基于稳定性同位素15N示踪和代谢谱分析技术的茶叶氮代谢研究

摘要

硝态氮和铵态氮是植物吸收利用的两种主要的氮素形态，茶树是一种耗氮量较高的植物，氮素直接或间接的影响茶树的新陈代谢和生长发育。氮素不仅影响茶树的生理特征，也影响茶树的生化成分。氮素是蛋白质、氨基酸、叶绿素等许多重要的有机物的组成元素，茶叶中的含氮化合物如氨基酸、咖啡碱、水浸出物等对茶叶的色泽、汤色、滋味有直接的影响。本文研究不同氮素形态对茶叶氮代谢有效化学成分的影响，阐明茶叶品质的形成机理，对于茶树的合理施肥以及茶叶的品质调控提供试验依据。
　　 本课题以茶树品种“龙井43”为实验材料，分别用以铵态氮(NH4+)、硝态氮(NO3-)、全氮、无氮来处理茶苗，然后采集不同发育时期的茶树一芽一叶、一芽二叶、一芽三叶和功能叶和根部组织并保存-80℃的超低温冰箱，然后建立代谢谱分析中有关样品制备和分析检测的技术平台。在制备水相提取物样品时，水相提取物进样前要进行衍生化处理，然后采用气.质联用技术(GC-MS)进行样品分析，依据NIST和Wiley数据库，对GC-MS分析图谱中各代谢物进行结构解析。GC-MS图谱依次进行滤噪、归一化、基线校准和峰匹配处理，应用主成分分析(PCA)和偏最小二乘法分析(PLS)进行数据处理，研究不同氮素形态对茶鲜叶氮代谢品质形成的影响及不同生育期间的相互差异。试验取得以下主要结果：
　　 建立了茶叶水相提取物的代谢谱分析技术平台，并对茶叶水相供试样品进行GC-MS分析。结果表明，茶叶水相提取物中各色谱峰区分度较好，基本实现基线分离。利用NIST质谱数据库对谱图中的代谢物逐一进行检索和鉴定，从分离得到的124个峰中共鉴定出101个峰，被鉴定化合物占总离子流出峰面积的99.17％。茶叶水相提取物中最主要的成分为有机酸类、糖类、糖醇、糖苷类，其中羟丙酮酸(10.71％)、葡萄糖苷(6.83％)、D-果糖(4.82％)、2.戊酸(2.94％)、L-脯氨酸(2.93％)、丁二酸(2.81％)、赤藓糖(2.58％)、丝氨酸(1.41％)等含量较高，茶鲜叶中除了检测出含有大量的异柠檬酸(4.06％)之外，还含有醋酸(0.51％)、核糖酸(0.17％)、扁桃酸(0.03％)等微量有机酸；还检测到微量的醇类物质，如阿拉伯糖醇(0.024％)、核糖醇(0.07％)、植醇(0.06％)等；除葡萄糖苷外，糖苷类物质还检测到微量的D-吡喃甘露糖苷(0.03％)。
　　 对茶叶水相提取物GC.MS检测数据进行PCA和PLS分析，结果表明：不同氮形态(NH4+、NO3-、全氮和无氮)处理样品能进行较好的区分，表明供试的茶叶样品中非挥发性物质组成差异较大；同一氮形态处理的不同生育期茶叶样品点集中度较好。在对同一氮形态处理茶鲜叶水相提取物的多元统计分析分析中，不同生育期茶鲜叶样品间也能进行明显区分。