茶葉香氣物質(zhì)響應(yīng)脅迫機(jī)制與功能研究進(jìn)展

閆 振，王登良,2,*

（1.廣東德高信茶業(yè)控股有限公司，廣東 英德 513000；2.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，廣東 廣州 510642）

茶葉作為世界三大飲料之一，以其獨特的風(fēng)味品質(zhì)、藥理功能和文化價值成為僅次于水的普遍飲品。茶葉獨特的風(fēng)味品質(zhì)取決于其豐富的內(nèi)含物質(zhì)，茶葉香氣是茶葉感官審評的重要因子，是茶葉品質(zhì)的重要貢獻(xiàn)部分。茶葉香氣的主體芳香物質(zhì)（也稱揮發(fā)性香氣組分）按照合成途徑的不同主要分為揮發(fā)性萜類 化合物（volatile terpenes，VTs）、揮發(fā)性脂肪酸分解產(chǎn)物（volatile fatty acid decompositions，VFADs）和揮發(fā)性苯丙酸/苯類化合物（volatile phenylpropanoid/benzenoid，VPBs）[1]。成品茶葉香氣物質(zhì)種類繁多、組成復(fù)雜，其組分含量與茶樹品種、地域環(huán)境、栽培條件和加工工藝等因素密切相關(guān)，其中茶葉采前的 生長環(huán)境條件和采后的加工工藝，尤其是后者，通常對茶葉香氣品質(zhì)具有決定性作用。

根據(jù)脅迫因素的性質(zhì)可將脅迫分為生物脅迫（食葉害蟲、病原菌等）和非生物脅迫（光照、溫度、濕度、機(jī)械損傷等）兩大類[2-3]。植物脅迫響應(yīng)是當(dāng)植物受到環(huán)境脅迫因素刺激時，植物通過識別防御信號啟動體內(nèi)的防御系統(tǒng)并通過一系列的生理反應(yīng)以抗衡和降低脅迫傷害的一種自我保護(hù)反應(yīng)。食葉害蟲取食和病原菌侵染不僅會嚴(yán)重影響茶葉的產(chǎn)量和外觀品質(zhì)，同時也會誘導(dǎo)茶葉形成并釋放大量的香氣物質(zhì)[4]。采后加工過程是茶葉香氣品質(zhì)形成的關(guān)鍵階段，加工工藝產(chǎn)生的機(jī)械損傷、失水和高溫等非生物脅迫對香氣物質(zhì)的合成與釋放有重要影響[1]。本文總結(jié)了生物脅迫和非生物脅迫對茶葉香氣物質(zhì)代謝的調(diào)控機(jī)制以及茶葉香氣響應(yīng)脅迫在實際生產(chǎn)中的應(yīng)用價值，以期為改善茶葉香氣品質(zhì)和增強茶樹病蟲害防御提供理論依據(jù)。

1 茶葉香氣物質(zhì)

1.1 茶葉中的香氣化合物

相比于茶多酚和氨基酸等物質(zhì)，茶葉香氣物質(zhì)在茶葉中的含量很低，僅占茶葉干質(zhì)量的0.03%左右，但茶葉香氣物質(zhì)種類繁多，利用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）和核磁共振（nuclear magnetic resonance，NMR）技術(shù)已從茶葉中分離鑒定到700余種香氣物質(zhì)[5]。另一方面，由于大多數(shù)茶葉香氣物質(zhì)的閾值較高而無法直接被人體感知，茶葉中重要的香氣成分僅有幾十種低閾值香氣物質(zhì)[6]。如Schuh等[7]在全發(fā)酵紅茶中鑒定出600余種揮發(fā)性香氣組分，僅發(fā)現(xiàn)41 種對紅茶香氣品質(zhì)有突出貢獻(xiàn)；Kumazawa等[8]從不發(fā)酵綠茶中鑒定到200余種揮發(fā)性香氣組分，僅發(fā)現(xiàn) 30 種對綠茶香氣品質(zhì)有貢獻(xiàn)。茶葉中的香氣物質(zhì)根據(jù)代謝來源的不同可分為：VTs類，包括芳樟醇、香葉醇、橙花叔醇、法尼烯和羅勒烯等；VFADs類，包括(Z)-3-己烯-1-醇、(Z)-3-己烯基乙酸、(E)-2-己烯醛和(E)-2-己烯酸等；VPBs類，包括芐基腈、苯甲醛和吲哚等[9-10]。

