湖南茶樹雜交育種研究四十年

李賽君，段繼華，雷 雨，黃飛毅，康彥凱，羅 意，董麗娟，丁 玎，陳宇宏

（湖南省農(nóng)業(yè)科學院茶葉研究所，國家茶樹改良中心 湖南分中心，農(nóng)業(yè)部茶樹及茶葉加工科學觀測實驗站，湖南 長沙 410125）

現(xiàn)代作物種質(zhì)創(chuàng)新和品種選育途徑很多，如引種、選擇育種、誘變育種、雜交育種、倍性育種及生物技術(shù)育種等[1-2]，其中雜交是茶樹種質(zhì)創(chuàng)新和品種選育最經(jīng)濟和最有效的手段，也是研究遺傳理論的重要方法之一。

20世紀七十年代末至今四十年，湖南省茶葉研究所等單位幾代育種人長期致力于茶樹雜交育種理論探討、育種新材料創(chuàng)制和新品種選育。其中，湖南省茶葉研究所育成碧香早[3]、茗豐[4]、玉綠[5]和玉筍[6]等13個茶樹新品種和一批品（株）系，占湖南省育成茶樹雜交品種（14個）的92.86%和湖南省全部育成品種（32個）的40.63%。碧香早、茗豐、玉筍等品種因其制茶品質(zhì)優(yōu)異與適應性強，在湖南、山東、河南、湖北、廣西等省被大面積引種，面積近4萬hm2。本文分兩個階段（1979～2008年和2009～2019年）總結(jié)四十年來湖南茶樹雜交育種研究工作，以期為今后茶樹雜交育種工作提供參考。

1 前三十年（1979～2008年）研究工作

1.1 優(yōu)良特異資源收集[7]

從20世紀五十年代開始，湖南省茶葉研究所便開展了湖南茶樹種質(zhì)資源考察和收集工作。1979年，原農(nóng)牧漁業(yè)部啟動“第一次全國農(nóng)作物種質(zhì)資源普查與收集行動”。在本次行動中，湖南省茶葉研究所共收集茶樹資源275份，其中地方群體種112個、單株68個、野生單株（群體）73個、選育品種（系）17個、引進品種2個、近緣植物1個、茶的代用植物2個，收集臘葉標本322份，照片195份，分析樣茶144個；探明了江華苦茶原產(chǎn)地分布范圍及其演變關系，闡明了江華苦茶是喬木型茶樹進化為灌木型茶樹的過渡類型。1993～2008年，對湘西州保靖縣黃金茶資源進行了調(diào)查和收集，共收集保靖黃金茶種質(zhì)資源269份。

到2008年止，湖南省茶葉研究所共收集、保存湖南省境內(nèi)茶樹資源863份，包括山茶科山茶屬茶組植物的大廠茶、大理茶和茶等3個種及白毛茶和阿薩姆茶等2個變種，此外還保存了1份山茶屬近緣植物（豬婆茶）。這些寶貴的種質(zhì)資源，為茶樹雜交育種理論研究和新品種選育提供了豐富的種質(zhì)材料。

1.2 雜交授粉技術(shù)研究[8-10]

1.2.1 花粉生活力與貯藏

采用離體萌發(fā)法測定了不同貯藏條件下保靖黃金茶1號等4個茶樹品種的花粉生活力。結(jié)果表明，不同品種花粉貯藏力不同，低溫干燥有利于花粉活力的保持，加干燥劑處理條件下室溫、4℃、-20℃分別可保持 7 d、20～30 d 和 30～40 d，未加干燥劑則分別為1～3 d、10 d和20～30 d。父母本花期不遇或從外地引進優(yōu)異品種資源花粉時，可將采集的花粉用羊皮紙袋包好，放入加有干燥劑的密封容器內(nèi)，并根據(jù)需要分別采用常溫、4℃冷藏或-20℃冷凍保存。

為進行遠距離、不同亞種間的雜交育種，從云南、廣西等省引進39個優(yōu)良茶樹品種花粉，共作組合59個。結(jié)果表明，不論郵寄或直接攜帶的花粉，路途經(jīng)歷3～11 d，花粉仍有一定的生活力（發(fā)芽率3.2%～64.28%），結(jié)實率平均為21.0%（0.64%～53.0%），獲得了一批地理上遠距離的亞、變種之間雜交的生活力很強的F1代。

