植物激素对于茶叶品质影响的研究进展

邢家宝 曹藩荣

（华南农业大学园艺学院，广东广州，510642）

1 什么是植物激素

植物激素研究已成为当今国际植物科学的前沿和热门领域，研究其作用机理是人们了解神秘植物生命现象的重要途径，为园艺作物遗传改良和育种提供了重要理论基础。而新植物激素的发现及大量植物生长调节物质的人工合成在园艺学上得到广泛应用，提高了园艺作物产量与品质。根据目前研究结果，植物激素可分为九大类，分别为生长素（Auxin，IAA）、细胞分裂素（Cytokinins，CK）、赤霉素（Gibberellins，GA）、脱落酸（Abscisic Acid，ABA）、乙烯（Ethylene，ETH）、茉莉酸（Jasmonic Acid，JA）、水杨酸（Salicylic Acid，SA）、油菜素甾醇（Brassinosteroids，BR）、独角金内酯（Strigolactones，SL）[1]。

2 植物激素对茶树的调控作用

植物激素具有微量高效的特点，对于茶树生长发育具有调控作用。生长素IAA能调节细胞分裂分化、维管组织分化、器官分化、极性建成以及茶树对于外部环境的反应，同时参与植株胚胎发育和形成、根系形成、叶发育、花序分枝、花发育以及结实整个生长过程的调控。细胞分裂素CK参与调控植物生长发育中几乎所有的过程，包括雌配子发育、胚胎发育、种子发育与萌发、根分生组织发育、根维管束发育、茎端分生组织发育、光形态建成、叶片发育与衰老、花分生组织发育等。赤霉素GA作为植物生长调节剂，已被广泛运用于农业生产中，在促进种子萌发、茎秆伸长、果实发育以及提高植物耐逆性等方面发挥着重要作用。脱落酸ABA的作用贯穿于从种子萌发到生殖发育植物生命周期的多种生理过程，包括种子休眠的建立、种子萌发、根发育、非生物胁迫反应、抵御病原菌侵害以及诱导气孔关闭等。乙烯ETH可促进种子萌发、抑制植物根的伸长、促进植物根毛的发生、暗中抑制植物下胚轴的伸长和促进顶钩过度弯曲、光下促进植物下胚轴的伸长、解除植物的光氧化胁迫、参与各种胁迫反应、促进棉花纤维伸长、影响花的发育、促进花和叶片的衰老脱落以及促进果实的成熟等。茉莉酸JA可调控雄蕊发育、花瓣生长、根伸长、侧根形成、表皮毛起始，调节花色苷的合成等次级代谢，促进叶片衰老；介导植物对昆虫和病原菌的抗性反应；调控植物对干旱、高温、臭氧和紫外线辐射等逆境胁迫的应答反应。水杨酸SA调控种子萌发、细胞生长、呼吸作用、气孔关闭、逆境响应、固氮作用、衰老相关基因表达以及结实率等诸多方面。油菜素甾醇BR能促进细胞伸长、影响细胞的分裂和分化、促进生殖器官的发生和发育、调控形态建成（特别是光形态建成）、提高对逆境胁迫的抵抗、增加生物产量，以及与其他信号相互作用共同调控生长发育过程等。独脚金内酯SL具有刺激寄生植物种子萌发、促进丛枝菌根真菌菌丝产生分枝，调控植物分枝、株高、下中胚轴伸长、叶片形状、花青素积累、根系形态等诸多作用。以上植物激素对于植物生长发育的影响作用，是宏观可观测的。但微观角度上，植物激素可能通过提高相关合成酶基因的转录水平，进而生成某类物质来影响植物生长发育途径，具体的作用机制还需要更深入的研究。

3 植物激素对于茶叶品质的影响

3.1 植物激素合成路径与茶叶品质之间的关系

在探究植物激素如何影响茶叶品质的研究中，熟知植物激素合成通路至关重要。植物激素合成过程中是否生成与茶叶品质相关的物质，或者与茶叶品质相关的物质是否参与了激素的合成，必须对植物激素合成途径了解，才能清楚植物激素与茶叶品质相关成分物质两者之间是否存在着直接关联（促进作用、拮抗作用）。

