新梢白化茶樹生理生化特征及白化分子機(jī)理研究.pdf

1、新梢白化茶樹是一類珍稀的茶樹種質(zhì)資源，其在特定條件下萌展的新梢因缺乏葉綠素而呈現(xiàn)白化現(xiàn)象，又因其色素含量水平的不同而具有不同的葉色表現(xiàn)型，包括全白色、乳白色、淺黃色、金黃或黃（白）綠色相間等。迄今發(fā)現(xiàn)的新梢白化茶樹品種有溫度敏感型和光照敏感型兩種。多數(shù)白化新梢都具有氨基酸含量高、茶多酚和咖啡因含量適中的特點，是優(yōu)質(zhì)綠茶的良好原料。然而，新梢的白化程度取決于生長環(huán)境條件，如氣溫高低或光照強(qiáng)度，從而導(dǎo)致內(nèi)合成分含量的不穩(wěn)定。而且，高度白化的

2、茶樹抗逆性差，以致移栽成活率低，苗期管理困難。其根本原因是人們對茶樹新梢白化的遺傳機(jī)理沒有全面了解，缺乏有效的調(diào)控手段。有鑒于此，本研究以低溫敏感型新梢白化茶樹品種‘小雪芽’和光照敏感型新梢白化茶樹品種‘黃金芽’為試驗材料，應(yīng)用透射電子顯微鏡和HPLC技術(shù)研究白化葉片的葉綠體結(jié)構(gòu)和色素含量的變化;利用分光光度計比色和HPLC技術(shù)研究白化葉片主要內(nèi)含成分茶多酚、氨基酸、兒茶素類和咖啡因的含量變化;采用高通量測序技術(shù)構(gòu)建茶樹轉(zhuǎn)錄組和數(shù)字化表

3、達(dá)譜研究白化葉片基因表達(dá)差異，并結(jié)合實時熒光定量PCR技術(shù)進(jìn)一步探究MEP代謝途徑、類胡蘿卜素代謝途徑和葉綠素代謝途徑關(guān)鍵酶基因以及編碼光捕獲葉綠素a/b結(jié)合蛋白基因的表達(dá)模式，探索新梢白化茶樹的生理生化特征和白化分子機(jī)理。主要的研究結(jié)果如下:
　　1.與溫度敏感型新梢白化茶樹品種‘小雪芽’正常綠色芽、葉相比，‘小雪芽’白化葉片（芽下第三葉）的葉綠體發(fā)育異常，表現(xiàn)為體積膨脹變大，出現(xiàn)囊狀空泡，基粒片層和類囊體膜結(jié)構(gòu)發(fā)育受阻;光合色

4、素葉綠素類和類胡蘿卜素類含量顯著性減少?！⊙┭俊谆~片內(nèi)氨基酸含量顯著增加，茶多酚、咖啡因、總兒茶素類、EGCG和ECG含量以及酚氨比值顯著降低，是優(yōu)質(zhì)綠茶的良好原料。
　　2.以新梢白化茶樹品種‘小雪芽’和普通茶樹品種‘福鼎大白茶’為試驗材料，構(gòu)建茶樹轉(zhuǎn)錄組，共79797條茶樹Unigenes，其中序列長度在1000 bp以上的有11371條;N50長度847 bp，平均測序長度為560.30 bp，序列組裝效果良好;643

5、9條Unigenes具有簡單重復(fù)序列SSR，51491條Unigenes有功能注釋。
　　3.與‘小雪芽’綠色芽、葉相比，其白化葉片的1-脫氧-D-木酮糖-5-磷酸合成酶基因DXS1和DXS2以及原葉綠素酸酯還原酶基因Por1和Por2表達(dá)受到顯著抑制，導(dǎo)致‘小雪芽’白化葉片的葉綠素和類胡蘿卜素含量缺乏;推測缺乏葉綠素和類胡蘿卜素等光合色素的‘小雪芽’白化葉片可反饋性抑制光捕獲葉綠素a/b結(jié)合蛋白基因Lhcb1-2和Lhcb7的表

6、達(dá)，進(jìn)而阻礙白化葉片葉綠體類囊體和基粒的發(fā)育。
　　4.光照敏感型新梢白化茶樹品種‘黃金芽’在夏季高溫強(qiáng)光條件下產(chǎn)生白化現(xiàn)象，采取遮蔭處理可以使‘黃金芽’白化葉片復(fù)綠。‘黃金芽’白化葉片與其遮蔭處理和普通茶樹品種‘福鼎大白茶’相比，表現(xiàn)為葉綠體內(nèi)類囊體和基粒形成受阻，葉綠素類含量顯著性減少，紫黃質(zhì)、葉黃素和總胡蘿卜素含量增加。‘黃金芽’白化葉片內(nèi)紫黃質(zhì)、葉黃素和總類胡蘿卜素的高含量是白化葉片呈現(xiàn)黃色的直接原因。
　　5.與普

7、通茶樹品種‘福鼎大白茶’和‘鳩坑’相比，春季光照敏感型新梢白化茶樹品種‘黃金芽’具有咖啡因、總氨酸含量高，茶多酚、兒茶素類、EGCG含量適中，酚氨比值較低。與‘福鼎大白茶’相比，夏季‘黃金芽’白化新梢具有總氨基酸含量高，總茶多酚、總兒茶素、EGCG和ECG含量低以及酚氨比值低;通過遮蔭處理，可以使‘黃金芽’白化新梢的咖啡因含量顯著增加。
　　6.以自然光照和遮蔭處理的‘黃金芽’一芽二葉為試驗材料構(gòu)建數(shù)字化基因表達(dá)譜，篩選得到139

8、2個差異表達(dá)基因，其中1105個基因有功能注釋?！S金芽’葉片在強(qiáng)光照條件下早期光誘導(dǎo)蛋白基因ELIP呈現(xiàn)高表達(dá)，而1-脫氧-D-木酮糖-5-磷酸合成酶基因家族DXS以及光合系統(tǒng)Ⅱ10 kDa蛋白基因psbR的表達(dá)則受到明顯抑制，說明‘黃金芽’白化葉片在強(qiáng)光照下受到光脅迫，其色素合成前體物質(zhì)生物合成不足，且葉綠體光合系統(tǒng)Ⅱ放氧復(fù)合物的形成受阻，導(dǎo)致葉綠素生物合成和葉綠體結(jié)構(gòu)發(fā)生異常。
　　7.實時熒光定量PCR進(jìn)一步研究表明，新梢

9、白化茶樹‘黃金芽’葉片在強(qiáng)光條件下，1-脫氧-D-木酮糖-5-磷酸合成酶基因DXS1、DXS2和DXS3以及鎂離子螯合酶D亞基基因CHLD的表達(dá)受到明顯抑制，而八氫番茄紅素合成酶基因PSY、番茄紅素β-環(huán)化酶基因LCYB、胡蘿卜素ε-單加氧酶基因LUT1、玉米黃質(zhì)環(huán)氧化酶基因ZEP和紫黃質(zhì)脫環(huán)氧化酶基因VDE等維持較高的表達(dá)水平，導(dǎo)致葉片內(nèi)葉綠素含量缺乏而總類胡蘿卜素、紫黃質(zhì)、葉黃素維持高含量水平，是‘黃金芽’白化葉片表現(xiàn)為黃色的根本原