1.2 香氣化合物在茶葉中的合成與釋放

多數(shù)香氣物質(zhì)是通過從頭途徑（de novo）合成的，而酶在細(xì)胞內(nèi)的定位和與底物接觸的有效性是決定香氣產(chǎn)物形成的關(guān)鍵因素，如細(xì)胞質(zhì)萜類合成酶（terpenoid synthase，TPS）由于底物法尼烯焦磷酸的有效性（存在于細(xì)胞質(zhì)）主要參與倍半萜的生物合成，而定位于質(zhì)體中的TPS由于底物香葉基焦磷酸的有效性（存在于質(zhì)體中）則主要參與單萜的生物合成[11]。如茶樹芳樟醇合成酶基因CsLIS/NES存在CsLIS/NES-1和CsLIS/NES-2兩個亞型，CsLIS/NES-1定位于葉綠體，主要催化香葉基焦磷酸合成芳樟醇；CsLIS/NES-2定位于細(xì)胞質(zhì)，主要催化法尼烯焦磷酸合成橙花叔醇[12]。茶葉香氣物質(zhì)在茶樹體內(nèi)的存在方式主要有游離態(tài)（free volatile compounds，F(xiàn)VCs）和糖苷結(jié)合態(tài)（glycosidically bound volatile compounds，GBVs）兩種。GBVs的水溶性和化學(xué)穩(wěn)定性較FVCs更佳，且不會對植物產(chǎn)生毒害作用，因此大多數(shù)香氣物質(zhì)主要是以GBVs的方式存在于茶葉中，這也是茶鮮葉在加工前只散發(fā)出輕微的青氣而沒有豐富香氣的主要原因。茶葉香氣物質(zhì)從游離態(tài)到糖苷態(tài)的轉(zhuǎn)變是在尿苷二磷酸糖基轉(zhuǎn)移酶（uridine diphosphate-glycosyltransferases，UGTs）的作用下進(jìn)行[13-14]。從茶樹基因組中已發(fā)現(xiàn)300多個UGTs[15-16]， 而參與香氣糖苷合成的只有少數(shù)UGTs已被驗證功能，如UGT85K11和UGT94P1分別參與香葉醇β-葡萄糖苷和香葉醇β-櫻草糖苷的形成[17-19]，UGT74AF3參與呋喃的糖基化反應(yīng)[20]等。茶葉香氣物質(zhì)在糖苷水解酶的催化作用下由糖苷態(tài)水解成游離態(tài)[21-22]。茶葉中起關(guān)鍵作用的糖苷水解酶主要有β-櫻草糖苷酶、β-葡萄糖苷酶和β-半乳糖苷酶3 種[23-24]。目前，從茶葉中已分離鑒定出1 種β-櫻草糖苷酶和3 種β-葡萄糖苷酶[25-27]（表1）。GBVs主要存在于液泡，而糖苷水解酶定位于細(xì)胞壁[28]，因此在細(xì)胞完整狀態(tài)下，由于腔室分隔作用，兩者無法接觸而不會發(fā)生GBVs的水解。加工過程的失水和機(jī)械損傷導(dǎo)致細(xì)胞破碎或細(xì)胞膜透性增加，從而使GBVs與糖苷水解酶相互接觸并釋放FVCs[27]，這也是香氣物質(zhì)種類和含量在茶鮮葉中較少而在成品茶中豐富的主要原因。

表1 茶葉香氣物質(zhì)糖基轉(zhuǎn)移酶和糖苷水解酶Table 1 Glycosyltransferases and glycosidases hydrolyzing tea aroma compounds

2 生物脅迫對茶葉香氣物質(zhì)生物合成及調(diào)控的影響

小綠葉蟬、茶尺蠖、茶蚜蟲、黑刺粉虱和茶卷葉蛾等是危害茶樹生長的常見茶園害蟲[30]；茶炭疽病、茶云紋葉枯病、茶輪斑病、莖點霉真菌、茶褐枯病、茶餅病、茶赤葉斑病等是普發(fā)性的茶葉病害[31-33]。病原菌侵染可誘導(dǎo)茶葉芳樟醇、香葉醇、苯乙醇、(Z)-3-己烯醇和水楊酸甲酯等香氣物質(zhì)的釋放[34]；紅蜘蛛取食可誘導(dǎo)茶葉釋放大量的羅勒烯和α-法尼烯[3]；茶卷葉蛾可促使茶葉釋放(Z)-3-己烯-1-醇、芳樟醇、α-法尼烯、芐腈、吲哚、橙花叔醇和羅勒烯等；茶蚜蟲可誘導(dǎo)茶葉釋放(E)-2-己烯醛、 羅勒烯、(Z)-3-乙酸己烯酯、(Z)-3-己烯-1-醇、丁酸-3-己烯酯、芳樟醇、香葉醇、吲哚、正辛醇等揮發(fā)性物質(zhì)[35]。

