茶叶中的芳香物质亦称“挥发性”香气组分,是茶叶中易挥发物质的总称,在茶叶中含量很少,却是决定茶叶品质的重要因素之一[1],鲜叶原料的香气前提物质是形成茶叶香气的物质基础,芳香物质组分与浓度受影响的因子很多且复杂,如品种、气候、加工工艺、外源诱导物质等[2],其中外源诱导包括昆虫取食、β-葡萄糖苷酶、茉莉酸甲酯外源处理等[3, 4, 5]。害虫诱导茶树挥发物释放,因昆虫种类、危害程度不同而形成特异性挥发物,如茶蚜Toxoptera aurantii Boyer侵害后会产生苯甲醛[6],假眼小绿叶蝉Empoasca vitis侵害后会产生2,6-二甲基-3,7-辛二烯-2,6-二醇和吲哚[7]。某些特征性挥发物形成茶叶特殊香味,如假眼小绿叶蝉侵害种茶树释放2,6-二甲基-3,7-辛二烯-2,6-二醇,形成了“东方美人茶”中特殊的麝香葡萄气味[7]。虫害对茶叶香气形成和变化的影响,是值得研究的问题。
虫害对茶叶香气的形成和变化影响研究较少,曹潘荣等[8]等研究茶角胸叶甲Basilepta melanopus Lefevre侵害能明显地增加鲜叶芳香物质的种类,检测出的大多数芳香物质的相对量与侵害程度呈正相关或负相关,对于跗线螨侵害茶树对其芳香物质变化方面的研究,仅有徐泽[9]提取四川主栽品种蜀永808和四川中小叶种跗线螨为害鲜叶挥发物,而跗线螨为害程度未见说明,仅大致描述为每片5~20头,对跗线螨侵害程度对茶树挥发物的影响方面鲜有报道。基于此,本研究以福云6号茶树为研究对象,对经过不同程度跗线螨侵害的鲜叶挥发物进行成分鉴定、探讨跗线螨危害茶树对茶叶香气成分的影响。
1 材料与方法 1.1 材料跗线螨为害样品:试样采自福建农业科学院茶叶研究所2号山,品种为福云6号,树龄15年。
主要仪器:6890N-5975B气相色谱-质谱联用仪(Agilent);SPME手动进样器;50/30 μm PDMS/DVB/CAR萃取纤维(Supelco);磁力加热搅拌器(IKA);100 μL移液枪(Eppendorf)。6CH-18型电热烘焙箱。
1.2 试验方法 1.2.1 跗线螨为害茶叶样品采集在田间采集同株同枝叶芽下2叶,大小较为一致,无其他病虫为害,按受害程度不同将茶树叶片分为健叶、轻度受害叶(受害面积占叶片面积≤1/3) 、中度受害叶(受害面积占叶片面积的1/3~2/3) 、重度受害叶(受害面积占叶片面积≥2/3)。每样取约200 g ,用蒸汽杀青固定,蒸汽高温杀青 2 min,然后取出摊凉至室温,再用中低火干燥后密封于冰箱,用于茶树鲜叶挥发物的测定。
1.2.2 挥发物提取方法香气提取方法采用顶空固相微萃取法(HS-SPME):称取茶样10.0 g,磨碎于150 mL三角瓶中,加入100 mL沸腾蒸馏水,用具硅胶隔垫的顶空螺纹盖盖紧,以450 r·min-1的搅拌速度在50℃烘箱中平衡5 min后,将萃取头插入三角瓶于茶汤液面上空吸附40 min,最后在GC-MS进样口于230℃下解吸5 min。重复3次。
1.2.3 测试条件GC-MS条件:色谱柱为HP-5 MS(30 m×0.25 mm ID ×0.25 μm膜厚);载气为高纯氦气;进样口温度230℃;脉冲不分流,进样1 μL,柱流速1 mL·min-1;色谱-质谱接口温度250℃;离子源温度230℃;离子化方式EI;电子能量70 eV。程序升温参数:50℃保持2 min,以5℃·min-1升至180℃,保持2 min,再以10℃·min-1升到230℃,保持5 min。
