Подкормка наноселеном и качество летнего зелёного чая

Чайные кусты вегетируют и летом, и осенью, но основной сезон сбора сырья для высококачественного зелёного чая – весна. Летом состав молодых чайных побегов изменяется: содержание катехинов, а также кофеина увеличивается, а L-теанина и других аминокислот – снижается. Катехины придают чаю вяжущий и горький вкус, кофеин тоже горек, а аминокислоты отвечают за сладость, свежесть и вкус умами. Это, конечно, если сильно упрощать. Но факт остаётся фактом: непосредственно ощутимое качество летнего зелёного чая ниже, а значит, ниже и его цена. Поэтому во многих регионах Китая летом либо сокращают, а то и полностью прекращают сбор и производство чая, либо переходят на красный чай – для него летнее сырьё порой подходит даже лучше, чем весеннее.

Существуют разные способы повысить качество летнего чая, сдвинув фенол-аммиачное соотношение (то есть баланс полифенолов и аминокислот) в желательную сторону. Так, длительное затенение приводит к усилению синтеза аминокислот, одновременно подавляя метаболизм пуринов и кофеина в чайных листьях (см. www.frontiersin.org/journals/p… ); применение фитогормона 24-эпибрассинолида (прекрасно известного российским огородникам под коммерческим названием эпин) способствует накоплению теанина (см. www.frontiersin.org/journals/p… ); совместное выращивание чая с бобовыми – соей и викой положительно влияет на ризосферную микрофлору, что также усиливает азотный метаболизм (см. academic.oup.com/hr/article… ), и т.д. Среди наиболее перспективных возможностей – использование Bacillus amyloliquefaciens, филлосферной бактерии, которую можно рассматривать как симбионта: она защищает растения от патогенов, усиливает высвобождение фитогормонов, способствует фиксации азота и синтезу различных амилаз и протеаз и, в целом, стимулирует рост растений (см. www.sciencedirect.com/science/ar… ). А ещё – внекорневая подкормка наноселеном.

***

Селен – необходимый для жизни человека микроэлемент, потребность в нём – 55-75 мкг в сутки (для взрослых людей). При недостатке селена в почве и воде увеличивается частота заболеваний щитовидной железы (при дефиците селена нарушается усвоение йода). В России с селеном всё относительно неплохо, но отдельные селенодефицитные регионы есть и у нас. По некоторым данным, в дозах 200 мкг/сут селен проявляет антиоксидантные, противораковые, противоаллергические свойства; в то же время, многие его соединения ядовиты.

Для растений селен, как правило, не является необходимым, но подкормка селеном в умеренных количествах повышает урожайность и качество риса, томатов, кофе, редиса и др. Так как селенаты и селениты токсичны, предпочтителен более безопасный элементарный селен – в форме наночастиц он легко усваивается растениями, просто дозируется, удобен в обращении и вдобавок обладает антибактериальным эффектом. Наноселен можно получать различными путями (см., напр., cyberleninka.ru/article/n/… ), но в последнее время для этого всё чаще используют биотехнологию – заставляют работать микроорганизмы (см. www.sciencedirect.com/science/ar… ).

Селен всасывается из почвы корнями чайных кустов, но лишь частично транспортируется в листья. А поскольку в чае нас интересуют именно листья, целесообразнее внекорневая подкормка – проще говоря, опрыскивание кустов раствором, содержащим наночастицы селена. Листьями он тоже хорошо всасывается.

***

В 2023 г. Хуан Сянсян и ряд других учёных Хунаньского сельскохозяйственного университета опубликовали результаты исследования, в котором оценивалось влияние внекорневой подкормки наноселеном на метаболизм чайных листьев летом, а также на вкусовые свойства произведённого из них чая — www.sciencedirect.com/science/ar… . Полный текст работы прикреплён к посту в формате pdf, а ниже я вкратце перескажу самое основное.

Объектом экспериментов были равномерно обрезанные кусты культивара Би Сян Цзао (碧香早) – дословно «ранний лазоревый аромат». Этот культивар был выведен специалистами Научно-исследовательского института чая Хунаньской академии сельскохозяйственных наук в 1978-1992 гг. путём скрещивания Фудин Да Бай Ча и крупнолистного юньнаньского чая; в Хунани он довольно популярен, из него делают и зелёные, и жёлтые, и красные чаи – см. https://baike.baidu.com/item/碧香早/851580 . Удобрение содержало наночастицы диаметром 50-78 нм в концентрации 1,5 г/л, перед применением его разводили в 100, 200, 300 и 400 раз, контрольный участок опрыскивали чистой водой. В конце июля и начале августа 2019 г. было проведено три обработки с интервалом в неделю, чайные листья были собраны 31 августа.

Помимо измерения содержания шести основных катехинов, кофеина, теобромина, важнейших микроэлементов и восемнадцати аминокислот, была проанализирована так называемая нецелевая метаболомика – то есть все остальные метаболиты чайных листьев. Методом ультравысокоэффективной жидкостной хроматографии/квадруполь-времяпролётной масс-спектрометрии высокого разрешения было идентифицировано 130 метаболитов. Кроме того, было проведено и транскриптомное секвенирование – полная расшифровка транскриптома, то есть всей совокупности матричных и некодирующих РНК. Это делается для того, чтобы найти дифференциально экспрессируемые гены – те гены, которые, говоря простым языком, в одном из образцов работают существенно активнее, чем в других.

