福建野生茶樹資源嘌呤生物堿構成評價及特異資源篩選

陳瀟敏，趙峰，王淑燕，邵淑賢，吳文晞，林欽，王鵬杰，葉乃興*

福建野生茶樹資源嘌呤生物堿構成評價及特異資源篩選

陳瀟敏1，趙峰2*，王淑燕1，邵淑賢1，吳文晞3，林欽4，王鵬杰1，葉乃興1*

1. 福建農林大學園藝學院/茶學福建省高校重點實驗室，福建 福州 350002；2. 福建中醫藥大學藥學院，福建 福州 350122；3. 福建恒正檢測技術有限公司，福建 福州 350100；4. 福建省產品質量檢驗研究院，福建 福州 350014

以43份福建野生茶樹種質資源為供試材料，通過超高效液相色譜串聯質譜（UHPLC-MS/MS）測定其嘌呤生物堿構成，并經描述統計分析及聚類分析后，系統地分析了其特征屬性。結果顯示，參試資源樣的嘌呤生物堿構成差異明顯，大致可劃歸4個具體類群：類群Ⅰ嘌呤生物堿總量及構成接近于常見茶樹品種；類群Ⅱ嘌呤生物堿較高，且主要由咖啡堿構成，僅含少量苦茶堿和可可堿；類群Ⅲ嘌呤生物堿較高，且苦茶堿與咖啡堿含量相當，僅含少量可可堿；類群Ⅳ嘌呤生物堿高，且構成以苦茶堿為主，咖啡堿和可可堿都較低。經綜合評價后，從中篩得嘌呤生物堿構成較特異資源14份，包括高嘌呤生物堿（>60?mg·g-1）5份，高咖啡堿（>50?mg·g-1）7份，高苦茶堿（>30?mg·g-1）7份。本研究可為茶樹的種質資源保護、創新、品種選育及生產利用提供更多種質資源信息和科學依據。

茶樹；種質資源；嘌呤生物堿；苦茶堿；液質聯用

茶葉中富含嘌呤生物堿，目前，在茶葉中已發現的含嘌呤生物堿的組分有咖啡堿（Caffeine）、可可堿（Theobromine）、茶堿（Theophylline）和苦茶堿（Theacrine）；其中，最為常見且含量較高的是咖啡堿[1-2]。從化學結構上看，它們都屬于“黃嘌呤甲基化衍生物”，會通過競爭性抑制磷酸二酯酶，引起環磷腺苷增多和腎上腺素的釋放，進而使中樞神經系統興奮、支氣管平滑肌舒張和利尿。但是，它們各自的生物效應的強弱存在一定的差異，例如：興奮神經作用由強至弱依次為咖啡堿、可可堿、茶堿、苦茶堿；而松弛肌肉的利尿作用強弱順序卻恰好相反[3]。近年，在我國廣東乳源[4]、江西聶都[5]、福建蕉城[6]、貴州普安[7]等地發現了一系列因富含苦茶堿而滋味極苦的茶樹種質資源。相關研究顯示，苦茶堿除了滋味苦外，還具有抗抑郁、鎮靜催眠和調節脂質代謝等其他藥理作用[8-9]。

福建地處亞熱帶季風氣候區，茶樹栽培歷史悠久，茶樹種質資源豐富。俞永明等[10]和詹梓金等[11]曾對福建野生茶樹資源的植被類型、自然分布規律以及形態學特征開展了較為系統的調查研究，并在安溪、尤溪、寧德等地發現了特異性野生茶樹資源。野生茶樹因生長環境獨特，保持了原有演化特征，其茶樹葉片的形態特征或生化成分構成也常異于栽培品種[12-14]，開發潛力大，但目前尚未見從嘌呤生物堿構成角度對其進行研究的報道。

本課題組在茶樹種質資源的調查研究中，收集了福建云霄、大田、漳平等產區滋味苦澀的特殊野生茶樹資源。對其苦味成因的現有研究顯示，富含嘌呤生物堿、兒茶素、花青素、苦味氨基酸以及茶皂素形成的復合物等，都有可能造成茶葉滋味苦澀[15-16]。本研究從嘌呤生物堿構成的角度，對這些滋味苦澀的福建野生茶樹進行剖析，旨在為此類野生茶資源的開發利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

