doi: 10.15389/agrobiology.2025.3.458rus
УДК 633.72:631.8(213.1+470)
Экспериментальной базой послужили длительные полевые опыты с удобрениями ФИЦ СНЦ РАН, поддерживаемые в рамках реализации государственного задания ФИЦ СНЦ РАН FGRW-2024-0001, № госрегистрации 124022000098-6. Определение метаболитов в растительных пробах в сезонной динамике на разном фоне NPK выполнено за счет гранта Российского научного фонда, проект № РНФ № 22-16-00058 «Исследование генетических механизмов биосинтеза катехинов, кофеина, теанина у мутантных генотипов чая в условиях дефицита азотного питания in vitro и in vivo. Определение метаболитов в пробах на разном фоне цинка выполнено при реализации государственного задания ФИЦ FGRW-2024-0001, № госрегистрации 124022000098-6.
ВАРИАЦИИ СОДЕРЖАНИЯ ТЕАНИНА, МЕТИЛКСАНТИНОВ И РЯДА ФЛАВАНОИДОВ В ЛИСТЬЯХ И ПОБЕГАХ ЧАЯ СОРТА КОЛХИДА В УСЛОВИЯХ ВЛАЖНЫХ СУБТРОПИКОВ РОССИИ: СЕЗОННАЯ ДИНАМИКА, СТАДИЯ ЗРЕЛОСТИ ЛИСТА, ОБЕСПЕЧЕННОСТЬ БИОГЕННЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ
Л.С. МАЛЮКОВА1 ✉, Г.П. ЗАЙЦЕВ2, Р.М. ШХАЛАХОВА1, А.В. ВЕЛИКИЙ1, Л.С. САМАРИНА1, 3
Биологические особенности синтеза чайным растением специализированных метаболитов, а также влияние на эти процессы множества экологических факторов обусловливают варьирование их композиций в различных сортах и регионах выращивания. С этой точки зрения важно определение исходного природного метаболического профиля у отечественных сортов чая, произрастающих в природных условиях зоны влажных субтропиков России, и его трансформации под действием комплекса факторов. В настоящей работе мы впервые установили базовый метаболический профиль чая сорта Колхида, включающий несколько групп специализированных органических компонентов (флаван-3-олы, флавонолы, метилксантины, теанин), который формируется в экологических условиях Сочинского Причерноморья. Целью работы было установить содержание и диапазоны варьирования теанина и сложных вторичных метаболитов (катехинов, меликсантинов, флавонолов) в листьях разного возраста и побегах чая (Camellia sinensis L.) эталонного для Черноморского побережья Российской Федерации сорта Колхида в сезонной динамике и на фоне удобрений. Исследования проводили во влажных субтропиках России (Черноморское побережье Краснодарского края, г. Сочи, Лазаревский р-н, пос. Уч-Дере) в 2022-2023 годах на сортовой (сорт Колхида) полновозрастной чайной плантации (1983 год закладки). Почва — бурая лесная кислая окультуренная малогумусная мощная среднеглинистая, сформированная на элюво-делювии глинистых сланцев (аргиллитов). Для оценки сезонной динамики образования и накопления метаболитов были отобраны пробы 3-листной флеши (молодой побег, состоящий из почки и трех листьев разной стадии зрелости) в периоды наиболее интенсивного флешеобразования 1-й (май, июнь) и 2-й волны роста (июль, август) на оптимальном (N240P70K90) и дефицитном (N0P0K0) для чая агрофоне. Для сравнительной оценки метаболического