Вкусовые характеристики пяти образцов зелёного чая (СК – без подкормки, С1 – 15,0, С2 – 7,5, С3 – 5,0 и С4 – 3,75 мг/л наноселена) оценивались группой из шести профессиональных экспертов по десятибалльной шкале. При этом 3 г чая заваривали 150 мл дистиллированной воды в течение 4 минут. Образцы оценивались вслепую и троекратно на протяжении трёх дней, после чего оценки усреднялись.

Содержание селена в листьях чая предсказуемо оказалось пропорциональным концентрации удобрения: от 0,15 мг/кг в С1 до 0,08 мг/кг в С4 – и в разы выше, чем в контрольном образце (0,04 мг/кг). Это несколько меньше порогового значения, необходимого для признания чайного сырья богатым селеном (0,2 мг/кг), и тем не менее чай, обработанный по такой схеме, может послужить дополнительным источником селена. Накоплению железа, цинка, кальция и магния в наибольшей степени способствовала низкая концентрация наноселена.

Содержание экстрактивных веществ после подкормки было несколько снижено, катехинов и кофеина – значительно снижено, а аминокислот и растворимых сахаров – повышено. Так, в образце С3 общее содержание полифенолов было на 9,70% ниже, а растворимых сахаров – на 15,97% выше, чем в контрольном. Общее содержание аминокислот достигло пика (2,68%) в образце С1 и было на 12% выше контрольного значения; содержание теанина при этом выросло аж на 21%. Соотношение общего содержания полифенолов к общему содержанию аминокислот в образцах С1-С3 было на 16-18% выше, чем в контрольном. После обработки наноселеном снижалось также содержание многих производных катехинов, флавонолов, флавонов и их гликозидов, которые тоже могут вносить вклад в ощущение терпкости и сухости во рту.

Транскриптомный анализ подтвердил, что наноселен может подавлять в чайных листьях пути, связанные с биосинтезом кофеина, катехинов и флавоноидов, одновременно повышая экспрессию генов, связанных с биосинтезом аминокислот. Среди выявленных дифференциально экспрессируемых генов были гены таких важных для биосинтеза теанина ферментов, как глутаминсинтетаза и глутаматсинтаза (см. vk.com/wall-47905050_18098 ).

С этим хорошо соотносилась сенсорная оценка. Горечь и терпкость образцов C1, C2 и C3 была значительно ниже, чем контрольного, а сладость образцов C2, C3 и C4 и вкус умами образцов C1, C2 и C3 – существенно выше. В целом, наилучшими были признаны образцы С2 и С3 – с умеренной концентрацией удобрения.

***

Почему мне захотелось рассказать об этой работе?

Во-первых, я считаю важным напоминать, что пока искатели «чайных состояний» уходят всё дальше в свои иллюзии, а адепты псевдоэко-культа демонизируют удобрения, настоящий, большой чайный мир живёт своей жизнью. И в этом мире учёные разрабатывают остроумные способы сделать чай вкуснее.

Прогресс науки впечатляет: полный анализ метаболома и транскриптома, ещё недавно казавшийся фантастикой, превратился в абсолютно рутинную процедуру. Правда, если вы заметили, анализ полученных данных занял в описываемом случае около трёх лет.

Во-вторых, это повод лишний раз задуматься, насколько чайные листья чувствительны к внешним воздействиям. Содержание экстрактивных веществ, полифенолов, аминокислот и кофеина часто указывают в описании культиваров, и можно решить, что эти показатели генетически предопределены и относительно стабильны. Но достаточно трёх опрыскиваний наноселеном – и они существенно изменяются.

В-третьих, селен чайные кусты получают не только от хунаньских исследователей, но и из почвы. В Китае есть регионы, почвы которых особенно богаты этим микроэлементом – например, юг Шэньси и запад Хубэя. И чай из этих регионов часто имеет в названии приставку «Фу Си» (富硒) – «богатый селеном». Я думал, что единственное значение этого в том, что такой чай, теоретически, может помочь в коррекции селенодефицита. А оказывается, с уровнем селена могут быть связаны и его вкусовые качества.

Рис.1. Изменения микроэлементов и основных химических компонентов в листьях чая после опрыскивания листьев наноселеном различной концентрации.
A-F – содержание микроэлементов (Se, Fe, Zn, Mg, Ca и K) в листьях чая (мг/кг).
G – содержание экстрактивных веществ, полифенолов чая, растворимых сахаров, общих аминокислот, галловой кислоты и теобромина.
H – соотношение полифенолов чая к общим аминокислотам.
I-K – содержание основных катехинов (мг/г), кофеина (мг/г) и теанина (%).
L – тепловая карта содержания семнадцати аминокислот.

Рис.2. Радарная диаграмма сенсорной оценки образцов зелёного чая, произведённых из листьев контрольной группы чайных кустов (СК) и кустов, обработанных наноселеном (С1-С4).

Рис.3. Диаграмма путей регуляции генов, связанных с биосинтезом катехинов, и накопления метаболитов в листьях чая при внекорневой обработке наноселеном (15 мг/л). Синей и красной заливкой выделены гены с пониженной и повышенной экспрессией соответственно. Синими и красными стрелками отмечены метаболиты с пониженной и повышенной аккумуляцией соответственно. Сплошными и пунктирными линиями изображены прямой эффект и косвенный эффект соответственно.