以富含苦茶堿的“鳳凰苦茶”作為分析方法優化的材料。其余資源樣品分別來源于福建省的云霄、大田、尤溪、蕉城、詔安、漳平和安溪等7個產區，共43份茶樹種質資源；2021年3月中旬至4月中旬，采摘春季第一輪茶樹新梢的一芽二葉，芽葉色澤基本為綠色，未見黃化、白化和紅紫色芽葉。樣品信息如表1所示。按照《茶樹種質資源描述規范和數據標準》[17]進行采樣和固樣，采用120℃熱風固樣，樣品粉碎過100目篩后待測。

1.2 嘌呤生物堿測定

1.2.1 儀器與設備

Nexera X2 LC-30A超高效液相色譜儀（Shimadzu公司，日本），串聯Sciex 4500 Q-Trap質譜儀（Sciex公司，美國）；C18反相色譜柱（2.1?mm×100?mm，2.6?μm）（廣州菲羅門公司）；AB204-N分析天平（梅特勒公司，美國）；超純水系統（上海和泰儀器有限公司）；KQ-800E型超聲波清洗器（昆山市超聲儀器有限公司）；MS3 basic渦旋振蕩儀[艾卡（廣州）儀器有限公司]。

1.2.2 試劑

色譜純甲醇購自安譜實驗科技股份有限公司，色譜純乙腈購自上海默克化工技術有限公司，色譜純甲酸購自國藥集團化學試劑有限公司。咖啡堿（CAF，1.0?mg·mL-1標準儲備液）、可可堿（TB，純度≥99.9%）、苦茶堿（TC，純度≥99%）和茶堿（TP，純度≥98%）標準品均購自源葉生物科技有限公司。

表1 43份供試茶樹種質資源樣品信息

1.2.3 標準曲線

分別稱取可可堿、苦茶堿、茶堿標準品0.010?g，以50%甲醇溶解后定容至10?mL，得1.0?mg·mL-1標準儲備液；咖啡堿為1.0?mg·mL-1安瓿瓶標準儲備液。分別取上述4種標準儲備液1.00?mL于100?mL容量瓶，以50%（/）甲醇水定容，得10?μg·mL-1混合標準溶液，再次逐級稀釋，制備濃度為0.05、0.1、0.15、0.2、0.3、0.4、0.5、1.0、2.0?mg·mL-1的工作曲線。

1.2.4 浸提溶劑優化

以“鳳凰苦茶”為試驗樣品進行方法優化，比較純水、50%甲醇、70%甲醇、100%甲醇、50%乙醇、70%乙醇和95%乙醇等7種溶劑的浸提效率。具體操作如下，分別稱取0.200?g樣品，加入25?mL溶劑，渦旋振蕩后超聲提取30?min，冷卻后定容至25?mL，4℃，10?000?r·min-1離心5?min，上清液過0.22?μm有機相微孔濾膜，分別稀釋10倍（用于可可堿和茶堿測定）和1?000倍（用于咖啡堿和苦茶堿測定）。

1.2.5 超聲提取時間優化

以1.2.4章節優化選擇的溶劑，對“鳳凰苦茶”進行超聲輔助提取（10、20、30?min和45?min）后，按照1.2.4章節的方法處理后測定。

1.2.6 色譜條件

流動相A為0.1%甲酸-水溶液（/），流動相B為乙腈；流速為0.30?mL·min-1；柱溫為40℃；進樣量為5.0?μL。梯度洗脫條件：0～0.2?min，10% B；0.2～2.5?min，10%～90% B；2.5～4.0?min，90% B；4.0～4.2?min，90%～10% B；4.2～6.0?min，10% B。

1.2.7 質譜條件

質譜條件包括確定各目標物質母離子、子離子、去簇電壓、碰撞能量。分別取0.10?μg·mL-1單標工作液，電噴霧源（ESI），正離子模式，氣簾氣（N2）壓力30?psi，電噴霧電壓4?500?V，輔助氣（N2）溫度550℃，噴霧氣（N2）壓力55?psi，輔助加熱氣（N2）壓力55?psi，質譜注射進樣，通過母離子掃描，調節碰撞能量，穩定性好、信號強度高的碎片離子如表2所示，4種嘌呤生物堿的質譜圖見圖1。

