137份茶樹人工雜交F1代單株表型性狀及遺傳多樣性分析

鄧少春，田易萍，陳林波，陳春林，龐丹丹，徐丕忠，包云秀，朱興正

（云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所／云南省茶樹種質(zhì)資源創(chuàng)新與配套栽培技術(shù)工程研究中心／云南省茶學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，云南 勐海 666201）

金萱（Camellia sinensiscv.Jinxuan）為灌木型、中葉類、中早生茶樹品種，選育自臺灣省，在廣東、廣西、福建等地引種較多［1，2］，適制烏龍茶，兼制綠茶。云茶1號（Camellia sinensisvar.assamicacv.Yuncha 1）為喬木型、大葉類、早生無性系茶樹品種，從云南省元江細(xì)葉糯茶群體品種中采用單株育種法育成，在云南西雙版納、普洱、保山等州（市）有種植，適制紅茶、綠茶、普洱茶。金萱與云茶1號芽葉表型差異較大［3］。

雜交育種是創(chuàng)制新種質(zhì)及發(fā)掘新變異的最有效方法［4－6］。雜交育種是否成功取決于雜種優(yōu)勢是否在雜交后代中充分顯現(xiàn)［7，8］，同時(shí)，培育一個(gè)新品種要建立在對雜交后代表型性狀及遺傳規(guī)律研究的基礎(chǔ)上［9］。王治會(huì)等［10］對17份黃金菊自然雜交后代單株的23項(xiàng)表型性狀的變異與多樣性進(jìn)行研究，結(jié)果表明單株的性狀變異較豐富；部分單株的簡單兒茶素和游離氨基酸含量表現(xiàn)為顯著提高，而總兒茶素、酯型兒茶素及茶多酚含量表現(xiàn)為顯著降低。楊軍等［11］為實(shí)現(xiàn)茶樹種質(zhì)資源的系統(tǒng)分類，利用17對SSR引物對94個(gè)茶樹種質(zhì)資源的親緣關(guān)系、遺傳多樣性與群體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，結(jié)果將這94個(gè)茶樹種質(zhì)分為3個(gè)類群，分別為閩南高香資源類群屬性、閩北烏龍茶種質(zhì)資源類群屬性、烏龍茶與綠茶種質(zhì)資源混合類群屬性。王小萍等［12］對古藺縣139份野生大茶樹資源（7個(gè)天然居群）葉片18個(gè)表型性狀的遺傳多樣性分析結(jié)果顯示野生大茶樹資源葉片性狀變異豐富，各性狀在各居群間的變異系數(shù)最大值均超過10%，UPGMA聚類分析結(jié)果顯示這7個(gè)居群的親緣關(guān)系較近。

芽葉能為植物的生長發(fā)育及開花結(jié)實(shí)提供充足的養(yǎng)分保障，是植物最重要的農(nóng)藝性狀之一。研究表明，經(jīng)濟(jì)型樹種的品質(zhì)和產(chǎn)量與芽葉性狀之間存在較大的關(guān)聯(lián)［13－15］，要對雜交后代進(jìn)行早期預(yù)篩和鑒定，芽葉性狀表型特征的鑒定是必不可少的環(huán)節(jié)［16－18］。本試驗(yàn)分別以中葉種金萱和大葉種云茶1號為母本和父本進(jìn)行雜交，得到137份雜交后代材料，對這些材料及其父母本的芽葉特征進(jìn)行觀測和分析，并探究其遺傳規(guī)律，以期了解大中葉種親代和子代的表型特征及遺傳變異規(guī)律，為茶樹雜交育種提供理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

以云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所試驗(yàn)基地栽種的金萱（♀）、云茶1號（♂）及其人工雜交育成的F1代單株為材料（編號1～137）。

1.2 試驗(yàn)方法

以茶樹種質(zhì)資源數(shù)據(jù)質(zhì)量控制規(guī)范為參考［19］，于春、夏、秋三季調(diào)查供試材料的芽葉性狀，并于冬季采茶結(jié)束時(shí)調(diào)查成熟葉性狀。對芽葉表型數(shù)量性狀共12個(gè)指標(biāo)進(jìn)行測量和統(tǒng)計(jì)。

