江西茶樹種質(zhì)資源芽葉表型多樣性分析

王治會， 彭 華， 江新鳳， 楊普香

(江西省蠶桑茶葉研究所/江西省茶葉質(zhì)量與安全控制重點實驗室，江西南昌 330202)

形態(tài)學方法是植物遺傳多樣性研究最直觀、最基礎的方法，通過形態(tài)學性狀遺傳多樣性研究，能從整體了解資源的豐富度，為研究者提供重要信息[1-3]。形態(tài)性狀能較真實地表現(xiàn)物種的綜合性狀，為研究物種進化和選擇育種材料提供客觀依據(jù)，現(xiàn)已廣泛應用于包括茶樹在內(nèi)的多種生物種質(zhì)資源的分類研究[4-5]。對茶樹芽葉形態(tài)性狀的鑒定和描述是開展茶樹種質(zhì)資源調(diào)查、分類研究的基本方法，也是優(yōu)良品種選育的最初途徑[6]。在江西境內(nèi)，茶樹經(jīng)過長期的自然演化、人工栽培與引種馴化等因素的影響，形成了豐富的茶樹資源，這為茶樹良種選育提供了物質(zhì)基礎[7]。因此，系統(tǒng)評價江西區(qū)域內(nèi)茶樹資源，對提高當?shù)貎?yōu)異茶樹資源的利用率具有重要意義。本研究以保存在江西省蠶桑茶葉研究所茶樹種質(zhì)資源圃的35份茶樹資源為對象，調(diào)查分析其成熟葉片、新梢芽葉的21個表型性狀，探討保存茶樹種質(zhì)資源的芽葉表型性狀遺傳多樣性，為深入研究和利用江西區(qū)域內(nèi)茶樹種質(zhì)資源提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

以江西省蠶桑茶葉研究所茶樹種質(zhì)資源圃保存的35份茶樹資源為供試材料，其中江西省內(nèi)種質(zhì)資源18份，其中 N-1～N-13為新資源，從省外引進的茶樹種質(zhì)資源17份，資源名目見表1。

1.2 試驗方法

選取21個芽葉表型性狀進行調(diào)查統(tǒng)計，包含8個數(shù)量型性狀和13個描述型性狀。2018年3—5月調(diào)查各份資源的芽葉性狀，2018年6—8月調(diào)查各份資源的葉片性狀，所有描述型性狀和數(shù)量型性狀均按照陳亮等編著的《茶樹種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標準》[8]觀測和測定。對每份材料的描述型性狀(葉形、葉色、葉基、葉身、葉尖、葉面隆起、葉緣、葉背茸毛、葉質(zhì)、葉齒形態(tài)、葉片大小、芽葉顏色、芽葉茸毛)重復觀測10次，對數(shù)量型性狀(葉長、葉寬、葉面積、葉厚、葉脈對數(shù)、發(fā)芽密度、一芽二葉長、一芽二葉百芽質(zhì)量)重復測量3次，取平均值。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

表1 試驗材料及來源

2 結果與分析

2.1 描述型性狀的變異及多樣性

對35份茶樹資源的13個描述型性狀統(tǒng)計分析的結果見表2。從表2中可以看出，供試材料的描述型性狀在其描述級別上都有不同程度的呈現(xiàn)，其中葉形有3種，橢圓占比最高，為 68.57%，說明樣本的葉形以橢圓為主；葉色有4種，深綠占比最高，為48.57%，黃綠最低，為2.86%；葉基有2種，楔形占比為71.43%；葉身有3種，內(nèi)折占比最高，為82.86%；葉尖有4種，漸尖占比最高，為60.00%；葉面隆起有3種類型，平和微隆起占比較大；葉背茸毛有2種類型，兩者相差不大；葉質(zhì)有3種類型，三者相差不大；芽葉茸毛有3種類型，少和中占比較大；葉緣有3種，以微波、平為主；葉齒形態(tài)以少齒形為主；葉片大小以中小葉為主；芽葉顏色以黃綠為主，淺綠、綠、紫綠占比相近?？梢姴铇滟Y源的13個描述型性狀存在一定的集中性，不同性狀的遺傳多樣性水平不同。描述型性狀變異系數(shù)的變化范圍為 24.14%～51.71%，均值為35.32%，整體變異系數(shù)大于20%，其中葉身、葉齒形態(tài)、葉面隆起、葉緣、葉質(zhì)等5個性狀的變異系數(shù)明顯高于平均值，說明這5個描述型性狀在各個樣本之間的變異較大。多樣性指數(shù)的范圍為0.51～1.28，均值為0.90，其中芽葉顏色、葉色、芽葉茸毛、葉質(zhì)、葉齒形態(tài)、葉面隆起等6個性狀的多樣性指數(shù)明顯高于平均值，說明這6個性狀在樣本中的多樣性較豐富，其多樣性程度依次為芽葉顏 色> 葉色>葉質(zhì)>葉面隆起>葉齒形態(tài)>芽葉茸毛。從供試材料的變異系數(shù)與多樣性指數(shù)可以看出35份茶樹資源的描述型性狀遺傳多樣性豐富、篩選出優(yōu)異資源的潛力較大。

