福建大田茶树品种资源生化成分特征分析与评价

陈潇敏　章进汕　金珊　邵淑贤　刘永崇　吴文晞　王鹏杰　赵峰　叶乃兴

摘要：【目的】探明福建省大田縣茶树品种资源生化成分特征，为其开发利用和茶树特异品种筛选提供科学依据。【方法】以24份大田茶树品种资源为试材，采用高效液相色谱法（HPLC）测定儿茶素组分，应用超高效液相色谱—质谱联用法（UHPLC-MS/MS）测定嘌呤生物碱组分及氨基酸组分，并进行描述性分析、主成分分析、聚类热图分析及特异资源筛选。【结果】24份大田茶树品种资源的儿茶素总量和表没食子儿茶素-3-O-（3-O-甲基）没食子酸酯（EGCG3"Me）含量分别为60.00～251.75和2.92～22.90 mg/g，其遗传多样性指数分别为2.11和2.06;咖啡碱、苦茶碱和茶氨酸含量分别为3.69～68.71、0.29～48.59和0.28～39.52 mg/g，其遗传多样性指数分别为1.98、1.99和1.96。对主要品质成分进行主成分分析，前3个主成分的累积方差贡献率超过80.00%。基于儿茶素、嘌呤生物碱及氨基酸组分共30个生化成分，可将24份大田茶树品种资源分为3个类群，A类群氨基酸组分含量较高，B类群生化成分含量均表现较低，C类群的儿茶素组分及嘌呤生物碱组分含量较高，不同类群在表没食子儿茶素没食子酸酯（EGCG）、EGCG3"Me、咖啡碱、苦茶碱和茶氨酸含量等主要指标有明显差异。综合分析结果，筛选到16份儿茶素组分特异资源（高儿茶素10份，高EGCG 5份、高EGCG3"Me 1份）、23份嘌呤生物碱组分特异资源（高嘌呤生物碱9份、高苦茶碱13份、高咖啡碱1份）及6份高茶氨酸茶树资源。【结论】大田茶树品种资源均含有EGCG3"Me和苦茶碱，儿茶素、嘌呤生物碱及氨基酸组分具有丰富的遗传多样性;通过系统的鉴定评价，筛选出一批生化成分特异资源，可作为茶树特异性状育种材料。

关键词： 茶树;品种资源;苦茶碱;表没食子儿茶素-3-O-（3-O-甲基）没食子酸酯（EGCG3"Me）;茶氨酸;福建大田县

中图分类号： S571.1                            文献标志码： A 文章编号：2095-1191（2022）02-0381-10

Analysis of biochemical components of tea variety resources

in Datian，Fujian

CHEN Xiao-min ZHANG Jin-shan JIN Shan SHAO Shu-xian LIU Yong-chong WU Wen-xi WANG Peng-jie ZHAO Feng YE Nai-xing

（1College of Horticulture， Fujian Agriculture and Forestry University， Fuzhou  350002， China; 2Datian Bureau of Agriculture and Rural Affairs， Sanming， Fujian  366100， China;3Fujian Hexiyan Agricultural Development Co.， Ltd，

Sanming， Fujian  366118， China; 4Hengzheng Testing Technology Company， Fuzhou  350100， China;

5School of Pharmacy， Fujian University of Chinese Medicine， Fuzhou  350122， China）

