我國茶樹種質(zhì)資源研究40年

陳杰丹，馬春雷，陳亮

中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所國家茶樹改良中心 農(nóng)業(yè)部茶樹生物學(xué)與資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，310008

茶樹的起源中心在中國云南省，千百年來的引種活動(dòng)，使得茶樹的生長范圍遍及四大洲的50多個(gè)國家及地區(qū)。由于茶樹的異花授粉和人類的變異選擇，使茶樹種質(zhì)資源具有非常豐富的遺傳多樣性。茶樹種質(zhì)資源是茶樹品種改良的物質(zhì)基礎(chǔ)，是保障種業(yè)安全的戰(zhàn)略性資源。改革開放40年來，我國茶樹種質(zhì)資源研究取得了重要成就，為推動(dòng)茶產(chǎn)業(yè)的發(fā)展作出了重要貢獻(xiàn)。

一、收集

我國茶區(qū)遼闊，生態(tài)條件多樣，種質(zhì)資源十分豐富。自20世紀(jì)80年代起，我國就開始全面系統(tǒng)地考察和收集茶樹種質(zhì)資源，主要包括4 次大規(guī)模的茶樹種質(zhì)資源考察收集。1981—1984年，對(duì)云南省61 個(gè)縣市進(jìn)行考察，共收集410 份各類資源[1]；1985—1989年，分別在神農(nóng)架及長江三峽地區(qū)的17 個(gè)縣市和海南省的8 個(gè)縣考察，共收集到160 份資源，其中神農(nóng)架及三峽地區(qū)多為灌木型茶樹，而海南地區(qū)多為小喬木大葉類；1991—1994年，對(duì)川陜黔桂4 個(gè)省區(qū)共63 個(gè)縣進(jìn)行考察，收集400 份資源；1996—1997年，因長江三峽大壩建設(shè)而對(duì)渝東南黔東北共14個(gè)縣進(jìn)行搶救性考察，補(bǔ)充收集了80 份資源[2-3]。此外，筆者對(duì)云南、福建、浙江、江西、安徽等主要產(chǎn)茶區(qū)持續(xù)開展茶樹種質(zhì)的收集。同時(shí)，通過國際合作的方式從韓國、日本、緬甸、越南等地引進(jìn)部分國外種質(zhì)資源。

二、保存

茶樹是一種多年生木本植物，現(xiàn)在主要采用建立資源圃和原生境保護(hù)兩種方式來保存茶樹種質(zhì)資源。資源圃保存既能完整保存活體，便于鑒定評(píng)價(jià)，又可以集中管理，方便比較。1990年，在浙江和云南分別建立了“國家種質(zhì)杭州茶樹圃”和“國家種質(zhì)勐海茶樹分圃”[4]，用于保存中小葉茶和大葉茶資源，是世界上保存茶樹資源類型最多、遺傳多樣性水平最豐富的茶樹種質(zhì)資源平臺(tái)[5]。改革開放40年來，杭州茶樹圃累計(jì)保存茶樹種質(zhì)資源2 296份，包括山茶科山茶屬茶組植物的5 個(gè)種（厚軸茶、大廠茶、大理茶、禿房茶、茶）和2個(gè)變種（白毛茶、阿薩姆茶），此外還保存了24份山茶屬近緣植物。勐海茶樹分圃累計(jì)保存了1 199 份茶樹資源，包括野生資源244份，栽培資源953份，過渡型資源2份，此外還保存了27 份山茶屬近緣植物和4 份遠(yuǎn)緣植物。除國家級(jí)茶樹種質(zhì)資源圃外，我國還建有許多地方資源圃，主要位于福建、湖南、廣西、貴州、廣東、江西、重慶、江蘇等?。ㄊ?、區(qū)）[6-9]。

