摘要:利用國(guó)家氣象站的基本氣象資料,對(duì)紫陽(yáng)縣和杭州市西湖區(qū)的氣候條件差異進(jìn)行分析,并根據(jù)觀測(cè)中茶108、中白1 號(hào)引種至紫陽(yáng)縣煥古鎮(zhèn)以后的物候期變化,利用非靶向代謝組學(xué)技術(shù)檢測(cè)分析引種前后兩品種春季第一輪次一芽二葉新梢中品質(zhì)成分含量的變化。結(jié)果發(fā)現(xiàn),中茶108 和中白1 號(hào)引種至紫陽(yáng)后一芽二葉期與其在杭州地區(qū)基本相同;代謝組學(xué)檢測(cè)從兩地中茶108 樣品中檢測(cè)出25 種含量顯著差異的代謝物質(zhì),主要是黃酮苷類(黃酮碳苷及黃酮氧苷)、氨基酸類、有機(jī)酸類、茶黃素和茶紅素類及維生素、輔酶類代謝物;從中白1 號(hào)中檢測(cè)出32 種差異物質(zhì),主要是碳水化合物、兒茶素(單體與二聚體)、有機(jī)酸及酚酸類代謝物;兩品種中均顯著差異的成分有7 種。研究結(jié)果為兩個(gè)品種的引種適應(yīng)性評(píng)價(jià)提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù),對(duì)于推動(dòng)紫陽(yáng)茶產(chǎn)業(yè)良種率提升具有重要價(jià)值。
關(guān)鍵詞:引種;中茶108;中白1 號(hào);非靶向代謝組學(xué);氣候條件差異
中圖分類號(hào):S571.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1000-3150 (2025) 02-33-7
品種是茶葉生產(chǎn)最基本、最重要的生產(chǎn)資料之一。我國(guó)作為茶樹的原產(chǎn)地,種質(zhì)資源的豐富度和多樣性處于世界之最。據(jù)中國(guó)種業(yè)大數(shù)據(jù)平臺(tái)查詢,截至2024 年12 月,全國(guó)已登記的茶樹品種有322 個(gè)。作為多年生木本植物,茶樹新品種的鑒定與選育周期長(zhǎng),引種已成為推動(dòng)茶葉產(chǎn)區(qū)良種化率提高的重要手段。春季萌發(fā)期和品質(zhì)成分是評(píng)價(jià)引種適宜性的重要指標(biāo)。肖羅丹等[1]研究了引種至宜賓地區(qū)的天府茶28 號(hào)、春雨1 號(hào)、中茶102 等10 個(gè)品種的春季萌發(fā)期、生化成分、制茶品質(zhì);胡雙玲等[2]以福鼎大白茶為對(duì)照,研究了中茗6 號(hào)、中茗7 號(hào)等6 個(gè)品種在恩施地區(qū)的栽培生長(zhǎng)特性、產(chǎn)量品質(zhì)指標(biāo)及恩施玉露的適制性,都為上述茶區(qū)良種引進(jìn)和推廣提供了重要依據(jù)。
紫陽(yáng)縣地處陜西南部,是我國(guó)江北茶區(qū)的重要產(chǎn)茶縣,以紫陽(yáng)毛尖等綠茶為主導(dǎo)產(chǎn)品,全縣現(xiàn)有茶園面積1.7 萬(wàn)余hm2,以有性系紫陽(yáng)群體種為主栽品種[3]。茶樹是高度雜合的木本植物,有性系個(gè)體之間往往存在發(fā)芽期、芽葉形態(tài)不一致的問(wèn)題,嚴(yán)重影響茶葉的商品性。無(wú)性系品種是以茶樹單株?duì)I養(yǎng)體為材料,采用無(wú)性繁殖法繁殖的品種,其農(nóng)藝性狀比較一致,商品性明顯優(yōu)于有性系品種[4]。因此,引種適宜紫陽(yáng)茶葉加工的無(wú)性系良種是支撐當(dāng)?shù)夭璁a(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵舉措。
