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科技创新是茶产业发展的动力源
发布时间:2021年06月22日 15:33:54  来源: 腾讯网

  原标题:科技创新是茶产业发展的动力源

  科技创新是中国茶产业发展永远的核心动力,没有科技创新作为支撑,茶叶品牌营销、三产融合都是无源之水、无本之木。只有通过高产优质的品种资源创新、高效低耗的栽培技术创新、绿色安全的病虫防控、先进加工技术与装备创新及跨界增值的深加工利用,才能实现我国茶产业的高产、优质、安全、低耗、增值。茶产业的魅力在于三产高度融合,这也是今天茶叶成为农业作物中惟一一个以一个作物形成一个专业的原因。未来茶业三产融合、茶康文旅融合极有可能发展成为中国高效农业、现代休闲农业的典范。

  近年来,包括中国农业科学院茶叶研究所、浙江大学、安徽农业大学、湖南农业大学等在内的各大科研院校和高等学校的专家团队,为我国茶业的发展提供了大量的基础理论研究成果和核心技术创新成果。中国目前拥有世界上规模最大的茶叶科技创新团队、最显著的创新成果,对于产业发展所起的推进作用也是最明显的。

  1.茶树资源利用与品种选育

  (1)建立了全球最丰富的茶树种质资源库

  目前,中国已经建立了全球最丰富的茶树种质资源库,国家茶树资源圃共收集了3550份资源(表4),不管是数量、质量还是内涵,已经超过印度、日本和韩国,是全球保存规模最大、多样性最丰富的茶树基因库。同时,基于表型和遗传多样性分析,构建了核心种质库。作为世界茶树的原产地,中国在茶树种质资源方面,目前已经处于世界领先地位,未来的重点在于如何利用这些资源选育特异品种,应用于生产。

  (2)利用特异种质资源选育了一批优良茶树新品种

  进入新世纪以来,我国茶叶科技工作者利用特异种质资源选育了一大批优良的茶树新品种,地方群体品种资源被广泛应用于茶树新品种选育,通过系统选育、人工杂交、辐射诱变等手段,共育成无性系新品种272个,目前系统选育品种216个,占80%左右。目前选育的白叶1号、黄金芽、黄金茶、紫娟、可可茶、中茶302、金观音、香妃翠、丹霞2号、春闺等,都是可圈可点的资源创新成果,这些品种将会成为我国茶业下一轮品质竞争的核心,将有力推动茶产业的发展。

  (3)我国茶树品种选育成果领先世界

  目前,我国茶树品种数量和多样性居世界首位,有国家级认(审、鉴)定品种134个,其中育成品种104个;省级认(审、鉴)定品种超过200个;获得植物新品种权98个,取得登记新品种90个。品种的丰富性和多样性促进了我国茶叶产业结构调整和茶园单位面积效益的提升,满足了多茶类生产和多元化市场的需求。

  (4)茶树品种选育方法和手段创新

  我国在茶树品种选育的手段和方法上已经有很多创新成果,比如利用辐射诱变技术选育出了中茶108,利用航天育种技术获得了良性变异的茶树单株,利用物理、化学或航天等手段人工诱导茶树的遗传物质发生改变,是茶树传统育种技术的重要补充。在茶树分子辅助育种方面也取得一系列进展,采用分子辅助育种创制的低咖啡碱茶树新种质完成了早期鉴定,并取得了成功。湖南农业大学团队成功地构建了茶树基因沉默(RNAi)技术体系,明确了安吉白茶叶片在白色和绿色之间转化的分子机制及调控靶点,为未来的分子育种奠定了技术基础。