茉莉酸JA不仅在茶树生长发育和茶树对虫食啃咬生物胁迫的防御反应中发挥重要作用，还参与脂肪酸过氧化及降解香气形成途径[2,3,4]。其衍生物茉莉酸甲酯MeJA是似兰花香的挥发性物质，也是乌龙茶花香品质的主要来源成分，对于生产过程中茶叶风味的形成有重要影响[5]。JA的合成是由于细胞的破损。脂肪酸在脂肪酸去饱和酶FAD的催化作用下生成亚麻酸LnA、亚油酸LA等不饱和脂肪酸，亚麻酸和亚油酸这两者则是茶叶脂肪酸过氧化及降解香气形成途径的重要前体物质。在茶等众多高等园艺植物中，JA是由亚麻酸LnA通过十八烷酸途径合成的。叶绿体脂质受损后会释放游离亚麻酸，游离的亚麻酸和亚油酸经LOX酶催化生成9-氢过氧化物9-HPO和13-氢过氧化物13-HPO。而后13-HPO在丙二烯氧化物合酶AOS和丙二烯氧化物环化酶AOC催化作用下形成12-氧植物二烯酸OPDA，OPDA经过OPDA还原酶OPR和三步β-氧化循环反应生成茉莉酸JA，再经过甲酯化可生成茉莉酸甲酯MeJA[6]。

脱落酸ABA不仅在茶树生长阶段通过增强抗性蛋白的表达、蛋白质运输和碳代谢来提高耐旱性，而且它的生成与萜类香气合成和类胡萝卜素氧化降解这两种香气形成途径有关。ABA是由C40类胡萝卜素前体合成的，这种前体也可以被催化生成类胡萝卜素衍生的香气化合物，例如大马烯酮和β-紫罗酮，这对茶的风味品质形成有显著的贡献。在茶等其他高等园艺作物中存在两条ABA生物合成途径。一种是类萜途径，即萜类香气合成途径的延伸部分。不同配比（1:1,2:1,3:1）的萜类物质合成的前体物质异戊二烯焦磷酸IPP和二甲基丙烯基焦磷酸DMAPP在烯丙基转移酶（牻牛儿基焦磷酸合酶GPS 、法呢基焦磷酸合酶FPS 、牻牛儿基牻牛儿基焦磷酸合酶GGPS）作用下，合成香叶基焦磷酸GPP、法尼基焦磷酸FPP、焦磷酸双香叶酯GGPP。其中的FPP经环化和氧化直接形成15碳的脱落酸ABA。另一种则为类胡萝卜素途径，即先由甲羟戊酸MVA聚合成C40前体物质类胡萝卜素，再由类胡萝卜素裂解成C15化合物黄质醛XAN，最后由黄质醛XAN转变成脱落酸ABA[7]。据研究表明，在茶等众多高等园艺作物中主要是以类胡萝卜素途径来合成ABA。

其他植物激素中如细胞分裂素CK、赤霉素GA、独角金内酯SL合成过程中，与茶叶品质形成的物质有所交集。在其他高等园艺作物中也有表现，玉米素是细胞分裂素CK中的主要天然活性成分，反式玉米素为大多数植物细胞分裂素的主要活性形式。反式玉米素合成的第一步是腺苷-5-磷酸盐（包括AMP，ATP和ADP）与二甲基丙烯基焦磷酸DMAPP或者羟甲基丁烯基二磷酸HMBDP在合成酶异戊烯基转移酶的催化下生成异戊烯基腺苷-5-磷酸iPRTP或者异戊烯基腺苷-5-二磷酸iPRDP。其中二甲基丙烯基焦磷酸DMAPP是萜类香气物质合成的前体，因此细胞分裂素CK与茶叶萜类香气含量之间可能存在负相关关系。二萜物质赤霉素GA，本身并不具有挥发性，它的合成通路即是萜类物质合成途径。而独角金内酯SL来源于类胡萝卜素生物合成途径，与挥发性脂肪酸芳香化合物有关联。上述的五种植物激素，茉莉酸JA与茶叶脂肪酸过氧化及降解香气形成途径之间的关系已经得到验证。虫咬茶（台湾东方美人乌龙茶、蜜香红茶、紫金蝉茶）的优异香气体现与JA对于茶叶内含物质的调控有关[2]。而ABA与类胡萝卜素芳香化合物之间是否存在相关关系也将引起研究人员的关注，以及其他三种激素CK、GA和SL与茶叶品质相关的物质的关联也存在可能，还需要进一步的研究。