Abstract：【Objective】To explore the biochemical composition characteristics of tea varieties resources in Datian County， Fujian Province， so as to provide scientific basis for the development and utilization of tea variety resources and the breeding ofspecific tea varieties. 【Method】Twenty-fourtea variety resources in Datian were used as test materials to determine the catechin components by HPLC， and the purine alkaloids and amino acid components by UHPLC-MS/MS to conduct descriptive analysis， principal component analysis， cluster thermogram analysis and specific resource screening. 【Result】The contents of total catechins and EGCG3"Me in 24 tea variety resources were 60.00-251.75 and 2.92-22.90 mg/g respectively， and theirgenetic diversity indexes were 2.11 and 2.06;the contents of caffeine， theacrine and theanine were 3.69-68.71， 0.29-48.59 and 0.28-39.52 mg/g， respectively， and their genetic diversity indexes were 1.98， 1.99 and 1.96. The principal component analysis of the main quality components showed that the cumulative variance contribution rate of the first 3 principal components exceeded 80.00%. Considering 30 biochemical components based on catechins， purine alkaloids and amino acids 24 tea variety resources could be divided into 3 groups： Group A had higher contents of amino acids; group B had lower contents of biochemical components; and group C had higher contents of catechins and purine alkaloids. Significant differences existed in the main indexes of EGCG， EGCG3"Me， caffeine， theacrine and theanine among different groups. According to comprehensive analysis results， 16 catechin component specific resources （10 high catechins， 5 high EGCG， 1 high EGCG3"Me）， 23 purine alkaloid component specific resources （9 high purine alkaloids， 13 high theacrine， 1 high caffeine） and 6 high theanine tea resources were screened.【Conclusion】Tea variety resources in Datian contain EGCG3"Me and theacrine. Catechins， purine alkaloids and amino acid components have rich genetic diversity. Through systematic identification and evaluation， a number of biochemical components specific resources were screened， which could be used as breeding materials of tea plant specific traits.

Key words： Camellia sinensis; variety resources; theacrine; EGCG3"Me; theanine; Datian，Fujian

Foundation items： National Modern Agricultural Industry System Funded Project（CARS-19）;Fujian Agriculture and Forestry University Construction Project Technological Innovation and Service System of Tea Industry Chain（K1520005A01）;The Starting Project of Introducing Talents into Scientific Research in Fujian University of Traditional Chinese Medicine（2801/701190097）;the Fund for Excellent Masters Dissertations of Fujian Agriculture and Forestry University （1122YS01003）

0 引言

【研究意义】茶树[Camellia sinensis（L.） O. Kuntze]为山茶属的多年生植物，广泛分布于热带亚热带地区。茶树的次级代谢产物如儿茶素、嘌呤生物碱及氨基酸组分具有丰富的营养价值和保健功效，例如抗氧化作用、助消化、降血压等。茶树中这些物质作为天然的原料，已广泛应用于医药行业及保健产品的开发（叶乃兴，2021）。大田县地处福建省中部地区，位于戴云山脉西侧，具有茶树栽培得天独厚的自然条件（叶聿野，2020）。该地区山高谷深，云雾缭绕，土壤有机质丰富，特别是硒元素含量丰富，被授予 中国高山硒谷之乡的称号（池青梅，2016）。该地区茶树品种资源丰富，对其进行系统全面的生化成分测定及分析，筛选出特异资源，对该地区茶树品种资源的开发利用与创新研究具有重要意义。【前人研究进展】目前，我国各地茶树资源生化成分特性的研究在不断深入。蒋陈凯等（2017）对广西大瑶山野生茶树生化特性进行研究，结果表明大瑶山野生茶具有丰富的遗传多样性和地域独特性，从中筛选出高氨基酸资源9份、高咖啡碱资源23份、高表没食子儿茶素没食子酸酯（EGCG）资源3份。段志芬等（2020）、刘玉飞等（2021）对云南茶树品种资源的儿茶素及嘌呤生物碱组分进行分析，筛选到高儿茶素指数（CI）、高苦茶碱、低咖啡碱等特异种质17份，为该地区的资源利用提供了参考。王治会等（2021）对江西铅山群体种的主要生化成分进行分析，筛选获得筛选出5份高水浸出物、1份高游离氨基酸、1份高儿茶素及6份低茶多酚等特异资源，为铅山群体种茶树的适制性、新品种选育及合理开发利用提供科学依据。近5年以来，福建省的地方性茶树资源研究调查也逐渐增多。唐琴等（2019）对尤溪苦茶的苦涩物质进行深入研究，筛选出高咖啡碱、可可碱、表没食子儿茶素没食子酸酯等资源21份，为苦茶的相关研究提供了良好的材料基础。樊晓静等（2019）、陈晓岚等（2020）、王泽涵等（2020）分别对福建寿宁、云霄、诏安地区的野生茶树资源进行微形态和生物学性状调查研究，为地方茶树资源的开发利用提供了理论基础。陈潇敏等（2020）发现福建首个含有苦茶碱的特异资源蕉城苦茶，并探究其苦茶碱形成的分子机理，为探明茶树苦茶碱的生成机制提供了参考依据。【本研究切入点】大田县是福建省重点产茶县，但前人对大田茶业的研究大多数为茶叶加工及茶园土壤方面，关于茶树品种资源的调查研究鲜有报道。【拟解决的关键问题】通过对福建省大田县的24份茶树品种资源进行儿茶素组分、嘌呤生物碱组分及氨基酸组分的测定，分析其遗传多样性，从中发掘出一些特异种质，为深入研究与利用福建大田茶树品种资源提供参考。