1.2.2 雜交授粉方法

1979～1985年，對去雄授粉套袋、不去雄授粉套袋、蕾白期不去雄不套袋人工授粉及不同花齡授粉等雜交授粉技術(shù)開展研究，結(jié)果表明：相同組合的結(jié)實率，去雄授粉套袋＜不去雄授粉套袋＜蕾白期不去雄不套袋人工授粉；相同條件下，父本相同、母本不同，組合結(jié)實率與雌蕊長度負相關（r=-0.6455），但未達顯著水平；相同條件下，母本相同，父本不同，組合結(jié)實率高低與父本花粉發(fā)芽率成正相關，但這種正相關的程度不一，可以推論組合結(jié)實率不僅在于父本花粉生活力，也與母本及其組合親和力有關；茶花在蕾白期、初開期和盛（全）開期三種花齡授粉試驗結(jié)實率為初開期＞蕾白期＞盛（全）開期，柱頭早熟現(xiàn)象品種間差異極大，做遺傳研究采用去雄套袋方法的組合，必須在蕾白期進行；茶花去雄后立即授粉，比第一天去雄第二天授粉既省工省力，結(jié)實率也高。

同種植物不同變種或品種，由于其細胞、遺傳和生理等的差異，配子間的親和力有很大差異。為克服遠緣雜交或品種間雜交不親和性，可采用特殊的授粉方法，如混合花粉授粉等。利用混合花粉授粉方法，可以在同一個母本品種上同時獲得多個單交組合，后代是多組合的混合群體，分離類型較單交豐富，有利于選擇。1980年，湖南省茶葉研究所以省級茶樹良種湘波綠為母本，取國家級茶樹良種櫧葉齊、福鼎大白茶、龍井43和白毫早等4個品種的等量混合花粉為父本，雜交授粉獲得一批雜交后代。以這批F1代材料中79個單株為研究對象，應用AFLP分子標記技術(shù)和茶樹育種中常用的優(yōu)株選擇方法對其進行研究，結(jié)果表明，混合花粉授粉的茶樹雜交F1代較單一父本雜交的分離度更大，產(chǎn)生新的變異類型更多，認為混合授粉法可以提高雜交的可孕性，改變親本間的親和力，為品種與種質(zhì)創(chuàng)新提供更多可能途徑。1981年，湖南省茶葉研究所以藪北為母本，福鼎大白茶、龍井43、湘波綠和櫧葉齊等4個品種的混合花粉為父本，育成了國家級良種玉綠和省級良種玉筍；以福建水仙為母本，漣茶2號和英紅2號混合花粉為父本，育成了優(yōu)質(zhì)紅茶專用省級良種湘紅2號；以湘波綠為母本，高芽齊、古藺牛皮茶、云大72-04和福云7號等4個品種混合花粉為父本，育成優(yōu)質(zhì)大葉省級良種瀟湘1號。

1.3 孕性研究[11]

1987～1989年，湖南省茶葉研究所選用福鼎大白茶、櫧葉齊、龍井43、福云7號、水仙72-03、水仙72-04、毛蟹、歌樂茶、政和大白茶、佛手與輻高136等品種（系），開展茶樹品種孕性研究。結(jié)果表明，茶樹的孕性可以分為3種類型：第1種類型為自然雜交和人工雜交都有較強的結(jié)實力，雌雄性功能正常，作父母本都行，作母本更適宜，如櫧葉齊、龍井43和福鼎大白茶；第2種類型為自然雜交和人工雜交都有一定的結(jié)實能力，但結(jié)實率低，而花粉生活力較強，雌雄性功能基本正常，作父本最適宜，如云南大葉種；第3種類型為自然雜交結(jié)實率低或基本不結(jié)實，雌雄性器官（或二者之一）有功能性障礙，屬不孕類型，如歌樂茶、佛手、政和大白茶、毛蟹、水仙72-03和水仙72-04。

1.4 雜交親和性[12-13]