3.2 植物激素在其他园艺作物中作用表现

茶与其他园艺作物有所不同，茶是通过加工鲜叶、芽叶为主从而追求经济效益的园艺作物，茶花、茶果会占据鲜叶、芽叶营养生长的养分和能量，降低茶叶产量和品质，因此在茶叶生产中，一般需要抑制生殖生长促进营养生长，而其他园艺作物多是以成熟果实、叶茎为主的经济作物，植物激素和植物生长调节剂的应用多用于调节园艺作物的生长栽培发育和采后园艺水果的保鲜贮藏，但为激素对茶叶品质形成影响方面的研究提供了参考和借鉴。

目前，外源植物激素已被广泛应用于园艺植物栽培、组织培养、贮运保鲜等各个方面，在提高产量、改善品质方面发挥积极作用。近年来外源激素对果实品质形成、香气物质代谢调控等方面取得了突破性的进展，王庆华等[4]报道呼吸跃变型果实成熟时的软化、着色、糖分积累、香气形成等众多生理过程都离不开乙烯ETH的调控；苹果的乙烯释放高峰期与香气物质含量最高的时期相近，其香气物质的释放与乙烯的产生有着密切联系；张瑜瑜等[8]研究指出外源植物激素在一定程度上能够减低果实内部的有机酸含量；如合理使用水杨酸SA能够使果实的储存更优质，对芒果和哈密瓜的储藏具有重要的作用，可以使果实的外表皮硬度得以保持。其它外源植物激素，包括脱落酸ABA和乙烯利，都能够将果实内部的有机酸转化为糖分，降低果实酸度的同时增加糖的含量。由于茶是受广大消费者欢迎的健康饮品，消费者担心外施植物激素可能会影响其安全性，因此，近年来的研究主要集中在茶树栽培生长阶段和加工生产过程中各种胁迫因素下茶叶内源激素含量的变化对于成品茶品质形成机制的研究。

3.3 植物激素在茶树栽培生长及茶叶品质的影响

在茶树栽培生长过程中，会受到各种胁迫因素影响。如茶树水分失衡而引起的干旱胁迫，气候变冷温度骤降而引起的冷冻害胁迫，采摘修剪不当而引起的机械损伤，虫害多发期虫食啃咬而引起的生物胁迫等。在这些胁迫因素影响下，茶树内源激素含量变化，从而影响鲜叶芽叶的品质。目前于这种影响机制还需更多研究。

在茶树生长过程中，茶叶色泽形成与植物内源激素调节有关，内源激素含量变化影响茶叶内花青素合成从而决定成品茶的色泽品质。高晨曦等[9]在实验中运用统计相关性分析茶叶内主要呈色物质与脱落酸ABA、茉莉酸JA、水杨酸SA之间的联系，得出ABA信号可能通过顺式作用元件激活茶树花青素合成关键MYB类转录因子，促进下游结构基因的表达，最终致使花青素积累。Kumari等[10]报道生长素IAA、乙烯ETH、脱落酸ABA、细胞分裂素CK、茉莉酸JA、水杨酸SA和赤霉素GA等植物激素对茶树细胞中的花青素含量有着不同程度的调节作用。茶叶颜色转变的调控是由植物激素的复杂平衡协调的，且颜色转换是由植物激素和转录因子的平衡表达介导的。 从植物激素合成通路来看，茶叶影响口感的内含物质与植物激素无直接联系。植物激素作为诱导因素，调节茶叶品质形成。Zhao等[11]研究指出植物激素是植物体内产生的重要信号分子，且能调控内含物质的合成，茉莉酸JA可通过JAZ蛋白与MYB-bHLH-WD40转录激活复合物的相互作用诱导花青素积累；经MeJA诱导后，鲜茶叶中儿茶素总量增加，酯类儿茶素EGCG含量显著增加，咖啡因含量降低，茶氨酸含量先增加后降低。脱落酸ABA影响茶叶中儿茶素的含量及其生物合成基因（如苯丙氨酸解氨酶和肉桂酸4-羟化酶）的转录水平，水杨酸SA和MeSA均能促进茶叶中类黄酮的合成。并且结合组学实验方法和统计学分析，首次报道miRNA和植物激素可能协同调节茶树叶片中味觉化合物的生物合成。其中miRNA和植物激素之间的串扰调节茶树味觉化合物的合成，许多miRNA的表达受激素信号调节。Li等[12]指出油菜素甾醇BRs可以诱导类黄酮物质合成，而赤霉素GAs可以减少儿茶素的积累。植物激素的串扰是一个调节网络，一种激素通过与茶树内的其他植物激素相互作用来调节茶叶的发育和品质的形成。Liao等[13]指出茶树在生长过程中遇到虫害生物胁迫时植物激素含量发生变化进而影响部分非挥发性代谢产物的含量；于是通过对虫害叶植物激素的提取与分析发现茶绿叶蝉和茶尺蠖的攻击都增加了茉莉酸JA和水杨酸SA的含量，然而，脱落酸ABA含量仅在茶绿叶蝉攻击下增加，可能是由于茶绿叶蝉特殊吸吮进食方式。茶绿叶蝉攻击可诱导儿茶素在PPO作用下形成茶黄素，而茶尺蠖攻击可增加L-茶氨酸含量。