  2.茶树全基因组与代谢调控机制

  我国在茶树全基因组及代谢调控分子机制方面取得一系列辉煌的成就。茶树基因组具有高杂合、高重复和基因组大等特点,安徽农业大学、中国科学院昆明植物所、中国农业科学院茶叶研究所、华南农业大学、湖南农业大学、华中农业大学等单位一直致力于茶树全基因组研究,并终于取得了重大突破。研究者们利用单分子测序(PacBio)和染色体构象捕获(Hi-C)等先进技术手段,获得了染色体级别的茶树高质量参考基因组序列。同时,研究还在不断深入,全基因组序列从相对粗放到比较精细,这些基础研究成果将会为下一轮中国茶产业发展,尤其是茶树种质资源创新奠定雄厚的理论基础,并且将会为世界所共享。茶树原产地一直是受世界各国争议的一个话题,近年来,我国科技工作者在茶树分子生物学领域尤其是全基因组序列的破译,为栽培茶树起源于我国西南地区云贵高原提供了重要的科学佐证。

  围绕茶叶品质与功能成分的生物合成与代谢调控,我国科技工作者在儿茶素、茶氨酸、嘌呤生物碱等次生代谢产物和茶叶香气物质的代谢途径与分子调控机制方面,取得了一系列具有显示度的研究突破。这些研究成果一定会为未来茶树优异品种选育和茶叶加工技术创新,以及形成新的产品品质风格奠定理论基础。

  3.茶树土壤与营养调控分子机理

  由于忽视了有机农业生产,一段时间以来茶园过度施用化肥。氮肥的过量施用,不仅降低了茶园土壤微生物多样性,显著改变了茶园土壤微生物群落结构,降低了茶园土壤微生物群落的稳定性,而且使茶园土壤严重酸化,大量土壤养分淋溶损失,造成茶园土壤肥力的持续下降,影响了茶叶的自然品质。通过对土壤微生物的系统研究,解析了茶园土壤微生物种群特征下养分转化相关的酶活特性;明晰了茶园土壤致酸原因,建立了土壤酸化改良新技术;同时明确了茶园真菌微生物群落对土壤肥力的响应具有确定性。这些研究成果为应用现代技术改良土壤、增加肥力,提升茶叶生产的根基奠定了基础。今后,茶树根际土壤微生物群落茶树根际土壤微生物制剂将成为茶园土壤与肥力研究的热点。

  我国在茶树营养平衡和分子调控方面也有一系列的技术性突破,如明确了大量元素(N、P、K)与茶树品质成分积累的关系;揭示了中微量元素(Ca、Mg、S、Zn等)对茶树特征品质成分的影响;揭示了茶树氮素初级吸收、同化机制;明晰了控制茶树氮吸收的基因调控网络及关键基因;明确了春茶第一次开采前40~50d为茶树养分调控的最佳时期,此时追施氮肥有利于强化茶树储藏氮素,提高春茶的氮素利用率;发现春茶新梢吸收的氮肥量可以通过施氮肥至新梢采摘期间大于8℃的土壤活动积温来进行预测;揭示了茶树偏铵利用营养的分子机理等。这些研究成果都将为我国茶园的高质量生产和管理提供支撑。

  在茶树营养生理方面,国家茶叶产业技术体系栽培研究室经过多年研究实践,构建了一系列的关键技术和技术模式,如不同茶类养分总量与配比技术、茶树养分快速诊断技术、茶园有机肥替代化肥技术、茶树养分供应时空匹配技术、茶园水肥一体化技术、茶树叶面营养调控技术、茶园土壤改良与生物培肥技术等,同时形成了茶园化肥减施增效技术体系,通过精准养分用量、调整有机肥和化肥结构、改进施肥方法等措施,改良土壤肥力。应用该技术可使化肥减量37%,肥料农学利用率提升40%,同时生产的茶叶香气、滋味品质明显提升。