1.2.8 方法學評價

方法的穩定性通過日內重現性和日間重現性進行評價。

日內重現性：稱取茶樣制備后，同日內連續進樣3次，計算相對標準偏差（RSD）。日間重現性：稱取茶樣制備后，每日測定1次，連續測定5?d，計算RSD。

方法的準確度通過加標回收率試驗進行評價。

加標回收率：在供試茶樣中分別按低、中、高濃度添加混合標準溶液，3次重復，計算加標回收率和RSD。

1.3 數據分析

每份野生茶樹資源均采集3個批次，每個方法條件優化樣品均進行3次重復，最終結果以“平均值±標準偏差”表示；使用Origin 2018（美國，OriginLab公司）制作折線圖和散點圖、Prism 8.0（美國，Graphpad公司）制作柱狀圖；采用SPSS 19.0（美國，IBM公司）軟件對數據進行方差分析、差異顯著性檢驗（<0.05）、描述統計分析及聚類分析。

表2 4種嘌呤生物堿的色譜保留時間和質譜參數

注：a 代表定量子離子，其余為定性子離子

Note: a represents ion pair selected for MRM quantity

圖1 4種嘌呤生物堿質譜圖

2 結果與分析

2.1 茶葉嘌呤生物堿測定方法優化

2.1.1 提取溶劑篩選

如圖2所示，分別比較水、50%甲醇、70%甲醇、100%甲醇、50%乙醇、70%乙醇和95%乙醇等7種溶劑。50%甲醇、70%甲醇、100%甲醇、50%乙醇、70%乙醇等5種溶劑咖啡堿的提取量較高，提取量顯著高于水和95%乙醇（<0.05）；50%甲醇、70%甲醇、100%甲醇、70%乙醇等4種溶劑苦茶堿的提取量較高，顯著高于水、50%乙醇和95%乙醇的提取量（<0.05）；采用100%甲醇作溶劑時可可堿的提取量最高，顯著高于其他溶劑的提取量（<0.05）。綜上可見，100%甲醇對咖啡堿、苦茶堿和可可堿的提取效率均較高，因此選擇100%甲醇作為最終提取溶劑。

2.1.2 超聲提取時間

100%甲醇超聲提取10、20、30、45?min后，結果如圖3所示。

隨著提取時間的增加，咖啡堿和苦茶堿的提取量基本呈現逐步增加，至30?min達最高后，開始下降；而可可堿則主要在20?min時略有降低；綜合各組分提取結果，選擇30?min為最終浸提時間。

2.1.3 標準曲線及方法學評價

表3所示為各嘌呤生物堿的標準曲線及線性范圍等相關信息，在試驗涉及的濃度范圍內，曲線的線性相關性均超過0.99；檢出限區間為0.066～1.630?μg·L-1；定量限區間0.219～5.435?μg·L-1。該結果能夠滿足測試要求。測試結果精密度和準確度的評價結果如表4所示。可知，除茶堿因未檢出無法進行評價外，其余目標組分的日內重現性≤3.86%，日間重現性≤4.5%；全部4個目標組分在各加標水平下的回收率達91.03%～100.7%，相對標準偏差≤7.42%。可見，試驗結果能夠滿足測試要求。

2.2 福建野生茶樹資源嘌呤生物堿構成分析

2.2.1 嘌呤生物堿種類及含量

普通茶樹品種的嘌呤生物堿總量約占干物質的2%～5%，構成上以咖啡堿占比最大（2%～4%），可可堿次之（0.05%），茶堿往往較低（0.002%）[1]。苦茶堿是一種較特殊的嘌呤生物堿，多發現于特異性茶樹種質資源中，普通品種中基本不含。

注：圖中不同小寫字母表示不同提取溶劑間差異顯著（P<0.05）

注：圖中不同小寫字母表示不同提取時間間差異顯著（P<0.05）

表3 嘌呤生物堿的標準曲線、相關系數、線性范圍、檢出限和定量限

注：以3倍信噪比計算檢出限（LOD），以10倍信噪比計算定量限（LOQ）

Note: LOD was calculated by 3 times signal-to-noise ratio, LOQ was calculated by 10 times signal-to-noise ratio

表4 嘌呤生物堿測試方法的精密度和準確度

表5所示為本研究中43份福建野生茶樹資源的嘌呤生物堿的描述統計分析結果，可知，全部參試樣品均含咖啡堿和可可堿，且均未檢出茶堿。其中，27份含苦茶堿；咖啡堿、可可堿和苦茶堿含量差異較大。總嘌呤生物堿含量較高的野生茶樹資源依次為：ZP11、YX03、DT03、ZP01、ZP10。