在茶树栽培生长过程中，植物激素更多运用于应对各种胁迫因素，增强茶树对环境胁迫的耐受，保证茶树的正常生长发育。Xu等[14]研究指出ARF基因家族在各种植物激素和非生物胁迫信号中发挥重要作用，可能介导了植物激素和非生物胁迫之间的交流。即ARF基因家族参与了茶树对环境胁迫的耐受从而影响植物激素含量。Chen等[15]认为茶树在机械损伤和病原体激活的条件下会调动不同的ACX同工酶从头合成茉莉酸JA。Xin等[6]研究发现茉莉酸JA引发一系列反应，最终导致植物抗性反应，如与茶树防御相关化合物的积累和挥发性有机化合物的释放，这些化合物可以击退食草动物并吸引其天敌。Arif等[16]报道水杨酸SA参与诱导非生物胁迫的响应，如盐度、重金属、干旱、冷、热和紫外线胁迫。它可调节茶树的种种反应，提供茶树对各种胁迫的免疫。Yang等[17]比较受损叶片转录组分析进一步揭示了茶树叶片草食性触发的植物激素信号网络的复杂转录谱，其中包括局部组JA、ET、ABA和MeSA信号的显著激活，以及JA、ABA的阳性诱导和系统组IAA信令。Hao等[18]研究认为在芽定植和休眠释放期间，内源激素的动态变化是影响芽生长状态的重要因素。在休眠开始和深度休眠期间，游离赤霉素GA和生长素IAA维持在极低水平。Jiang等[1]报道茶叶的萌发、生长过程在很大程度上取决于酸性植物激素（如GAs、IAA、ABA）的作用。茶树休眠期间GAs和ABA的基因表达水平不同，不同光质对植物中的GAs和IAA含量有很大影响。此外，如外源激素处理和虫害侵袭这些诱导，也可能导致植物中酸性植物激素含量的变化。Li等[19]通过KEGG途径分析表明，IAA、ABA、GA3和BR代谢的催化活性在应对干旱胁迫中发挥重要作用。Zhang等[20]指出茉莉酸JA是介导基于PPO的茶树几何体抗性的防御激素，并表明基于PPO的防御机制是JA调节的茶树对食草动物防御反应的更大调控网络的一部分。

3.4 植物激素在茶叶加工及茶叶品质的影响

据研究表明，在采后茶叶中，植物激素大量合成和积累，影响茶叶中重要代谢物含量。因此，对茶叶采后加工植物激素的研究将有助于了解采后加工茶叶代谢产物的变化，对改善茶叶品质具有重要意义。