2.1 食葉害蟲取食對茶葉香氣物質(zhì)的影響

食葉害蟲取食茶樹葉片對茶葉香氣的影響方式主要有取食方式造成的機(jī)械損傷和取食過程分泌的誘導(dǎo)因子兩種。一方面，食葉害蟲取食方式（如咀嚼式和刺吸式等）直接對茶葉造成的機(jī)械損傷可影響茶葉香氣等揮發(fā)性物質(zhì)的合成與釋放。害蟲對植物的機(jī)械損傷往往是通過激活葉片內(nèi)部與脅迫信號傳導(dǎo)相關(guān)的絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinases，MAPKs）和鈣依賴蛋白激酶的活性從而提高茉莉酸、水楊酸、茉莉酸-異亮氨酸衍生物和乙烯等植物激素的表達(dá)水平，這些植物激素特別是茉莉酸可以激活多種揮發(fā)性物質(zhì)合成酶基因的表達(dá)并最終導(dǎo)致?lián)]發(fā)性物質(zhì)的合成與釋放[36-37]。另一方面，食葉害蟲特別是咀嚼式害蟲在取食茶葉的同時往往分泌一些誘導(dǎo)因子如β-葡萄糖苷酶、脂肪酸-氨基酸共軛衍生物和一種熱不穩(wěn)定化合物等，這些誘導(dǎo)因子可通過與茶葉內(nèi)部化合物發(fā)生酶促反應(yīng)促進(jìn)茶葉香氣等揮發(fā)性物質(zhì)的合成與釋放[38-40]。

茶卷葉蛾、紅蜘蛛、茶尺蠖、小綠葉蟬取食茶葉時均會誘導(dǎo)茶葉釋放大量的α-法尼烯[4]。茶葉被小綠葉蟬取食后，作為信號物質(zhì)的茶葉內(nèi)源茉莉酸大量生成，并上調(diào)α-法尼烯合成酶基因CsAFS的表達(dá)，從而促進(jìn)α-法尼烯的合成與釋放[41]。脂肪酸過氧化氫裂解酶（hydroperoxide lyase，HPL）是植物揮發(fā)性醛和醇的重要合成酶，由HPL催化形成的揮發(fā)性醛和相應(yīng)的還原醇是水果、蔬菜等揮發(fā)性氣味的主要貢獻(xiàn)成分。茶尺蠖咀嚼茶葉會顯著誘導(dǎo)茶樹脂肪酸HPL基因CsHPL表達(dá)上調(diào)，并促進(jìn)不飽和脂肪酸氫過氧化物分解為醛和含氧酸，而這些醛類化合物特別是(Z)-3-己烯醛是茶葉香氣的重要組成成分[42]。除此之外，被茶尺蠖取食茶葉中的脂氧合酶（lipoxygenase，LOΧ）基因如CsLOX2、CsLOX3、CsLOX4、CsLOX6、CsLOX7的表達(dá)水平顯著上調(diào)，CsLOX2、CsLOX3可分別催化9/13-過氧羥基-十八碳三烯酸（9/13-hydroperoxy-octadecatrienoic acid，9/13-HPOT）和13-HPOT的形成，而9/13-HPOT和13-HPOT均為HPL代謝途徑形成茶葉香氣物質(zhì)醛和醇的相應(yīng)底物[43]。

小綠葉蟬取食茶葉會促進(jìn)茶葉香氣物質(zhì)萜類化合物如(S)-芳樟醇的釋放，而取食造成的持續(xù)機(jī)械性損傷是誘導(dǎo)(S)-芳樟醇大量形成并釋放的關(guān)鍵因素。一方面，小綠葉蟬取食可誘導(dǎo)茶葉(S)-芳樟醇合成酶基因CsLIS1和CsLIS2的表達(dá)水平上調(diào)，繼而催化香葉基焦磷酸釋放(S)-芳樟醇；另一方面，小綠葉蟬取食能夠誘導(dǎo)上調(diào)β-櫻草糖苷轉(zhuǎn)移酶和β-櫻草糖苷水解酶的表達(dá)水平，前者促進(jìn)(S)-芳樟醇β-櫻草糖苷的合成，而后者則促進(jìn)(S)-芳樟醇β-櫻草糖苷的水解并釋放(S)-芳樟醇[44]。除了(S)-芳樟醇，小綠葉蟬取食茶葉還會促進(jìn)香葉醇和其他一些單萜物質(zhì)的釋放，但香葉醇的釋放并不是來源于機(jī)械損傷 引發(fā)的茶葉內(nèi)部的響應(yīng)調(diào)控途徑，而是小綠葉蟬分泌物中的香葉醇合成酶催化茶葉香葉醇的合成與釋放。此外，在小綠葉蟬取食的茶葉中還會形成一種特殊的香氣成分即雙烯雌酚I，而其他食葉害蟲，如茶蚜蟲、茶尺蠖、茶卷葉蛾、紅蜘蛛取食的茶葉中均未發(fā)現(xiàn)雙烯雌酚I的釋放，這暗示在小綠葉蟬分泌物中應(yīng)存在一種可催化雙烯雌酚I合成的獨特誘導(dǎo)因子[1]。