2.2.2 系統聚類分析

以Ward法對43份福建野生茶的嘌呤生物堿構成進行系統聚類分析，如圖4所示，當距離取5時，上述資源可被歸為4個類群，按照類群對其嘌呤生物堿進行描述統計分析（表6）。

第Ⅰ類群共20份茶樹種質資源，其嘌呤生物堿總量及構成接近于常見品種茶樹。該類群的嘌呤生物堿總量均值為43.55?mg·g-1，其中，咖啡堿、苦茶堿、可可堿分別為22.60～48.43、0～13.09、0.51～5.60?mg·g-1。涉及的種質資源包括詔安（9份）、漳平（4份）、尤溪（3份）、云霄（3份）和安溪（1份）。

第Ⅱ類群共7份茶樹種質資源，其主要特征是嘌呤生物堿較高，且主要由咖啡堿構成，僅含少量苦茶堿和可可堿。該類群的咖啡堿含量均值為55.09?mg·g-1，其中咖啡堿最高的DT03含量達68.71?mg·g-1。

第Ⅲ類群共7份茶樹種質資源，其主要特征是嘌呤生物堿較高，且苦茶堿與咖啡堿含量相當，僅含少量可可堿。該類群的苦茶堿含量均值為26.29?mg·g-1，咖啡堿含量均值為31.89～45.14?mg·g-1主要來源包括云霄（2份）、大田（2份）、漳平（3份）。

第Ⅳ類群包含9份資源樣，其主要特征嘌呤生物堿高，且構成以苦茶堿為主，咖啡堿和可可堿都較低。咖啡堿平均含量為13.78?mg·g-1，苦茶堿平均含量為28.69?mg·g-1，JC01、JC02含有極低的咖啡堿，分別為0.52、4.01?mg·g-1，而它們的苦茶堿含量均高于20?mg·g-1，分別為22.77、23.12?mg·g-1。DT05為本研究中苦茶堿含量最高的種質資源，為41.22?mg·g-1，而咖啡堿含量僅為16.18?mg·g-1。

表5 福建野生茶樹資源嘌呤生物堿含量的描述統計分析

圖4 43份福建野生茶樹資源嘌呤生物堿含量聚類圖

表6 43份福建野生茶樹資源各類群嘌呤生物堿含量特征表

從產區角度觀察其所屬的群類后，發現來自詔安的10份資源中，9份屬于第Ⅰ類群；蕉城的3份資源均屬于第Ⅳ類群。而漳平的10份資源在4個類群中均有分布；其次為云霄和大田，各自6份資源，在3個類群中均有分布；尤溪的6份資源主要分布于兩個類群（第Ⅰ類群和第Ⅱ類群）。

2.2.3 特異性福建野生茶樹資源篩選

在聚類分析的基礎上，按照嘌呤生物堿總量大于60?mg·g-1、咖啡堿大于50?mg·g-1和苦茶堿大于30?mg·g-1等3個標準，從43份福建野生茶樹種質資源中獲得了嘌呤生物堿構成特異的資源14份，具體如表7所示。

3 討論

3.1 與現有其他方法的比較

圖5為標準溶液（濃度為500?μg·mL-1的混合標準品）及典型樣品測定的總離子流圖，因4種嘌呤堿的化學結構相近，所以它們在色譜上的保留時間也較接近。當使用二極管陣列檢測器進行測定時，需要耗費大量的時間對色譜分離條件進行優化，以達到基線分離，進而避免由于峰疊加而導致定量結果偏差[18-25]，其余現有方法的分離耗時如表8所示，最長甚至需要耗時65?min。

通過比較還可以看出，本研究構建的UHPLC-MS/MS方法在嘌呤堿的種類、檢出限、定量限和線性范圍區間上均優于其他文獻方法。特別是由于應用了質譜檢測器，實現了在目標物未完全實現基線分離的條件下，進行準確的定性和定量。根據方法學評估結果（表3和表4），在試驗的濃度范圍內，各目標物質的線性相關和回收率等均良好。相較于二極管陣列檢測器，質譜對于化合物的定性具有無可比擬的優勢，且在檢出限上也具備了突出的優勢（表8），加之本方法使用了超高效液相色譜，使得分析的時間被進一步壓縮至6?min，特別適用于高通量資源樣品的嘌呤生物堿組分測定。