Gu等[21]通过分子生物学方法得出萎凋阶段所产生的脱水胁迫增加了ABA合成基因的组蛋白H3/H4乙酰化水平，降低了组蛋白H3K9二甲基化水平，并通过协调组蛋白乙酰化和二甲基化两者来调节ABA合成基因的表达，促进了ABA含量的积累。而脱落酸ABA在茶叶中大量合成和积累，影响茶叶中重要代谢物的含量，如L-茶氨酸和儿茶素氧化产物。Zeng等[2]指出茉莉酸JA参与植物营养部分与昆虫的互作，虫害侵袭会增加茶叶内茉莉酸含量，导致挥发性化合物的快速合成和释放，例如吲哚、苯腈、α-金合苯、苯甲醇、（Z）-3-己烯-1-醇、芳樟醇和β-柔烯。这些挥发物不仅具有生态功能，吸引害虫的天敌，也给茶叶更好的香气表现。Zeng等[3]通过实验分析在乌龙茶生产加工过程中植物激素变化规律，使得对胁迫外因与植物激素两者之间的关系有更清晰的认识，也让植物激素与茶叶品质物质之间存在可能。在乌龙茶生产过程中，JA和ABA含量都有所增加。然而，SA含量在制造过程中没有显著变化，并且从加工之初含量就一直保持在最高水平。究其原因，采摘造成的伤害可能导致JA的高积累且JA对于损伤反应迅速。ABA积累可能与枯萎过程中的脱水胁迫有关。与此同时，由于摇青工艺中持续的机械损伤过程，包括茉莉内酯、（E）-橙花醇和吲哚在内的几种特征性香气化合物的大量积累可能与JA的形成密切相关。采后脱水而增加的ABA水平也可能促进挥发性化合物的形成。但是，这一假设还需要更多的研究来证实。Zhu等[22]综合转录组、microRNA和植物化学分析揭示了植物激素信号转导和ABC转运蛋白在乌龙茶日光萎凋期间风味形成中的作用。在乌龙茶采后加工过程中，其特征性味道和香气可归因于风味相关的代谢物积累，受参与次生代谢和植物激素生物合成的某些基因表达的影响。Feng等[5]研究表明乌龙茶摇青工艺所引起的机械损伤和低温胁迫，诱导CsJMT基因表达从而导致类似兰花的化合物MeJA积累，从而影响茶叶品质。

4 总结与展望

综上所述，植物激素对于茶叶品质影响有三种表现形式。首先，在茶叶品质形成过程中，植物激素直接参与其中，例如茉莉酸JA，JA的参与阐明虫害虫咬叶制茶新工艺机理，市场上虫咬红茶和虫咬乌龙茶使得虫害虫咬叶变废为宝，相比传统茶类，香气表现更为饱满丰富。而植物激素ABA、CK、GA、SL与茶叶品质化合物之间也有交集，但两者之间的相关关系尚未阐明。这些植物激素可能在品质香气形成过程中发挥重要作用，还需要进一步研究以了解茶叶采后口感品质、香气形成。其次，植物激素作为调控因子，诱导茶树茶叶应对环境胁迫的反应。其一诱导产生抗性物质可能影响茶叶品质，其二使茶树产生应对环境胁迫的耐受性，促进茶树正常生长保证茶叶品质。再者，植物激素是其中一个关键的上游调控因子，植物激素与其他激素、miRNA、转运蛋白相互作用，构成串扰，形成调节网络来调节茶叶味觉嗅觉化合物的合成。

植物激素的定量测定成为植物生物学研究领域之中的难点。首先植物激素种类多，不同种类的植物激素结构及理化性质存在较大差异。而且植物激素的含量极低，通常都在ng/g甚至pg/g的数量级，不同的激素含量分布也比较广。此外植物激素不稳定、易分解、对温度和介质环境比较敏感。最后植物样本基质十分复杂，直接检测会受到大量基质干扰物的影响。因此，测试方法（外标+同位素内标）的精进以及定量植物激素库的完善，会给植物激素科研方面提供更多技术支持。

植物激素对于茶叶品质形成的影响机制还需要进一步深入。首先要进一步了解环境胁迫因素与植物激素之间的关系，探明茶叶生产过程中的关键胁迫对植物激素水平及与植物激素合成相关基因表达的影响和应激条件下植物激素的形成过程；其次，植物激素在各种胁迫因素下的含量减少趋势，了解植物激素的代谢转化途径；再次，可以利用统计学方法来建立模型，在环境胁迫因素下，多种植物激素含量均发生变化，可以通过统计学方法在胁迫因素、基因表达、植物激素含量变化、茶叶品质化合物含量变化这四者之间建立网状关联模型，以更好地了解其潜在机制。