非靶向代謝組學(xué)因能夠全面準(zhǔn)確地反映研究對(duì)象的代謝物輪廓而被廣泛應(yīng)用于茶葉非揮發(fā)性品質(zhì)成分的檢測(cè)分析[5-7]。王哲等[8]用代謝組學(xué)的手段研究了不同花色種類云南白茶的化學(xué)成分差異,鑒定出120 余種化合物。周闖等[9]采用代謝組學(xué)技術(shù)解析了水仙品種和鐵觀音品種所制綠茶、烏龍茶、紅茶的156 種化學(xué)成分。孔亞帥等[10]利用非靶向代謝組學(xué)技術(shù)從信陽(yáng)毛尖加工過(guò)程不同階段的樣品中檢測(cè)出1 000 種代謝物,并且篩選出53種與信陽(yáng)毛尖茶風(fēng)味和品質(zhì)形成密切相關(guān)的成分。隨著數(shù)據(jù)庫(kù)的不斷完善和標(biāo)準(zhǔn)品的不斷增加,代謝組學(xué)技術(shù)能夠準(zhǔn)確鑒定的物質(zhì)也越來(lái)越多,在茶學(xué)研究中的運(yùn)用愈發(fā)廣泛。
中茶108 是中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所利用龍井43 枝條輻射誘變后經(jīng)單株系統(tǒng)選育而成的無(wú)性系良種[11],引種至江蘇、浙江、四川等省后,均表現(xiàn)出比較優(yōu)異的農(nóng)藝性狀和綠茶適制性[12-14]。中白1 號(hào)是中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所和建德市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心等單位利用有性系鳩坑種群體種經(jīng)單株系統(tǒng)選育而成的白化變異品種,其氨基酸含量較高,適制名優(yōu)綠茶[15],目前已在江蘇、四川、湖北等省引種試種。本研究利用非靶向代謝組學(xué)檢測(cè)了中茶108 和中白1 號(hào)兩個(gè)品種引種至紫陽(yáng)地區(qū)以后品質(zhì)成分的變化,以期為兩個(gè)品種在紫陽(yáng)縣的推廣應(yīng)用提供基礎(chǔ)支撐。
1 材料與方法
1.1 材料與試劑
中茶108 和中白1 號(hào)兩個(gè)品種引自浙江杭州市西湖區(qū),按照株距0.33 m、行距1.50 m,單行雙株種植于紫陽(yáng)縣煥古鎮(zhèn)。兩品種在西湖區(qū)及紫陽(yáng)縣兩地的生化樣品制備方法為:采集春季第一批一芽二葉鮮葉后立即使用斗式烘干機(jī)120 ℃烘15~20 min,然后80 ℃烘至足干。每一個(gè)地區(qū)的品種制備4 個(gè)重復(fù)樣品,制備好的樣品密封并放置于陰涼干燥的環(huán)境中保存。
乙醇、乙腈、甲酸、甲醇均為色譜純(美國(guó)Sigma-Aldrich公司),試驗(yàn)用水為Milli-Q超純水。
1.2 儀器與設(shè)備
5810R 型高速冷凍離心機(jī)(德國(guó)Eppendorf 公司),Ultimate 3000 超高效液相色譜儀聯(lián)用Q ExactiveTM四極桿-軌道阱高分辨率質(zhì)譜儀(美國(guó)ThermoScientific公司)。
1.3 方法
1.3.1 一芽二葉期觀測(cè)
兩個(gè)品種春季一芽二葉期觀測(cè)參照《茶樹種質(zhì)資源描述規(guī)范》(NY/T 2943—2016) [16]。
1.3.2 樣品前處理
制備好的茶葉生化樣采用研磨儀(30 Hz,1 min) 研磨成粉末狀。準(zhǔn)確稱取研磨好的粉末0.2 g 置于15 mL離心管中,加入5 mL70%甲醇溶液,充分渦旋振蕩后,移入70 ℃水浴浸提10 min,冷卻至室溫后在3 500 r/min 轉(zhuǎn)速下離心10 min,轉(zhuǎn)移上清液至新的離心管中;再用5 mL70%甲醇溶液重復(fù)上述浸提過(guò)程1 次;合并兩次浸提上清液并定容至10 mL;搖勻并經(jīng)0.22 μm微孔濾膜過(guò)濾后用于液相色譜-高分辨軌道阱質(zhì)譜檢測(cè)。
1.3.3 代謝物檢測(cè)方法