1978～1987年，湖南省茶葉研究所根據(jù)親緣關系、地理分布和不同經(jīng)濟性狀（葉形、芽葉性狀、抗性、結(jié)實性等），選用云南亞種47個（云南變種31個、川黔變種1個、皋蘆變種10個、阿薩姆變種5個）和武夷亞種22個（武夷變種3個，江南變種19個）共69個國內(nèi)外優(yōu)良茶樹品種作為親本，選配雜交組合385個，廣泛開展茶樹亞種和變種間雜交及少量變種內(nèi)品種間雜交組合親和力研究。結(jié)果表明，武夷亞種作雜交母本親和力強，結(jié)實率高，其中江南變種比武夷變種親和力更強，更普遍，結(jié)實率更高，更適宜作母本；云南亞種中，無論哪一個變種作母本，親和力都差，結(jié)實率低，不宜作母本；云南亞種與武夷亞種作父本，雜交組合都有一定的親和力，但云南亞種作父本組合親和力比武夷亞種強，結(jié)實率高，作父本更好。

1.5 F1代主要品質(zhì)性狀遺傳規(guī)律[14]

對茶樹雜交F1代的發(fā)酵性、茶多酚含量、芽葉顏色、芽葉茸毛、萌芽期和葉尖等6個品質(zhì)性狀的遺傳傳遞性進行研究探討，認為芽葉發(fā)酵性的相對遺傳力視雜交組合不同而異，但多為正向部分顯性；茶多酚和萌芽期的相對遺傳力多為正向部分顯性；芽葉顏色的遺傳很大程度地傾向母本；芽葉茸毛的相對遺傳力負向超顯性；葉尖指數(shù)的相對遺傳力一般為負向部分顯性，但大葉種F1代呈正向顯性和正向部分顯性。

1.6 茶樹產(chǎn)量潛力早期鑒定[15]

對茶樹分枝角度與產(chǎn)量性狀相關關系的研究認為，茶樹分枝角度在40o～75o范圍內(nèi)，角度越大，產(chǎn)量潛力越大；分枝大的茶樹，扦插育苗成活率高，生長快；分枝角度與茶苗高度呈顯著正相關（r=0.9486）；分枝角度大的茶樹，樹幅也大，二者呈中等正相關 （r=0.2896）；分枝角度大的茶樹分枝數(shù)較多，二者呈顯著正相關（r=0.6437）；分枝角度大的茶樹，幼齡期生長快，定型修剪時剪下的枝葉也多，二者呈中等正相關（r=0.6657），與產(chǎn)量呈中等正相關（r=0.7262）。發(fā)芽密度與茶葉產(chǎn)量呈極顯著正相關（r=0.82）。扦插茶苗高度與茶葉產(chǎn)量呈正相關（r=0.709）；扦插茶苗高度與著葉數(shù)呈極顯著正相關（r=0.979）；扦插茶苗（整株）風干重與茶葉產(chǎn)量呈顯著正相關（r=0.863）。移栽后一年的茶樹定型修剪枝葉重與茶葉產(chǎn)量呈極顯著正相關（r=0.95）。

1979～2008年，湖南省茶葉研究所共育成碧香早、茗豐、福毫、湘紅1號、湘紅2號等人工雜交品種5個，尖波黃13號、高芽齊、櫧葉齊12號等自然雜交品種3個，79-9-5、79-6-16、79-28-6和79-27-17等雜交品系4個[16-25]（表1）。1986年，“湖南省茶樹資源調(diào)查研究”獲湖南省科技進步四等獎；1998年，“茶樹新品種茗豐”獲省科技進步三等獎；2000年，“茶樹新品種選育與推廣”獲省科技進步二等獎；2003年，“早生優(yōu)質(zhì)綠茶品種碧香早”獲省科技進步二等獎。

2 近十年（2009～2019年）研究進展

2.1 優(yōu)良特異資源收集[7]