對(duì)于多年生的茶樹來說，長期異地保存，表型會(huì)出現(xiàn)變異，遺傳性也可能發(fā)生改變。對(duì)有些保守性強(qiáng)的茶樹資源，異地就無法生存下來，所以必須進(jìn)行原生境保護(hù)。近年來，茶樹資源的原生境保護(hù)也逐漸受到了各級(jí)地方政府的關(guān)注和重視。2009年，福建省啟動(dòng)了地方品種資源保護(hù)項(xiàng)目，浙江省啟動(dòng)了西湖龍井茶群體種和鳩坑種茶樹資源的原生境保護(hù)項(xiàng)目；2010年以來，云南瀾滄、雙江、西雙版納、普洱等地先后出臺(tái)了古茶樹保護(hù)條例，對(duì)野生茶樹進(jìn)行原生境保護(hù)；2013年，農(nóng)業(yè)部批準(zhǔn)了廣西融水縣元寶山野生茶種質(zhì)原生境保護(hù)點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目；2017年，貴州省政府制定了《貴州省古茶樹保護(hù)條例》。通過這些條例項(xiàng)目的實(shí)施能夠有效地促進(jìn)茶樹種質(zhì)資源的遺傳多樣性保護(hù)。

三、分類、描述規(guī)范及編目

科學(xué)的分類、統(tǒng)一的描述規(guī)范和編目，是茶樹種質(zhì)資源深入挖掘和利用的基礎(chǔ)，同時(shí)也是茶樹種質(zhì)資源科學(xué)管理和共享利用的前提。1958年，Sealy將茶組分為茶C.sinensis(L.)O.Kuntze（包括C.sinensis var.sinensis、阿薩姆茶C.sinensis var.assamica(Masters)Kitamura 2 個(gè)變種），滇緬茶C.irrawadiensis Barua， 大 理 茶 C. taliensis (W. W. Smith) Melchior， 細(xì)柄茶C. gracilipes Merrill ex Sealy 和毛肋茶C. pubicosta Merrill 5種2變種[10]。改革開放以來，隨著鑒定技術(shù)的快速發(fā)展，莊晚芳[11]、張宏達(dá)[12-13]、閔天祿[14]和陳亮等[15]先后提出了不同茶組植物分類系統(tǒng)。陳亮等[15]既充分考慮到茶樹種間形態(tài)（主要是花器官）上的差異，又兼顧分類學(xué)和生物學(xué)種的特點(diǎn)，將茶組植物分為大廠茶C.tachangensis F.C.Zhang、厚軸茶C. crassicolumna Chang、大理茶C. taliensis (W. W. Smith) Melchior、禿房茶C. gymnogyna Chang 和茶C.sinensis(L.)O.Kuntze 5 個(gè)種，其中茶又包含阿薩姆茶C.sinensis var.assamica(Masters) Kitamura 和白毛茶C. sinensis var. pubilimba Chang 2 個(gè)變種。野生大茶樹主要屬于大廠茶、厚軸茶、大理茶和禿房茶；栽培型茶樹主要屬于茶、阿薩姆茶、白毛茶等。

長期以來，茶樹資源的鑒定評(píng)價(jià)缺乏統(tǒng)一的描述規(guī)范，不同單位采用的性狀描述、鑒定技術(shù)方法和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)各異，使鑒定數(shù)據(jù)缺乏可比性，影響了國內(nèi)不同單位之間資源數(shù)據(jù)信息的共享。從2005年開始，我國陸續(xù)制定了一系列茶樹種質(zhì)保存、鑒定和評(píng)價(jià)的描述術(shù)語規(guī)范和茶樹重要性狀的鑒定方法及評(píng)價(jià)指標(biāo)，包括《茶樹種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)》[16]《農(nóng)作物種質(zhì)資源鑒定技術(shù)規(guī)程茶樹》[17]和《農(nóng)作物優(yōu)異種質(zhì)資源評(píng)價(jià)規(guī)范茶樹》[18]等。

此外，農(nóng)業(yè)部植物新品種保護(hù)辦公室在2013年發(fā)布了《植物新品種特異性、一致性與穩(wěn)定性測(cè)試指南茶樹》[19]，為茶樹種質(zhì)創(chuàng)新提供了知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)。同時(shí)，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所和云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所分別對(duì)國家種質(zhì)杭州茶樹圃和勐海茶樹分圃中的3 000 多份茶樹資源，按29個(gè)不同性狀進(jìn)行編目，建立超過10萬數(shù)據(jù)值的茶樹種質(zhì)資源數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，為茶樹種質(zhì)資源的共享利用提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

四、遺傳多樣性

茶樹一般自交不親和，世代的異花授粉促使我國茶樹資源具有豐富的遺傳多樣性。深入徹底地了解我國茶樹資源的變異程度和遺傳多樣性是開展茶樹育種的基礎(chǔ)。近年來，隨著分子遺傳學(xué)和分子生物學(xué)的快速發(fā)展，遺傳多樣性的檢測(cè)方法也發(fā)生了巨大變化，從形態(tài)和生化成分水平逐漸發(fā)展到DNA分子水平。

