代谢组学分析揭示绿茶的代谢物和品质的变化

  1摘要  

  在春季短时期内，绿茶质量的感官品质发生了很大变化，但其机理尚未明确阐明。使用气相色谱飞行时间质谱联用（GC-TOF-MS）和超高效液相色谱四极杆质谱连用（UPLC-Q-TOF-MS）对早春，中春和晚春的茶树幼芽进行代谢物分析。多变量分析显示出在不同的时期幼芽的代谢物表型差异很大。在晚春季节，氨基酸含量下降，而碳水化合物，黄酮及其糖苷，三羧酸循环和光呼吸途径强烈增强，这些都很好地反映在茶的感官品质上。代谢组学分析进一步证明了成熟叶片中代谢物表型的明显变化。结果表明，早春绿茶品质的波动是由幼芽代谢产物表型的变化引起的，这可能与成熟叶片中的碳和氮储量的再活化有关。

  2材料与方法

  ——植物材料：  

  嫩芽和成熟的叶子。选取的茶植株用N、P、K 施肥(285、60、90千克/公顷/年)。在4月1日（T1）、15日（T2）、28日（T3）三个时期随机采摘了10个重复。在样本收集的2周之前内，计算平均日气温，保持环境干扰的一致性。（茶的化学成分与气候因子显着相关）

  ——平台：  

  ①UPLC-Q-TOF/MS（超高效液相色谱四级杆飞行时间质谱）；  色谱柱：HSS T3。  

  ②GC×GC-TOF/MS（二维气相色谱飞行时间质谱）；内标：10μl的L-2-氯苯丙氨酸；色谱柱：一维度 DB-5ms（30 m × 250 μm i.d. × 0.25 μm）；二维度 DB-17H  (2.5m×0.1 mm i.d.×0.1 μm)。      质谱：Pegasus HT, Leco Co., CA, USA        模式：不分流模式。

  ——数据处理和多变量数据分析：  

  Transomics软件。原始数据导入Transomics生成峰图（包括RT， m / z和样品中代谢物的MS强度），数据收集、校对、标准化。

  ——测定总氮、总碳和游离氨基酸：  

  通过元素分析仪（Elementar Analysensysteme GmbH,Germany）测定幼枝和成熟叶中的总N和C。将幼芽样品（100mg）中的游离氨基酸用5mL沸水在100℃水浴中提取5分钟。 通过自动氨基酸分析仪（S-433D，Sykam Gmbh，Germany）的离子交换色谱法定量氨基酸。

  ——对茶叶的感官进行评价： 

  五个方面：外观、味道、香气、颜色以及茶叶浸泡后的特征。

  3研究结果

  1.不同时期绿茶嫩稍的代谢物分析。

  基于UPLC-Q-TOF / MS（a）和GC×GC-TOF / MS（b）共检测到1710种代谢物，PCA主成分分析图显示了来自三个时期（T1，T2和T3）的幼梢样品之间明显的分离且气质平台得出的差异更加明显。 三个时期幼梢的代谢物差异主要丰富了几种代谢途径。包括黄酮和黄酮醇生物合成，谷胱甘肽代谢，类黄酮生物合成，丙氨酸，天冬氨酸和谷氨酸代谢，淀粉和蔗糖代谢，三羧酸循环，甘氨酸，丝氨酸和苏氨酸代谢，色氨酸代谢，苯丙氨酸，酪氨酸和色氨酸生物合成。

  2.不同时期绿茶成熟叶片的代谢物分析。

  与幼枝相比，基于两种代谢组学平台，在成熟叶中检测到更少的代谢物/峰。PCA主成分分析图也能清楚的把成熟叶片三个时期差异分清。在成熟叶中富集的代谢途径相比幼梢要少得多，主要富集途径是黄酮和黄酮醇生物合成，谷胱甘肽代谢，色氨酸代谢和亚油酸代谢。数据表明，在成熟叶片的代谢途径存在着显着的差异。

  3.幼芽和成熟叶片在春季早中晚期初级代谢物的变化情况。

  （代谢物的相对丰度以红色（高）至绿色（低）标度说明。）

  结合表格和初级代谢物变化图来看，后期春茶主要氨基酸如茶氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺的含量显着降低，而碳水化合物、类黄酮（黄烷醇、槲皮素及其糖苷）合成、三羧酸循环和光呼吸等代谢显着增强，说明新梢碳氮代谢变化深刻地影响了不同时期春茶的品质。

  4.幼梢和成熟叶片在春季早中晚期次级代谢物的变化情况。

  结合表格和次级代谢物变化图来看，在幼芽的次生代谢中，黄烷-3-醇，黄酮醇及其糖苷的含量在不同时期之间显示出显着差异（VIP> 1、p<0.05）。儿茶素糖苷如儿茶素3-O-芸香糖苷和儿茶素3'，4'-二葡萄糖苷的含量显着增加，从早春到晚期，槲皮素及其糖苷含量增加而杨梅素甙含量却下降。

  4总结讨论  

  利用两种平台对春茶的不同时期代谢物进行了检测与鉴定，比较出二维气质平台对于茶叶的代谢物检测相对更准确。  

  后期春茶主要氨基酸含量显着降低，而碳水化合物、类黄酮合成、三羧酸循环和光呼吸等代谢显着增强，说明新梢碳氮代谢变化深刻地影响了不同时期春茶的品质。  

  代谢组学分析进一步发现成熟叶的代谢在此期间也发生了显着变化，向幼梢转移、维持春季幼梢活性的氮、碳在后期减弱，引起茶树幼梢代谢发生变化，导致春季茶叶品质波动。

  参考文献：Liu J, Zhang Q, Liu M, et al. Metabolomic analyses reveal distinct change of metabolites and quality of green tea during the short duration within single spring season.[J]. J Agric Food Chem, 2016, 64(16):3302-3309.