不同光質(zhì)對福鼎大白茶葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)和呈味氨基酸積累的影響

王加真， 劉義富， 肖 堯， 何 佳， 曾一霞， 周玲艷， 趙 蛾

(1.遵義師范學(xué)院生物與農(nóng)業(yè)科技學(xué)院，貴州遵義 563000； 2.遵義師范學(xué)院茶葉研究所，貴州遵義 563000)

茶葉中游離氨基酸種類和含量的高低不僅影響茶湯的口感和風(fēng)味，使茶湯具有一定的香氣和甜爽味，而且是茶保健功能的重要因子。范培珍等研究發(fā)現(xiàn)，谷氨酸(Glu)、甘氨酸(Gly)、丙氨酸(Ala)、脯氨酸(Pro)、茶氨酸(The)是茶葉中的鮮爽因子，絲氨酸(Ser)、Gly、Ala、Pro是甜味類，組氨酸(His)、精氨酸(Arg)、纈氨酸(Val)、蛋氨酸(Met)、異亮氨酸(Iso)、亮氨酸(Leu)、苯丙氨酸(Phe)是苦味類因子，天冬氨酸(Asp)和Glu是鮮味決定因子。張丹丹等通過對白茶的研究認(rèn)為，不同白茶品種中鮮味氨基酸種類存在差異，在其研究中發(fā)現(xiàn)Pro、Gly、Asp和蘇氨酸(Thr)對白毫銀針貢獻(xiàn)甜味，而苦味則受Leu、His和Met影響；在貢眉中貢獻(xiàn)甜味的則是Val和Ala代替了Gly和Thr，影響苦味的只有Leu相同，其余的則是Phe、Iso和Val。大量研究一致認(rèn)為，The占茶葉游離氨基酸含量的50%以上方可調(diào)節(jié)人體的免疫功能，且對心血管疾病、神經(jīng)性疾病具有一定的療效，是茶葉保健功能的重要因子。因此，高氨基酸含量是提高茶葉品質(zhì)的重要課題之一。方開星等研究218份茶樹資源的氨基酸發(fā)現(xiàn)，存在高氨基酸(總量≥5.00%)的茶樹資源，可選育出高氨基酸含量的茶樹品種。通過70% 遮陽處理、春夏季施以一定量尿素、梨茶間植以及冬深耕+重施氮肥+遮陽+噴灌等方法，均能顯著提高茶葉氨基酸含量。在茶青加工過程中，采用攤涼萎凋 2～3 h、90～100 ℃烘焙、80～90 ℃提香30 min的工藝可使茶葉中氨基酸含量提高。

育種和栽培措施從材料的層面解決了氨基酸含量的高低，但育種方法需要相應(yīng)的種質(zhì)資源、較長的時(shí)間和較大的投入，短期難見成效。近年來通過控制光照調(diào)節(jié)植物生長和生理成為了研究熱點(diǎn)。茶樹光處理試驗(yàn)顯示遮陰可增加氨基酸含量，不同光質(zhì)照射處理的茶樹茶鮮葉中氨基酸含量也不同，紅光處理會(huì)降低氨基酸含量，藍(lán)光和紅藍(lán)光處理使氨基酸含量升高。光質(zhì)主要是通過影響光合效率而影響氨基酸含量，光合效率可用葉綠素?zé)晒鈪?shù)來表示。葉綠素?zé)晒鈪?shù)主要有實(shí)際光量子產(chǎn)量[Y (Ⅱ)]、潛在最大相對電子傳遞效率()、光能的利用效率()和強(qiáng)光耐受能力()等，它們可用來表述植物對光能的利用及耐受效率和能力，并以此來判斷植物的抗性、生長和生理狀況。葉綠素?zé)晒鈪?shù)可利用便攜式分析儀原位測定，具有快速、無損傷的特點(diǎn)，能夠真實(shí)反映植物的光合能力，從而能較準(zhǔn)確地分析生長環(huán)境對植物的影響。本研究以福鼎大白茶一年生幼苗為材料，利用葉綠素?zé)晒鉁y定技術(shù)分析其葉片在不同光質(zhì)下葉綠素?zé)晒鈪?shù)及葉片呈味氨基酸含量差異，探討福鼎大白茶葉片對不同光質(zhì)的利用及其能量分配，以及光質(zhì)對茶樹葉片呈味氨基酸含量的影響，以期為光質(zhì)調(diào)控茶葉功能成分的生產(chǎn)應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

