茶樹品種‘白雞冠’葉色性狀遺傳特性研究

陳志輝，林鄭和，游小妹，鐘秋生，單睿陽，陳常頌*，余文權

(1.福建省農(nóng)業(yè)科學院茶葉研究所/國家茶樹改良中心福建分中心，福建 福州 350013；2.福建省農(nóng)業(yè)科學院，福建 福州 350002)

黃白化茶樹品種是近幾年茶樹良種推廣的熱點之一。黃白化茶樹品種由于葉色金黃，觀賞性強，特別是制作綠茶外觀漂亮，沖泡后葉底金黃透亮，十分吸引消費者。黃白化茶樹品種不僅外觀好看，且內(nèi)質(zhì)優(yōu)異，氨基酸含量較高而茶多酚含量較低[1-3]，適合制作名優(yōu)綠茶。早期黃白化品種是一種自然突變經(jīng)人工單株無性扦插培育而成的一類品種[4-6]，如‘白葉1號’(安吉白茶)[7]、‘黃金芽’[8-9]及‘千年雪’[10]等品種。后期部分育種者以自然突變品種為親本通過雜交技術選育出一批新的黃白化品種[4]。當前推廣應用較多的黃白化品種主要是浙江省選育的系列黃白化品種[4-6]。福建省在黃白化品種選育方面起步很早，90年代初就開始利用黃化品種‘白雞冠’(Camelliasinensiscv. Baijiguan)進行雜交育種，也選育出了一系列黃白化品系，由于示范推廣力度不夠，種植面積都不大。白雞冠為武夷山四大名叢之一，葉色金黃，黃化持續(xù)時間長，由于其葉色性狀可遺傳，成為茶樹遺傳育種的重要親本，也是研究茶樹葉色性狀調(diào)控機理的重要材料[11-12]。目前白雞冠葉色性狀的調(diào)控機制仍未清楚[11-12]，相關的研究文獻也較少。本研究以白雞冠為材料，研究其葉色性狀的遺傳特性，為進一步探索葉色調(diào)控機理提供研究基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

茶樹品種白雞冠及其自然雜交后代(F1、F2代)、安吉白茶及其自然雜交后代(F1代)、安吉黃茶(地方種質(zhì))及其自然雜交后代(F1代)。種植地點：壽寧試驗點(海拔890 m，北緯:27°24′49.53″，東經(jīng):119°33′13.76″)、福安試驗點(海拔60 m，北緯:27°12′54.94″，東經(jīng):119°34′36.69″)、安溪試驗點(海拔880 m，北緯:24°56′36.44″，東經(jīng):117°55′26.34″)。

1.2 試驗方法

1.2.1 葉色性狀觀察與數(shù)據(jù)分析 2010年秋季，在福安試驗點分別從白雞冠、安吉白茶、安吉黃茶的茶樹上采收F1代自然雜交種子(茶樹為異花授粉植物)，并于2011年春季在福安試驗點分別播種，2012年春季在田間通過肉眼觀察茶苗的葉色性狀，統(tǒng)計不同葉色茶苗的數(shù)量。

2011年秋季從武夷山及福安試驗點分別采摘白雞冠(母本)F1代自然雜交種子，2012年春季在福安試驗點播種，2013年春季在田間觀察每個單株新梢的葉色性狀，試驗對F1代群體葉色性狀的穩(wěn)定性進行多年觀察。數(shù)據(jù)分析方法采用t檢驗方法。

2013年秋季花期在福安試驗點，對‘鐵觀音’(母本)和白雞冠(父本)進行人工授粉，2014年秋季獲得人工雜交種子(F1代)，2015年春季在福安試驗點播種后獲得人工雜交群體，2016年春季觀察葉色性狀，數(shù)據(jù)分析方法采用t檢驗方法。

2015年秋季，福安試驗點，從白雞冠自然雜交F1代黃化單株中，選出3株顏色最黃的單株，和3株最不黃的單株，分別與其他綠色品種自然雜交，采摘各自的雜交種子(F2代)，分別種植并觀察葉色性狀。

1.2.2 溫度對葉色性狀的影響 2017～2018年，分別在壽寧試驗點、福安試驗點和安溪試驗點觀察白雞冠葉色性狀，通過采摘不同試驗點新鮮枝條或拍照記錄，對比觀察葉色差異。壽寧試驗點建于2013年10月，種植有白雞冠及其后代選育的新品系，種植方式為雙行雙株，3次重復。安溪區(qū)試點建于2013年3月，種植有白雞冠及其后代選育的新品系，種植方式為雙行雙株種植，3次重復。

