茶樹地方群體種資源葉片表型及生化組分多樣性分析

唐璐，李長(zhǎng)樂，葛悅，王璞，趙華，王明樂，王郁，郭飛，倪德江

茶樹地方群體種資源葉片表型及生化組分多樣性分析

唐璐，李長(zhǎng)樂，葛悅，王璞，趙華，王明樂，王郁，郭飛*，倪德江

華中農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝林學(xué)學(xué)院果蔬園藝作物種質(zhì)創(chuàng)新與利用全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430070

為保護(hù)茶樹種質(zhì)資源和促進(jìn)茶樹種質(zhì)創(chuàng)新，對(duì)來自全國(guó)12個(gè)省份的32份茶樹地方群體種資源表型性狀及生化組分多樣性進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，16個(gè)表型性狀的遺傳多樣性指數(shù)變化范圍為0.81～1.94，供試群體表型遺傳多樣性較高；葉面積、葉形、葉面、芽葉茸毛、葉尖、葉身6個(gè)表型性狀變異的累計(jì)貢獻(xiàn)率為71.78%，是造成供試茶樹群體表型差異的主要因素；綜合兩年生化成分測(cè)定結(jié)果，供試樣品咖啡堿含量變異系數(shù)（17.95%和14.55%）最大，其次是茶多酚含量變異系數(shù)（13.61%和8.11%），游離氨基酸變異系數(shù)（5.62%和7.52%）最??；基于生化組分含量測(cè)定結(jié)果進(jìn)行聚類分析將供試茶樹群體劃分為3個(gè)類群，分別包含不同類型的種質(zhì)。從供試茶樹地方群體種資源的地理分布范圍來看，供試種質(zhì)生化成分含量呈現(xiàn)出地域差異。

茶樹地方群體種；表型性狀；生化組分；多樣性

茶樹[（L.）O. Kuntze]，作為一種經(jīng)濟(jì)價(jià)值極高的葉用作物，被廣泛栽培于國(guó)內(nèi)多個(gè)省份。近年來，隨著茶產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，對(duì)優(yōu)質(zhì)、特異、多元茶樹種質(zhì)資源的需求日益增長(zhǎng)，發(fā)掘和保護(hù)優(yōu)異茶樹種質(zhì)資源的重要性日益凸顯。茶樹地方群體種對(duì)其所在茶區(qū)生態(tài)條件和生產(chǎn)模式具有良好的適應(yīng)性，經(jīng)過長(zhǎng)期的自然或人工選擇育種，為茶樹品種改良提供了豐富的資源。當(dāng)前育成的無性系茶樹品種多是從茶樹地方群體種中采用單株系統(tǒng)選育而來，如龍井43[（L.）O. Kuntze cv.]是從浙江龍井群體種中單株系統(tǒng)選育而來。因此，茶樹地方群體種既可作為育種材料，從中篩選出具有特異性狀（表型性狀特異、經(jīng)濟(jì)性狀特異）的新品種應(yīng)用于生產(chǎn)，也是研究不同地域茶樹親緣關(guān)系、傳播方向、演化規(guī)律的重要材料，對(duì)其開展遺傳多樣性研究具有重要意義。