福鼎大白茶由貴州湄潭國家農(nóng)業(yè)科技園區(qū)茶樹良種繁育中心提供，選取生物量一致的盆栽福鼎大白茶一年生幼苗[株高(20±0.5) cm]進(jìn)行試驗(yàn)。

光質(zhì)精準(zhǔn)可調(diào)人工氣候箱(安徽昂科豐光電科技公司)；高精度快速光譜輻射計(jì)(HAAS-200，杭州遠(yuǎn)方光電信息股份有限公司)；LI-250A光度計(jì)(LI-COR，美國)；MINI-PAM-Ⅱ脈沖調(diào)制式葉綠素?zé)晒鈨x(德國WALZ公司)；200目鋼絲網(wǎng)篩；L-3000 型全自動(dòng)氨基酸分析儀(蘇州華美辰儀器設(shè)備有限公司)。

熒光燈 T8 L36W/865 O-D 6500K 白光；LED紅光燈；LED藍(lán)光燈；LED紅藍(lán)混合燈。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法

1.2.1 光源設(shè)置 以熒光燈和LED燈為光源，利用高精度快速光譜輻射計(jì)測量光源光譜參數(shù)。分別置于白光(熒光燈，對照，W)和紅光(645 nm，R)、藍(lán)光(440 nm，B)、紅藍(lán)組合光(RB，光質(zhì)比 1.4 ∶1)下，用LI-250A光度計(jì)(LI-COR，美國)采用9點(diǎn)法測定茶苗頂部受光面平均光量子密度，調(diào)整茶苗放置高度，將4種光源光照度統(tǒng)一調(diào)整為(85±2) μmol/(m·s)。

1.2.2 茶苗栽培設(shè)置 試驗(yàn)于2019年12月在貴州省遵義市遵義師范學(xué)院茶樹光生物學(xué)實(shí)驗(yàn)中心進(jìn)行，光周期12 h，溫度恒定在(25±1) ℃，相對濕度為(85±3)%。每種光照下設(shè)置10盆栽培盆，每盆栽植4株茶苗，每隔3 d澆1次20 mL去離子水。

1.2.3 葉綠素?zé)晒鈨x測定 每株選擇3個(gè)萌發(fā)芽長出的第1張葉。分別在光照0、1、2、3 周對第1張葉暗適應(yīng)12 h后用MINI-PAM-Ⅱ脈沖調(diào)制式葉綠素?zé)晒鈨x測定光系統(tǒng)Ⅱ快速光曲線，對光曲線進(jìn)行非線性曲線擬合后，曲線初始斜率為光能利用效率()，曲線的最大值為潛在最大相對電子傳遞效率()，表示方法如圖1所示。同時(shí)測定第1張葉在光適應(yīng)下的實(shí)際光化學(xué)效率(YⅡ)和耐受強(qiáng)光的能力()。每株3張葉的平均值作為該株的參數(shù)。

1.2.4 葉片氨基酸含量測定 于光照處理3周后，每處理摘取測葉綠素?zé)晒鈪?shù)的對應(yīng)第1張片，用100 ℃水蒸汽殺青3 min，80 ℃下烘干至恒質(zhì)量，粉碎過200目篩后測氨基酸含量。18種氨基酸組分含量的測定采用氨基酸分析儀。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

