不同环境因子调控茶树紫色芽叶形成的分子机制研究

【摘要】茶树紫色芽叶常见于群体品种茶园中,在春夏秋季茶园均有发生,常见于夏秋季节,茶树紫色芽叶中所含花青素约占干物质量的0.5%-1.0%,远高于绿色芽叶,研究表明花青苷含量高是茶树芽叶紫化的主要原因。植物花青苷的积累除了遗传背景的差异,还受到光照、温度、氮素的影响。鉴于紫色芽叶在茶叶生产中发生的普遍性,以及花青苷积累量对茶叶适制性、品质的影响,研究环境因子对紫色芽叶形成的调控机制具有重要的现实意义及广泛的利用价值。本文以三年生鸠坑品种茶树为材料,分别进行光照、温度、氮素处理,通过基因表达、酶学分析、有效成分检测,探讨光照、温度、氮素对茶树紫色芽叶形成的调控机制,为下一步运用栽培手段调控紫色芽叶的形成及茶树种质资源改良提供理论依据。主要结果如下：1.光质和光强均能影响茶树芽叶花青苷关键酶基因表达谱的调控模式,光强降低,抑制茶树花青苷代谢关键酶基因的表达,花青苷积累量降低。紫外光是诱导植物花青苷积累的最有效质成分,对于花青苷关键酶基因CHS、CHI、F3H、DFR、ANS、ANR的表达起着正调控的作用,蓝光、红光对于关键酶基因的表达调控模式不同,CHS、F3H、DFR是蓝紫光诱导茶树紫色芽叶中花青苷合成的两个关键酶基因,而ANS是受红橙光调控的关键基因,CHI、ANR对于两种光的调控响应不敏感。2.适当低温处理促进花青苷合成关键酶基因的表达,有利于茶树芽叶中花青苷的积累,温度过低或者过高都会抑制茶树花青苷合成关键酶基因的表达,降低茶树芽叶花青苷的合成量。T2(10℃/20℃)处理下,CHS、CHI、F3H、DFR、ANS、ANR表达量最高,关键酶基因F3H、DFR,在T2处理下过量表达。T1(5℃/10℃)处理,六个关键酶基因的表达量最低。随着温度升高,与T2相比,T3、T4、T5处理,CHS.cHI.F3H、DFR、ANS、ANR结构基因的表达量均呈现下调趋势,其中F3H、DFR表达量显著下调。3.缺氮诱导茶树花青苷合成途径结构基因上调,缺氮处理后,与茶树芽叶花青苷合成相关的结构基因CHS、CHI、F3H、DFR、ANS的表达量均显著上调,关键酶的活性升高,而花青苷还原酶ANR的表达量下调,花青苷合成速率上升,还原率下降的,因此,茶树芽叶中花青苷的积累量升高,茶树芽叶产生紫化现象。4.不同的处理下,茶树芽叶中生化成分的积累模式不同,光强减弱,降低碳素类物质(茶多酚、儿茶素、黄酮类、花青苷)的含量,上调氮素类物质(氨基酸、咖啡碱)的含量。红橙光有利于茶树芽叶碳素类物质的积累。T2(10℃/20℃)处理,花青苷、茶多酚、儿茶素的积累量最高,T5(25℃/35℃)处理,黄酮的积累量最高,此外,随着温度的降低,氨基酸,咖啡碱的含量下降。缺氮处理抑制了茶树芽叶中氮素类物质的积累,提高了碳素类的物质的积累。5.不同处理下,茶树芽叶花青苷代谢途径中关键酶活性变化趋势不同,光照处理F3H(黄烷酮3-羟化酶)、DFR(二羟基黄酮醇还原酶)、ANS(花青苷合成酶)与其调控基因表达趋势一致。除ANS(花青苷合成酶)外,不同温度处理,花青苷代谢途径中关键酶的活性变化与其对应基因的调控模式不同。缺氮条件下,CHI(查尔酮异构酶)、F3H(黄烷酮3-羟化酶)、DFR(二羟基黄酮醇还原酶)、ANS(花青苷合成酶)、ANR(花青苷还原酶)的活性变化与其相关基因的表达模式一致。
【作者】李智；
【导师】张丽霞；
【作者基本信息】山东农业大学，茶学，2014，博士
【关键词】茶树紫色芽叶；花青苷；光；温度；氮素；

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