1 材料与方法

1. 1 试验材料

24份野生茶樹品种资源采集自福建省大田县吴山镇，采摘时间为2021年4月上旬，采摘标准即春季第1轮新梢的一芽二叶，编号为DT01～DT24。主要仪器与设备：UltiMate 3000 高效液相色谱仪（美国，赛默飞世尔科技公司），C18反相色谱柱（5 ?m，4.6250 mm）（中国，广州菲罗门公司）;Nexera X2 LC-30A高效液相色谱仪（日本，Shimadzu公司），串联Sciex 4500 Q-Trap质谱仪（美国，Sciex公司）;C18反相色谱柱（2.6 ?m，2.1100 mm）（中国，广州菲罗门公司）;AB204-N分析天平（美国，梅特勒公司）;超纯水系统（中国，Medium Touch，上海和泰仪器有限公司）。试验标准品与试剂：所用标准品信息详见表1，均购于源叶生物科技有限公司（中国，上海），纯度均大于98%;色谱纯甲醇（中国，安谱实验科技股份有限公司），色谱纯乙腈（中国，上海默克化工技术有限公司），色谱纯甲酸（中国，国药集团化学试剂有限公司），甲酸铵（中国，安谱实验科技股份有限公司）。

1. 2 试验方法

1. 2. 1 儿茶素组分测定及计算 参照王丽丽等（2014）方法，采用高效液相色谱法（HPLC）测定儿茶素组分。参考莫岚等（2017）的方法计算儿茶素品质指数（CQI）。

1. 2. 2 嘌呤生物碱组分测定 采用超高效液相色谱—质谱联用法（UHPLC-MS/MS）测定嘌呤生物碱组分。色谱条件：流动相A为0.1%甲酸水，流动相B为乙腈。梯度洗脱条件：0～0.2 min，10% B;0.2～2.5 min，10%～90% B;2.5～4.0 min，90% B;4.0～4.2 min，90%～10% B;4.2～6.0 min，10% B。流速为0.3 mL/min。质谱条件：采用正离子模式ESI+。前处理方法：称取0.200 g茶样，加入30 mL甲醇，涡旋后超声提取30 min，待冷却后离心5 min，取过0.22 ?m有机相微孔滤膜上清液待测。

1. 2. 3 氨基酸组分测定 参考陈思肜等（2019）的方法，按照AQC柱前衍生法测定33种游离氨基酸组分。

1. 2. 4 遗传多样性指数（H'） 参考金基强等（2014）的方法计算生化成分的H'。

1. 3 统计分析

使用SPSS 19.0和Excle 2018进行数据处理及表格制作;以Origin 2018制作折线图，以Prism 8.0绘制柱状图;使用TBtools进行热图绘制。