測定數(shù)據(jù)利用Excel 2013進(jìn)行平均值、標(biāo)準(zhǔn)差等的分析及排列，然后利用SPSS 18.0 軟件進(jìn)行單因素方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 光源光譜特征分析

試驗(yàn)用光源經(jīng)HAAS-200測量分析獲得如表1所示的光譜參數(shù)。

表1 試驗(yàn)用不同光質(zhì)的光譜特性

4種光源W、RB、R、B的主波長分別為545、449、660、440 nm，它們的紅藍(lán)光質(zhì)比分別為0.8、1.4、4.4和0.1。W光源與RB光源相比較，有較高的綠光比例(41%)，峰值波長位于黃綠光區(qū)域。根據(jù)前人研究，紅光(610～720 nm)和藍(lán)光(400～520 nm)是植物敏感光源，與光合作用效率相關(guān)性最顯著，紅光下植物生長旺盛，藍(lán)光次之。茶樹為喜陰植物，本試驗(yàn)用R、B、RB和W分別為600～700、400～500、500～600 nm，處于合理的區(qū)間內(nèi)，可滿足茶樹對不同光質(zhì)反應(yīng)研究的需要。

2.2 光質(zhì)對茶樹葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響

如圖2所示，與處理前相比，Y(Ⅱ)在處理1周后，出現(xiàn)下降趨勢，但差異不顯著；處理2周后，白光和紅藍(lán)光處理下與處理前相比Y(Ⅱ)下降顯著，藍(lán)光處理與1周后相比顯著升高，紅光處理下不變；處理3周后除紅藍(lán)光外其他光照下均恢復(fù)到處理前水平。光質(zhì)之間比較，處理1周后，紅光處理顯著低于白光，與其他2種光之間無顯著差異。處理2周后，藍(lán)光處理Y(Ⅱ)顯著高于紅光和紅藍(lán)光處理。處理3周后，紅藍(lán)光處理明顯低于其他光處理。PSⅡ反應(yīng)中心部分關(guān)閉時(shí)，捕光色素分子實(shí)際原初光能捕獲效率即為Y(Ⅱ)[Y(Ⅱ)=(-)/]，可快速地確定某種環(huán)境條件下 PSⅡ反應(yīng)中心的作用效率。所以，紅光具有提高PSⅡ反應(yīng)中心作用效率的作用，增強(qiáng)捕光色素分子的光能利用率。

在處理1周后，均表現(xiàn)下降的趨勢，但只有在白光處理下與處理前存在顯著差異，且藍(lán)光處理下顯著高于白光和紅藍(lán)光處理(<0.05)。處理2周后，值均開始回升，但仍然只有白光處理下值與處理1周結(jié)果存在顯著差異；藍(lán)光處理顯著高于白光與紅光處理。處理3周后，白光和紅藍(lán)光處理下值又出現(xiàn)下降，顯著低于處理2周后的結(jié)果；不同光照之間表現(xiàn)為藍(lán)光處理下顯著高于其他光照處理。這說明紅光和藍(lán)光照射下，較穩(wěn)定，且藍(lán)光處理效果較紅光好。曲線初始斜率反映光化學(xué)反應(yīng)的啟動(dòng)速率，是反映光合器官對光能利用效率的參數(shù)。紅光和藍(lán)光處理有穩(wěn)定茶樹光化學(xué)反應(yīng)啟動(dòng)速率的作用。

反映葉片光合作用的潛力。在不同光照處理1周后，白光和紅光處理下顯著下降，且紅光處理下降幅度最大，顯著低于其他光照處理。處理2周后，均有上升趨勢，但只有紅光處理下顯著高于處理1周的結(jié)果，且紅光、藍(lán)光、紅藍(lán)光處理下明顯高于白光處理。處理3周后，均有下降趨勢，但仍然只有紅光處理顯著低于處理2周的結(jié)果；不同光質(zhì)間比較表現(xiàn)為藍(lán)光處理顯著高于白光和紅光處理。以上結(jié)果表明，紅光會(huì)降低茶樹葉的光合潛力，而B對葉片光合潛力沒有影響。

