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    三都野生茶樹(shù)表型性狀和生化組分多樣性分析

    2023-05-23 18:27:34楊春郭燦喬大河郭燕梁思慧李燕陳正武
    江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué) 2023年8期
    關(guān)鍵詞:表型性狀

    楊春 郭燦 喬大河 郭燕 梁思慧 李燕 陳正武

    摘要:為更好地保護(hù)和開(kāi)發(fā)利用三都野生茶樹(shù)資源,以16份三都野生茶樹(shù)為研究對(duì)象,采用高效液相色譜和紫外分光光度法檢測(cè)茶樹(shù)的重要生化組分,并于春季和秋季對(duì)表型性狀開(kāi)展觀測(cè),結(jié)合變異系數(shù)和遺傳多樣性指數(shù)分析三都野生茶樹(shù)資源變異程度和多樣性水平。結(jié)果表明,20個(gè)描述性表型性狀變異系數(shù)在0~35.68%之間,平均值為9.94%,遺傳多樣性指數(shù)在0~1.095之間,平均值為0.257;9個(gè)數(shù)量性表型性狀變異系數(shù)在0~32.60%之間,平均值為12.68%,遺傳多樣性指數(shù)在0~1.927之間,平均值為1.077。17個(gè)生化性狀變異系數(shù)和遺傳多樣性指數(shù)變幅分別為0~400.0%和0~1.927,平均值分別為65.28% 和1.320。三都野生茶樹(shù)資源表型鑒定性狀表現(xiàn)為子房3室、無(wú)毛、頂芽有毛。生化特征表現(xiàn)為高茶多酚、高C、高可可堿和低游離氨基酸、無(wú)茶氨酸、低兒茶素總量、低EGCG、低或無(wú)咖啡堿。三都野生茶樹(shù)資源表型性狀和生化組分較統(tǒng)一,資源內(nèi)部變異小,C和可可堿為優(yōu)勢(shì)特征組分。結(jié)合表型和生化特征,推測(cè)三都野生茶樹(shù)資源可能為榕江茶的變種。

    關(guān)鍵詞:三都;野生茶樹(shù);遺傳多樣性指數(shù);可可堿;表型性狀;生化組分

    中圖分類(lèi)號(hào):S571.101 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

    文章編號(hào):1002-1302(2023)08-0111-08

    基金項(xiàng)目 貴州省科技計(jì)劃(編號(hào):黔科合支撐[2019]2254號(hào)、黔科合平臺(tái)人才[2020]2103號(hào));貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院特色動(dòng)植物資源收集、保存與創(chuàng)制利用項(xiàng)目(編號(hào):黔農(nóng)科院種質(zhì)資源[2022]03號(hào))。

    作者簡(jiǎn)介:楊 春(1988—),女,湖南益陽(yáng)人,碩士,助理研究員,主要從事茶樹(shù)資源育種與品種抗性研究。E-mail:610681998@qq.com。

    通信作者:陳正武,研究員,主要從事茶樹(shù)資源育種工作。E-mail:zwchentea@163.com。

    我國(guó)是茶樹(shù)[Camellia sinensis (L.) O.Kuntze]的原產(chǎn)地,云南、貴州等省分布著數(shù)量繁多、類(lèi)型多樣的野生茶樹(shù)資源[1-4],這些野生茶樹(shù)資源對(duì)于茶樹(shù)的遺傳演化、品種改良及分子育種等研究有著重要意義[5-7]。因此,加大力度保護(hù)和深入研究珍稀野生茶樹(shù)資源,是現(xiàn)今茶樹(shù)種質(zhì)資源研究的重點(diǎn)[8]。

    三都水族自治縣,位于貴州省黔南布依族苗族自治州,地處月亮山、雷公山腹地,是貴州野生茶樹(shù)集中分布地之一[9]。前期已針對(duì)三都野生茶樹(shù)親緣關(guān)系、遺傳多樣性等展開(kāi)了一定研究[10-11],但尚未見(jiàn)三都野生茶樹(shù)表型特征及生化性狀等方面的相關(guān)報(bào)道。本研究選取16份代表性三都野生茶樹(shù)為研究對(duì)象,通過(guò)測(cè)定主要生化成分和觀測(cè)樹(shù)、花、葉等表型性狀,結(jié)合統(tǒng)計(jì)分析方法,明晰三都野生茶樹(shù)資源表型及生化的變異程度和多樣性水平,歸納出三都野生茶樹(shù)資源整體的表型特征和生化特征,以期為進(jìn)一步保護(hù)和開(kāi)發(fā)利用三都野生茶樹(shù)資源打下基礎(chǔ)。