相對遺傳力：假設(shè)基因的加性效應(yīng)嚴(yán)格控制子代的遺傳特性，對應(yīng)的相對遺傳力為a1、a2，則大值親本表現(xiàn)型平均值的相對遺傳力a1＝（F1－P2）／（P1－P2），小值親本表現(xiàn)型平均值的相對遺傳力a2＝（P1－F1）／（P1－P2），其中P1為大值親本，P2為小值親本［20］。

雜種優(yōu)勢：超親優(yōu)勢表示為Hb、中親優(yōu)勢表示為Hm、超親優(yōu)勢率表示為RHb、中親優(yōu)勢率表示為RHm。子代某一性狀的平均值表示為Fm、雙親平均值表示為MPV，雙親中較大親本值表示為BPV。計(jì)算公式如下：Hb＝Fm－BPV，Hm＝Fm－MPV，RHb＝（Hb／BPV）×100［2］，RHm＝（Hm／MPV）×100。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析方法

利用IBM SPSSStatistics 26和Microsoft Excel 2016進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn)、頻率分析、方差分析、描述統(tǒng)計(jì)和聚類分析，葉片表型遺傳變異使用CV（變異系數(shù)）和H′（Shannon－Weaver遺傳多樣性指數(shù)）進(jìn)行評價(jià)，葉片表型組間相關(guān)程度和方向用Pearson’s相關(guān)系數(shù)來度量，芽葉表型性狀的遺傳模型使用雜種優(yōu)勢理論和相對遺傳力進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 離散特征

由表1可知，人工雜交F1代12個(gè)芽葉表型性狀的遺傳多樣性豐富，變異系數(shù)為6.37%～32.84%，極大值與極小值的比值為1.48～9.19，變異系數(shù)超過10%的性狀有11個(gè)。葉面積、芽重、一芽二葉重和一芽三葉重的變異系數(shù)均超過30%，變異較大；其余性狀除葉長葉寬比、芽長、一芽一葉長外變異系數(shù)均在15%～30%，為中等變異水平。葉面積的標(biāo)準(zhǔn)差最大，群體中極易出現(xiàn)極值個(gè)體，芽重的標(biāo)準(zhǔn)差最小。從圖1可以看出，各表型性狀均符合多基因控制數(shù)量性狀遺傳特征，具有較好的連續(xù)性正態(tài)分布趨勢。

圖1 F1代12個(gè)芽葉表型性狀的頻率分布

表1 芽葉表型性狀在F1群體分離的特征值

2.2 相關(guān)性分析

由表2可知，12個(gè)芽葉性狀間的66對相關(guān)性分析中有56對達(dá)極顯著水平（P＜0.01），2對達(dá)到顯著水平（P＜0.05），相關(guān)系數(shù)在0.85以上的有14對，達(dá)極顯著水平，相關(guān)程度極高。其中，葉長葉寬比與一芽二葉長、一芽三葉長呈正向弱相關(guān)關(guān)系；葉長葉寬比與葉寬、一芽一葉重、一芽二葉重、一芽三葉重呈負(fù)相關(guān)關(guān)系；而葉長葉寬比與芽重則不存在直線相關(guān)關(guān)系。

表2 F1代芽葉表型性狀的相關(guān)性分析結(jié)果

2.3 雜種優(yōu)勢表現(xiàn)

如表3所示，金萱和云茶1號雜交得到的F1代單株葉長、芽重、一芽一葉重、一芽二葉重、一芽三葉長、一芽三葉重為負(fù)向顯性；僅葉長葉寬比的遺傳方向?yàn)檎蝻@性；葉寬、葉面積、芽長、一芽一葉長、一芽二葉長的相對遺傳力表現(xiàn)為負(fù)向超顯性。從父母本相對F1代的遺傳力強(qiáng)弱來看，父本云茶1號在葉長葉寬比、芽長、芽重、一芽一葉長、一芽一葉重、一芽二葉長、一芽二葉重、一芽三葉長、一芽三葉重九個(gè)表型性狀中的相對遺傳力強(qiáng)于母本，母本金萱在葉長、葉寬、葉面積三個(gè)性狀中的相對遺傳力強(qiáng)于父本。另外，12個(gè)性狀在F1代的中親優(yōu)勢率為－0.53%～0.01%，超親優(yōu)勢率為－0.69%～－0.03%，其中葉長葉寬比的中親優(yōu)勢為正值。