是初始斜率線和水平線的交點(diǎn)的橫坐標(biāo)值，反映樣品對強(qiáng)光的耐受能力。相對穩(wěn)定，只有紅光處理2周后比處理1周顯著升高，然后到3周又顯著降低，說明光質(zhì)對的影響不大。

2.3 光質(zhì)對茶樹葉片呈味氨基酸含量的影響

18種氨基酸含量在光照處理21 d后進(jìn)行測定，結(jié)果如表2所示。18種氨基酸中只有Pro含量不受光質(zhì)的影響，酪氨酸(Tyr)、氨基丁酸(-Butyr)、Gly、Phe、Arg在紅光處理下含量最高。白光處理下-Butyr、Asp、Ser、Ala、Met、Phe、Arg、His含量均最低，表明紅光、藍(lán)光、紅藍(lán)混合光處理對大多數(shù)氨基酸都有較大的影響，有提高的功效。與白光相比，紅光可顯著提高-Butyr、Ala、Met、Ser、Phe、Tyr、Lys和Arg的含量，降低Asp、The、Glu和Leu的含量。藍(lán)光可提高-Butyr、Asp、The、Glu、Phe含量，降低Gly、Val含量；紅藍(lán)混合光可顯著提高Asp、The、Glu、Ala、Met、Thr、Iso、Val、Leu、Lys、Arg和His含量。

表2 不同光質(zhì)處理21 d后對福鼎大白茶葉片18種游離氨基酸組分含量的影響 %

不同顏色光照處理下茶葉氨基酸含量之間相比較，紅光處理下-Butyr、Gly、Phe、Tyr和Arg含量比藍(lán)光和紅藍(lán)混合光處理高，Lys和Ala含量比藍(lán)光高而比紅藍(lán)混合光處理低。藍(lán)光處理下Asp、Glu和The含量比紅光處理高，Asp、The、Ala、Met、Ser、Thr、Iso、Val、Leu、Lys、Arg和His含量比紅藍(lán)混合光處理低。紅藍(lán)混合光處理下，Asp、Glu、The、Ala、Met、Ser、Thr、Iso、Val、Leu、Lys和His含量均是最高。

以上結(jié)果表明，增加藍(lán)光比例，有助于主要氨基酸(圖3，Asp、Glu、The占游離氨基酸比例高于70%，因此定義這3種氨基酸為主要氨基酸)的積累，而紅光則主要有助于帶苦味的氨基酸的積累。所以，可通過增加藍(lán)光的比例，提高茶樹甜爽氨基酸含量，從而提高茶葉的鮮爽滋味。藍(lán)光和紅藍(lán)混合光處理下氨基酸總量的提高主要是通過提高天門冬氨基酸、Glu和The這3種主要氨基酸的含量。

2.4 茶樹氨基酸含量與葉綠素?zé)晒鈪?shù)的相關(guān)性分析

表3表明，Ala、Lys、Ser、His含量與Y(Ⅱ)呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)，Val含量與呈顯著負(fù)相關(guān)，Glu與呈顯著正相關(guān)，Asp、Glu、Pro、Met、Thr、Val、Leu含量與呈顯著或極顯著正相關(guān)。葉綠素?zé)晒鈪?shù)可利用便攜式儀器原位、快速測定，根據(jù)氨基酸含量與葉綠素?zé)晒鈪?shù)的相關(guān)性可間接判斷氨基酸含量的高低，對茶樹高氨基酸育種具有重要的參考價(jià)值。