2 结果与分析由表 1可知,福云6号茶树品种鲜叶与跗线螨侵害不同程度的挥发性芳香物质种类具有差异性。跗线螨为害后的鲜叶挥发物种类均比健康茶树鲜叶芳香物质多,且经不同程度跗线螨为害的样品挥发物种类与含量也具差异性。健康鲜叶(未受为害)挥发物种类最少,只有43种,轻度为害鲜叶挥发物种类最多,共66种,中度为害处理54种,重度为害的55种,3种为害胁迫处理使挥发物总数增加46种,减少5种,其中醇类增加6种,减少1种;醛类增加4种,减少1种;酮类增加5种;酯类增加3种,减少1种;烯类增加13种;烷烃类物质增加9种,减少1种。
通过不同程度危害的茶树叶片挥发物成分对比分析,发现与对照相比受跗线螨为害处理样品中芳香物质含量减少的为2-乙基-1-己烯-醇、苯甲醛、β-紫罗酮、顺-2-甲基-3辛烯-2-醇、丙烯酸丁酯、乙酸叶醇酯、对二甲苯、β-罗勒烯、9-甲基-十一烷烯、长叶烯、3,5二甲基-十二烷烃、2,3,7-三甲基癸烷、1,1,4,4,7,7-六甲基环壬烷、对甲基苯甲醚、正丁醚等共15种;雪松醇、2-己基-1-辛醇、6-甲基庚醇、2-乙基-1,3-己二醇、2,3-锌二酮、2,2,6-三甲基环己酮、6-甲基-5-庚烯-2-酮、2-甲基-6-亚甲基-1,7-十二烯-3-酮、丁酸己酯、水杨酸甲酯、间-1,3,8-薄荷三烯、1-苯基-1-丁烯、4-亚甲-1-异丙基-环己烯、3,7-二甲基-1,3,6-十八烷三烯、2,2,6-三甲基-环己烷、4,6-二甲基-十二烷烃等17种物质仅在轻度为害的样品出现;香叶基香叶醇、D-柠檬烯、苯乙烯只存在于中度为害处理的样品中;而2,6-二甲基萘、可巴烯、柏木烯、雪松烯、氧化石竹烯、3-十六烯、(+)-β-雪松烯、1-十三烯、1-十四烯、2-正戊基呋喃等10种物质仅出现于重度为害处理的样品中。3种受危害叶片均检测出了己醛、α-紫罗酮、1,2,3,5-四甲基-苯、环十四烷、4-甲基-十五烷、十二烷等6种挥发物成分。
3 讨 论通过本研究发现,随着跗线螨为害程度加深,挥发性物质种类先增多后减少,健康鲜叶挥发性物质43种,而轻度危害鲜叶为害处理的挥发性物质种类增加至66种,中度、重度为害的挥发性物质分别为55、54种,其中醇类、酮类种类与含量随着为害程度增加而逐渐减少;醛类、碳氢化合物、酚类这几种物质相对含量表现出先增加后降低的趋势;烯萜类化合物含量增加,说明芳香物质诱导作用与害虫为害程度有关。 轻度为害诱导形成的芳香物质种类和相对含最高。 当害虫为害达到一定程度时,芳香物质种类减少,某些物质相对含量减少到最低,甚至消失。 当害虫为害程度超过茶树正常耐害范围时,茶树的正常生理代谢受到影响,代谢紊乱,甚至遭到严重破坏,最终造成芳香物质种类和含量大幅度下降。 因此,在一定时间内,适度为害条件才能诱导形成有效芳香物质,提高茶叶香气或形成独特的茶叶香型。
同时当植物受到害虫为害时,植物体内就会启动防御机制,水解糖苷,释放配基,挥发出萜烯类化合物、绿叶挥发化合物和芳香族物,构成茶叶香气[10]。虫害诱导的萜烯类化合物包括半萜、单萜、倍半萜、双烯萜,主要化合物为香叶烯、芳樟醇、柠檬烯、蒎烯、蒈烯、法尼烯、石竹烯、TMTT[11]等,与健康植物相比,其种类和相对含量均有显著提高[12],本研究也得到了类似的结论,即随着跗线螨为害程度加重样品中芳香性的萜类种类和含量明显提高,其中轻度为害茶稍产生间-1,3,8-薄荷三烯,中度为害增加D-柠檬烯、苯乙烯,被重度侵害样品中烯萜类物质增加5种,分别是可巴烯、柏木烯、雪松烯、氧化石竹烯、 (+)-β-雪松烯,同样随着跗线螨侵害加重,石竹烯相对质量分数由1.41%提高到1.94%,α-法呢烯相对含量与对照相比提高约40.8%,而萜烯类化合物具有引诱天敌、趋避害虫的生物活性,同时挥发性单萜(C10)与倍半萜(C15),常具有宜人的花果香气,是茶叶香气形成的关键物质。