3.2 福建野生茶樹資源嘌呤生物堿構成

在本研究中，系統聚類根據43份野生茶樹資源的嘌呤生物堿構成特征，將其劃分為4個類群，從各類的構成特點上分析，第Ⅰ類群資源的生物堿總量30～50?mg·g-1，基本與普通品種茶樹相似；第Ⅱ類群和第Ⅲ類群為高咖啡堿、高苦茶堿種質資源，從測定結果上看，福建資源群體的苦茶堿含量明顯高于廣東（除乳源群體外）、江西和貴州[4-5,7,20]；第Ⅳ類群，屬于高苦茶堿低咖啡堿資源，此類群資源可作為篩選低咖啡堿茶樹的天然材料。

近年來，隨著對苦茶堿保健功效關注度的增加，其相關天然茶樹資源的發掘也日益受到重視[26-28]，參試的43份野生茶樹資源中，有27份含有苦茶堿，特別是大田采集的6份樣中均含有苦茶堿，且含量較高，特別突出的DT05，其苦茶堿含量甚至超過了40?mg·g-1。

表7 嘌呤生物堿含量特異的種質資源

注：括號內數據為各資源對應的生化成分含量

Note: The data in brackets are the content of biochemical components corresponding to each resource

注：峰號1、2、3、4分別對應的組分為可可堿（TB）、茶堿（TP）、苦茶堿（TC）和咖啡堿（CAF）

表8 茶葉中嘌呤生物堿檢測方法

注：*為本研究構建方法，其他為文獻方法

Note: * refer to our current method, the others were methods form references

福建野生茶樹種質資源豐富，對其嘌呤生物堿組分構成的系統性評估，將為特異性茶樹資源的開發利用提供依據。最終，從參試的野生茶樹資源中，篩得5份高嘌呤生物堿資源（含量大于60?mg·g-1），7份高咖啡堿資源（含量大于50?mg·g-1），7份高苦茶堿資源（含量大于30?mg·g-1）。

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Purine Alkaloid Evaluation and Excellent Resources Screening of Fujian Wild Tea

CHEN Xiaomin1, ZHAO Feng2*, WANG Shuyan1, SHAO Shuxian1, WU Wenxi3, LIN Qin4, WANG Pengjie1, YE Naixing1*

1. College of Horticulture, Fujian Agriculture and Forestry University/Key Laboratory of Tea Science in Universities of Fujian province, Fuzhou 350002, China; 2. School of Pharmacy, Fujian University of Traditional Chinese Medicine, Fuzhou 350122, China; 3. Hengzheng Testing Technology Company, Fuzhou 350100, China; 4. Fujian Institute of Product Quality Inspection, Fuzhou 350014, China

A total of forty-three wild tea resources in Fujian Province were applied in the research and the contents ofpurine alkaloids were determined by ultra high performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry (UHPLC-MS/MS). The descriptive statistical analysis and cluster analysis were carried out to systematically analyze and explore the composition characteristics of purine alkaloids in Fujian wild tea resources. The results show that large variations in the purine alkaloids were identified in tea resources, which could be divided into four specific groups: group Ⅰ with similar contents of purine alkaloids as those in normal tea cultivars, group Ⅱwith higher purine alkaloids especially high caffeine content and low theophylline and theobromine, group Ⅲwith higher purine alkaloids especially high bitter theophylline and theophylline contents, group Ⅳ with high purine alkaloids especially bitter theophylline. After comprehensive evaluation, 14 tea resources with specific purine alkaloid composition were identified, including five germplasm resources with high purine alkaloids (>60?mg·g-1), seven germplasm resources with high caffeine (>50?mg·g-1) and seven germplasm resources with high bitter theophylline (>30?mg·g-1). Through this study, it provided more information and a scientific basis for the protection, innovation, breeding, production and utilization of tea germplasm resources.

tea plant, germplasm resources, purine alkaloid, theacrine, liquid chromatography-mass spectrometry

S571.1；Q946.91+2

A

1000-369X(2022)01-018-11

2021-06-02

2021-10-09

茶學福建省高校重點實驗室開放課題（KLTS2018002）、福建中醫藥大學引進人才科研啟動項目（2801/701190097）、福建農林大學優秀碩士學位論文資助基金（1122YS01003）

陳瀟敏，女，碩士研究生，主要從事茶樹栽培育種方面的研究。*通信作者：zhaofeng0591@fjtcm.edu.cn；ynxtea@126.com

（責任編輯：趙鋒）