形態(tài)的變異是最容易觀察的一種表型變異。周炎花[20]對(duì)浙江、福建、安徽等14 個(gè)主要產(chǎn)茶省區(qū)共406份材料的5個(gè)葉片表型性狀調(diào)查發(fā)現(xiàn)，西南和華南地區(qū)的茶樹資源葉片表型變異相對(duì)更為豐富；通過資源類型比較發(fā)現(xiàn)選育品種的變異程度比野生資源和地方品種的要小，說明人為選擇降低了資源的變異程度。葉乃興等[21]對(duì)中國和日本的栽培茶樹花的形態(tài)性狀進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)茶樹花性狀品種間變異大，但品種內(nèi)的變異相對(duì)穩(wěn)定，中國的茶樹多樣性比日本更為豐富；同時(shí)，對(duì)茶樹花的生化成分也進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)茶多酚和水溶性糖的變異系數(shù)較大，而水浸出物和咖啡堿含量的變異系數(shù)較小。Jin等[22]采用HPLC對(duì)403份代表性的茶樹核心資源進(jìn)行鑒定分析，發(fā)現(xiàn)廣東、廣西和云南等南部茶區(qū)春茶一芽二葉的兒茶素含量和變異系數(shù)最高。

利用形態(tài)和生化成分來考察茶樹的遺傳變異、物種親緣關(guān)系和系統(tǒng)演化還比較困難，而DNA分子標(biāo)記是研究茶樹遺傳多樣性和遺傳演化的有效工具。Meegahakumbura 等[23]利用23 個(gè)SSR標(biāo)記對(duì)來自中國和印度的392 份資源進(jìn)行鑒定，發(fā)現(xiàn)中國和印度的茶樹種質(zhì)資源都具有豐富的遺傳多樣性，而且中國的茶、中國的阿薩姆茶和印度的阿薩姆茶都是獨(dú)立馴化的。Fang等[24]對(duì)185份茶樹資源進(jìn)行SSR 多態(tài)性分析，發(fā)現(xiàn)適制紅茶的茶樹資源遺傳多樣性明顯高于烏龍茶。Xin等[25]基于AFLP 分子標(biāo)記對(duì)云南5 個(gè)地區(qū)（昆明、大理、麗江、騰沖和楚雄）共190 份云南茶鑒定分析，發(fā)現(xiàn)地區(qū)內(nèi)的茶樹遺傳多樣性高于地區(qū)間的多樣性，同時(shí)也觀察到這些茶樹具有豐富的遺傳多樣性。Zhao 等[26]通過587 份資源的分子標(biāo)記鑒定，檢測(cè)到野生資源內(nèi)的遺傳多樣性和基因漂移都相對(duì)高于近期人工馴化的品種，說明人工選擇馴化使得茶樹資源的遺傳多樣性逐漸變窄。Yao等[27]利用96對(duì)EST-SSR分子標(biāo)記對(duì)來自中國14個(gè)茶區(qū)的450份資源進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)來自廣西、云南和貴州的茶樹遺傳多樣性最高，隨著遠(yuǎn)離這些區(qū)域，茶樹遺傳多樣性逐漸降低，根據(jù)這個(gè)規(guī)律可以推測(cè)茶樹的傳播途徑。

五、核心種質(zhì)的構(gòu)建

目前國家種質(zhì)茶樹圃共保存了3 000多份茶樹資源，豐富的遺傳多樣性為茶樹遺傳改良提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。但是，由于條件的限制，對(duì)所有材料進(jìn)行鑒定評(píng)價(jià)具有一定難度，而核心種質(zhì)的構(gòu)建為解決上述問題提供了新的途徑，用最小的數(shù)量最大程度地代表茶樹遺傳多樣性。王新超等[28-29]提出茶樹核心種質(zhì)庫構(gòu)建的程序和設(shè)想，確定初級(jí)核心種質(zhì)庫構(gòu)建的最佳取樣策略，并構(gòu)建了包含532份茶樹資源的初級(jí)核心種質(zhì)庫。通過EST-SSR標(biāo)記對(duì)其中414份資源進(jìn)行鑒定篩選，獲得360份資源作為我國茶樹種質(zhì)資源的核心種質(zhì)庫，評(píng)價(jià)結(jié)果顯示其具有豐富的遺傳多樣性和較好的代表性[30]。茶樹核心種質(zhì)庫構(gòu)建的完成有助于加快優(yōu)異種質(zhì)和基因的發(fā)掘與利用。