色譜條件:非靶向代謝組學(xué)檢測(cè)參考Shan等[17]的方法并略作調(diào)整。采用Waters AcquityTMHSS T3 (2.1 mm×100.0 mm,1.8 μm) 色譜柱;流速0.4 mL/min,柱溫40 ℃;進(jìn)樣量3 μL。流動(dòng)相A使用0.1 %甲醇水溶液,流動(dòng)相B為含有0.1 %甲醇的乙腈。流動(dòng)相洗脫梯度為:在0~10 min 內(nèi)B相比例由5 %按線性梯度增加至95 %并維持1 min,11.0~11.1 min B相比例降低至5 %,并以B相5%的比例平衡至14 min。
質(zhì)譜條件:質(zhì)譜電壓為正離子模式4 000 V,負(fù)離子模式-3 500 V,電噴霧離子源加熱器溫度為355 ℃,毛細(xì)管溫度為320 ℃,鞘氣45 arb,輔助氣10 arb,S-Lens 射頻級(jí)別55 %。代謝物提取物在35 000 nm 分辨率下進(jìn)行全掃描模式分析,在100~1 000 m/z 的掃描范圍被獲取。
1.3.4 質(zhì)控樣品
質(zhì)控樣品(QC) 是將樣品浸提液混合制備而成,用于檢測(cè)樣品在相同處理方法下的重復(fù)性。在代謝物檢測(cè)過(guò)程中,每4 個(gè)分析樣品中插入1 次質(zhì)控樣品,以確保檢測(cè)結(jié)果的重復(fù)性。
1.4 數(shù)據(jù)處理
利用Compound discoverer 軟件對(duì)二級(jí)質(zhì)譜信息進(jìn)行處理,并使用MS/MS譜本地庫(kù)以及MWDB數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行代謝物定性分析。根據(jù)代謝物積峰的形態(tài)、保留時(shí)間等信息,使用Multia quant 軟件對(duì)質(zhì)譜峰進(jìn)行校正。通過(guò)XCalibur quan browser 信息,提取了曲線下面積值作為代謝物的定量信息,并將所有標(biāo)注代謝物的峰面積數(shù)據(jù)導(dǎo)出到Excel 軟件中進(jìn)行整理和統(tǒng)計(jì)。使用SIMCA 軟件進(jìn)行主成分分析(PCA) 和偏最小二乘判別分析(PLS-DA)。樣品組間差異代謝物的篩選以多變量分析OPLS-DA模型的變量重要投影(VIP) 結(jié)合組間差異倍數(shù)值為依據(jù),按照最終選取VIP>1,差異倍數(shù)值≥2.0 或≤0.5 的標(biāo)準(zhǔn)定義為差異代謝物。
2 結(jié)果與分析
2.1 兩地氣候因子差異分析
氣溫和降水量是與茶葉生產(chǎn)關(guān)系最密切的兩個(gè)環(huán)境因子。利用國(guó)家氣象站基本資料對(duì)紫陽(yáng)縣和杭州市西湖區(qū)每個(gè)月的氣溫及降水情況進(jìn)行對(duì)比分析,結(jié)果如表1。西湖區(qū)的年度最高氣溫為39.0 ℃ , 最低氣溫為- 7.4 ℃ , 年平均氣溫為17.2 ℃;全年降水量為1 181.8 mm,單月最大降水量為197.0 mm。紫陽(yáng)縣全年最高氣溫為39.5 ℃,比西湖區(qū)略高;最低氣溫為-4.4 ℃,高于西湖區(qū);年平均氣溫為15.8 ℃,低于西湖區(qū);全年降水量為1 673.2 mm,是西湖區(qū)的1.42 倍;單月最大降水量為379.8 mm,是西湖區(qū)的1.93 倍。2—4 月是春茶生產(chǎn)的關(guān)鍵期,除了2 月最高氣溫西湖區(qū)明顯高于紫陽(yáng)縣以外,兩地這3 個(gè)月份的最低氣溫和平均氣溫均比較接近。但是從降水量來(lái)看,西湖區(qū)2—4 月的降水量為237.3 mm,并且在各月相對(duì)均衡;而紫陽(yáng)縣這3 個(gè)月的降水量為156.2 mm,且集中在4 月,2—3 月的降水基本為0。綜合來(lái)看,兩地的氣溫特征基本相似,但是降水量差異較大,尤其是在春茶季節(jié),這可能會(huì)對(duì)兩個(gè)品種在紫陽(yáng)縣的適應(yīng)性和春茶生產(chǎn)造成一定影響。
2.2 兩地中茶108和中白1號(hào)春季物候期對(duì)比