2 结果与分析

2. 1 大田茶树品种资源儿茶素组分分析

本研究测定了24份大田茶树品种资源的9种主要儿茶素，如图1所示，GC、GCG和CG在大田茶树品种资源色谱图中没有明显出峰（图1-B），即在24份茶样大田茶树品种资源中未检测到这3个物质。由表2可知，24份大田茶树品种资源在各儿茶素组分含量具有一定差异，EGCG为儿茶素组分中含量最高，儿茶素组分含量依次排序为EGCG>ECG>EGC>EGCG3"Me>EC>C，儿茶素总量为60.00～251.75 mg/g，平均值为178.28 mg/g。大田茶树品种资源CQI均大于500.00，其中有10份资源CQI大于1000.00，说明其加工为绿茶品质较优。6种儿茶素组分的变异系数为28.36%～75.32%，其中C的变异系数最高（75.32%），除EGCG外的5个组分（EGC、C、EGCG3"Me、ECG、EC）变异系数均大于30.00%，说明供试材料间儿茶素组分存在着较大程度的变异。6种儿茶素的H'变化范围为1.77～2.20，其中最大的是EGC（2.20），最小的是EC（1.77），排序依次为EGC>EGCG>ECG>EGCG3"Me>C>EC。可见，24份大田茶树品种资源儿茶素组分间差异明显，遗传多样性丰富。

由图2可看出，EGCG含量最高的茶树资源为DT21（179.35 mg/g），最低的茶树资源为DT04（46.09 mg/g），其中EGCG含量大于150 mg/g的资源有5份。EGCG3"Me在各茶树资源中均含有，其中含量大于10.00 mg/g的资源有15份，以DT24含量最高（22.90 mg/g），可见大田茶树群体蕴含丰富的EGCG3"Me茶树资源。

2. 2 大田茶树品种资源嘌呤生物碱组分分析

在24份茶树品种资源中，均未检出茶叶碱（图3）。咖啡碱、苦茶碱、可可碱和嘌呤生物碱总量分别为3.69～68.71、0.29～48.59、0.06～1.50和29.28～82.21 mg/g，平均含量分别为26.07、30.64、0.51和57.23 mg/g（表2）。嘌呤生物碱各组分的变异系数均大于30.00%，H'变化范围为1.45～1.99，其中变异系数最大的是苦茶碱（1.99），表明苦茶碱的遗传多样性丰富。此外，检测发现24份大田茶树品种资源中均含有苦茶碱，其中13份资源苦茶碱含量超过30.00 mg/g。从图4可看出，在部分茶树品种资源DT06、DT07、DT08和DT19的咖啡碱含量明显低于苦茶碱含量，是以苦茶碱为主要嘌呤生物碱的分布模式。茶样资源DT02、DT03、DT11、DT12、DT13、DT14、DT15、DT18、DT20和DT21的苦茶碱含量低于咖啡碱含量。咖啡碱含量最高的茶样资源为DT20（68.71 mg/g），而该资源的苦茶碱含量为最低（0.29 mg/g）。