профиля листьев разной степени зрелости, а также установления влияния цинка в летний период (июль) были отобраны молодые побеги чая в двух вариантах полевого опыта, контрастных по обеспеченности почв цинком: N240P70K90 (контроль), N240P70K90 + Zn4,3 (после ежегодного 15-летнего внесения сульфата цинка в поверхностный слой почвы). Части побега (почка, 1-й лист, 2-й лист, 3-й лист) были сгруппированы. Содержание специализированных компонентов в растительных пробах — кофеина, теобромина, теанина, (+)-катехина (К), (-)-эпикатехина (ЭК), (+)-галлокатехина (ГК), (-)-эпигаллокатехина (ЭГК), (-)-катехин-3-галлата (KГ), (-)-эпикатехин-3-галлата (ЭКГ), (-)-галлокатехин-3-галлата (ГКГ), (-)-эпигалокатехин-3-галлата (ЭГКГ), рутина, гликозидов флавонолов (кверцетина и кемпферола) — оценивали методом высокоэффективной жидкостной хроматографии на хроматографе фирмы «Agilent Technologies» (модель 1100, США). В сезонной динамике в молодых побегах чая (3-листной флеши) были отмечены значительные флуктуации теанина (3-12 мг/г) и общего количества катехинов (170-250 мг/г) при относительно стабильном содержании кофеина (25-35 мг/г) и теобромина (2,0-3,5 мг/г). Содержание в 3-листной флеши чая кверцетина (1,6-3,2 мг/г) и кемпферола (0,4-3,0 мг/г) снижалось от мая к августу по аналогии с теанином, а количество гликозида кверцетина (рутин) составляло 0,95-1,76 мг/г. На фоне аридизации метеоусловий (усиление засухи и гипертермии от весенних к летним месяцам) отмечали снижение содержания теанина и О-гликозидов флавонолов в 2-3 раза и увеличение доли катехинов в 1,2-1,5 раза. Значительные колебания количества изученных метаболитов наблюдали по мере созревания чайных листьев от верхушечной почки до 3-го листа в побеге. Так, самая молодая часть побега (почка) характеризовалась повышенным накоплением теанина (5,0±0,1 мг/г), кофеина (42,0±2,0 мг/г) и галлированных катехинов (228,0-245,0 мг/г). С увеличением возраста листа содержание этих компонентов снижалось в среднем в 1,5 раза, но возрастала доля простых катехинов в среднем в 2,5 раза. Разная обеспеченность растений биогенными элементами в меньшей степени в сравнении с сезонной вариабельностью изменяла метаболический профиль листьев чая. Тем не менее на фоне повышения обеспеченности почв и растений чая NPК-элементами и Zn было отмечено усиление образования теанина соответственно в 2,0 и 1,2 раза при снижении в 1,3 раза количества простых катехинов. Для использования в агротехнике перспективны следующие выявленные закономерности: регулирующая роль NPК-элементов в индукции синтеза теанина и блокировании фенольного метаболизма; изменение под действием цинка исходного баланса разнонаправленно действующих теанина и кофеина в чайном листе, которые определяют успокаивающий или возбуждающий эффект напитка.
Ключевые слова: Camellia sinensis L., зеленый чайный лист, 3-листная флешь, качество чая, метаболический профиль, сезонная динамика, возраст листа, минеральное питание.