茶樹的物候期受緯度、春季日均氣溫和降水量的影響較大,尤其是每年2—3 月的氣溫對(duì)春季茶芽的萌發(fā)有顯著影響。經(jīng)過(guò)2023—2024 年連續(xù)2年的觀測(cè),發(fā)現(xiàn)中茶108、中白1 號(hào)在西湖區(qū)的一芽二葉期分別為3 月21—25 日、4 月7—10 日,在紫陽(yáng)縣的物候期分別為3 月20—24 日、4 月6—10日。從兩地對(duì)比來(lái)看,中茶108 和中白1 號(hào)的一芽二葉期在紫陽(yáng)縣要略早于在西湖區(qū),即從春季物候期來(lái)看兩個(gè)品種在引種地表現(xiàn)出了良好的適應(yīng)性。
2.3 引種對(duì)中茶108和中白1號(hào)次生代謝物的影響
2.3.1 非靶向代謝組學(xué)檢測(cè)結(jié)果
利用非靶向代謝組學(xué)技術(shù)對(duì)引種前后中茶108和中白1 號(hào)的品質(zhì)成分進(jìn)行檢測(cè),從兩地的樣品中共檢測(cè)到化學(xué)成分278 個(gè)。其中氨基酸類化合物最多,有62 種;黃酮苷類(黃酮碳苷、黃酮氧苷、黃酮苷元類) 49 種;酚酸和有機(jī)酸類物質(zhì)45種;兒茶素類物質(zhì)(單體和二聚體) 30 種;碳水化合物類21 種;芳香糖苷和含苯環(huán)類化合物17種;核苷類化合物16 種;其他類化合物和未知化合物38種。
2.3.2 主成分分析
主成分分析(PCA) 能夠通過(guò)幾個(gè)主成分來(lái)體現(xiàn)代謝組學(xué)多維數(shù)據(jù)下的特征。利用代謝組學(xué)檢測(cè)出的278 種化學(xué)成分對(duì)引種前后中茶108 和中白1 號(hào)進(jìn)行PCA 分析,結(jié)果如圖1 所示。對(duì)中茶108的PCA分析顯示第一主成分(PC1) 與第二主成分(PC2) 的貢獻(xiàn)率分別為62.84%與20.18%,累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到了83.02 %(圖1-A);中白1 號(hào)第一主成分(PC1) 和第二主成分(PC2) 的貢獻(xiàn)率分別為68.51%和10.79%,累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到79.30%(圖1-B),這說(shuō)明非靶向代謝組學(xué)所檢測(cè)出的化學(xué)成分能夠較好反映兩地樣品間的差異。在PCA 圖中西湖區(qū)和紫陽(yáng)縣兩地的中茶108 和中白1 號(hào)樣品能夠較好地聚集成互不交叉的兩簇,說(shuō)明引種后兩品種的品質(zhì)成分均發(fā)生了比較明顯的變化。
2.3.3 引種導(dǎo)致的差異代謝物分析
變量重要性投影分析值(VIP) 是評(píng)估代謝物與樣本分類之間相關(guān)性的重要指標(biāo),通常以VIPgt;1且P lt; 0.05 作為代謝物差異篩選的標(biāo)準(zhǔn)。以此為標(biāo)準(zhǔn),從兩地種植的中茶108、中白1 號(hào)生化樣中分別篩選出含量存在顯著差異的化合物95 種和82種,分別占所鑒定出成分的34.17%和29.50%。進(jìn)一步提高篩選標(biāo)準(zhǔn),疊加Fold changegt;2.0 或lt;0.5,從中茶108、中白1 號(hào)中分別篩選出差異化合物25種和32種。
兩地中茶108 樣品中的25 種差異化合物包括氨基酸、兒茶素、酚酸、有機(jī)酸、碳水化合物等多種類型(表2)。含量分析發(fā)現(xiàn)其中有6 種物質(zhì)在紫陽(yáng)的中茶108 樣品中含量較高,其余19 種為西湖區(qū)的茶樣中含量較高。