2.2 病原菌侵染對茶葉香氣物質(zhì)的影響

茶葉感染茶炭疽桿菌后，一種12-氧植物二烯酸還原酶的表達(dá)水平顯著上升，并將12-氧植物二烯酸最終轉(zhuǎn)化為茉莉酸，導(dǎo)致茉莉酸含量在感病茶葉中增加[45]。此外，茶炭疽病侵染可以激活茶葉中苯丙氨酸解氨酶的活性以及LOS途徑并促進(jìn)VFADs、VPBs等揮發(fā)性物質(zhì)的釋放[46]。茶云紋葉枯病也稱作茶樹葉枯病，王瑾等[47]研究指出當(dāng)茶葉受到茶云紋葉枯病致病菌侵染時，GBVs水解釋放出游離態(tài)揮發(fā)性糖苷元抑制病菌的發(fā)展。Zhang Zhengzhu等[34]發(fā)現(xiàn)茶炭疽病菌、茶云紋葉枯病菌、茶輪斑病菌和茶赤葉斑病菌4 種致病菌侵染可在染病初期不同程度地誘導(dǎo)上調(diào)茶樹內(nèi)源β-櫻草糖苷酶、β-木糖苷酶、β-葡萄糖苷酶I、β-葡萄糖苷酶II和β-葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶基因的表達(dá)，并釋放香葉醇、苯甲醇、苯乙醇、(Z)-3-己烯醇、水楊酸甲酯、芳樟醇和芳樟醇氧化物等主要的茶葉FVCs。茶餅病是一種低溫高濕型病害[48]，茶葉感染茶餅病時，包括萜烯類、芳香族化合物、含硫化合物和綠葉揮發(fā)物等在內(nèi)的揮發(fā)性物質(zhì)組分和含量顯著增加，其中順-3-己烯基乙酸酯和2-乙基己醇在感病茶梢中的含量大幅增加[49]，而這些化合物對病原菌的侵染具有一定的抑制作用[50]。采前茶葉香氣與脅迫響應(yīng)的關(guān)系如圖1所示。

圖1 采前茶葉香氣物質(zhì)與脅迫響應(yīng)關(guān)系Fig.1 Relationship between aroma components and stress response in preharvest tea leaves

3 非生物脅迫對茶葉香氣物質(zhì)生物合成及調(diào)控的影響

3.1 環(huán)境脅迫因子對茶葉香氣物質(zhì)的影響

溫度、海拔、光照等條件是影響茶鮮葉中芳香物質(zhì)形成的重要環(huán)境因子，多數(shù)芳香物質(zhì)在茶葉中的含量與環(huán)境溫度變化呈現(xiàn)一定的規(guī)律性，如清香型的戊烯醇、己烯醇等香氣物質(zhì)在春茶中的含量高于夏茶；花果香型的苯乙醇、苯乙醛等香氣物質(zhì)在秋茶中的含量較高；秋冬茶香高馥郁，低溫脅迫是其形成的重要原因之一；高山茶香氣高的特點與高山茶園夜晚溫度較低有關(guān)[51-52]。曹藩榮等[52]對嶺頭單樅茶樹品種施加不同程度的低溫處理，發(fā)現(xiàn)低溫脅迫可顯著促進(jìn)茶鮮葉中芳香物質(zhì)的合成，且10～15 ℃低溫對嶺頭單樅茶葉香氣成分的種類和含量影響最大。Zhou Hanchen等[53]發(fā)現(xiàn)冷害、鹽脅迫和干旱等脅迫因素能夠顯著抑制多數(shù)茶樹香氣物質(zhì)TPS基因CsTPS的表達(dá)，少數(shù)CsTPS基因響應(yīng)脅迫而增強表達(dá)。Zhu Junyan等[43]研究發(fā)現(xiàn)短期低溫脅迫可誘導(dǎo)茶葉LOΧ基因CsLOX1、CsLOX6和CsLOX7的表達(dá)，并促進(jìn)香氣物質(zhì)醛和醇的合成與釋放，而長期低溫脅迫則不利于茶葉LOΧ基因的表達(dá)。

茶園遮蔭管理是調(diào)控茶樹生長期間光照條件的常用方法。茶樹遮蔭有利于改善茶葉天然產(chǎn)物如氨基酸、類黃酮等的積累并提高茶葉品質(zhì)[54-55]，同時也有助于促進(jìn)茶葉香氣物質(zhì)的形成。Yang Ziyin等[56]發(fā)現(xiàn)遮蔭處理可顯著促進(jìn)茶葉VFADs和VPBs等揮發(fā)性物質(zhì)合成與釋放，遮蔭處理誘導(dǎo)茶葉香氣物質(zhì)的形成與GBVs的水解沒有直接關(guān)系，而主要與其上游代謝途徑有關(guān)。如L-苯丙氨酸是大多數(shù)VPBs合成的關(guān)鍵前體物質(zhì)，L-苯丙氨酸的脫氨反應(yīng)是莽草酸途徑中VPBs合成的第一步，遮蔭處理后的茶葉L-苯丙氨酸與其他芳香類氨基酸如L-酪氨酸和L-色氨酸的含量均顯著增加，表明遮蔭處理對茶葉香氣的形成有一定的促進(jìn)作用。除此之外，單一波長光對茶葉香氣的形成也具有一定的促進(jìn)作用。Fu Χiumin等[57]發(fā)現(xiàn)與自然光照或黑暗條件相比，藍(lán)光和紅光可以通過上調(diào)茶樹LOΧ基因（如CsLOX2、CsLOX3、CsLOX4、CsLOX9和CsLOX13）、苯丙氨酸解氨酶基因和TPS基因 （如CsTPS1、CsTPS2和CsTPS3）的表達(dá)而誘導(dǎo)采前茶葉揮發(fā)性香氣成分的合成與積累。與遮蔭處理相比，自然光照和紅藍(lán)光則不能顯著誘導(dǎo)L-苯丙氨酸含量增加，L-苯丙氨酸在苯丙氨酸解氨酶的催化下可以轉(zhuǎn)化為肉桂酸，而苯丙氨酸解氨酶的表達(dá)水平顯著受紅藍(lán)光的誘導(dǎo)，這可能是紅藍(lán)光輻射下苯甲醇和苯甲醛含量增加的原因[57]。