2017～2018年，在福安試驗點觀察白雞冠不同季節(jié)葉色性狀，拍照記錄每個季節(jié)葉色狀況，通過比對照片發(fā)現(xiàn)不同季節(jié)的葉色差異，由于不同季節(jié)葉色差異很明顯，通過經(jīng)驗也可判斷。

1.2.3 葉色返綠觀察 2016～2017年，福安試驗點，從春季白雞冠萌芽開始觀察，直到成長為成熟的長枝條。選取5個健壯的芽頭作為觀察對象，每4天觀察一次，并拍照記錄葉色變化過程。

2016～2017年，福安試驗點，春季白雞冠新芽萌發(fā)時，在試驗地中選3行(每行6 m長)5年生白雞冠茶樹作為試驗材料，每行從中間分成兩段，一半進行遮陰處理，采用遮陽率為70%的遮陽網(wǎng)遮蓋，另一半作為對照，露天生長。試驗進行15 d后，觀察處理與對照葉色的差異。

1.2.4 凍害觀察 2016-2017年，福安試驗點和壽寧試驗點，在春季萌芽后觀察白雞冠及黃化新品系新梢葉片凍害情況。在同一茶園中觀察黃化品種與綠色品種受凍害情況，及在不同海拔高度試驗點對比黃化品種受凍害情況。

2 結(jié)果與分析

2.1 白雞冠與安吉白茶、安吉黃茶的遺傳特性不同

白雞冠、安吉白茶、安吉黃茶為母本的F1代自然雜交種子，分別播種后葉色性狀出現(xiàn)分離(表1)。試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在85個安吉白茶F1代單株中出現(xiàn)1株葉色與安吉白茶相似的單株，在48個安吉黃茶F1代單株中也出現(xiàn)1株葉色與母本安吉黃茶相似的單株，而在50個白雞冠F1代單株中出現(xiàn)23株葉色與母本白雞冠相似的單株。從以上結(jié)果可以判斷白雞冠的葉色性狀容易遺傳給下一代，而安吉白茶和安吉黃茶很難遺傳給下一代。

2.2 顯性單基因控制白雞冠葉色性狀

2013年春季，在福安試驗點觀察采自福安及武夷山的白雞冠F1代自然雜交后代的葉色遺傳規(guī)律。種子發(fā)芽后可明顯觀察到茶苗之間葉色的差異，但萌發(fā)期葉色不穩(wěn)定，容易隨著生長階段的變化而改變。第2年觀察春梢葉色性狀(表2)，發(fā)現(xiàn)來自武夷山的白雞冠自然雜交F1代，黃色：綠色為0.92∶1，福安試驗點的白雞冠F1代，黃色：綠色為0.94∶1，通過t檢驗，p<0.01，符合1∶1分離。試驗繼續(xù)對F1代群體葉色性狀的穩(wěn)定性進行多年觀察，發(fā)現(xiàn)葉色性狀表現(xiàn)穩(wěn)定，每年春季新梢葉色不會隨著樹齡的增長而改變。

表1 安吉白茶、安吉黃茶、白雞冠葉色性狀F1代遺傳率

表2 白雞冠(♀)自然雜交F1代葉色性狀分離規(guī)律

白雞冠為父本與鐵觀音為母本人工雜交F1代群體葉色性狀出現(xiàn)分離情況(表3)，在18個單株中8個單株葉色為黃色，10個單株為綠色，黃綠比為0.8∶1，葉色符合1∶1分離。同時經(jīng)過多年觀察發(fā)現(xiàn)，每年春季新梢葉色性狀不會隨著樹齡的增長而改變。

表3 白雞冠(♂)與鐵觀音(♀)人工雜交F1代葉色性狀分離規(guī)律

從以上試驗結(jié)果判斷，白雞冠不管作為母本或者父本，與其它綠色品種雜交F1代都出現(xiàn)1∶1分離，說明白雞冠葉色性狀受顯性單基因控制，該黃化性狀為顯性突變，基因位點為雜合型(aA)。