2.2 數(shù)量型性狀的變異及多樣性

對35份茶樹資源的8個數(shù)量型性狀統(tǒng)計分析結果見表3，從數(shù)量型性狀的極大值和極小值之間的范圍可以看出，數(shù)量性狀之間的跨度較大。變異系數(shù)范圍為12.78%～39.06%，均值為23.57%，其中葉面積變異系數(shù)最大，為 39.06%，變異系數(shù)超過平均值的有葉面積、一芽二葉百芽質(zhì)量、發(fā)芽密度等3個性狀，說明這些性狀的遺傳變異較大。多樣性指數(shù)變化范圍為1.87～2.05，均值為1.95。樣本整體的多樣性指數(shù)較大，說明供試樣本在數(shù)量型性狀上的遺傳多樣性豐富。多樣性程度依次為葉長>葉寬=葉面積>一芽二葉百芽質(zhì)量>一芽二葉長=葉脈對數(shù)>葉厚>發(fā)芽密度。

2.3 茶樹資源芽葉表型性狀的主成分分析

主成分分析是將多個指標簡化為少量的綜合指標的一種統(tǒng)計分析方法，用少數(shù)變量盡可能多地反映原來變量的信息[9]。為了能夠更充分地反應各因素中起主導作用的性狀指標，對21個芽葉表型性狀進行主成分分析，結果見表4，根據(jù)初始特征值≥1，累計方差貢獻率表≥75%的標準[10]，有7個主成分能夠概括茶樹資源的葉片表型性狀的絕大部分信息，其累計方差貢獻率為76.785%。

從表4中可知，PC1中葉長、葉寬、葉面積、葉脈對數(shù)、葉片大小的載荷量較大，為主要貢獻指標；PC2中葉基、葉形、葉質(zhì)為主要指標；PC3中一芽二葉百芽質(zhì)量、芽葉顏色為主要指標；PC4中葉尖、葉身為主要指標；PC5中發(fā)芽密度為主要指標；PC6中葉背茸毛為主要指標；PC7中一芽二葉長為主要指標。綜上可知，PC1主要與葉面積指標高度相關，PC2、PC4、PC6主要與葉片狀態(tài)指標高度相關，PC3、PC5、PC7主要與產(chǎn)量潛力和芽葉狀態(tài)指標高度相關，在利用這些資源選育品系時，可依據(jù)各個性狀在主成分中的貢獻來構建評價體系，達到定向育種的目標和需求。

表2 茶樹資源描述性狀分析

2.4 茶樹資源芽葉表型性狀的聚類分析

依據(jù)組間聯(lián)接法計算茶樹資源間的歐式距離，聚類分析結果見圖1，從圖1中可以看出，將35份茶樹資源分為6類，第1類共5份資源，分別為編號12、27、31、8、16，主要表現(xiàn)為葉寬、葉面積、葉厚、葉脈對數(shù)、一芽二葉長、一芽二葉百芽質(zhì)量均為6類里面最小的，發(fā)芽密度中等，葉身均為內(nèi)折， 葉片大小均為小葉。第2類共9份資源，分別為編號2、17、18、20、22、21、29、32、1，主要表現(xiàn)為葉長、葉寬、葉面積、葉厚都是6類中最大的，發(fā)芽密度中等，一芽二葉長較長、一芽二葉百芽質(zhì)量較大，葉基以楔形為主，葉背茸毛以少為主，葉片以中葉為主。第3類共5份資源，分別為編號19、24、30、34、4，主要表現(xiàn)為葉寬、葉脈對數(shù)為6類中最大的，葉厚為6類中最小的，葉長、葉面積、一芽二葉長較大、發(fā)芽密度較低，葉背茸毛均為無，葉質(zhì)以柔軟為主，葉片大小均為中葉，芽葉茸毛為中、多，葉面隆起以微隆起為主。第4類共11份資源，分別為編號3、7、25、28、5、14、6、33、9、11、10，主要表現(xiàn)為葉長為6類中最小的，葉寬、葉面積較小，發(fā)芽密度較低，一芽二葉長為6類中最長的，葉形以橢圓為主，葉色以綠色為主，葉齒形態(tài)以少齒為主，葉片大小以小葉為主，芽葉茸毛以少為主。第5類共2份資源，分別為編號13、26，發(fā)芽密度為6類中最大，主要表現(xiàn)為葉形均為橢圓、葉尖均為漸尖、葉質(zhì)均為中、芽葉茸毛均為中。第6類共3份資源，分別為編號23、35、15，主要表現(xiàn)為葉厚在6類中最大，發(fā)芽密度在6類中最低，一芽二葉百芽質(zhì)量在6類中最大，葉基均為近圓形、葉身均為內(nèi)折、葉緣均為平。

