江西茶樹資源功能成分綜合評價與種質優(yōu)選

王治會，彭 華，岳翠男，李 琛，李文金，楊普香

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

功能育種是根據功能食品或功能飲料的開發(fā)需求，以功能成分為主要目標的育種方式，目前是國內外的研究熱點[1-3]。茶葉飲品是世界上僅次于水的第二大飲料[4]，具備獨特的風味特征，其功能價值備受關注[5-7]?，F代醫(yī)學和茶學領域研究表明，茶葉內含大量具有醫(yī)療與保健價值的功能成分，這些成分主要來源于茶樹本身[8]。因此，以滿足供給側結構性改革為重點的功能性茶樹品種選育成為新熱點。研究茶樹功能成分的評價指標與綜合評價方法，篩選功能性強的茶樹資源，對于茶樹功能育種工作具有重要意義。目前，對于茶葉主要化學成分的功能研究取得較大成就，如茶多酚具有抑制腫瘤細胞生長、清除自由基和抗氧化等功能[9]，咖啡堿具有利尿、減疲勞和消水腫等功能[10]，游離氨基酸具有增強記憶力、鎮(zhèn)靜、提高免疫等功能[11]。同時，也有學者從各地茶樹資源中選育出部分功能性(高茶多酚、高咖啡堿、高氨基酸)茶樹[12-13]，如齊桂年等[14]從四川主栽的茶樹品種中篩選出高茶多酚資源1份，林金科等[15]從福建780份茶樹資源中篩選出高EGCG資源11份，方開星等[16]從廣東茶樹資源庫中篩選出高氨基酸資源55份。但這些茶樹資源篩選均是基于單一功能成分含量高的角度，并非從整體主要功能成分的多層面進行綜合分析評價。目前，有關茶樹資源的功能品質與主要功能指標的綜合評價研究尚未見報道。

主成分分析是多指標綜合評價中常用的方法[17]，目前已廣泛應用于食品營養(yǎng)功能評價[18-20]、作物優(yōu)良品種評價[21-24]、植物優(yōu)良資源篩選[25-26]等方面，因此，利用主成分分析探索功能性茶樹資源的評價指標，構建其評價體系，篩選功能優(yōu)異的茶樹資源更加科學。鑒于此，以江西省內不同區(qū)域和省外引種馴化的45份茶樹資源為材料，對其茶葉中14個主要功能成分指標進行綜合評價，明確不同茶樹資源的功能成分差異，找到關鍵評價指標，并從中篩選出部分功能優(yōu)異的茶樹資源，為茶樹功能成分評價及后續(xù)功能型茶樹品種的選育奠定基礎。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

以江西省內不同區(qū)域及省外引種馴化的45份茶樹資源為試驗材料，具體見表1，各茶樹資源的樹齡均在4 a以上。樣品編號1—24為江西省內選育出的新品系，包括南昌8份、修水3份、浮梁4份、永修3份、廬山1份、遂川1份、婺源1份、寧都2份和撫州1份；樣品編號25—45為省外引種馴化的茶樹資源，包括湖南3份、福建3份、湖北1份、臺灣1份、四川4份、云南1份和浙江8份。2017—2018年春季采摘其一芽二葉進行微波殺青，采用80 ℃烘干固樣，進行功能成分檢測分析。

1.2 功能性成分測定

總游離氨基酸含量參照GB/T 8314—2013測定。茶多酚含量參照GB/T 8313—2018測定。表兒茶素(EC)、沒食子兒茶素沒食子酸酯(GCG)、兒茶素沒食子酸酯(CG)、沒食子酸(GA)、表沒食子兒茶素沒食子酸酯(EGCG)、表沒食子兒茶素(EGC)、表兒茶素沒食子酸酯(ECG)、兒茶素(C)、咖啡堿含量測定采用高效液相色譜法，色譜柱采用Hypersil BDS C18柱(250 mm×4.6 mm，5 μm)，流動相A為3‰冰乙酸水溶液，流動相B為乙腈。流動相A的梯度變化：0～5 min為95%～92%，5～15 min為92%～88%，15～30 min為88%～80%，30～31 min為88%～0，31～35 min為0；流動相B的梯度變化0～5 min為5%～8%，5～15 min為8%～12%，15～30 min為12%～20%，30～31 min為20%～100%，31～35 min為100%；進樣量10 μL；柱溫35 ℃；流速1 mL/min；檢測波長278 nm。各個樣品功能性成分測定設置3次重復。EC、GCG、CG、GA、EGCG、EGC、ECG、C、咖啡堿9份標準品純度均為98%，由成都普瑞法科技開發(fā)有限公司生產；乙醇、乙腈為色譜純；其他試劑均為國產分析純。