六、優(yōu)異茶樹資源的鑒定篩選

優(yōu)質(zhì)茶樹資源的發(fā)掘是資源研究的目的，是開展品種改良的基礎(chǔ)，對(duì)茶產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要的意義。改革開放以來，我國科技工作者根據(jù)茶樹的農(nóng)藝性狀和制茶品質(zhì)篩選了一批優(yōu)異茶樹資源，并利用其開發(fā)名優(yōu)茶。虞富蓮等[31]對(duì)來自14個(gè)?。▍^(qū)）的200 份材料，從農(nóng)藝性狀、加工品質(zhì)、生化成分、細(xì)胞學(xué)、抗寒性、抗病蟲性等方面進(jìn)行了全面系統(tǒng)的鑒定評(píng)價(jià)，篩選出了28份優(yōu)異的茶樹資源，可供生產(chǎn)利用。陳亮、李素芳等[32-33]分別利用RAPD 和同工酶技術(shù)從DNA 分子水平和蛋白質(zhì)水平對(duì)其中5 份優(yōu)質(zhì)資源進(jìn)行遺傳穩(wěn)定性研究，證明了扦插繁殖的遺傳穩(wěn)定性。金基強(qiáng)等[22,34]從國家種質(zhì)杭州茶樹圃選取403 份具有代表性的核心種質(zhì)，采用HPLC 技術(shù)對(duì)兒茶素和嘌呤生物堿進(jìn)行了鑒定評(píng)價(jià)，從中篩選出4 份超常規(guī)兒茶素總量（1 份低、3 份高）、3 份高咖啡堿、1 份高苦茶堿（低咖啡堿）和2 份高可可堿（低咖啡堿）資源。此外，龔志華[35]、王會(huì)[36]、牟鳳娟[37]、王小萍等[38]通過對(duì)茶樹種質(zhì)資源的生化成分鑒定評(píng)價(jià)，篩選了一批品質(zhì)優(yōu)異的茶樹資源。

七、茶樹種質(zhì)資源的創(chuàng)新利用

茶樹種質(zhì)創(chuàng)新的主要手段是人工雜交。利用福鼎大白茶和云南大葉種作為親本雜交，創(chuàng)制了一批茶樹種質(zhì)，并從中選育出了許多品種，如迎霜、勁峰、福云6 號(hào)、浙農(nóng)12 等[39]。野生茶樹資源和山茶屬中的其他遠(yuǎn)緣植物具有一些優(yōu)異性狀（如抗病蟲性、耐寒性等），利用遠(yuǎn)緣雜交的手段創(chuàng)制優(yōu)異種質(zhì)也取得了一定的進(jìn)展[40-41]。此外，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所利用60Co γ射線和DES化學(xué)誘變劑復(fù)合處理茶樹，創(chuàng)制了65 個(gè)優(yōu)異的種質(zhì)，其中培育出了早生性、品質(zhì)和抗病性均超過龍井43的新品種“中茶108”[42-43]。

茶樹特異資源既是遺傳育種的重要基礎(chǔ)材料，又是高附加值產(chǎn)品的重要材料來源，特異資源的挖掘與利用已經(jīng)成為促進(jìn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要內(nèi)容。改革開放以來，我國很多茶樹品種直接或間接來源于特異資源。1985年，云南省茶葉科技人員發(fā)現(xiàn)一種紫芽茶資源“紫娟”，紫芽、紫葉、紫莖，茶湯水色亦為紫色，味濃回甘，具有一定的保健功效，現(xiàn)種植面積上萬畝。1981年，張宏達(dá)教授發(fā)現(xiàn)一種新的茶樹資源“可可茶”，是一種不含咖啡堿的茶樹品種。此后，茶葉科技工作者在此基礎(chǔ)上培育出可可茶1、2號(hào)，其特征為不含咖啡堿、富含可可堿、微量茶葉堿，其可可堿的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)茶樹品種。浙江“黃金芽”于上世紀(jì)90年代在余姚發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過10 多年的選育而成。中黃1號(hào)、中黃2號(hào)、中黃3號(hào)等黃葉品種也是在特異資源的基礎(chǔ)上選育而成，為廣大茶農(nóng)帶來了豐厚的經(jīng)濟(jì)效益。湖南“保靖黃金茶”是從當(dāng)?shù)厝后w資源中選育的一批特異新品種，現(xiàn)種植面積超過5 000 hm2。茶樹特異種質(zhì)資源的開發(fā)利用能夠加速茶樹新品種的培育，滿足人們對(duì)茶葉的不斷變化的需求，并能帶來顯著的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