L.S. Malyukova1 ✉, G.P. Zaitsev2, R.M. Shkhalakhova1,
A.V. Velikiy1, L.S. Samarina1, 3
Biological specifics of the synthesis of specialized metabolites by tea plants, as well as the influence of many environmental factors on these processes, underlie the variation of their compositions in different varieties and regions of cultivation. From this point of view, it is important to determine the initial natural metabolic profile of domestic tea varieties grown in the natural conditions of the humid subtropics of Russia, as well as its transformation under the influence of a set of factors. In this work, for the first time we have established the basic metabolic profile of the tea plant (Camellia sinensis L.) cv. Kolkhida, including several groups of specialized organic components (flavan-3-ols, flavanols, methylxanthines, theanine), which are accumulated in the environmental conditions of the Sochi Black Sea region. The aim of the work was to establish the content and variation ranges of theanine and complex secondary metabolites (catechins, methylxanthines, flavanols) in shoots and leaves of different maturity of cv. Kolkhida, a standard cultivar for the Black Sea coast of the Russian Federation, in seasonal dynamics with application of fertilizers. The studies were conducted in the humid subtropics of Russia (the Black Sea coast of the Krasnodar Territory, Sochi, Lazarevsky District, Uch-Dere) in 2022-2023 on a vegetatively propagated full-aged plantation of cv. Kolkhida (established in 1983). The brown forest acidic soil with low-humus and thick medium-clayey was formed on eluvium-diluvium of clay shales (argillites) in the experimental plot. To assess the seasonal dynamics of formation and accumulation of metabolites, samples of 3-leaf flush (young shoot consisting of an apical bud with three leaves of different maturity) were collected during the periods of the most intensive flush formation of the 1st (May, June) and 2nd (July, August) growth waves on the optimal (N240P70K90) and deficient (N0P0K0) nutrient conditions. For a comparative assessment of the metabolic profile of leaves of different maturity stages, as well as to establish the effect of zinc in the summer period (July), young tea shoots were selected in two treatments of the field experiment, contrasting in the soils zinc provision: N240P70K90 (control), N240P70K90 + Zn4.3 (after annual 15-year application of zinc sulfate to the surface soil layer). The parts of the shoot (bud, 1st, 2nd, 3rd leaf) were grouped. The contents of specialized components in plant samples — caffeine, theobromine, theanine, (+)-catechin (K), (-)-epicatechin (EC), (+)-gallocatechin (GC), (-)-epigallocatechin (EGC), (-)-catechin-3-gallate (CG), (-)-epicatechin-3-gallate (ECG), (-)-gallocatechin-3-gallate (GCG), (-)-epigallocatechin-3-gallate (EGCG), rutin, flavanol glycosides (quercetin and kaempferol) — were assessed by high-performance liquid chromatography on a chromatograph from Agilent Technologies (model 1100, USA). In the seasonal dynamics of young tea shoots (3-leaf flush), significant fluctuations in theanine (3-12 mg/g) and total catechins (170-250 mg/g) were observed along with a relatively stable content of caffeine (25-35 mg/g) and theobromine (2.0-3.5 mg/g). The content of quercetin (1.6-3.2 mg/g) and kaempferol (0.4-3.0 mg/g) decreased from May to August, and the amount of quercetin glycoside (rutin) was within 0.95-1.76 mg/g. Increase of drought and hyperthermia from spring to summer lead to decrease in the content of theanine and flavanol O-glycosides by 2-3 folds along with increase the proportion of catechins by 1.2-1.5 folds. Significant difference in the amount of the studied metabolites was observed among the apical bud and the 3rd shoot leaf. Thus, the youngest part of the shoot (apical bud) was characterized by increased accumulation of theanine (5.0±0.1 mg/g), caffeine (42.0±2.0 mg/g) and catechin gallates (228.0-245.0 mg/g). While in third leaf, the content of these components decreased on average by 1.5 times, but the proportion of simple catechins increased on average by 2.5 folds. Different supply of plants with biogenic elements changed the metabolic profile of tea leaves to a lesser extent in comparison with seasonal variability. Nevertheless, increased supply of tea plants with NPK and Zn elements, led to increase in theanine content by 2.0 and 1.2 folds, respectively, while the amount of simple catechins was decreased by 1.3 folds. The following revealed patterns are promising for use in agricultural technology: the regulatory role of NPK elements in the induction of theanine synthesis and inhibiting of phenolic metabolism; a change in the initial balance of theanine and caffeine acting in different directions in the tea leaf under the influence of zinc, which determine the calming or stimulating effect of the tea beverage.
Keywords: Camellia sinensis L., green tea, 3-leaf flush, tea quality, metabolic profile, seasonal dynamics, leaf maturity, mineral nutrition.
1ФГБУН Федеральный исследовательский центр |
Поступила вредакцию 19 марта 2025 года
|