    1 材料與方法

    1.1 儀器與試劑

    高效液相色譜(HPLC)儀:Agilent 1260 Infinity Ⅱ(美國(guó)安捷倫);

    紫外分光光度計(jì):TU-1800(北京普析);

    色譜柱:大連依利特Hypersil ODS2(4.6 mm×250 mm,5 μm)。

    咖啡堿、沒(méi)食子酸、兒茶素類(lèi)[兒茶素(C)、表兒茶素(EC)、表沒(méi)食子兒茶素(EGC)、表兒茶素沒(méi)食子酸酯(ECG)、沒(méi)食子兒茶素沒(méi)食子酸酯(GCG)、表沒(méi)食子兒茶素沒(méi)食子酸酯(EGCG) ]和茶氨酸標(biāo)準(zhǔn)品購(gòu)自合肥博美生物科技有限公司,N,N-二甲基甲酰胺、乙腈、甲醇、冰醋酸等有機(jī)試劑為市售HPLC級(jí)。

    1.2 試驗(yàn)材料

    試驗(yàn)茶樹(shù)取自貴州省黔南州三都水族自治縣原始森林中,地理范圍為25°55′48″~25°59′40″N,108°9′32″~108°20′46″E,海拔范圍為1 300~1 500 m。選取基徑大于10 cm的野生茶樹(shù)進(jìn)行取樣和掛牌(圖1)。福鼎大白茶(對(duì)照)取自貴州省茶葉研究所湄潭種質(zhì)資源圃。

    1.3 試驗(yàn)方法

    1.3.1 樣品制備 于2020年5月,采各標(biāo)記單株1芽2葉鮮葉,用微波殺青的方法[12],制備生化檢測(cè)樣。對(duì)照取樣時(shí)間為2020年4月,取樣標(biāo)準(zhǔn)1芽2葉。

    1.3.2 檢測(cè)方法

    表型性狀:分別于2020年、2021年春季和秋季調(diào)查記錄樹(shù)、葉、花、芽的性狀,表型調(diào)查及描述代碼參考《茶樹(shù)種質(zhì)資源數(shù)據(jù)質(zhì)量控制規(guī)范》,采用基恩士超景深顯微鏡(VHX-5000)觀測(cè)頂芽、子房和腋芽茸毛,每份材料調(diào)查10個(gè)葉、芽、花,數(shù)量性表型性狀取平均值,描述性表型性狀以出現(xiàn)概率最大的描述代碼為準(zhǔn)。

    生化成分:游離氨基酸含量采用GB/T 8314—2013 《茶 游離氨基酸總量的測(cè)定》中的方法進(jìn)行測(cè)定;茶多酚含量采用GB/T 8313—2018 《茶葉中茶多酚和兒茶素類(lèi)的檢測(cè)方法》進(jìn)行測(cè)定;茶氨酸含量參考岳婕等的方法[13]進(jìn)行測(cè)定;兒茶素組分參考周順珍等的方法[14]進(jìn)行測(cè)定。每個(gè)樣品重復(fù)檢測(cè)3次,數(shù)據(jù)取3次平均值。

    1.3.3 數(shù)據(jù)處理

    評(píng)價(jià)遺傳多樣性指數(shù)采用香農(nóng)-維納指數(shù)(Shannon-Wiener index)。性狀分布頻率及多樣性分析采用Excel 2010軟件。聚類(lèi)分析和Pearson相關(guān)性分析采用SPSS 21.0。