  4.茶树逆境胁迫响应的分子机制

  茶树逆境胁迫是一直以来最受业界关注的话题,尤其是高温干旱胁迫和低温胁迫,低温胁迫中又尤其关注倒春寒。近年来,我国在茶树逆境生理研究方面取得了一系列的重要进展。在茶树高温逆境研究中,揭示了CO2浓度升高对茶树初级代谢和次生代谢的显著影响;发现水杨酸参与调控茶树类黄酮合成代谢,是调节高温逆境响应的关键成分。低温胁迫是长期以来困扰江南茶区的重要问题。近年,安徽农业大学在茶树低温胁迫机制方面取得重大进展。研究发现,低温诱导的橙花叔醇等挥发物可增强邻近茶树的抗寒能力,并且从响应机制上找到了作用靶点;发现橙花叔醇糖苷化可改变茶树自由基清除能力,诱导CBF表达,从而提高茶树的抗寒能力。

  5.茶园绿色防控与质量安全

  在茶园绿色防控与质量安全方面,由陈宗懋院士领衔的创新团队经过多年的研究,已经有了重大的理论和技术创新成果。创建了茶树害虫性信息素诱捕技术体系,探明了灰茶尺蠖性信息素诱杀技术主要参数,发明了性信息素高效精准诱杀技术。利用该技术可显著降低茶园灰茶尺蠖成虫虫口密度,进而控制下一代幼虫数量。先后鉴定了灰茶尺蠖、茶尺蠖、优美苔蛾等茶园昆虫性信息素成分,优化了茶毛虫、茶细蛾、茶蚕的性信息素配方,已经研发出灰茶尺蠖、茶尺蠖、茶毛虫、茶细蛾、茶蚕等茶树害虫系列化性诱剂,引诱效果是市场同类产品的4~264倍。性诱技术已经在全国茶园全面推广,效果非常好。同时,还研发了天敌友好型杀虫灯、数字化诱虫板。经过多年的探索和研究,陈宗懋院士团队在茶叶农药残留领域取得新突破,创立了农药最大残留限量制定规范的新理论,揭示了干茶和茶汤中风险物质的含量差异,首创以茶汤中农药残留作为“有效风险量”的理念;构建了“半衰期、蒸汽压、水溶解度、ADI、LD50、鱼和蜜蜂毒性”多因子茶园农药安全评价和选用技术,筛选出水溶性农药的替代产品,解决了产前茶园的选药问题;揭示了茶叶外源污染物的发生和转移规律,创建了污染物的源解析和管控模式等。为此,该系列研究成果于2019年获得国家科技进步二等奖。

  6.茶叶制造化学与品质化学机理

  我国茶产业的最大魅力是全产业链,茶叶不但要有好的品种和栽培技术,还要有技艺精湛的制茶大师,制茶大师成功的关键在于制茶理论的突破,然后才有加工技术与装备的创新。在茶叶加工领域,近年来,中国科学家借助现代分析手段和分子生物学的融合,取得了一系列新的突破。

  (1)在茶叶香气研究方面有了新进展

  系统探明了六大茶类加工工艺对茶叶香气等风味物质变化的影响。以具有明显兰花香的安铁观音、太平猴魁、舒城小兰花为研究对象,发现蕙兰的花香与茶叶的兰花香最为接近,运用气相色谱-质谱联用技术(GC-MS)和香气提取物稀释分析(AEDA)发现顺式茉莉酸甲酯(epiMeJA)是对蕙兰香和兰花香起主要贡献的化合物,揭示了茶叶中兰花香及其分子感官基础。揭示了高温烘焙过程中茶氨酸转化成香气成分的途径;利用茶叶糖基化修饰代谢组学新方法,在绿茶中共检测到202个糖苷类化合物,发现绿茶中的香气糖苷化合物主要由杀青过程中香气成分与可溶性糖酶促合成,同时还发现黄酮糖苷与茶树品种的加工适制性相关,揭示了茶叶糖苷类化合物参与香气形成的机制。采用分子感官科学技术手段,综合化学表征、在线表征、在线嗅闻分析及感官审评结果,鉴定出了栗香绿茶、龙井茶等代表性绿茶、世界四大高香红茶、不同花色白茶及不同品种闽北乌龙茶中的2-戊基呋喃、反式β-紫罗兰酮、水杨酸甲酯、反式2-壬烯醛等关键嗅感化合物。构建了茶叶香气指纹图谱及茶叶香气判别模型,以茶叶香气全组分为指标,建立了浙江龙井茶的HS-SPME/GC×GC-TOFMS香气指纹图谱,以手性萜类化合物为指标,构建了浙江龙井茶的三维指纹图谱、红茶产地判别模型、茶叶手性指纹数据库和白茶年份预测模型。

