同发育阶段，影响花青素和合成与积累的组分不同。而且，相比于红紫芽茶花青素基因表达的时间，红紫芽茶花青素积累的时间具有一定滞后性，研究表明，紫娟茶树叶片发育过程中，可能存在着花青素的合成基因的表达先于花青素苷的合成[19]。研究红紫芽茶花青素合成相关基因的表达与调控规律，并结合不同红紫芽茶品种芽叶花青素的特性，有助于红紫芽茶树的分子育种。

光照、温度、肥料等外界因素对调控花青素合成的相关基因，对红紫芽茶芽叶花青素合成、转移、积累影响比较大。红紫芽茶高产优质栽培过程中，结合茶树喜光怕晒特点和高花青素对茶树芽叶的光保护作用，适当增加光照强度，延迟光照时间，可以提高芽叶花青素积累量，增加光合作用积累，促进茶叶品质。同时，不同红紫芽茶品种花青素的组分不同，不同花青素种类对不同光质吸收特点也不一样，茶园设施栽培中，可根据所栽种的红紫芽茶树品种配制合适光质进行补光。此外，碳氮代谢平衡会影响花青素合成，红紫芽茶不同发育时期的需肥特性不同，在芽叶花青素合成旺盛时期可适当低氮栽培，并结合糖信号分子，调控茶树碳氮代谢平衡。