2.3 白雞冠葉色性狀在世代間穩(wěn)定遺傳

白雞冠F1代黃化單株間出現(xiàn)不同程度的黃化差異(圖1)，有些單株葉色比母本更黃，而有些比母本弱。上面試驗已知黃色性狀受顯性單基因控制，出現(xiàn)不同的黃化差異可能與不同單株的遺傳背景有關。為了證實該推測，試驗從F1代黃化單株中，選出3株顏色最黃的單株，和3株最不黃的單株，分別與其他綠色品種自然雜交(F2代)，觀察F2代葉色性狀的變化。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，6個單株的后代都出現(xiàn)1∶1的葉色分離，同時3個顏色最黃的單株和3個最不黃的單株后代中都出現(xiàn)不同黃化程度的單株。其中顏色最黃的單株后代中也出現(xiàn)不很黃的后代，最不黃的單株后代中也出現(xiàn)了顏色很黃的單株，兩組間并沒有明顯差別。實驗結(jié)果說明只要基因組中攜帶有黃化基因，植株就展現(xiàn)出黃化表型，而植株的遺傳背景對黃化程度有一定影響，同時黃化性狀能夠在世代間穩(wěn)定遺傳。

圖1 白雞冠F1代黃化單株中出現(xiàn)不同程度的黃化差異Fig.1 Variations of leaf yellowing on individual F1 Baijiguan注：a為綠色品種，b-d為白雞冠F1代中不同黃化程度的單株。

2.4 白雞冠葉色受環(huán)境溫度的影響

白雞冠葉色隨著海拔的提高而改變(圖2)。以距離很近但海拔差異很大的兩個試驗點(壽寧試驗點和福安試驗點)為觀察對象，壽寧試驗點3～4月日均溫度比福安試驗點低6℃左右(溫度數(shù)據(jù)來源于當?shù)貧庀嗑郑峦?。以春季新稍為例，種植在壽寧試驗點的白雞冠，新梢葉色比種植在福安試驗點的要更加的金黃(圖2)。其它季節(jié)也是高海拔的比低海拔的更黃。而種植在更南部的安溪試驗點(海拔880 m)，也出現(xiàn)相同的現(xiàn)象，葉色比靠北部的福安試驗點(海拔60 m)顏色更黃(圖2)，安溪試驗點3～4月日均溫度比福安試驗點低4℃左右。

圖2 不同海拔高度對白雞冠葉色性狀的影響Fig.2 Effect of altitude on leaf color of Baijiguan注：a為安溪試驗點，b為壽寧試驗點，c為福安試驗點

白雞冠新梢葉色黃化程度隨季節(jié)的變化而變化(圖3)。以每個季節(jié)萌發(fā)的新梢為觀察對象，春季新梢葉色是四季中最鮮黃的季節(jié)，然后隨著溫度的提高，后續(xù)新發(fā)的芽梢葉色逐漸往黃綠色發(fā)展，溫度越高葉色越不黃，到夏季時達到頂點，而后隨著溫度下降，新梢葉色又從黃綠色往金黃色發(fā)展，到深秋時新萌發(fā)的芽梢葉色基本與春季一樣鮮黃，入冬后茶樹停止生長，由于沒有新葉長出，上一輪的秋梢葉片逐步成熟，葉色也慢慢轉(zhuǎn)綠，但轉(zhuǎn)綠的速度比其它季節(jié)更緩慢(圖3)。

圖3 不同季節(jié)白雞冠新梢葉色變化Fig.3 Seasonal changes on color of new shoots of Baijiguan注：a為春梢，b為夏梢，c為秋梢，d為冬梢

從以上對白雞冠在不同海拔和不同季節(jié)葉色性狀的觀察，發(fā)現(xiàn)白雞冠葉色黃化程度主要受溫度的影響，生長環(huán)境的溫度越低葉色越黃。

2.5 葉色返綠

黃、白化變異的茶樹品種，隨著葉齡的增長葉色都會逐漸返綠，否則這種變異由于不能進行光合作用在自然界中無法生存。不僅黃、白化品種如此，發(fā)現(xiàn)‘紫娟’等紫色品種也會出現(xiàn)返綠現(xiàn)象。白雞冠也一樣，以春季為例，新梢剛萌芽時，芽色金黃，隨著芽梢的生長，從頂芽往下，葉色逐漸地轉(zhuǎn)綠，越往下葉色越綠(圖4)，而老葉的顏色接近其它綠色品種，呈淺綠色。白雞冠葉色返綠過程不是整片葉子同時轉(zhuǎn)綠，而是隨著葉齡的增加，葉色從葉子中部往兩邊及從葉柄往葉尖逐漸變綠，當綠色蔓延至葉齒時停止，所以絕大部分老葉的葉齒(特別是葉尖部分的葉齒)仍為黃白色。