1.3 數據處理與分析

采用SPSS 19.0 軟件對試驗數據進行描述性統(tǒng)計、相關性分析、主成分分析。綜合評價指數閾值的確定依據綜合評價指數的差異，使用LSD法對閾值劃分等級進行多重比較，若各等級的評價指數差異全部達到顯著水平，則說明閾值劃分合理；若沒有顯著差異，則重新劃分閾值，直到找到合適的閾值為止。

2 結果與分析

2.1 茶樹資源的功能成分含量描述性統(tǒng)計

由表2可見，供試45份茶樹資源的茶多酚含量為13.51%～23.97%，均值為18.82%，從峰度和偏度上來看，分布曲線呈現出平闊負偏峰，整體波動較大，變異系數達到13.05%；總游離氨基酸含量為1.57%～3.49%，均值為2.36，分布曲線呈平闊正偏鋒，變異系數達到20.57%，整體波動也較大。此結論符合江西茶樹資源的特點，即茶樹資源在茶多酚和總游離氨基酸含量上差異較大[27]?？Х葔A含量為1.77%～4.28%，均值為3.50%，分布曲線呈現出尖峭負偏峰，變異系數為12.55%，整體差異較大，且表現出取值較為密集地分布在眾數周圍，與咖啡堿含量相似的還有非酯型兒茶素、GCG、EGC、C含量，這4個功能成分含量指標的分布曲線呈現出尖峭正偏峰，變異系數均較大，取值也較為密集地分布在眾數周圍。GA和CG含量的分布曲線呈平闊正偏鋒，EC、ECG分布曲線呈平闊正偏鋒?？們翰杷睾繛?.16%～20.94%，均值為15.31%，分布曲線呈平闊負偏峰，接近正態(tài)分布，EGCG、酯型兒茶素和總兒茶素含量變異系數均較大。由此可見，江西茶樹資源在功能成分含量上差異較大，各功能成分含量呈現不同的分布曲線，且沒有表現出明顯的離群點。說明收集的茶樹資源樣品具有代表性，能夠從中篩選出綜合功能性較好的茶樹種質。

表2 45份茶樹資源各功能成分的描述性統(tǒng)計

2.2 茶樹資源各功能成分的相關性分析

對45份茶樹資源的功能成分含量進行相關性分析結果見表3。由表3可見，茶多酚含量與總游離氨基酸含量呈極顯著負相關，與EC、ECG、EGCG、酯型兒茶素、總兒茶素含量呈極顯著正相關，與非酯型兒茶素含量呈顯著正相關，說明在茶樹資源的功能成分含量中，茶多酚含量越高，總游離氨基酸含量越低，EC、ECG、EGCG、酯型兒茶素、總兒茶素、非酯型兒茶素含量越高。總游離氨基酸含量與GA含量呈顯著正相關，與EGCG、酯型兒茶素、總兒茶素含量呈極顯著負相關，與EC含量呈顯著負相關?？Х葔A含量與GA含量呈顯著正相關，與EC含量呈極顯著正相關，與C含量呈極顯著負相關。EGC含量與非酯型兒茶素含量呈極顯著正相關，與總兒茶素含量呈顯著正相關。C含量與EC含量呈極顯著負相關，與ECG、酯型兒茶素含量呈顯著正相關。EC含量與非酯型兒茶素含量、ECG含量與EGCG含量呈顯著正相關。非酯型兒茶素含量與總兒茶素含量，ECG、EGCG含量分別與酯型兒茶素、總兒茶素含量，酯型兒茶素與總兒茶素含量均呈極顯著正相關。在各項功能成分之中，只有GCG和CG與各項功能成分之間無顯著相關性。由此可以看出，不同茶樹資源的功能成分含量之間存在不同程度的相關性，14項功能成分中有12項成分之間存在不同程度的信息重疊，進行綜合評價時需剔除指標間的重復，以免評價出現偏差。