    2 結(jié)果與分析

    2.1 表型性狀遺傳多樣性分析

    本研究共統(tǒng)計(jì)分析了16份三都野生茶樹(shù)樹(shù)型、葉片大小、葉形等20個(gè)描述性表型性狀和葉長(zhǎng)、葉寬等9個(gè)數(shù)量性表型性狀(表1、表2)。20個(gè)描述性表型性狀在描述代碼上有不同的分布表現(xiàn),其中葉片大小和雌雄蕊相對(duì)高度在描述代碼上均有分布但不均勻,具體葉片大小以中葉居多,雌雄蕊相對(duì)高度以等高居多。樹(shù)型、葉形、葉身、葉齒密度、葉齒銳度、葉尖及葉色不均勻分布于描述代碼上的2~3項(xiàng),具體來(lái)看,樹(shù)型表現(xiàn)為小喬木和喬木,以小喬木為主;葉形主要為橢圓形、長(zhǎng)橢圓形和披針形,三者數(shù)量相差不大;葉身表現(xiàn)為內(nèi)折和平,以內(nèi)折居多;葉齒以密度密、銳度中居多;葉尖表現(xiàn)為急尖和漸尖,漸尖居多;葉色有綠色和深綠色,深綠色占絕大多數(shù)。葉面、葉質(zhì)、葉基、萼片茸毛、萼片顏色、花瓣顏色、花瓣質(zhì)地、花柱裂位、子房茸毛、腋芽茸毛及頂芽茸毛全部集中分布于1個(gè)描述代碼,具體表現(xiàn)為葉面微隆起、葉質(zhì)中、葉基楔形、萼片茸毛無(wú)、萼片顏色綠色、花瓣顏色白色、花瓣質(zhì)地薄、花柱裂位高、子房無(wú)茸毛、腋芽和頂芽有茸毛。

    9個(gè)數(shù)量性表型性狀中萼片數(shù)和柱頭開(kāi)裂數(shù)并無(wú)變化,穩(wěn)定表現(xiàn)出萼片5瓣和柱頭3裂的性狀;葉脈對(duì)數(shù)和花瓣數(shù)同樣變幅較小,葉脈對(duì)數(shù)表現(xiàn)出8對(duì)或9對(duì),花瓣7瓣居多;葉長(zhǎng)、葉寬、葉面積、花冠直徑及花柱長(zhǎng)度的變幅相對(duì)較大,遺傳多樣性指數(shù)同樣高于其他4個(gè)性狀。

    20個(gè)描述性表型性狀變異系數(shù)在0~35.68%之間,平均值為9.94%;遺傳多樣性指數(shù)在0~1.095之間,平均值為0.257。9個(gè)數(shù)量性表型性狀變異系數(shù)在0~32.60%之間,平均值為12.68%;遺傳多樣性指數(shù)在0~1.927之間,平均值為1.077。29個(gè)表型性狀的平均變異系數(shù)和遺傳多樣性指數(shù)分別為10.79%和0.512,表明三都野生資源表型性狀的變異系數(shù)和遺傳多樣性指數(shù)處于較低水平,且有11個(gè)描述性表型性狀和2個(gè)數(shù)量性表型性狀集中分布,變異系數(shù)和遺傳多樣性指數(shù)都為0,這說(shuō)明三都野生茶樹(shù)在表型上有多個(gè)性狀表現(xiàn)一致,資源內(nèi)部變異較小,存在一定的封閉性。

    2.2 生化性狀遺傳多樣性分析

    參照茶樹(shù)中常規(guī)生化成分和特征性次生代謝產(chǎn)物的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)16份三都野生茶樹(shù)的17個(gè)生化性狀進(jìn)行分析,以福鼎大白茶為對(duì)照比對(duì)三都資源與代表性栽培種在生化性狀上的典型差異。

