科创中国

行业领域

农、林、牧、渔业

需求背景

在茶树的生长过程中，会受到多种多样的生物胁迫（如虫害和病害）和非生物胁迫（如低温、干旱、紫外辐射等）。虽然目前也有许多农艺措施来帮助茶树应对这些不利的环境条件，但很多都存在一定的风险，会影响茶叶的品质和质量安全，甚至环境安全。随着生活水平的提高，人们对食品的品质及质量安全给予越来越多的关注，茶叶的绿色、高质生产是我国茶产业的发展趋势。一般普遍认为植物富含的次生代谢产物主要用于抵抗生物或非生物胁迫，进而植物能更好地适应外界环境。因此，通过全面了解茶树自身来源次生代谢物的生物学功能，并争取在茶树生长阶段中给予应用，有利于实现茶叶绿色、高质生产的目标。根据目前的研究进展，还未全面地了解茶树中这些特征性次生代谢物的真正生物学功能，更不可能明确它们在茶树生长阶段中所起的贡献大小。

问题背景：

外界胁迫可诱导植物产生许多次生代谢物，一方面这些次生代谢物具有帮助植物抵御外界胁迫的作用，发挥它们的生物学功能；另一方面也可作为农作物的重要品质成分，影响作物的品质质量。在农业和食品化学领域，许多关于特殊代谢物的研究对改善农作物和植物源性食品的品质作出了巨大贡献，而对农作物中特殊代谢物的生物学功能关注较少。茶树作为一种具有代表性的农业植物，含有十分丰富、复杂和多样的特征性代谢物。目前，由于这些丰富代谢物对茶叶品质和健康功效的巨大贡献，人们越来越关注茶树中这些物质的生物合成，且随着茶树基因组的破译，在这方面的研究也有了重大的突破。但是，却很少从植物本身的角度探索这些代谢物在茶树生长阶段中可能发挥的生物学功能。

需解决的主要技术难题

茶树中丰富和特征性的代谢物包括儿茶素、茶氨酸、咖啡碱和挥发性物质。目前关于这些物质的生物学功能探索也有一定的进展，但都存在许多共性的不足之处。儿茶素可能具有抵御生物胁迫的作用，在抗菌和抗虫方面都有了初步的表型证据；此外，该类化合物也会在许多非生物胁迫下作出响应。茶氨酸则被认为具有重要的氮储存与运输功能，发挥着与谷氨酰胺相类似的作用，那么它在茶树中的特异性高含量积累是否还发挥着其他重要的生物学功能呢？咖啡碱的生物学功能在许多植物中都有了一定的体内证据，具有抵御生物胁迫中的虫害和病害，但在茶树中还缺乏体内的证据；此外，高含量积累咖啡碱的茶树仍然受到大量害虫的侵害，因此咖啡碱在茶树中的抗虫贡献有多大还需要进一步的评估。相对于前面的三类代谢物，茶树中挥发性物质生物学功能的研究还比较深入，特别是在抵御害虫方面。但是目前也只是获得了一些室内控制实验的体内证据，在实际茶园中的作用大小还不清楚。

对于生物学功能的研究程度可以归纳为：胁迫响应、体外抗性评价、实验室活体植株的抗性评价、田间活体植株的抗性评价。目前，在茶树中大多的特征性代谢物生物学功能研究都只是开展了第一个方面，获得了胁迫响应的证据，只有少许的代谢物获得了体外抗性评价和实验室活体植株的抗性评价证据，更不用说探索这些代谢物在田间茶园应用的实际贡献。虽然许多次生代谢物在茶树处于逆境胁迫下会作出响应，但是响应胁迫并不代表可以发挥重要的生物学功能。由于茶树还未有完善的遗传转化体系，这方面可能会极大制约着开展这些代谢物生物学功能的深入评价研究。此外，由于茶树在茶园生长过程中环境的复杂性，即使在室内的实验中具有明显的抗性作用，但在田间的真实情况下所发挥的作用也可能被大大弱化，甚至没有效果。这几个方面都可能会阻碍茶树中次生代谢物生物学功能研究的开展，是未来面临的关键难点与挑战。

期望实现的主要技术目标

目前关于次生代谢物的生物学功能信息大多来源于其他植物或者体外的功能评价，由于次生代谢物生物学功能发挥的复杂性与多样性，作物与经济植物中代谢物的生物学功能信息有必要获得研究对象本身的体内证据。茶树富含丰富的次生代谢物，在适应生长环境的过程中可能发挥着重要的生物学功能。通过对植物源的特征性次生代谢物生物学功能的全面研究，将有助于推进茶叶绿色、高质生产的进程，也为阐明其他农作物中代谢产物的重要生物学功能提供很好的实例。

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