圖4 白雞冠枝條葉色返綠變化過程Fig.4 Returning to green of Baijiguan tea leaves

遮陰處理對白雞冠葉色轉(zhuǎn)綠有較大的影響，試驗發(fā)現(xiàn)不管是春季還是夏秋季，用遮陽網(wǎng)遮陰之后，芽梢葉色明顯比沒有遮陰的對照顯得更綠，但仍比綠色品種黃，說明光照強弱會影響白雞冠葉色性狀，弱光照有助于葉色返綠。但遮陰轉(zhuǎn)綠并不是白雞冠特有的現(xiàn)象，在一般綠色品種中也是普遍存在，所以制作抹茶的鮮葉原料，在采摘前都要通過遮陰處理。

2.6 白雞冠抗寒性差

雖然溫度越低白雞冠葉色越黃，鮮葉外觀越漂亮，但低溫易造成葉子凍害，主要是新梢的黃化葉子邊緣出現(xiàn)凍傷(圖5)，而返綠葉片不受影響。在相同的茶園里，白雞冠比一般綠色品種更容易受凍害。同緯度地區(qū)，種在高海拔位置比低海拔位置的白雞冠受凍害更嚴重，甚至影響成活率(表4)。壽寧試驗點海拔890 m，種植后第1年成活率比對照種‘福鼎大白茶’低將近一半甚至更多(表4)，即使種植成活后，還會陸續(xù)出現(xiàn)死亡，有些品系到第3年后成活率甚至低至10%(表4)。所以在引種白雞冠系列品種(系)時必須考慮到當?shù)貧夂蚴欠襁m合種植。同時白雞冠系列品種整體的抗逆性比一般品種差，新梢越黃抗逆性越弱，容易發(fā)生光損傷及熱、旱害。

圖5 白雞冠枝梢葉片受凍害情況Fig.5 Freeze injury on Baijiguan tea leaves注：a、b為春季受凍害葉片，c為冬季受凍害葉片

表4 黃化品種不同海拔高度種植存活率

3 討論

已有研究認為白雞冠葉色性狀受多基因調(diào)控，屬于數(shù)量性狀[11]，且葉色性狀和氨基酸性狀高度關聯(lián)，都定位到多個QTLs，且有同一個主效QTL位點[11]。但本研究發(fā)現(xiàn)白雞冠葉色受顯性單基因控制，與已有研究結(jié)論不同[11]，這可能與葉色性狀的統(tǒng)計方式不同有關。本研究葉色只分為黃色和綠色兩種，通過多年的田間觀察發(fā)現(xiàn)兩種葉色在田間差異明顯，我們認為這種統(tǒng)計方式更為合理。對比王琳[11]的研究結(jié)果，推斷其定位的主效QTL位點很可能就是調(diào)控白雞冠葉色性狀的顯性單基因位點。

本研究發(fā)現(xiàn)安吉白茶和安吉黃茶的遺傳機理與白雞冠不同。安吉白茶、安吉黃茶的葉色性狀在F1代中有極低的遺傳率(1.18%、2.08%)(表1)，初步判斷其葉色性狀可能受隱性單基因控制或者多基因控制。假設安吉白茶、安吉黃茶葉色性狀受隱性單基因調(diào)控(aa)，則F1代雜交種子基因型為aA，顯示綠色。已有研究表明茶樹存在很低的自交結(jié)實率，如果出現(xiàn)1%～2%的自交率，那么自交種子的基因型均為aa，呈現(xiàn)母本的顏色，這與安吉白茶、安吉黃茶F1代中分別出現(xiàn)1株白化和1株黃化(表1)的情況相吻合，說明安吉白茶和安吉黃茶的葉色性狀極有可能受隱性單基因控制。該推斷可進一步在后續(xù)的F2代中進行驗證，即讓F1代單株互相雜交(aA×aA)，在F2代中產(chǎn)生1/4的aa基因型，如果F2代中出現(xiàn)1/4的單株為白色或黃色，說明推斷正確。