表3 F1代芽葉表型性狀的雜種優(yōu)勢表現(xiàn)

2.4 聚類分析

由系統(tǒng)聚類分析結(jié)果（圖2）可知，父母本及F1代群體在遺傳距離為25處可劃分為2個(gè)類群，第1個(gè)類群僅包括2個(gè)單株，占群體的1.44%，第2個(gè)類群分為2個(gè)亞類，分別包括1個(gè)單株和136個(gè)單株，占群體的98.56%。母本金萱被分在第1類群，而父本云茶1號則被劃分在第2類群。結(jié)合137份供試材料的芽葉數(shù)量性狀可以看出，第1類群的芽長、芽重、一芽一葉長、一芽一葉重、一芽二葉長、一芽二葉重、一芽三葉長、一芽三葉重等8個(gè)指標(biāo)均高于第2類群；而葉長、葉寬、葉面積、葉長葉寬比4個(gè)指標(biāo)均低于第2類群，尤其是葉面積，比第2類群低59.02%。

圖2 雜交F1代單株系統(tǒng)聚類分析結(jié)果

3 討論與結(jié)論

雜交育種是目前較為有效的獲得植物新品系和突破性品種的方法之一，雜交后代不同群體之間具有性狀分離的特征，且性狀出現(xiàn)大幅度變異的可能性較大［21－23］。在本研究中，12個(gè)芽葉性狀均具有大幅變異的特征，說明F1代具有較高的離散程度，表型多樣性和變異水平也較為豐富，這為下一步選擇優(yōu)良單株提供了方向和材料。

楊亞軍［24］研究發(fā)現(xiàn)，基因型重組決定了茶樹無性后代的葉片小于有性雜交后代，且雜交后代具有與母本更相近的表型特征，且葉寬與葉面積表型具有很大的相關(guān)性，葉寬具有比葉長更高的遺傳力。本研究結(jié)果表明，母本在葉長、葉寬、葉面積三個(gè)性狀中的相對遺傳力強(qiáng)于父本，這與楊亞軍［24］的結(jié)論一致；但通過計(jì)算父母本相對遺傳力發(fā)現(xiàn)葉寬的遺傳特性較復(fù)雜，F(xiàn)1代葉長、葉寬與葉面積均呈極顯著正相關(guān)，且相關(guān)系數(shù)大小相當(dāng)，這與楊亞軍［24］的結(jié)論有差異。

在本研究中，云茶1號和金萱分別作為父母本，雜交得到的F1代單株在12個(gè)性狀上的表現(xiàn)為：9個(gè)性狀表現(xiàn)為親父特征，3個(gè)性狀表現(xiàn)為親母特征；6個(gè)性狀遺傳方向?yàn)樨?fù)向顯性，1個(gè)性狀遺傳方向?yàn)檎蝻@性，5個(gè)性狀的相對遺傳力表現(xiàn)為負(fù)向超顯性。說明云茶1號和金萱雜交后代各性狀的遺傳特性較復(fù)雜，出現(xiàn)變異的幾率較大，可進(jìn)一步擴(kuò)大表型測定范圍及F1代單株數(shù)量，以獲得更多變異類型及具有優(yōu)良性狀的F1后代。

本研究的系統(tǒng)聚類分析結(jié)果將F1代群體劃分為2個(gè)類群，第1個(gè)類群僅包括2個(gè)單株，其明顯特征為葉面積偏小，葉片大小為中小葉，這為進(jìn)一步挖掘茶樹抗寒品種、選育不同產(chǎn)茶區(qū)適應(yīng)性品種提供了思路，在今后的遺傳測定和種質(zhì)資源開發(fā)利用中應(yīng)當(dāng)予以特別關(guān)注。另外，在系統(tǒng)聚類時(shí)，父母本被分在了兩個(gè)不同類群，說明父母本的性狀差異較明顯，可在雜交育種及特異資源培育方面加以利用。