2. 3 大田茶树品种资源氨基酸组分分析

在24份大田茶树品种资源中共检测出包括茶氨酸（Thea）、谷氨酸（Glu）、天冬酰胺（Asn）等20种游离氨基酸（表3），其中茶氨酸（Thea）、谷氨酸（Glu）、天冬酰胺（Asn）、天冬氨酸（Asp）和谷氨酰胺（Gln）均为鲜味氨基酸。在24份茶树品种资源中，上述5种物质的平均值分别为18.91、1.30、2.40、2.00和2.71 mg/g，其中茶氨酸（Thea）和谷氨酰胺（Gln）的变异系数均大于50.00%，变异较丰富。丙氨酸（Ala）、甘氨酸（Gly）和苏氨酸（Thr）、脯氨酸（Pro）和丝氨酸（Ser）为甜味氨基酸，在24份茶树品种资源中平均值分别为0.70、0.08、0.46、0.35和0.89 mg/g，其中甘氨酸（Gly）及脯氨酸（Pro）的变异系数较大，均超过100.00%。苦味氨基酸中酪氨酸（Tyr）、亮氨酸（Leu）、缬氨酸（Val）、异亮氨酸（Ile）及精氨酸（Arg）含量的平均值均超过0.40 mg/g，除酪氨酸（Tyr）外，其他物质的变异系数均超过50.00%。各氨基酸组分的H'变化范围为0.65～2.21，可见不同组分间遗传多样性差异较大，其中，色氨酸（Trp）、缬氨酸（Val）、异亮氨酸（Ile）、苏氨酸（Thr）、天冬酰胺（Asn）、酪氨酸（Tyr） 、赖氨酸（Lys）、谷氨酸（Glu）及总量的H'均大于2.00，表明这些物质遗传多样性丰富。茶氨酸的H'为1.96，其遗传多样性较为丰富。茶氨酸是茶树氨基酸的主要成分，在24份大田茶樹品种资源中茶氨酸的含量范围为0.28～39.52 mg/g，其中最高的为DT20（39.53 mg/g），最低的为DT24（0.28 mg/g）（图5）。另外，DT10、DT11、DT17、DT20、DT21和DT23的茶氨酸含量均超过30.00 mg/g，可作为特异资源进行开发利用。

2. 4 大田茶树品种资源品质成分的主成分分析

对24份大田茶树品种资源的6种儿茶素组分、3种嘌呤生物碱组分及茶氨酸进行主成分分析，提取特征值大于1的主成分，可以将以上10个生化成分简化为3个主成分，累积方差贡献率大于80.60%（表4）。第一主成分（PC1）中贡献率最大的是ECG，第二主成分（PC2）和第三主成分（PC3）中贡献率最大的均为苦茶碱（TC）。

2. 5 大田茶树品种资源聚类热图分析

为直观地展示儿茶素、嘌呤生物碱及氨基酸组分含量在大田茶树品种资源间的差异，对所测数据进行聚类热图分析。如图6所示，24份大田茶树品种资源被分为A、B和C三大类，且三类间具有明显差异。A类群主要包括DT01～DT05，其氨基酸组分含量高于其他两类，而儿茶素组分及嘌呤生物碱组分含量较低。B类群主要包括DT06、DT07、DT08、DT19、DT22和DT24，该类群氨基酸组分含量低于其他两类，儿茶素组分及嘌呤生物碱组分略高于类群A。剩余的13份茶树品种资源均归为C类群，该类群的儿茶素组分及嘌呤生物碱组分含量较高，而氨基酸组分无明显特征。

通过热图分析还可清楚地看出不同茶树品种资源的生化成分特征，在参试茶树品种资源中，DT24的儿茶素组分含量较高，其中，EGCG3"Me含量最高，但DT24的嘌呤生物碱组分及氨基酸组分均较低，特别是茶氨酸含量，低于其他茶树品种资源;DT14的β-氨基丁酸（β-ABA）含量最高，天冬氨酸（Asp）含量最低。苦茶碱在各茶树品种资源中均有检出，其中DT20的苦茶碱含量最低、咖啡碱含量最高。结合图6及上述关于各组分的研究结果，24份大田茶树品种资源在EGCG、EGCG3"Me、苦茶碱等生化组分含量上存在明显的特异性，具有重要的研究利用价值。

2. 6 特异茶树品种资源的评价及筛选

根据本研究生化成分鉴定结果，从24份大田茶树品种资源中筛选出10份高儿茶素、5份高EGCG、1份高EGCG3"Me、9份高嘌呤生物碱、1份高咖啡碱、13份高苦茶碱和6份高茶氨酸等特异茶树品种资源（表5）。筛选标准参照王新超等（2010）的茶树特异资源筛选指标，即儿茶素含量大于200 mg/g，EGCG含量大于150 mg/g，EGCG3"Me含量大于20 mg/g，嘌呤生物碱含量大于60 mg/g，咖啡碱含量大于50 mg/g，苦茶碱含量大于30 mg/g，茶氨酸含量大于30 mg/g。这些特异茶树品种资源可进一歩开发利用。