    由表3可知,17個(gè)生化性狀變異系數(shù)和遺傳多樣性指數(shù)變幅分別為0~400.0%和0~1.927,平均值分別為65.28% 和1.320。三都資源在生化成分上與對(duì)照福鼎大白茶差異較大。福鼎大白茶中游離氨基酸和茶氨酸含量分別是3.94%和2.02%,而三都資源中游離氨基酸含量較低,最高僅1.63%,低于對(duì)照福鼎大白茶的一半,且16份三都野生茶樹(shù)中均未檢測(cè)到茶氨酸。福鼎大白茶中茶多酚含量為16.78%,兒茶素總量為12.49%,兒茶素占比為74.43%,符合兒茶素占茶多酚含量70.0%~80.0%的規(guī)律[15],而三都資源表現(xiàn)出典型的高茶多酚、 低兒茶素的特征,茶多酚含量、兒茶素含量和兒茶素占比平均值分別為22.99%、6.29%和27.46%。對(duì)比三都野生茶樹(shù)和福鼎大白茶的兒茶素單體可知,福鼎大白茶中主要兒茶素單體為表沒(méi)食子兒茶素沒(méi)食子酸酯(EGCG),含量為7.02%,占兒茶素總量的56.2%。三都資源中占主導(dǎo)的兒茶素單體為兒茶素(C),含量在3.59%~5.56%之間,其次是表兒茶素沒(méi)食子酸酯(ECG),含量在0.71%~1.69%之間,表沒(méi)食子兒茶素(EGC)、沒(méi)食子兒茶素沒(méi)食子酸酯(GCG)、EGCG和表兒茶素(EC)含量均較低。對(duì)比生物堿組成可知,福鼎大白茶中主要生物堿是咖啡堿,含量為3.79%;三都資源中的主要生物堿為可可堿,含量范圍在3.31%~5.76%之間,幾乎不含咖啡堿。

    2.3 聚類(lèi)分析和相關(guān)性分析

    2.3.1 聚類(lèi)分析

    以資源間存在變異的22個(gè)數(shù)量指標(biāo)(葉長(zhǎng)、葉寬、葉面積、葉脈對(duì)數(shù)、花瓣數(shù)、花冠直徑、花柱長(zhǎng)度、氨基酸含量、茶多酚含量、沒(méi)食子酸含量、EGC含量、C含量、EC含量、EGCG含量、ECG含量、非酯型兒茶素含量、酯型兒茶素含量、兒茶素總量、兒茶素占比、咖啡堿含量、可可堿含量和茶堿含量)為依據(jù),對(duì)16份三都野生茶樹(shù)進(jìn)行聚類(lèi)分析。

    由圖2、表4可知,16份三都野生茶樹(shù)在歐式距離為10時(shí),可分為3類(lèi)。第Ⅰ類(lèi)包括SD-26、SD-29 等7份野生茶樹(shù),主要特點(diǎn)為葉長(zhǎng)、葉寬和葉面積均較小,茶多酚和酯型兒茶素含量較高,氨基酸含量較低;第Ⅱ類(lèi)包括SD-2、SD-20-1等8份野生茶樹(shù),主要特點(diǎn)為氨基酸含量較高,C含量、非酯型兒茶素含量和兒茶素總量較低,兒茶素占比較低,可可堿含量較高;SD-20-2單獨(dú)構(gòu)成第Ⅲ類(lèi),主要特點(diǎn)為葉長(zhǎng)、葉寬和葉面積較大,茶多酚、酯型兒茶素和可可堿含量較低,C、非酯型兒茶素含量和兒茶素總量較高,兒茶素占比較高。

    2.3.2 相關(guān)性分析

    同樣以資源間存在變異的22個(gè)數(shù)量指標(biāo)進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析,結(jié)果(表5)顯示,三都野生茶樹(shù)表型性狀與生化性狀間相關(guān)性不大,僅咖啡堿與花瓣數(shù)存在顯著負(fù)相關(guān)。表型性狀中葉片性狀相關(guān)性較強(qiáng),葉長(zhǎng)、葉寬和葉面積三者間存在極顯著正相關(guān),花性狀僅中花冠直徑與花柱長(zhǎng)度間存在極顯著正相關(guān),葉片性狀與花性狀間不存在顯著相關(guān)性。生化性狀間的相關(guān)性要強(qiáng)于表型性狀,有19對(duì)生化性狀間存在顯著或極顯著相關(guān)性,沒(méi)食子酸含量與C、EC、 非酯型兒茶素含量及兒茶素總量和兒茶素占比間存在顯著或極顯著負(fù)相關(guān)。C含量和EC含量不僅相互間存在極顯著正相關(guān),同時(shí)與非酯型兒茶素含量、兒茶素總量和兒茶素占比間存在顯著或極顯著正相關(guān)關(guān)系。EGCG含量和ECG含量與酯型兒茶素含量存在極顯著正相關(guān)。3個(gè)生物堿成分中,可可堿含量與茶堿含量間存在極顯著正相關(guān)。

