茶科技進(jìn)展 | 茶葉花青素合成、調(diào)控及功能的研究進(jìn)展

茶葉的紫色的芽葉與花青素

茶友們對(duì)茶葉的白化和黃化一定不陌生，相關(guān)的產(chǎn)品也喝過(guò)了不少。但是紫色芽葉的茶葉大家是否嘗試過(guò)呢？又是否清楚它是怎么形成的？

來(lái)跟隨我們一探究竟吧。

1茶與花青素

茶是世界三大無(wú)酒精飲料之一。茶葉中含有大量具有保健功能的多酚類物質(zhì)，其中花青素是茶樹(shù)次生代謝途徑產(chǎn)生的類黃酮化合物，是植物體內(nèi)較為重要的一類次生代謝物，廣泛分布于表皮細(xì)胞的液泡中。自然狀態(tài)下，花青素主要以花色苷的形式存在，即通過(guò)形成糖苷鍵的方式與1個(gè)或多個(gè)葡萄糖、半乳糖、阿拉伯糖等結(jié)合。

相關(guān)研究顯示，花青素的大量積累可導(dǎo)致茶樹(shù)新梢芽葉呈現(xiàn)紫紅色，說(shuō)明茶樹(shù)花青素的生物合成與紫紅色芽葉的形成密切相關(guān)。

2茶樹(shù)中花青素形成的原因

芽葉紅紫化是茶樹(shù)中較為常見(jiàn)的現(xiàn)象，紅紫色芽葉一般可分為兩種類型，一是普通茶樹(shù)品種受外界環(huán)境因素的影響，如高溫、強(qiáng)光等，芽葉由綠色變?yōu)榧t紫色；二是特異茶樹(shù)品種的新梢常年呈現(xiàn)紅紫色，如紫娟、紫嫣等。鑒于花青素的諸多功效，茶樹(shù)花青素相關(guān)的研究顯得尤為重要。

3茶樹(shù)中花青素的種類

目前對(duì)于紫化芽葉成分的研究已開(kāi)展較多，已知的花青素有20多種，茶樹(shù)紫化芽葉中花青素主要有天竺葵色素、矢車菊色素和飛燕草色素及其糖苷。普通茶葉中花青素含量約占干物重的0.01%，而紫芽茶中可高達(dá)0.5%~1.0%。

花青素的穩(wěn)定性與所處環(huán)境的pH存在一定的聯(lián)系，研究表明在酸性條件下花青素較穩(wěn)定，其他外部因素相同的條件下，盡可能低的pH可使花青素的降解減慢，從而使得其保存時(shí)間延長(zhǎng)。另外，在酸性條件下，茶葉中花白素和由兒茶素聚合形成的原花色素也能夠部分轉(zhuǎn)化為花青素。

4花青素的功能

花青素在生理功能上具有光保護(hù)作用和滲透調(diào)節(jié)作用：

1.光保護(hù)作用：花青素具有2個(gè)吸收高峰，分別位于270~290?nm紫外光區(qū)域和500~550?nm可見(jiàn)光區(qū)域，這也就決定了植物中所含的花青素在一定程度上會(huì)影響光合作用，因此，推測(cè)其具有吸收過(guò)濾可見(jiàn)光和紫外光的保護(hù)作用。

大量研究表明，花青素具有緩解葉片中光氧化損傷的潛力，主要通過(guò)屏蔽葉綠體過(guò)多的高能量量子和清除活性氧物質(zhì)。Burger等研究發(fā)現(xiàn)在受到UV-B和UV-C脅迫時(shí)，高花青素的紅葉受到的傷害顯著低于綠葉，而強(qiáng)可見(jiàn)光處理后，光抑制現(xiàn)象無(wú)明顯差異，這也在一定程度上證明了花青素在表皮細(xì)胞中起到了光保護(hù)的作用，但其具體的光保護(hù)機(jī)制尚不清楚。

2.?滲透調(diào)節(jié)作用：花青素作為一種水溶性色素，具有滲透調(diào)節(jié)的作用。在低溫脅迫下，植物花青素合成的相關(guān)酶活性增加，促使?fàn)I養(yǎng)器官中積累的碳水化合物轉(zhuǎn)化為花青素，表皮細(xì)胞液泡中的花青素使得葉片滲透勢(shì)降低，降低冰點(diǎn)以減少凍害，從而抵御逆境脅迫。在葡萄糖和甘露醇的滲透脅迫下，植物花青素積累量增加。因此，花青素可能直接或間接地參與植物細(xì)胞的滲透調(diào)節(jié)。