  (2)茯砖茶加工过程中关键香气成分及其变化研究取得新进展

  研究发现,加工过程中茯砖茶原料中的“青气”逐渐降低,“花香”“菌花香”“木香”“薄荷香”逐渐升高,特征性香气不断形成。“青气”属性的成分主要有:1-辛烯-3-醇、苯乙醇、香叶醇、(E,E)-2,4-壬二烯醛、(E)-2-壬烯醛、庚醛、己醛等,“花香”和“菌花香”属性的成分主要有:芳樟醇、苯乙酮、水杨酸甲酯,“木香”属性的成分主要有雪松醇。在茯砖茶加工过程中真菌群落对挥发性成分的影响与贡献大于细菌群落,引起挥发性成分变化的核心菌群主要有曲霉属(Aspergillus)、假丝酵母属(Candida)、德巴利酵母属(Debaryomyces)、青霉属(Penicillium),以及未分类的散囊目真菌(UnclassifiedSaccharo?mycetales)。

  (3)黑茶中普洱茶素(Puerins)等品质与功能新成分的发现

  研究发现,在真菌发酵作用下,儿茶素和茶氨酸缩合转化形成了一系列新的物质——普洱茶素(PuerinsⅠ~Ⅷ),这类物质在普洱熟茶和茯砖茶中均可检测到,而在鲜叶、绿茶、红茶中没有发现。研究者们从茯砖茶中分离出多个黄烷-3-醇衍生物,主要为黄烷-3-醇B环裂解产物,在湖南黑茶、六堡茶、日本微生物发酵茶中也发现了黄烷-3-醇B环裂解产物。在茯砖茶、普洱茶中还发现了一些结构新颖的黄酮类化合物,这些化合物在成熟叶片加工的茶叶中含量较高,在细嫩的茶叶中含量较低,但在白茶中含量相对较高,尤其在寿眉、贡眉中的含量比较高。这些黄酮类化合物的发现,为茶叶发挥降脂降糖、预防阿尔茨海默症等作用提供了新的物质基础。研究发现,黑茶在微生物的作用下会释放出一系列的酚酸类物质,目前已从茯砖茶、普洱茶和千两茶中发现了多个酚酸类化合物。有机酸的积累不仅能使黑茶口感顺滑,而且能增强黑茶的部分健康属性。

  研究者们还从茯砖茶中分离到一大批绿茶、红茶中没有或者含量很低的新的萜类化合物。日本研究者也同时从日本微生物发酵茶Awa-bancha中分离得到了部分新的萜类化合物。另外,从普洱茶、千两茶中还分离鉴定了除咖啡碱、可可碱、茶碱之外的非嘌呤类生物碱。这一系列新物质的发现,为黑茶品质的改善和辅助人体神经系统功能发挥提供了可能。

  7.茶叶深加工与功能成分利用

  目前,我国茶园夏秋茶占茶叶生物产量的50%以上,大部分都没有被有效利用,而茶叶深加工的重要目标是将中低档茶或弃采的夏秋茶通过提取、分离、纯化而制取儿茶素、茶黄素、茶氨酸等茶叶功能性成分及速溶茶、浓缩汁等提取物,使茶叶资源得到高效利用。因此,中国茶业在这一轮产能过剩的背景下,一定要高度关注茶叶深加工。