3 讨论

儿茶素是茶叶的重要品质成分且具有较多的保健功效，其中EGCG为儿茶素的主要成分。本研究表明，大田茶树品种资源的儿茶素组分中，EGCG、ECG和EGC含量相比于其他儿茶素物质较高，其中，EGCG为主要儿茶素物质，该结果与王治会等（2020）、谢文钢等（2020）的研究结果一致。本研究中的21份大田茶树品种资源的儿茶素总量高于12.00 mg/g，茶多酚含量高，是适制红茶的优良种质资源。CQI是衡量茶树鲜叶适制绿茶的一个重要指标，CQI大于1000.00表示绿茶品质优良（王治会等，2021）。唐琴等（2019）研究发现尤溪苦茶资源的儿茶素品质指数均值大于1000.00，本研究结果显示，有10份大田茶树品种资源的儿茶素品质指数大于1000.00，说明这些资源适制绿茶或者适制红绿茶。EGCG3"Me是茶叶中EGCG的甲基化产物，具有较强的抗过敏和消炎等药理作用（Maeda-Yamamoto et al.，2004），但目前我国发现天然含有EGCG3"Me的茶树品种资源并不多，Jin等（2020）在福建南部山区发现富含EGCG3"Me的野生茶树群体白芽茶，本研究在参试茶树品种资源中均检测到EGCG3"Me，其中含量大于10.00mg/g的资源有15份，以DT24含量最高（22.90 mg/g），也为高甲基化儿茶素茶树资源的利用研究提供了试验材料。

苦茶碱具有镇静安眠、抗抑郁等功效（Ouyang et al.，2021），富含苦茶碱的茶树资源，在功能性茶树品种和茶产品的开发中具有重要作用。前人研究结果表明，仅在部分苦茶资源中存在苦茶碱（李红建等，2021）。贵州、江西、广东和云南等地区含有苦茶碱的野生茶树资源较为丰富，对此相关研究也较多（Li et al.，2017;Wang et al.，2020;李红建等，2021;刘玉飞等，2021），福建发现含有苦茶碱的茶树资源尚少（陈潇敏等，2020）。本研究结果显示，在大田野生茶树群体中，均检测到苦茶碱，其中13份资源苦茶碱含量超过30.00 mg/g，在部分茶树资源中苦茶碱含量明显高于咖啡碱含量，为主要嘌呤生物碱。由此可见，大田茶树品种资源嘌呤生物碱组分异于普通栽培茶树品种，富含苦茶碱，这为今后苦茶碱合成的机理研究提供了基础材料。

大田茶树品种资源中氨基酸组分种类丰富，其组分的多样性有利于大田高香茶叶产品的加工制作。该群体中高茶氨酸资源有6份（茶氨酸含量>30.00 mg/g），分别为DT10、DT11、DT17、DT20、DT21和DT23。

对24份大田茶树品种资源的10个性状进行主成分分析，入选的3个主成分，累积方差贡献率为80.60%，包含了茶树的大部分特征信息，可用以综合评价大田茶树品种资源，且不同的性状在主成分中具有明显不同的荷载值，第一主成分主要以ECG为主，而第二、三主成分均以苦茶碱为主。而其他性状对主成分的影响为负值。该结果与莫岚等（2017）、刘玉飞等（2021）的研究结果类似。

4 结论

福建大田茶树品种资源的儿茶素组分和嘌呤生物碱组分变异系数大，具有丰富的遗传多样性，氨基酸组分丰富。通过系统的鉴定评价，筛选出一批生化成分比较特异的资源，如DT06、DT12、DT20、DT21、DT24等在某一成分或几个成分上具有较高的含量，可应用于茶树育種及茶叶功能性成分研究。

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（責任编辑 邓慧灵）