    3 討論

    3.1 三都野生茶樹(shù)資源多樣性分析

    三都野生茶樹(shù)表型性狀和生化成分的遺傳多樣性指數(shù)平均值分別為0.512和1.320,低于陜西[16]、江西[17]、重慶[18]及貴州多地的地方茶樹(shù)種質(zhì)[19-20],也低于納雍[21]、鎮(zhèn)寧[22]、雷波[23]等地的野生茶樹(shù)。說(shuō)明三都野生茶樹(shù)生長(zhǎng)環(huán)境較封閉,表型及生化遺傳背景單一,資源內(nèi)部變異類(lèi)型不豐富。

    3.2 三都野生茶樹(shù)資源初鑒

    子房有無(wú)茸毛、子房室數(shù)和頂芽(腋芽)是否具毛是茶種植物分類(lèi)鑒定的主要依據(jù)[24]。茶種植物(C. sinensis)的鑒定表型特征為子房3室、有毛、頂芽有毛[25],而三都野生茶樹(shù)則是子房3室、無(wú)毛、頂芽(腋芽)有毛的表型特征。參考陳濤林關(guān)于榕江茶、突肋茶和元寶山茶的研究[26]發(fā)現(xiàn),三都野生茶樹(shù)在形態(tài)上與榕江茶相似度較高,除同樣是子房3室、無(wú)毛,頂芽有毛外,在葉長(zhǎng)、葉寬、葉面積、葉尖、葉形、花柱長(zhǎng)度等性狀上同樣表現(xiàn)相近,但在樹(shù)型、萼片茸毛等性狀上存在明顯差異,榕江茶為灌木,萼片外側(cè)有疏毛,三都野生茶樹(shù)不存在灌木類(lèi)群,且萼片外側(cè)光滑無(wú)毛。生化上,三都野生茶樹(shù)與榕江茶均表現(xiàn)出以可可堿為主要生物堿、C為主要兒茶素單體及茶氨酸含量甚微的生化特征。因此,結(jié)合表型性狀和生化特性,推測(cè)三都野生茶樹(shù)與元寶山野生茶樹(shù)一樣,可能為榕江茶變種。

    3.3 三都野生茶樹(shù)資源生化特性與利用

    咖啡堿、EGCG和茶氨酸是茶樹(shù)中的優(yōu)勢(shì)組分[15]。大量研究發(fā)現(xiàn),野生茶樹(shù)有著區(qū)別于常規(guī)栽培種茶樹(shù)的生化特性。滕杰等研究發(fā)現(xiàn),禿房茶(C. gymnogyna)中生物堿組成明顯有別于其他茶種,以可可堿為主要生物堿[27]。Jin等研究發(fā)現(xiàn),福建野生紅芽茶中主要兒茶素單體為GCG,主要生物堿組分是可可堿[28]。陳瀟敏等研究發(fā)現(xiàn),福建野生茶樹(shù)中存在以苦茶堿為主要生物堿的特異種質(zhì)[29]。三都野生茶樹(shù)資源中C和可可堿為優(yōu)勢(shì)組分,可可堿對(duì)癌癥、心血管疾病、呼吸疾病等方面有積極干預(yù)與治療作用[30],后續(xù)可作為特異茶樹(shù)種質(zhì)資源加以開(kāi)發(fā)利用。

    4 結(jié)論

    三都野生茶樹(shù)資源表型和生化的遺傳多樣性指數(shù)均處于較低水平,在表型和生化層面分化程度不高。主要鑒定表型性狀表現(xiàn)為子房3室、無(wú)毛、頂芽(腋芽)有毛。生化性狀整體表現(xiàn)出高茶多酚、低兒茶素、低氨基酸和無(wú)茶氨酸的特點(diǎn),C和可可堿是三都野生茶樹(shù)的特征性優(yōu)勢(shì)組分。結(jié)合表型性狀和生化特性,推測(cè)三都野生茶樹(shù)可能為榕江茶變種。本研究?jī)H對(duì)三都野生茶樹(shù)資源表型及茶樹(shù)常規(guī)生化開(kāi)展研究,后續(xù)可結(jié)合非靶向代謝組分析三都野生茶樹(shù)與栽培種的差異代謝物,同時(shí)結(jié)合全基因組測(cè)序等分子手段,分析三都野生茶樹(shù)在茶樹(shù)起源及進(jìn)化中的地位。

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