  在茶叶深加工领域这些年来也有一系列的创新成果。如在茶汁沉淀控制方面,揭示了茶汁可逆沉淀与不可逆沉淀形成机制,提出了茶汁分类沉淀理论及茶汁沉淀控制方法。在解决夏秋茶苦涩味方面,揭示了茶汁苦味、涩味及回甘滋味形成机理,构建了茶汁苦味、涩味及回甘滋味强度预测模型,明确了茶汁苦涩味/回甘滋味转化的临界点,为茶汁滋味品质调控奠定了理论基础,夏秋茶苦涩味转化技术目前已经非常成熟,并在产业中广泛应用。

  在茶饮料(速溶茶)方面,发明了茶饮料(速溶茶)专用原料加工技术,提出了一整套适合我国的纯味和调味绿茶饮料用原料加工技术体系,解决了速溶茶浸出慢、品质稳定性差的问题;发明了速溶茶定向制备关键技术,在探明茶汁品质浸出特性的基础上,研制出多级逆流提取柱,创新性地提出了多变量动态逆流浸提—高质化定向收集新工艺,使提取率较对照提高26.0%~46.0%,感官品质提高8~10分,解决了冷溶型速溶茶味苦、香低的问题;发明了基于单宁酶、蛋白酶等复合酶水解的茶汁苦涩味调控技术,结合水解过程pH的变化规律,实现茶汁滋味品质的在线调控,解决了绿茶汁苦涩味强、品质低的问题;发明了用于高香型速溶茶的茶汁ARS/微胶囊包埋加工新工艺,速溶茶香气品质及主要香气成分含量较常规对照显著提高,解决了传统热溶速溶茶香气低的问题;发明了基于茶鲜叶固/液态复合发酵的红茶汁加工技术,解决了红茶汤色不红艳、香气不高的问题;发明了能有效保留原茶风味和功能性成分,且茶汁颜色鲜绿诱人的绿茶鲜茶固体饮料加工技术,解决了速溶茶产品风味单一的问题;创新了中空颗粒型速溶茶加工核心技术,该技术利用茶皂素的起泡原理,突破了喷雾干燥工艺制备速溶茶流动性、溶解性、抗潮性的技术瓶颈,为速溶茶的大众化消费提供了技术支撑。

  在功能性成分提取方面,创建了以纯水或酒精为溶剂,柱色谱、膜分离等技术相结合的儿茶素、茶氨酸绿色高效提制技术体系,解决了传统技术的安全性与分离效率问题;实现了儿茶素单体制备从实验室克级向吨级的跨越,填补了我国儿茶素单体规模出口空白,使我国儿茶素单体在国际市场具有绝对主导地位;提出了聚酯型儿茶素类化合物的高效合成制备技术;创建了通过儿茶素进行生物定向合成、分离纯化,最终形成工业化、规模化的茶黄素混合物和单体的茶黄素酶促氧化制备技术体系,突破了茶黄素规模化生产的技术瓶颈,这一技术使茶黄素制备成本降低70%以上,为今后茶黄素及其衍生产物在大健康领域的应用提供了技术储备。

  茶叶深加工技术的不断创新和突破,推进了我国茶产业的快速发展。目前以占全国茶叶产量9%的25万t左右的茶叶,打造了1500亿元以上的产业规模,使我国茶叶产业由传统农业向现代高新技术产业和大健康产业转型升级。

  8.茶与健康研究成果有效驱动茶的消费

  过去30多年中,全世界茶与健康的研究成果引导了越来越多的人为健康而喝茶,生津解渴已经不再是人们饮茶的第一诉求,健康将成为未来茶叶消费的第一驱动力。茶最核心的健康属性在于:延缓衰老、调节代谢、增强免疫,这方面已有成千上万篇的研究论文发表。在茶叶延缓衰老功能方面,湖南农业大学团队研究证实了EGCG延缓衰老的活性受其剂量及作用时间的影响,当用绿茶EGCG干预秀丽线虫时,发现EGCG作用于秀丽线虫成虫早中期时延缓衰老的效果最佳。研究还发现,EGCG通过维护机体氧化还原平衡来延长寿命;EGCG及其衍生物,以及EGCG与茶氨酸的结合产物可增强生物机体的运动机能,这些研究成果为EGCG对阿尔茨海默症和帕金森综合征的预防提供了理论支撑。同时,研究还发现,儿茶素延缓衰老的作用机理,不是传统认知下的简单的抗氧化作用所引起。