茉莉酸是植物響應(yīng)機(jī)械傷害、病蟲害、低溫以及鹽脅迫等逆境的重要信號物質(zhì)[58]。芳樟醇及其氧化物和香葉醇分別對紅茶甜香味和花香味的形成具有貢獻(xiàn)，對茶鮮葉施加外源茉莉酸甲酯（methyl jasmonate，MeJA）處理 可提高其成品紅茶的香氣品質(zhì)。Shi Jiang等[59]研究發(fā)現(xiàn)β-葡萄糖苷酶的基因表達(dá)水平和活性在MeJA誘導(dǎo)后的茶鮮葉中均明顯降低，而β-櫻草糖苷酶基因表達(dá)水平被上調(diào)，萜烯醇類如香葉醇、芳樟醇及其氧化物和萜烯類如石竹烯氧化產(chǎn)物、α-法尼烯和δ-杜松烯等的含量明顯提高。此外，在MeJA處理誘導(dǎo)茶鮮葉中生成了3 個新組分——古巴烯、蓽澄茄油烯醇和吲哚，古巴烯具有花香，蓽澄茄油烯醇具有清新的香氣，而吲哚具有辛辣的香氣。Zhou Hanchen等[53]發(fā)現(xiàn)CsTPS基因中的27 個的表達(dá)水平在茶葉經(jīng)MeJA處理后顯著上調(diào)，12 個則被明顯抑制，表明MeJA可顯著改變茶鮮葉中CsTPS基因的表達(dá)水平，從而影響香氣物質(zhì)的代謝。