白雞冠葉色隨著葉齡增長逐漸轉(zhuǎn)綠，最后葉色接近其它綠色品種，說明葉綠素的合成途徑并沒有破壞，只是合成的速度變慢、轉(zhuǎn)綠時間拉長。本研究發(fā)現(xiàn)環(huán)境溫度對白雞冠葉綠素合成速度有影響，溫度越低合成越慢，葉色越黃，反之溫度越高合成越快，返綠的越快，所以夏季葉色最綠。而在秋季觀察葉色返綠現(xiàn)象時發(fā)現(xiàn)，持續(xù)低溫甚至造成葉色無法返綠，葉綠素合成被完全抑制，如早秋黃化新梢會逐漸的返綠，而晚秋萌發(fā)的新梢轉(zhuǎn)綠速度極其緩慢，隨著后期溫度持續(xù)下降，葉綠素合成停止，少數(shù)葉片整個冬季呈黃白色，直到第二年春季也不返綠(圖5)。當然還有另一種可能是白雞冠葉綠體結(jié)構(gòu)發(fā)育不完整而影響葉綠素合成，需要在葉片發(fā)育過程中逐漸修復葉綠體結(jié)構(gòu)，而溫度影響修復速度。這個現(xiàn)象在其它黃白化茶樹品種中已有發(fā)現(xiàn)，李素芳等用透射電鏡觀察安吉白茶發(fā)現(xiàn)，在白化過程中，葉綠體不斷退化，內(nèi)部出現(xiàn)大量囊狀空泡, 直至葉綠體徹底解體，而在轉(zhuǎn)綠過程中，葉綠體結(jié)構(gòu)迅速重建[13-14]。成浩等發(fā)現(xiàn)安吉白茶白化期葉綠體膜結(jié)構(gòu)發(fā)育發(fā)生障礙，葉綠體結(jié)構(gòu)解體，及色素蛋白復合體消失[15]。黃金芽黃化期葉片，葉綠體內(nèi)類囊體和基粒形成受阻[16]。低溫抑制‘小雪芽’葉片白色體向葉綠體發(fā)育，白色體內(nèi)無類囊體和基粒的堆疊，從而影響葉綠素和類胡蘿卜素等色素的生物合成，進而導致葉片白化[17]。‘中黃1號’黃化期葉綠體發(fā)育出現(xiàn)障礙，存在類囊體但沒有基粒片層結(jié)構(gòu)[18]。透射電鏡觀察白雞冠黃化葉片細胞結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)葉綠體內(nèi)也出現(xiàn)大量囊狀空泡，類囊體和基粒發(fā)育不全，轉(zhuǎn)綠后葉綠體基本恢復正常，而環(huán)境溫度影響恢復速度。以上情況說明白雞冠黃化性狀受溫度影響，屬于溫度敏感型。

黃白化茶樹品種主要分為光照敏感型和溫度敏感型[4-6]，代表性品種有安吉白茶(溫度敏感型)[7]和黃金芽(光照敏感型)[8-9]。已有研究認為白雞冠屬于光照敏感型[11-12]，光照越強葉色越黃。白雞冠葉色性狀到底屬于光照敏感型還是溫度敏感型？通過我們多年的觀察，白雞冠葉色在春秋兩季都比夏季更黃，而夏季的光照強度是最強的，葉色卻是最綠，所以與已有的研究結(jié)論正好相反[11-12]。本研究從白雞冠葉色一年四季的變化，及海拔高度對葉色的影響，得出溫度越低葉色越黃，所以認為白雞冠屬于溫度敏感型。遮陰能促進茶樹葉片轉(zhuǎn)綠，是所有茶樹品種共有的特性。弱光照能促進茶樹葉綠素合成，這可能是植物進化過程中的一種補償現(xiàn)象，在弱光條件下，通過提高葉綠素的含量，增強光合效率，有利于植物在逆境條件下生長。白雞冠在遮陰和不遮陰條件下葉色差異極為明顯[11-12]，說明光照強度對白雞冠葉色有顯著影響，屬于光照敏感型，但卻無法解釋白雞冠夏季新梢葉色比春、秋兩季綠，所以推斷白雞冠葉色可能是受溫度和光照共同調(diào)控。夏季光照強度是一年中最強，但溫度也最高，而溫度的上升有助于提高白雞冠葉綠素的合成速度，使葉片中的葉綠素含量提高。由此推測白雞冠屬于溫敏和光敏復合型，而其它黃色品種，如黃金芽、中黃1號等也有類似現(xiàn)象，可能也屬于溫敏和光敏復合型品種。

白雞冠與安吉白茶對溫度的敏感度不同。安吉白茶的突變性狀對溫度更為敏感，春季新梢萌發(fā)期環(huán)境溫度超過20～22℃就不顯白[14-15]，是一個質(zhì)變的過程，推斷突變基因在20～22℃以上能恢復正常表達，所以安吉白茶在福建種植很難出現(xiàn)白化性狀，且安吉白茶的溫度效應僅僅發(fā)生在春季新梢一芽二葉期前后，約兩周白化期后，當環(huán)境溫度高于16～18℃時，葉片開始復綠[14-15]。而白雞冠黃化性狀隨溫度變化而變化，是一個量變過程，在茶樹生長溫度范圍內(nèi)，溫度越低葉色越接近白色(高海拔低溫茶區(qū))，溫度升高后，逐漸向黃白色、黃色、黃綠色改變，溫度達到最高時逐漸接近綠色(夏季高溫時期)。