2015年，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部（原農(nóng)業(yè)部）啟動“第三次全國農(nóng)作物種質(zhì)資源普查與收集行動”，湖南省屬于第一批實施該項目的4個省份之一，茶被列為該行動的調(diào)查和收集的作物之一。在本次行動中，湖南省茶葉研究所普查了省內(nèi)14個市（州）105個農(nóng)業(yè)縣（市、區(qū)），系統(tǒng)調(diào)查13個市（州）的24個農(nóng)業(yè)縣（市、區(qū)），并對茶樹種質(zhì)資源較豐富的幾個農(nóng)業(yè)縣（市、區(qū)）進行專項調(diào)查和收集。共收集茶樹種質(zhì)資源165份，其中收到普查縣征集上交茶樹資源46份，涉及25個縣（市、區(qū)）；系統(tǒng)調(diào)查和收集茶樹種質(zhì)資源119份。

表1 湖南省選育的茶樹雜交良種和品系（人工和自然）Table 1 Hybrid varieties and strains of tea plants selected in Hunan Province(artificial and natural)

目前，湖南省茶葉研究所種質(zhì)資源圃占地面積超過4 hm2，共保存收集和創(chuàng)制的資源1735份，其中包括湖南地方特色茶樹資源城步峒茶、江華苦茶、汝城白毛茶、安化云臺山種、保靖黃金茶及一些畸變型資源，如漣源奇曲等。

2.2 分子標記輔助育種[26-29]

2.2.1 遺傳多樣性和親本遺傳距離評估

不同生態(tài)型、不同地理來源和不同親緣關系的品種，由于親本間的遺傳基礎差異大，雜交后代的分離比較廣，易于選出性狀超越親本和適應性較強的新品種。湖南省茶葉研究所利用33對多態(tài)性SSR引物對來自全國15個?。ㄊ校┘叭毡荆ㄋ挶狈N）和印度（阿薩姆茶）的84個茶樹品種進行親緣關系和遺傳多樣性分析，結(jié)果表明：參試品種具有較高的遺傳多樣性，聚類分析結(jié)果顯示供試品種親緣關系，阿薩姆茶等6個品種各自形成了單獨的分支，其余78個品種聚成1個大類群，在平均相似系數(shù)0.54處，這個大類群又可分為6個亞類群，為雜交育種組合選配提供了科學依據(jù)。

2.2.2 多父本雜交后代親本鑒定

采用EST-SSR標記對用混合花粉授粉法育成的“玉綠”和“玉筍”的母本和4個可能父本進行分析，參試材料的相似系數(shù)和親緣關系樹狀圖在分子水平上推測湘波綠可能是玉綠的父本，而玉筍的父本還有待進一步驗證；對瀟湘1號及其母本和4個可能父本進行分析，參試材料的相似系數(shù)和親緣關系樹狀圖在分子水平上顯示，古藺牛皮茶與其親緣關系最近，可能為其父本。

2.2.3 育種材料早期選擇

利用24對EST-SSR引物對祁門種群體后代66個單株和安徽1號進行遺傳多樣性分析，結(jié)果表明，在相似系數(shù)平均值0.50處，將所有供試材料分為六大類：第Ⅰ類包括44個祁門種單株和安徽1號，占總數(shù)的67.17%，是祁門種的核心類群；第Ⅱ類包括7個單株；第Ⅲ類包括11個單株；第Ⅳ包括2個單株；第Ⅴ和第Ⅵ類分別各有1個單株，說明這幾個單株的遺傳背景與其他單株存在較大差異。歷經(jīng)10年的多次選擇，66個單株入選為優(yōu)良單株的僅有9個，其中7個在第Ⅰ類核心群內(nèi)，編號65（2011-11-76） 在第Ⅲ類，編號為 52（2011-11-64’） 在第Ⅴ類。2019年，采夏茶第一輪一芽二葉鮮葉制紅條茶樣，對這些優(yōu)良單株進行品質(zhì)鑒定，感官審評中2011-11-64’內(nèi)質(zhì)得分排第2（紅茶樣品總數(shù)69個），表現(xiàn)優(yōu)異。初步證明了“在一個群體品種種群內(nèi)與核心群體差異較大的有性單株有可能是生產(chǎn)上需要的優(yōu)良材料”[30]的理論，為育種材料的早期選擇提供了思路。

2.3 雜交育種早期鑒定方法探討[31-33]