茶树芳香物质受众多因素影响,其虫害胁迫诱导茶树芳香物的形成也受植食性昆虫种类、植物的种类、发育阶段、受害部位、受害程度、受害持续时间等有关因素影响[13, 14],所以启动胁迫的诱导机制而形成的独特茶叶香味,有些是某一因子引起的,有些是多因子综合作用引起的,有些是受因子的短时或间断性影响引起的,也有些是受因子的相对长时间或连续性影响引起的。茶跗线螨为害茶树叶片具体胁迫的诱导机制以及具体由哪些因子引起的或占主导地位有待进一步研究。
[1] | 宛晓春. 茶叶生物化学[M]. 第3版. 北京: 中国农业出版社, 2003: 349.(1) |
[2] | 王力,林智,吕海鹏,等.茶叶香气影响因子的研究进展[J].食品科学,2010,31(15)293-298.(1) |
[3] | DICKE M, BRUIN J. Chemical information transfer between plants: back to the future [J]. Biochemical Systematics and Ecology, 2001, 29:981-994.(1) |
[4] | RODRIGNEZ S C, CRAFTS-BRANDNER S J, PARE P W, et al. Exogenous methyl jasmonate induces volatile emissions in cotton plants [J]. Journal of Chemical Ecology, 2001, 27(4): 679-695.(1) |
[5] | ZHU S K, JIAN L B, TONG X L, et al. Molecular strategies of plant defense and insect counter-defense[J]. Insect Science, 2005, 12(1): 3-15.(1) |
[6] | 韩宝瑜,周成松.茶梢和茶花主要挥发物对门氏食蚜蝇和大草岭引诱效应[J].应用生态学报,2004,15(4):623-626.(1) |
[7] | 赵冬香.茶树-假眼小绿叶蝉-蜘蛛间化学、物理通讯机制的研究[D]. 杭州:浙江大学,2001.(2) |
[8] | 曹潘荣, 刘克斌,刘春燕,等.茶角胸叶甲侵害对岭头单枞茶鲜叶芳香物质的影响[J].应 用 生 态 学 报,2006, 17(11): 2098-2101.(1) |
[9] | 徐泽.茶树-跗线螨-大赤螨间化学通讯效应研究[D]. 北京:中国农业科学院,2010.(1) |
[10] | 贺志荣,项威,徐燕,等.茶树挥发性萜类物质及其糖苷化合物生物合成的研究进展[J].茶叶科学, 2012,32(1):1-8.(1) |
[11] | 陈宗懋.茶树害虫化学生态学[M].上海:上海科学技术出版社,2013:83.(1) |
[12] | ASSAD M T. Inheritance of resistance to the Russian wheat aphid in an Iranian durum wheat line[J]. Plant Breeding,2002,121(2) : 180-181.(1) |
[13] | MATSUI K, KAJIWARA T. Inactivation of tea leaf hydroperoxide lyase by fatty hydroperoxide[J]. Journal of Agricultural Food Chemistry, 1992, 40: 175-178.(1) |
[14] | PARE P W,TUMLINSON J H. Plant volatiles as a defense against insect herbivores[J]. Plant Physiology,1999,121 (2) : 325- 331.(1) |