  目前,茶或茶天然产物与人类健康的研究,高度聚焦在肠道菌群理论方面。研究者将自由基学说与肠道疾病学说进行联动,很好地解释了不发酵茶、半发酵茶、发酵茶,尤其是后发酵茶对于人体代谢调节方面的作用机制。如研究揭示了茯砖茶多糖可被大肠肠道菌群水解代谢生成短链脂肪酸等有益代谢产物,调节肠道菌群,降低厚壁菌门和拟杆菌门比例,增加有益菌拟杆菌和普雷沃菌属相对丰度;发现茯砖茶及其多糖可通过调节肠道菌群改善代谢综合征等。肠道疾病学说所揭示的茶及其提取物在调理肠胃、改善肠道菌群结构,以及在预防代谢综合征方面所具有的突出效果,是我们今后应该关注的方向。

  三、我国茶叶产业技术发展趋势

  1.茶园生产与管理发展趋势

  茶园生产与管理端的发展趋势,首先在于茶树品种的优异化,因为产品品质的优异化要通过品种的优异化来保证。过去我们一直依赖高产,现在茶叶产品要讲究特色和亮点,安吉白茶、黄金芽、黄金茶就是很好的例子,今后需要多发掘类似的种质资源。其次是茶树栽培生态化、茶树植保绿色化、茶园耕作机械化、鲜叶采制机械化、茶园管理信息化。虽然由于一些过于厚重的传统文化影响,使这“六化”的推进受到一些阻碍,但在生产管理端我们必须坚持。

  2.现代茶叶加工技术发展趋势

  茶叶加工领域,在保持茶的色、香、味、形的同时,要坚持标准化、机械化、自动化和智能化,没有标准化和机械化就没有现代茶叶大产业。传统的手工作业、非物质文化只能作为一种文化传承,要真正做大产业,做老百姓喝得起的好茶,让中国茶走向世界,必须要坚持这“四化”。

  3.茶叶产品创新发展趋势

  茶叶产品创新的发展趋势是要在提高茶叶色、香、味的基础上,不断实现产品的方便化、功能化、时尚化和高雅化。如果没有这“四化”,很多年轻人对茶就会望而却步,很多有消费实力的人会因为没有时间用传统的方式冲泡茶,而对茶望而却步。所以要把茶叶产品的多样化,尤其是时尚化、高雅化、功能化推向新的高度。当然,茶叶产品质量标准化是我们必须永远坚持的,没有标准化就没有规模化的现代茶业。

  4.茶叶贸易流通与消费发展领域

  茶叶贸易流通端与消费端的发展趋势是经营品牌化、渠道多元化、电商普及化、品饮方便化和消费时尚化。在这“五化”方面,茶叶行业还有很大的提升空间。我们要关注年轻人饮茶的三个关键点,即年轻人、新茶饮、新时尚。当传统茶人还在用传统方式缓慢泡茶的时候,新茶饮已经风生水起,几年之间就成功打造了几百亿、上千亿元的产业规模。今天是茶吧时代,当新茶饮来临的时候,作为传统茶业一定要认清形势、认真分析、深度开发,从而去寻找新的茶业商机。

  致谢:特别感谢中国农业科学院茶叶研究所、浙江大学、湖南农业大学、安徽农业大学、南京农业大学、华中农业大学、中国科学院昆明植物研究所、中国科学院华南植物园的茶学研究团队提供的研究进展资料。

  (文章来源:腾讯网)

责任编辑:杨子双
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