為縮短茶樹育種時間，提高育種效率，湖南省茶葉研究所從F1代苗期選擇、品質(zhì)和發(fā)酵性等方面探討了茶樹育種早期鑒定方法，為茶樹育種早期鑒定提供了思路。

2.3.1 茶樹實生苗苗期選擇方法

以不同品種及雜種一代F1初選優(yōu)良單株為對象，采用皮氏積矩相關系數(shù)法對2398株一年生實生茶苗進行株高、莖粗、分枝數(shù)和葉片數(shù)等4個性狀進行茶樹實生苗數(shù)量性狀相關關系研究。結(jié)果表明，參試材料分枝數(shù)與葉片數(shù)呈極顯著正相關，建議在實生苗苗圃鑒定與篩選時，用株高、莖粗與分枝數(shù)三個數(shù)量性狀來綜合選擇優(yōu)良單株是可行且高效的。同時提出“一種茶樹一年生實生苗生長勢綜合評價方法”獲國家發(fā)明專利。

雜交F1代是一個分離的高度異質(zhì)的群體，大部分不符合育種目標，必須在一定條件下采用恰當?shù)姆椒ㄟx擇出符合育種目標的新種質(zhì)。但茶樹人工雜交種子結(jié)實率低，材料珍貴，選擇時比資源后代可稍稍放寬要求，尤其是對親本特色優(yōu)異的F1代，以免錯過有潛質(zhì)的育種材料。如2012年湖南省茶葉研究所以八仙茶和黃金茶2號為親本，采用人工雜交方法，所得雜交F1代單株2012-6-62-1實生苗幼齡期鑒定過程中，其生長勢調(diào)查結(jié)果多次表現(xiàn)均為“下”（苗期鑒定以“優(yōu)、良、中、下、差”確定單株生長勢等級，凡“下”和“差”者均予以淘汰），但考慮到雙親均為優(yōu)異高香資源特保留下來，2019年經(jīng)制茶品質(zhì)鑒定，發(fā)現(xiàn)其香氣、滋味獨具特色，具品質(zhì)型品種選育潛力（表2）。

2.3.2 茶樹實生苗性狀與產(chǎn)量的相關性

對一年生實生茶樹主要數(shù)量性狀與其6年生單株產(chǎn)量間的相關性和通徑分析結(jié)果表明，茶苗株高、莖粗、分枝數(shù)、葉片數(shù)對6年生單株產(chǎn)量的影響順序為葉片數(shù)＞分枝數(shù)＞株高＞莖粗。提出在初選優(yōu)良單株時高產(chǎn)株型不能只注重株高和莖粗，而更應該注重有良好分枝能力和葉片數(shù)較多的株型。

2.3.3 茶樹芽葉顏色與發(fā)酵性能相關關系

以云南大葉種、安徽祁門種和安化云臺山種實生后代的129個優(yōu)良單株為材料，探討芽葉顏色與發(fā)酵性能相關關系。試驗初步結(jié)果認為，夏季芽葉顏色為黃綠色的優(yōu)良單株選育出優(yōu)良紅茶品種的幾率較大。

2.4 茶樹雙無性系品種選育[34-35]

雙無性系雜交是茶樹雜種優(yōu)勢利用的一個重要途徑。從經(jīng)科學選擇過的無性繁殖系組合的雜交中利用其雜種優(yōu)勢，可選育出具有無性系優(yōu)點又同時具有實生苗優(yōu)點（經(jīng)濟有效年齡長、衰老周期長、抗寒抗旱能力強、根系扎得深等特點）的品種直接應用于生產(chǎn)。即以采種園的形式，將優(yōu)選的無性系作為母本與不同無性系父本雜交，以培養(yǎng)雙雜交生長勢旺盛的形態(tài)學上均勻的有性繁殖系的品種。雙無性系品種種子因為發(fā)生了兩性細胞結(jié)合而導致的基因重組，個體間遺傳背景不完全一致，蘊藏著豐富的遺傳信息。國外，印度很注重推廣茶樹雙無性系后代，已育成24個雙無性系品種并推廣應用；印度尼西亞茶農(nóng)種植實踐證明，一些優(yōu)良品種的茶籽和無性系一樣好。