3.2 加工工藝對茶葉香氣物質(zhì)的影響

在白茶、紅茶或烏龍茶的加工過程中，萎凋不僅有助于降低茶葉的苦味，還有助于(Z)-3-己烯醇等青草氣成分的揮發(fā)，并促進(jìn)芳香物質(zhì)的釋放，從而改善茶葉香氣品質(zhì)[60]。紅茶發(fā)酵過程伴隨著氨基酸的脫羧反應(yīng)并形成醛類化合物；類胡蘿卜素發(fā)生初級氧化和次級氧化，并產(chǎn)生β-紫羅蘭酮、茶螺烯酮、二氫?？麅?nèi)酯等；不飽和脂肪酸發(fā)生分解反應(yīng)并形成大量的醇和醛類；這些代謝產(chǎn)物共同貢獻(xiàn)于紅茶的香氣品質(zhì)。Wang Lifei等[61]指出(E)-2-己烯醛、苯甲醛、6-甲基-5-庚烯-2-酮、水楊酸甲酯和吲哚5 種揮發(fā)性物質(zhì)是區(qū)分不發(fā)酵茶和發(fā)酵茶的關(guān)鍵香氣成分，(E)-2-己烯醛和水楊酸甲酯也是半發(fā)酵茶和全發(fā)酵茶的特征性香氣揮發(fā)性成分。綠茶的香氣成分相對于紅茶和烏龍茶要少得多，不同殺青和干燥工藝對綠茶香氣特征形成的影響不同，如蒸青綠茶含有較多鮮爽型的芳樟醇及其氧化物，青草香較明顯，而炒青綠茶則含有較多苯甲醇、香葉醇、吡嗪、吡咯等物質(zhì)，香型以焦糖香和栗香為主[5]。烏龍茶的香氣成分主要來源于萜烯類和芳香醇配體糖苷的水解，以及脂肪酸的氧化裂解和類胡蘿卜素的氧化降解產(chǎn)物[62]。與綠茶、紅茶等茶類相比，烏龍茶的加工工藝相對復(fù)雜，使其具有特殊的蜜香和花果香。由于加工工藝的特殊性，茶葉細(xì)胞完整度和細(xì)胞活性在烏龍茶加工過程中保持的最長久，并使酶促反應(yīng)在采后茶鮮葉中得以充分地進(jìn)行。同時，復(fù)雜的加工過程使茶葉受到多種脅迫，如采青產(chǎn)生的機(jī)械性傷害、曬青引發(fā)的失水和紫外線輻射、晾青導(dǎo)致的失水反應(yīng)以及搖青造成的持續(xù)性機(jī)械損傷等[63]。烏龍茶生產(chǎn)過程的綜合脅迫響應(yīng)成為研究采后加工過程茶葉香氣形成的良好模型[1,27]。Baldermann等[64]對38 種不同品種、生產(chǎn)工藝和產(chǎn)地的綠茶、烏龍茶和紅茶的揮發(fā)性成分進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)吲哚、茉莉酸內(nèi)酯和(E)-橙花叔醇在烏龍茶搖青階段大量形成并釋放，這些香氣成分協(xié)同芳樟醇、香蘭素、呋喃酮、β-紫羅蘭酮等共同貢獻(xiàn)于烏龍茶的特征香氣[29,65]。烏龍茶加工過程導(dǎo)致(E)-橙花叔醇的大量形成與釋放，(E)-橙花叔醇合成酶基因CsNES的表達(dá)水平和(E)-橙花叔醇的含量在搖青階段，特別是在第3～5次搖青過程中顯著升高，而搖青工藝對茶葉造成的持續(xù)性機(jī)械損傷是誘導(dǎo)CsNES基因表達(dá)并釋放(E)-橙花叔醇的關(guān)鍵因素[27]。莽草酸途徑色氨酸合成酶亞基蛋白CsTSA和CsTSB2的復(fù)合體是催化吲哚-3-甘油磷酸酯合成吲哚的關(guān)鍵單元，CsTSB2蛋白水平在烏龍茶搖青過程中大量增加，而搖青工藝產(chǎn)生的持續(xù)性機(jī)械損傷是誘導(dǎo)CsTSB2基因表達(dá)并使吲哚大量積累的主要原因[66]。雖然紅茶加工的揉捻工藝也會產(chǎn)生機(jī)械損傷，但紅茶中的吲哚含量比烏龍茶要少得多，紅茶揉捻過程對茶葉細(xì)胞的破壞并沒有促使吲哚的轉(zhuǎn)化，而是導(dǎo)致了吲哚合成的終止。

脅迫響應(yīng)與植物揮發(fā)性物質(zhì)關(guān)系的研究表明，多重脅迫對植物揮發(fā)性物質(zhì)的形成與釋放具有疊加的效果[10]。 Ai Zeyi等[67]研究單一光波長對紅茶加工萎凋過程中品質(zhì)形成的影響發(fā)現(xiàn)，萎凋過程輔加黃、橙、紅光能夠不同程度地影響茶葉兒茶素、氨基酸、茶黃素和香氣成分的含量，具有改善茶葉香氣和滋味的良好作用，但綠光輻射則會誘導(dǎo)茶葉產(chǎn)生大量的青草氣，從而破壞茶葉香氣和滋味。采摘后的茶鮮葉施加15 ℃低溫處理對CsNES基因表達(dá)水平和(E)-橙花叔醇含量的影響較單獨采摘造成的機(jī)械損傷更大[11,68]。茉莉酸內(nèi)酯具有類似茉莉花的香氣和果香味，是茶葉香氣的重要成分之一。單一采摘產(chǎn)生的短暫性機(jī)械損傷、室溫或低溫脅迫對茶鮮葉中的茉莉酸內(nèi)酯含量影響均不顯著，而持續(xù)性機(jī)械損傷和低溫脅迫協(xié)同短暫性機(jī)械損傷均能夠通過誘導(dǎo)茶樹LOΧ基因，特別是CsLOX1的表達(dá)，并催化茉莉酸內(nèi)酯前體物質(zhì)亞油酸和α-亞麻酸形成，從而促進(jìn)茉莉酸內(nèi)酯在茶葉中的積累或釋放[68-69]。采后茶葉香氣與脅迫響應(yīng)的關(guān)系如圖2所示。

圖2 采后茶葉香氣物質(zhì)與脅迫響應(yīng)關(guān)系Fig.2 Relationship between aroma components and stress response in postharvest tea leaves

4 茶葉香氣物質(zhì)響應(yīng)脅迫的功能

4.1 改善茶葉香氣品質(zhì)

基因工程、傳統(tǒng)育種和逆境響應(yīng)利用是目前用于改良茶葉天然風(fēng)味的主要方法，相比于基因工程和傳統(tǒng)育種，逆境響應(yīng)利用更加生態(tài)安全、短時有效。在茶鮮葉生長和加工過程中對茶葉進(jìn)行施加模擬脅迫可以提高茶葉香氣組分含量。