花青素的保健作用

茶樹(shù)紫色芽葉特異品種中富含的花青素作為一種自由基清除劑，具有抗氧化、預(yù)防心血管疾病及癌癥、改善視力等多種保健功能。

費(fèi)旭元等對(duì)“紫娟”茶的研究表明，其茶葉中富含的花青素具有較強(qiáng)的抗氧化活性。林志誠(chéng)等指出，紫芽茶的花青素提取物作為化學(xué)抑制劑，能夠抑制結(jié)腸腫瘤細(xì)胞的增殖生長(zhǎng)，誘導(dǎo)癌細(xì)胞的凋亡。國(guó)內(nèi)的1項(xiàng)病例對(duì)照研究也顯示綠茶或?yàn)觚埐柘M(fèi)量與心血管疾病患病風(fēng)險(xiǎn)呈負(fù)相關(guān)。梁名志等通過(guò)動(dòng)物降壓試驗(yàn)以及茶中相關(guān)降壓物質(zhì)的分析，提出特種紫芽茶中富含的花青素可能是降壓效果顯著的重要物質(zhì)。

5茶樹(shù)花青素的合成與轉(zhuǎn)運(yùn)

1.茶樹(shù)花青素的合成

花青素的生物合成是植物類黃酮物質(zhì)合成途徑的1個(gè)主要分支，茶樹(shù)中花青素生物合成途徑的主要步驟已基本探明，主要分為3個(gè)階段，如下圖所示：

2.茶樹(shù)花青素的轉(zhuǎn)化

黃酮類化合物主要在植物細(xì)胞質(zhì)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)表面合成，之后被轉(zhuǎn)運(yùn)到不同的位置，其中花青素及原花青素被運(yùn)輸?shù)揭号葜写罅糠e累。花青素合成后的轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程較復(fù)雜，涉及多種轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白之間的互作。

其中，谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶（GSTs）是植物類黃酮物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程的關(guān)鍵酶，大量研究發(fā)現(xiàn)，植物細(xì)胞質(zhì)中GSTs可與花青素、黃酮醇等多種類黃酮化合物緊密結(jié)合，以確?；ㄇ嗨卦诩?xì)胞質(zhì)中的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，同時(shí)便于液泡膜上轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的識(shí)別，使其轉(zhuǎn)運(yùn)至液泡中。其中GSTF是與類黃酮物質(zhì)積累相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)最多的家族，其可能直接作為配體蛋白，與類黃酮結(jié)合，參與花青素、原花青素的轉(zhuǎn)運(yùn)。

6茶樹(shù)花青素的合成與轉(zhuǎn)運(yùn)

青素的生物合成受到內(nèi)部和外部因素的共同調(diào)控。合成途徑中的結(jié)構(gòu)基因編碼的酶確定了最終生成花青素的種類，轉(zhuǎn)錄因子則影響花青素生物合成的強(qiáng)度和表達(dá)模式，并且同一調(diào)節(jié)基因通常能夠控制多種不同結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)；環(huán)境因子能夠調(diào)控花青素生物合成途徑中的結(jié)構(gòu)基因，同時(shí)還可調(diào)控調(diào)節(jié)基因的表達(dá)，從而影響茶樹(shù)芽葉中花青素的積累。

1.?花青素生物合成相關(guān)的調(diào)節(jié)基因

轉(zhuǎn)錄因子MYB、bHLH和WD40蛋白的復(fù)合物在多個(gè)物種中介導(dǎo)花青素生物合成的多個(gè)酶促步驟，MBW復(fù)合物通過(guò)與花青素生物合成結(jié)構(gòu)基因的啟動(dòng)子結(jié)合，從而達(dá)到激活相關(guān)結(jié)構(gòu)基因表達(dá)的功能。

除了MYB和bHLH轉(zhuǎn)錄因子之外，WD40蛋白，如矮牽牛AN11，擬南芥TTG，玉米PAC1和紫蘇WD蛋白都參與花青素生物合成復(fù)雜的調(diào)控機(jī)制。但bHLH和WD40這兩種轉(zhuǎn)錄因子在茶樹(shù)花青素生物合成方面的研究較少。

2?.影響花青素生物合成的外部因素

環(huán)境因子在花青素的積累過(guò)程中起著關(guān)鍵作用，茶樹(shù)花青素的生物合成受到光、溫度、氮素和蔗糖等外部因素的影響，它們通過(guò)復(fù)雜的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)刺激轉(zhuǎn)錄因子，觸發(fā)與花青素生物合成有關(guān)的基因表達(dá)，進(jìn)而造成花青素種類和含量的差異，從而影響茶樹(shù)芽葉的顏色。

結(jié)語(yǔ)：花青素作為一種天然色素和抗氧化劑，在醫(yī)療、保健、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值等方面具有廣泛的利用價(jià)值和應(yīng)用前景；同時(shí)，花青素對(duì)逆境脅迫下的植物具有一定的保護(hù)作用。因此，選育特異紫色芽葉茶樹(shù)品種，開(kāi)發(fā)利用高花青素新產(chǎn)品是目前茶樹(shù)花青素研究的重要任務(wù)。

論文原文：茶葉科學(xué) 2018，38（6）：606~614《茶葉花青素合成、調(diào)控及功能的研究進(jìn)展》

論文作者：龐丹丹，張芬，張亞真，韋康，王麗鴛，成浩

中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所，國(guó)家茶樹(shù)改良中心，農(nóng)業(yè)部茶樹(shù)生物學(xué)與資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江?杭州 310008