兒茶素是茶葉滋味形成的關(guān)鍵物質(zhì),酯型兒茶素的苦澀味要強(qiáng)于非酯型兒茶素。在紫陽(yáng)的中茶108 樣品中表沒(méi)食子兒茶素3-O-(3-O-甲基沒(méi)食子酸酯)和表兒茶素3-O-(3-O-甲基沒(méi)食子酸酯)兩個(gè)酯型兒茶素的含量分別是西湖區(qū)茶樣的3.13 倍和2.75倍,可能會(huì)導(dǎo)致其茶湯澀味較重。黃酮苷類和游離氨基酸類是茶葉滋味醇和與鮮爽的重要貢獻(xiàn)物質(zhì)。西湖區(qū)中茶108 樣品中的4 種氨基酸類、3 種黃酮氧苷類、3 種茶黃素類成分的含量均是紫陽(yáng)中茶108 樣品的2 倍以上,也會(huì)對(duì)中茶108 引種至紫陽(yáng)以后的感官品質(zhì)產(chǎn)生不利影響。
兩地中白1 號(hào)差異化合物中有20 種成分在紫陽(yáng)縣樣品中含量較高,12 種在西湖區(qū)的樣品中含量較高(表3)。與中茶108 中的情況類似,兒茶素-(4α-gt;8)-表兒茶素-3-O-沒(méi)食子酸酯、表兒茶素-(4β-gt;8)-表兒茶素-3-O-沒(méi)食子酸異構(gòu)體等呈現(xiàn)苦澀味的成分在紫陽(yáng)縣的中白1 號(hào)樣品中含量較高,是西湖區(qū)樣品的1.51~2.05 倍;而脯氨酸、精氨酸等對(duì)茶葉鮮爽味有貢獻(xiàn)的氨基酸類物質(zhì)含量普遍較低,這可能會(huì)導(dǎo)致兩個(gè)品種在紫陽(yáng)縣所加工的綠茶滋味濃但鮮爽味不足。酚酸類和有機(jī)酸類物質(zhì)是茶葉中呈現(xiàn)酸味的物質(zhì),在紫陽(yáng)的茶樣中含量普遍較高,是西湖區(qū)茶樣的1.48~2.26 倍,對(duì)于紫陽(yáng)綠茶的生產(chǎn)也會(huì)造成一定的影響。
3 小結(jié)與討論
品種是茶葉生產(chǎn)的基礎(chǔ),是決定茶葉品質(zhì)的關(guān)鍵因素之一。不同品種鮮葉的次生代謝物組成和含量往往存在較大差異,所適制的茶類也存在一定區(qū)別。中茶108 屬于常規(guī)綠色品種,中白1 號(hào)則屬于葉色白化變異品種,二者均適制綠茶,但所制干茶感官特征存在明顯區(qū)別。紫陽(yáng)縣和西湖區(qū)分別處于北緯32°和北緯30°,基于國(guó)家氣象站數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)兩地春茶季節(jié)的氣溫及降水量非常相似,連續(xù)2 年的觀測(cè)發(fā)現(xiàn),中茶108 和中白1 號(hào)在兩地的一芽二葉物候期也非常接近,說(shuō)明兩個(gè)品種在紫陽(yáng)縣表現(xiàn)出了比較好的適應(yīng)性。生化成分是茶葉品質(zhì)形成的物質(zhì)基礎(chǔ),非靶向代謝組學(xué)研究發(fā)現(xiàn),引種至紫陽(yáng)后中茶108 和中白1 號(hào)一芽二葉生化樣中與茶葉苦澀味相關(guān)性較強(qiáng)的兒茶素類物質(zhì)的含量較西湖區(qū)顯著增加,而與鮮爽味相關(guān)的氨基酸類物質(zhì)含量有所下降,這可能會(huì)導(dǎo)致紫陽(yáng)縣兩品種鮮葉所加工的綠茶滋味濃厚但鮮爽味不足。盡管非靶向代謝組學(xué)能夠比較全面地反映出引種前后2 個(gè)品種的整體代謝輪廓變化,但是綠茶品質(zhì)的形成與加工過(guò)程中的攤青程度、殺青溫度和時(shí)間等因素緊密相關(guān)[18-21],因此后續(xù)還需要對(duì)紫陽(yáng)縣的生產(chǎn)茶樣開展進(jìn)一步的感官品質(zhì)和氨基酸、茶多酚、水浸出物等理化品質(zhì)分析,再結(jié)合本研究的結(jié)果優(yōu)化加工工藝參數(shù),推動(dòng)實(shí)現(xiàn)品種與加工技術(shù)的配套,為充分發(fā)揮中茶108 和中白1號(hào)對(duì)紫陽(yáng)縣茶產(chǎn)業(yè)發(fā)展的推動(dòng)作用奠定基礎(chǔ)。
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基金項(xiàng)目:國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(2022YFD1602001-2)