表2 黃金茶2號等品種雜交F1代綠茶感官審評結(jié)果Table 2 Sensory evaluation results of F1hybrid green tea of Huangjincha No.2 and other varieties

湖南省茶葉研究所通過10余年的連續(xù)篩選鑒定，選育出S-4、S-6和S-8等3個雙無性系品種，并在湘中、湘北、湘西與湘南等四個地點分別布置適應性試驗。結(jié)果表明，3個雙無性系品種的出苗率、生長勢、抗性和適應性均較對照品種保靖黃金茶1號（親本之一）優(yōu)，出苗率最高達96.61%（S-6，吉首）。

2.5 雜交新種質(zhì)創(chuàng)制[36-38]

2009～2019年，在探討雜交育種理論的同時，依據(jù)親本“特色突出，性狀互補”及遺傳差異中等或中等偏上等原則，湖南省茶葉研究所雜種優(yōu)勢利用課題組采用“廣泛配組，定向選擇”的方法，選用福鼎大白茶、鐵觀音和保靖黃金茶1號等骨干親本選配雜交組合374個，獲得雜交F1代14525株。參照《茶樹種質(zhì)資源描述規(guī)范》對F1代從物候期、生長勢、產(chǎn)量、無性繁殖能力、抗性及制茶品質(zhì)等方面進行多年數(shù)次鑒定，篩選出雜交F1代優(yōu)良單株955個，平均選擇率為6.70%（表3）。

2009～2019年，湖南省共育成玉綠、玉筍、瀟湘1號和湘波綠2號等4個人工雜交品種及湘妃翠1個自然雜交品種（表1）及新品（株）系一批。2010年，“藪北種創(chuàng)新與玉綠、玉筍新品種選育”獲省科技進步二等獎；2018年，“高香優(yōu)質(zhì)大葉茶樹新品種瀟湘1號選育與推廣”獲湖南省農(nóng)科院科技進步一等獎；2019年，“名優(yōu)綠茶與低氟高品質(zhì)黑茶兼用型茶樹新品種湘波綠2號選育與應用”獲湖南省農(nóng)科院科技進步一等獎和中國茶葉學會科學技術(shù)二等獎。

表3 2009～2019年雜交F1優(yōu)株選擇率Table 3 Selection rate of Hybrid F1excellent plants from 2009 to 2019

3 研究設想

四十年來，湖南茶樹雜交育種研究工作雖然取得了一定成績，但因育種手段和方法仍以傳統(tǒng)方法為主，早期鑒定技術(shù)仍然停留在傳統(tǒng)方法及數(shù)據(jù)的積累上，與中國農(nóng)科院茶葉研究報及其他省份兄弟所的同類研究比較仍有較大差距，尤其是在茶樹主要性狀的遺傳規(guī)律、分子設計和輔助育種等方面。未來，湖南茶樹雜交育種應重點加強以下方面的研究：

一是加強茶樹育種基礎理論研究。重點加強控制茶樹品質(zhì)、抗性、株型等重要農(nóng)藝性狀的遺傳規(guī)律和關聯(lián)基因的調(diào)控機制研究，為實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高抗、高產(chǎn)、高肥效和適宜機采等目標性狀的定向育種和分子育種奠定基礎。

二是加強分子輔助育種技術(shù)探索。借鑒其他作物在分子輔助育種和轉(zhuǎn)基因育種等方面成功的經(jīng)驗，加強茶樹分子輔助育種技術(shù)探索，提高茶樹資源優(yōu)異性狀關聯(lián)基因的挖掘效率，采用常規(guī)育種與分子育種相結(jié)合的聚合育種途徑，創(chuàng)制更多聚合多種優(yōu)異性狀的種質(zhì)，以期獲得突破性品種。

三是重視國內(nèi)外種質(zhì)資源的收集。實踐證明，國外優(yōu)異種質(zhì)與國內(nèi)優(yōu)異種質(zhì)相結(jié)合是培育具有突破性新品種的重要途徑之一。針對湖南茶樹種質(zhì)資源國外資源特別少的情況，爭取通過多種方法加強國外資源收集，擴大和豐富湖南茶樹種質(zhì)資源遺傳基礎，為新品種選育提供更多的育種材料。