利用病蟲害和環(huán)境因子脅迫來促進(jìn)茶葉在采前自然生長階段香氣物質(zhì)的合成與積累。茶園害蟲取食能夠誘導(dǎo)茶葉釋放大量的揮發(fā)性香氣物質(zhì)，“東方美人”烏龍茶是典型的利用小綠葉蟬取食后的茶葉加工而成的茶制品，這一特殊工藝賦予了“東方美人”烏龍茶特有的揮發(fā)性單萜類化合物，并使其成品茶具有特殊的蜜香和花果香[4,9]。 在采前的茶葉自然生長階段，遮蔭處理和特定波長光輻射，如紅光和藍(lán)光均可顯著提高茶葉內(nèi)源香氣揮發(fā)性物質(zhì)的含量[56]，中短期遮蔭處理對茶葉香氣的形成有一定的促進(jìn)作用，但長期遮蔭則會嚴(yán)重影響茶葉光合作用并抑制其營養(yǎng)生長加速生殖生長，從而導(dǎo)致茶葉內(nèi)含物減少。特定波長光輻射比遮蔭處理在保證茶葉產(chǎn)量和提升香氣方面更加具有優(yōu)勢[57]，單一波長光、發(fā)光二極管以其波長特異性好、能量轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)點被廣泛用于大多數(shù)農(nóng)作物的采前生長與采后加工生產(chǎn)中。已有報道指出，藍(lán)光和紅光能夠顯著促進(jìn)包括茶鮮葉中VFADs、VPBs和VTs等大多數(shù)揮發(fā)性物質(zhì)的形成與釋放[57]。

加工工藝是影響茶葉采后形成茶葉香氣的主要因素。在茶葉加工過程中，茶葉細(xì)胞狀態(tài)、環(huán)境溫度、濕度、光照條件、機(jī)械損傷等因素往往對茶葉香氣的形成起著關(guān)鍵性作用。有研究指出，新采茶鮮葉在3.0 μmol/（m2·s） UV-B處理2 h后其β-葡萄糖苷水解酶和β-櫻草糖苷水解酶的基因表達(dá)水平均被顯著上調(diào)，并釋放大量的葡萄糖苷態(tài)揮發(fā)性物質(zhì)和櫻草糖苷態(tài)揮發(fā)性物質(zhì)[70]；在萎凋過程中輔加黃光、橙光或紅光照射處理顯著影響茶葉香氣成分的含量，具有改善茶葉香氣和滋味的良好效果[67]；在茶葉遭受機(jī)械損傷的同時施加低溫脅迫可促進(jìn)揮發(fā)性脂肪酸衍生物的形成與釋放。因此，在傳統(tǒng)加工工藝上，合理輔加模擬逆境脅迫能夠在一定程度上豐富茶葉香氣物質(zhì)、提高茶葉香氣品質(zhì)。

4.2 增強茶葉病蟲害防御

植物防御響應(yīng)機(jī)制包括直接防御和間接防御。植物可以通過揮發(fā)性物質(zhì)直接防御食葉動物和病原菌的侵害[71]， 如大豆葉片遭受線蟲取食會釋放大量的α-法尼烯來阻止線蟲的進(jìn)一步傷害[72]；香氣物質(zhì)單萜、倍半萜或葉片混合揮發(fā)性物質(zhì)可通過降低多種鱗翅目雌蟲的產(chǎn)卵率來阻止害蟲對自身的侵害[73-74]；茶炭疽病菌、茶云紋葉枯病菌、茶輪斑病菌和茶餅病菌等病原菌侵染茶樹葉片時 可誘導(dǎo)茶葉中GBVs大量水解釋放出游離態(tài)香氣組分并可通過誘導(dǎo)病原菌細(xì)胞凋亡來降低感病率[38,44,49]。Chen Shenglong等[46]指出(E)-橙花叔醇對茶葉病蟲害有著顯著的正面調(diào)控作用，(E)-橙花叔醇通過觸發(fā)MAPKs、WRKY、H2O2的激活、茉莉酸和脫落酸信號響應(yīng)等植物防御的早期反應(yīng)，誘導(dǎo)茶葉積累大量的具有廣譜性抗病蟲害的防御相關(guān)化學(xué)物質(zhì)，從而增強茶樹對小綠葉蟬和茶炭疽病等的防御能力。