八、展望

改革開放40年來，我國茶樹種質(zhì)資源研究取得了重要的成就。但是，隨著社會(huì)環(huán)境的改變和種質(zhì)資源整體研究水平的提高，我國茶樹種質(zhì)資源的研究工作也面臨著巨大的挑戰(zhàn)。

1.加大資源的收集保護(hù)力度

我國有著豐富的茶樹種質(zhì)資源，需要加大茶樹資源的收集力度。同時(shí)，國家種質(zhì)杭州茶樹圃和國家種質(zhì)勐海茶樹分圃現(xiàn)在所收集保存的主要是國內(nèi)的茶樹種質(zhì)資源，國外的資源數(shù)量較少，需要加強(qiáng)國際合作，收集引進(jìn)國外的茶樹種質(zhì)資源。隨著城鎮(zhèn)化、現(xiàn)代化、工業(yè)化的推進(jìn)，很多適宜茶樹生長的環(huán)境被破壞，需要加大原生境的保護(hù)力度，力爭做到從一般保護(hù)到依法保護(hù)、從單一方式保護(hù)到多種方式配套保護(hù)。

2.加強(qiáng)資源精細(xì)深入的鑒定評(píng)價(jià)

對(duì)茶樹種質(zhì)資源的表型和基因型進(jìn)行精確的鑒定和評(píng)價(jià)，是創(chuàng)制優(yōu)異種質(zhì)、挖掘關(guān)鍵優(yōu)異基因的基礎(chǔ)。應(yīng)用表型組學(xué)的技術(shù)，嚴(yán)格控制生長條件，大規(guī)模地精細(xì)鑒定茶樹資源的表型。隨著茶樹基因組測(cè)序的完成，利用重測(cè)序、SNP 芯片等技術(shù)，能夠批量鑒定茶樹資源的基因型，規(guī)?；l(fā)掘控制茶樹品質(zhì)、抗逆、養(yǎng)分高效利用、產(chǎn)量等性狀的基因。加強(qiáng)茶樹種質(zhì)資源的基礎(chǔ)研究，開展茶樹起源與種質(zhì)資源多樣性研究，闡明野生種、地方品種和育成品種的演化關(guān)系，以及地方品種和骨干親本形成的遺傳基礎(chǔ)。

3.加快茶樹特異資源的挖掘利用

針對(duì)人們對(duì)優(yōu)質(zhì)健康茶飲品的需求和綠色環(huán)保的提倡，加快挖掘品質(zhì)表現(xiàn)優(yōu)異、富含保健功能成分、養(yǎng)分高效利用的特異種質(zhì)資源?；趦?yōu)異的特異種質(zhì)資源，創(chuàng)制具有市場(chǎng)價(jià)值的品種，加快特異種質(zhì)資源的開發(fā)利用。此外，需要加快對(duì)特異資源的遺傳機(jī)制解析，挖掘控制性狀的關(guān)鍵基因及調(diào)控機(jī)制，并應(yīng)用到育種過程中。

4.完善茶樹資源的共享平臺(tái)與機(jī)制

通過科學(xué)的分類、統(tǒng)一的描述規(guī)范和編目，對(duì)茶樹種質(zhì)資源進(jìn)行統(tǒng)一的數(shù)字化表達(dá)，建立種質(zhì)資源的表型數(shù)據(jù)庫。通過基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)和代謝組學(xué)的研究，規(guī)?；b定茶樹種質(zhì)資源的基因型、基因表達(dá)和代謝成分，建立茶樹生物多組學(xué)數(shù)據(jù)庫。通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，創(chuàng)建共享平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)茶樹種質(zhì)資源相關(guān)的組學(xué)數(shù)據(jù)和表型數(shù)據(jù)共享，加快科研工作者對(duì)種質(zhì)資源的利用效率。