表3 茶樹資源數(shù)量型性狀分析

表4 主成分分析各主成分載荷矩陣

福鼎大白茶、浙農(nóng)113、浙農(nóng)117、玉筍、黃金茶、名山白毫是福建、浙江、湖南等省培育的優(yōu)良品種，在江西均有較長時間的引種歷史，具有適應性強和適制性廣的特征。對比35份資源中13份本區(qū)域特色資源與引進的省外良種資源聚類分析結果可以看出，N-1、N-2、江茶97號、婺茶7號與福鼎大白茶、玉筍、浙農(nóng)117等良種聚為一類，N-3、N-7、N-5、N-6、N-9、N-10、N-11與浙農(nóng)113等良種聚為一類，N-4與名山白毫、黃金茶等良種聚為一類，這10份資源分別與引進省外良種的芽葉表型性狀相似，說明這些資源具備培育優(yōu)良品種的潛力。而N-12、N-8、N-13與引進省外良種的遺傳距離較遠，但葉的表型性狀特異，有望培育出特異性茶樹資源。

3 結論與討論

表型多樣性是遺傳多樣性重要組成部分，是遺傳多樣性與環(huán)境多樣性的綜合體現(xiàn)[11-13]。芽葉是茶樹的主要利用對象，也是光合器官，為茶樹生長發(fā)育儲備能量，直接與外界環(huán)境接觸，容易受環(huán)境的影響而發(fā)生各種變異，因此芽葉性狀是評價茶樹遺傳多樣性最為直觀和簡單易行的指標之一[14]。本研究對35份茶樹資源的21個芽葉表型性狀遺傳多樣性進行分析，結果表明，描述型性狀變異系數(shù)均值為 35.32%，多樣性指數(shù)均值為0.90；數(shù)量型性狀變異系數(shù)均值為23.57%，多樣性指數(shù)均值為1.95。這個結果與國內(nèi)茶樹資源遺傳多樣性指數(shù)平均值(0.96)來比較[15]，描述型性狀的多樣性指數(shù)均值相近，數(shù)量型性狀的多樣性指數(shù)較高，且變異系數(shù)與云南[16]、四川[17]、陜西[18]、廣西[19]等地的多樣性結果相近，表明供試茶樹資源的葉片表型性狀多樣性豐富。其中芽葉顏色、葉色、葉質(zhì)、葉面隆起、葉齒形態(tài)、芽葉茸毛、葉長、葉寬、葉面積、一芽二葉百芽質(zhì)量、一芽二葉長、葉脈對數(shù)、葉厚、發(fā)芽密度等性狀的變異系數(shù)與多樣性指數(shù)較大，說明它們具有較大的改良潛力，這為今后優(yōu)良品種的選育提供基礎。

主成分分析將21個性狀簡化為7個主成分，累計解釋76.785%的變異，其中每個主成分內(nèi)的貢獻指標各不相同，PC1主要與葉面積指標高度相關，PC2、PC4、PC6主要與葉片狀態(tài)指標高度相關因子，PC3、PC5、PC7主要與產(chǎn)量潛力和芽葉狀態(tài)指標高度相關，在利用這些資源選育品系時，可依據(jù)各個性狀在主成分中的貢獻來構建評價體系，達到定向育種的目標和需求。在此基礎之上，將35份茶樹資源分為6類，性狀較為接近的資源聚類在一起，第1類為小葉性、葉面積最??；第2類為中葉性、葉面積最大；第3類葉寬最大；第4類一芽二葉長最長，第5類發(fā)芽密度最大；第6類葉厚、一芽二葉百芽質(zhì)量最大，通過聚類分析明確了種質(zhì)資源的類型，根據(jù)各資源的性狀特點，可更好地利用江西茶樹種質(zhì)資源。