2.3 茶樹資源各功能成分的主成分分析

對45份茶樹資源的14個功能成分含量進行主成分分析，以探尋影響茶樹資源功能性最為關鍵的指標。以初始特征值大于1、在碎石圖(圖1)中較為陡峭、累積方差貢獻率大于80%為原則進行主成分提取[28]，結果見表4，可以看出，前5個主成分的初始特征值大于1，累積方差貢獻率為81.224%，故可采用前5個主成分代替14項功能成分對于茶樹資源的功能性進行評價，其中PC1的方差貢獻率最大，為32.907%，說明PC1在整體功能性評價中為主要影響因子；PC2的方差貢獻率為15.530%，為次要因子；PC3、PC4、PC5的方差貢獻率分別為13.289%、10.991%、8.506%。

主成分分析的載荷矩陣見表5，PC1主要綜合了茶多酚、總游離氨基酸、EGCG、ECG、酯型兒茶素、總兒茶素的信息，可稱為茶多酚功能性因子，在此功能因子中茶多酚、EGCG、ECG、酯型兒茶素、總兒茶素為正貢獻，總游離氨基酸為負貢獻，可能的原因是總游離氨基酸對于茶多酚和兒茶素的功能存在負面影響；PC2主要綜合了咖啡堿、C、EC的信息，可稱為咖啡堿功能因子；PC3主要綜合了EGC、非酯型兒茶素的信息，可稱為非酯型兒茶素功能因子；PC4主要綜合了GA、CG的信息，可稱為沒食子酸功能因子，在此功能因子中總游離氨基酸具有正貢獻，可能的原因是總游離氨基酸對于酸類和酯類的功能作用具有正面影響；PC5主要綜合了GCG的信息，可稱為GCG功能因子。

結合相關分析和主成分分析的結果來看，在PC1的主要貢獻成分中，茶多酚、EGCG、ECG、酯型兒茶素、總兒茶素含量之間存在顯著或極顯著正相關，所以可以把重合指標進行簡化，使用總兒茶素、總游離氨基酸含量來代替此功能因子；PC2的主要貢獻成分中咖啡堿含量與EC含量存在極顯著正相關，所以可以使用咖啡堿、C含量來代替此項功能因子；PC3中EGC含量與非酯型兒茶素含量存在極顯著正相關，所以使用非酯型兒茶素含量來代替；PC4中兩者相關性不明顯。因此，將茶樹資源功能性評價指標簡化為總兒茶素、總游離氨基酸、咖啡堿、C、非酯型兒茶素、GA、CG、GCG含量，即此8項指標基本可以反映茶樹資源的功能性品質。

2.4 功能型茶樹資源的綜合評價

通過表4各主成分的初始特征值與表5各主成分指標的載荷值構建出5個主成分的線性方程模型，分別為模型1—5，即使用各主成分中功能成分的載荷向量除以對應主成分初始特征值的算術平方根，從而得出來各個主成分中功能成分的特征值[18,28]。構建出的5個主成分線性方程模型見表6，據此5個主成分的線性方程模型可以計算出茶樹資源中功能成分在各主成分中的評價指數。再以表4中5個主成分所對應的初始特征值除以5個主成分初始特征值之和作為權重，分別乘以各主成分中茶樹資源的功能成分評價指數，最終建立出來茶樹資源的綜合評價指數模型，結果見表6，據此模型可以對于茶樹資源的功能性進行綜合評價。

圖1 主成分分析特征值碎石圖Fig.1 Gravel map of eigenvalues in principal component analysis

表4 主成分的特征值與方差貢獻率Tab.4 Characteristic value and variance contribution rate of principal components