間接防御主要是通過吸引害蟲天敵來達(dá)到植物自我保護(hù)的目的。食葉害蟲取食不僅能夠誘導(dǎo)植物產(chǎn)生香氣等揮發(fā)性物質(zhì)，食葉害蟲本身也會分泌一些化合物誘導(dǎo)因子，二者均可以通過引誘食葉害蟲天敵間接防御害蟲，以及激活植物體內(nèi)或植物與植物間的信號傳導(dǎo)[1,75]。當(dāng)食葉害蟲取食玉米葉片時，倍半萜合成酶基因TPS10的表達(dá)水平顯著升高并釋放大量倍半萜，這些倍半萜化合物往往對害蟲天敵寄生蜂有著較好的引誘效果，從而實現(xiàn)吸引寄生蜂以抵抗食葉害蟲的持續(xù)取食[71]。LOΧ途徑是一種重要的間接防御途徑，分別由AOS和HPL介導(dǎo)，LOΧ/AOS途徑伴隨茉莉酸的產(chǎn)生，LOΧ/HPL途徑伴隨C6醛、醇及其酯等一些綠葉揮發(fā)性物質(zhì)的衍生。HPL不僅是一些揮發(fā)性物質(zhì)形成的重要水解酶，并且在植物抗病和抗蟲害方面扮演著重要角色，HPL催化形成的C6醛在抵抗植物抗食葉害蟲、細(xì)菌和真菌毒素方面表現(xiàn)出積極的作用[43,76]。食葉害蟲如茶尺蠖取食、低溫脅迫、紅藍(lán)光和機(jī)械損傷等外部條件均能夠激活茶葉內(nèi)部的LOΧ途徑，由此產(chǎn)生的香氣揮發(fā)性物質(zhì)在提升茶葉香氣品質(zhì)的同時也有利于增強茶葉自身的防御反應(yīng)。

植物在脅迫條件下釋放的揮發(fā)性物質(zhì)除了具有間接或直接的自我保護(hù)作用外，還可以作為信號物質(zhì)通過植物激素信號途徑在同株未受損組織器官或鄰近植物中引發(fā)防御反應(yīng)[77]。Wang Χuewen等[41]研究發(fā)現(xiàn)，茶葉在遭受害蟲取食造成的機(jī)械損傷狀態(tài)下會釋放大量α-法尼烯，并由此激活受損葉片抗蟲相關(guān)基因如β-1,3-葡聚糖酶基因的表達(dá)來參與抗蟲響應(yīng)，此外，釋放的α-法尼烯還可以作為信號物質(zhì)激活鄰近完整葉片的抗菌相關(guān)因子，通過誘導(dǎo)提升鄰近葉片水楊酸的水平觸發(fā)防御響應(yīng)。 Jing Tingting等[78]研究發(fā)現(xiàn)，茶尺蠖侵襲茶樹釋放的(E)-4,8-二甲基-1,3,7-壬三烯可誘導(dǎo)鄰近茶樹的茉莉酸和茉莉酸-異亮氨酸衍生物積累并顯著提高鄰近茶樹的蟲害防御能力。茶葉病蟲害對茶葉產(chǎn)量和品質(zhì)可造成嚴(yán)重的負(fù)面影響，雖然這些脅迫對茶葉香氣物質(zhì)的形成以及茶葉病蟲害防御有積極影響，但目前相關(guān)研究還在初始階段，且茶園管理主要以病蟲害的防治為主。因此，生物脅迫對改善茶葉香氣和增強病蟲害防御的轉(zhuǎn)型利用還需進(jìn)一步的研究。

5 結(jié) 語

綜上所述，茶葉香氣品質(zhì)的形成與采前生長環(huán)境條件和采后加工過程息息相關(guān)。一方面，生物脅迫因素（如茶園病蟲害）和非生物脅迫因素（如光照條件和溫度等）對采前茶葉香氣物質(zhì)的形成與積累具有不同的影響；另一方面，加工工藝產(chǎn)生的非生物脅迫（如機(jī)械損傷等）對采后茶葉香氣物質(zhì)的形成影響顯著。明確茶葉香氣成分對脅迫因素的響應(yīng)機(jī)制，不僅有利于優(yōu)化升級加工工藝、定向改善茶葉特征香氣，同時也有助于發(fā)展茶園生態(tài)管理、增強茶園病蟲害防治。但目前關(guān)于脅迫響應(yīng)對茶葉香氣物質(zhì)形成的機(jī)制研究相對較少，大多數(shù)茶葉香氣物質(zhì)響應(yīng)脅迫的分子機(jī)制還不清晰。茶葉在采前和加工過程中通常受到雙重或多重脅迫因素的共同影響，目前的研究主要集中在單因素脅迫響應(yīng)，因此多重脅迫對茶葉香氣物質(zhì)的作用機(jī)制還需更加全面系統(tǒng)地研究。病蟲害是茶樹生長的勁敵，雖然近些年在生態(tài)防御方面取得了一定的進(jìn)步，但化學(xué)殺蟲劑的使用仍普遍存在，這導(dǎo)致了茶葉農(nóng)藥殘留的問題，而明確茶葉香氣物質(zhì)對病蟲害脅迫響應(yīng)的關(guān)系可以為控制茶園病蟲害提供一種環(huán)境友好型的管理策略。此外，隨著人們食品安全意識的提高，有機(jī)食品逐漸成為消費主流。有機(jī)茶葉要求茶園全天候不使用任何農(nóng)藥和化肥，茶園病蟲害以生態(tài)防御為主，茶葉香氣物質(zhì)等揮發(fā)性化合物具有積極的生態(tài)防御功能，因此研究茶葉香氣物質(zhì)和脅迫響應(yīng)之間的關(guān)系與轉(zhuǎn)化利用顯得尤為重要。