表3 氨基酸含量與葉綠素?zé)晒鈪?shù)的相關(guān)性

3 討論與結(jié)論

綠色植物含多種光受體，如光敏色素、隱花色素、向光素等。不同的光受體對不同色光的敏感不同，如光敏色素對紅光敏感，隱花色素對藍(lán)光敏感。因此不同色光對植物生長發(fā)育的影響不同。藍(lán)光對脫黃化、開花、晝夜節(jié)律、基因表達(dá)、向光性、葉綠體運(yùn)動(dòng)和氣孔運(yùn)動(dòng)等都有一定的調(diào)節(jié)作用，并且，藍(lán)光能增加茶樹氨基酸總量。本研究中，藍(lán)光和紅藍(lán)混合光處理均增加了氨基酸總量，且紅藍(lán)混合光效果更好。并且，藍(lán)光和紅藍(lán)混合光主要是通過增加天冬氨酸、谷氨酸和茶氨酸等主要氨基酸的含量而增加氨基酸總量，而對部分苦味氨基酸含量無影響或有降低的作用。所以在茶樹栽培過程中，適當(dāng)增加藍(lán)光的比例，有助于提高茶葉的品質(zhì)。

紅光通過抑制植物節(jié)間伸長而抑制植物莖的生長，因此，紅光處理有利于控制茶樹的株高。紅光處理對植物內(nèi)含物也有較大影響，處理葉片的混合光中升高紅光的比例可降低葉片總氮含量，包括葉綠素和蛋白質(zhì)含量，增加包括還原性糖含量的總碳含量。因此，提高紅光的比例，可改善茶葉的茶湯口感，且在施氮水平較高的條件下，還可調(diào)節(jié)碳氮代謝平衡。水稻試驗(yàn)表明，紅光處理5 d的幼苗各種氨基酸含量都遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于藍(lán)光和白光處理的幼苗。在本研究中，紅光處理下，氨基酸總量比藍(lán)光和紅藍(lán)光混合光處理的低，與其他植物的研究結(jié)果較一致，而本研究中氨基酸總量降低的原因主要是天冬氨酸、谷氨酸和茶氨酸的含量顯著降低造成的。

光質(zhì)對茶樹生理的影響主要通過調(diào)控光合作用來實(shí)現(xiàn)，葉綠素?zé)晒鈪?shù)則是茶樹光合作用過程變化的反映。葉綠素?zé)晒鈪?shù)中 Y(Ⅱ)反映葉片吸收的光能中用于光合電子傳遞的能量占比高低，高 Y(Ⅱ)往往代表著高光合效率，包括高效的光子吸收和電子傳遞，用于暗反應(yīng)中碳同化的能量，PSⅡ功能降低，Y(Ⅱ)也隨之下降。Ala、Lys、Ser和His與Y(Ⅱ)呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)。試驗(yàn)中藍(lán)光照射2周后Y(Ⅱ)有上升的趨勢，紅光照射使 Y(Ⅱ) 下降，所以紅光處理Ala和Lys含量升高和藍(lán)光處理這2種氨基酸含量降低的原因可能是外源光質(zhì)影響Y(Ⅱ)的結(jié)果。

是反映植物對光強(qiáng)度耐受程度的參數(shù)，本試驗(yàn)中紅光處理降低了茶樹對強(qiáng)光耐受的能力。相關(guān)分析顯示，天冬氨酸、谷氨酸含量與呈顯著正相關(guān)。研究表明，紅光可能通過降低而影響了天冬氨酸和谷氨酸的積累，藍(lán)光和紅藍(lán)混合光則相反。反映植物捕光能力，是葉片光合作用最大能力的表現(xiàn)。在紅光處理下明顯降低，與氨基酸含量的相關(guān)性研究顯示，與Glu含量呈顯著正相關(guān)，可推測，紅光通過降低而降低Glu的含量。反映光能利用效率，藍(lán)光處理下值明顯高于其他光照處理，而Val含量與呈顯著負(fù)相關(guān)，可見，藍(lán)光可能通過使升高而降低Val含量。