表5 主成分分析載荷矩陣Tab.5 Load matrix of principal component analysis

表6 綜合評價模型構建Tab.6 Construction of comprehensive evaluation model

使用構建的綜合評價指數模型(表6)對45份茶樹資源的功能性進行綜合評價，按照綜合評價指數大小對綜合評價結果進行降序排列，結果見圖2，綜合評價指數越大，說明茶樹資源的功能性越好。結合圖2各資源綜合評價指數差異分布確定等級劃分的閾值，將各份茶樹資源的功能性品質優(yōu)劣劃分為4個等級，綜合評價指數>7.0，為功能性最好的資源，依次為編號7、22、21、27、19等5份資源；綜合評價指數6.0～7.0為功能性較好的茶樹資源，依次為編號23、31、10、1、20、13、30、18、6、28、24、8、41、5、9、42、29、4、26、32、17、12等22份資源；綜合評價指數5.0～6.0為功能性一般的茶樹資源，依次為編號33、3、14、16、25、37、38、15、45、34、36、40、11、2等14份資源；綜合評價指數<5.0為功能性較差的茶樹資源，依次為35、44、39、43等4份資源。

用LSD法對上述所劃分的類群進行多重比較結果表明，所劃分的4個等級茶樹資源的綜合評價指數在0.05水平差異顯著，說明該等級劃分結果合理。

圖2 45份茶樹資源的綜合評價指數

3 結論與討論

本研究測定了江西省內45份茶樹資源的14個主要功能成分指標，各個指標的變異系數為12.55%～74.05%，均值33.25%，比四川[29]、廣西[30]、陜西[31]的偏高，說明供試45份茶樹資源的功能成分差異較大，但各個資源沒有離群點，均在可接受范圍之內。由此說明，從江西省內選育出具備優(yōu)良功能性茶樹品種的潛力較大。羅理勇等[32]研究重慶主栽茶樹品種生化成分時發(fā)現，茶多酚與氨基酸含量呈顯著負相關，EGCG、ECG、酯型兒茶素、總兒茶素含量之間呈顯著正相關。趙洋等[33]研究22個茶樹品種春梢生化成分時發(fā)現，茶多酚含量與氨基酸含量呈負相關。王小萍等[34]研究不同茶樹資源春梢生化成分時發(fā)現，EGCG、酯型兒茶素、總兒茶素含量之間存在顯著正相關。同樣，本研究在對茶樹資源14個主要功能成分指標進行相關分析時也發(fā)現，部分功能成分指標之間顯著相關，存在較大的信息重疊，故使用相關分析與主成分分析從14個主要功能成分指標中篩選出了總兒茶素、總游離氨基酸、咖啡堿、C、非酯型兒茶、GA、CG、GCG等8個關鍵評價指標。此種簡化評價指標的方法在核桃果實評價[35]、獼猴桃品質指標評價[36]、棗類優(yōu)良單株篩選[37]中被準確應用，能夠較為有效和科學地降低評價指標的重復性。

主成分分析通過降維把茶樹資源的功能簡化為5個代表性的功能因子，分別為茶多酚功能因子、咖啡堿功能因子、非酯型兒茶素功能因子、沒食子酸功能因子和GCG功能因子，以上結果基本符合茶葉功能品質的要求[8,38-40]。依據構建出來的5個模型可以按照不同主因子的功能分類進行針對性的選種，從而篩選出具有單獨功能的茶樹資源。關于綜合評價指數等級閾值的劃分，前人更多是按照指數差異進行直接劃分，這樣進行等級劃分過于主觀，缺乏閾值檢驗性，本研究采用LSD法進行多重比較檢驗，直到劃分的等級閾值達到顯著差異水平，劃分方法更加合理。依據綜合評價結果來看，功能性最好的茶樹資源有浮梁櫧葉、巖背垴2號、江茶15號、黃金茶、浮梁廣明2號共5份，此5份資源中有4份為江西本地資源，是從浮梁和寧都選育出的新品系，在抗性、適應性與適制性方面表現較好，有望成為功能性新品種；另1份(黃金茶)為省外引種馴化的資源，可作為遺傳親本材料或直接使用。

對茶樹資源功能成分進行綜合評價是茶樹功能品種選育的基礎[41]，另外，功能茶樹品種的抗性、適應性、適制性等也應作為評價的主要因素。本研究使用的茶葉功能成分指標僅有14項，目前研究出的茶葉功能成分已近500余項，下一步研究將集中在擴大功能成分的評價指標，對所篩選的功能性強的茶樹資源進行創(chuàng)新利用與功能品種選育。