開展茶樹遺傳多樣性研究是保護(hù)、開發(fā)、利用茶樹種質(zhì)資源的前提，是茶樹創(chuàng)新育種和基因遺傳改良的基礎(chǔ)[1]。對(duì)茶樹表型性狀進(jìn)行測(cè)量、統(tǒng)計(jì)是最早的遺傳多樣性分析方法，該方法具有直觀、操作簡(jiǎn)單、成本低的優(yōu)勢(shì)，從表型上便可直接選擇到與目標(biāo)性狀相關(guān)聯(lián)的個(gè)體或群體[2]。茶樹作為葉用經(jīng)濟(jì)作物，其葉片性狀觀測(cè)在茶樹種質(zhì)資源鑒定中具有重要地位[3]。植物在逆境脅迫下，出于自我保護(hù)會(huì)啟動(dòng)自身的抗逆機(jī)制來適應(yīng)環(huán)境變化，長(zhǎng)期的逆境脅迫會(huì)產(chǎn)生不可逆的植物表型變異，基于表型的遺傳多樣性研究對(duì)探究植物對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性及其進(jìn)化方向都具有重要意義[4]。以植物主要代謝產(chǎn)物差異為基礎(chǔ)進(jìn)行遺傳多樣性研究的方法[5]有助于指導(dǎo)茶樹育種，培育特異種質(zhì)，運(yùn)用的分析方法主要有光譜分析法和色譜分析法。茶多酚、咖啡堿、游離氨基酸是茶葉中主要的次生代謝產(chǎn)物，這些生化組分的含量與茶葉品質(zhì)息息相關(guān)，各物質(zhì)之間的比例差異使不同茶樹品種適制性不同。劉彤[6]、莫嵐等[7]分別對(duì)廣西省內(nèi)柳州及來賓野生茶樹群體的主要生化特征進(jìn)行了鑒定和遺傳多樣性分析，通過聚類分析，揭示了不同茶樹群體的適制性和品質(zhì)特征。對(duì)群體種資源的研究有利于發(fā)掘生化成分特異的植株。有學(xué)者從廣東省茶樹群體種中發(fā)現(xiàn)了具有高茶多酚、高氨基酸及高兒茶素含量的群體[8-9]；對(duì)四川地區(qū)茶樹資源的生化組分表型多樣性研究發(fā)現(xiàn)，該地區(qū)茶樹資源的水浸出物含量較高[10]；在對(duì)廣西省不同區(qū)域茶樹群體種的研究中也發(fā)現(xiàn)桂南區(qū)域種質(zhì)的茶多酚、水浸出物及咖啡堿含量較高，桂北區(qū)域種質(zhì)的氨基酸含量較高[11]。因此，通過研究不同茶樹品種間葉片表型與生化組分的差異，能從不同角度闡釋茶樹的遺傳多樣性水平[12]。

目前茶樹種質(zhì)資源方面的研究主要集中于某一區(qū)域（省份），對(duì)不同區(qū)域（省份）間茶樹群體種資源的綜合比較研究較少，不利于直觀探究不同地域茶樹群體種之間的相關(guān)性與差異性[13]。本研究搜集了來自全國(guó)12個(gè)省份的32份茶樹群體品種資源，對(duì)其新梢芽葉、成熟葉片表型數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量統(tǒng)計(jì)，采用主成分分析和聚類分析法對(duì)葉片表型性狀的多樣性展開研究，揭示了不同地區(qū)茶樹群體種可能的遺傳背景；測(cè)定樣品的主要生化成分游離氨基酸、咖啡堿、茶多酚含量，并進(jìn)行遺傳多樣性分析及聚類分析，揭示了不同地區(qū)茶樹種質(zhì)資源生化成分含量規(guī)律?；诒硇托誀罘治龊蜕M分含量的分析開展茶樹群體種資源遺傳多樣性研究，以期深入了解不同類型的茶樹地方群體種，明確國(guó)內(nèi)群體種質(zhì)的區(qū)域差異與遺傳結(jié)構(gòu)，為其演化過程中茶樹表型性狀、生化成分含量的變化研究提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試材料為在全國(guó)12個(gè)省份收集的32份茶樹地方群體種資源，均為當(dāng)?shù)鼐哂幸欢ㄓ绊懥Φ娜后w種資源。供試地方群體種茶樹經(jīng)實(shí)地考察、多人鑒定后于2015年統(tǒng)一收集種子并播種在營(yíng)養(yǎng)缽內(nèi)，隨后于2016年3月定植于華中農(nóng)業(yè)大學(xué)茶學(xué)試驗(yàn)基地茶園種質(zhì)資源圃。供試茶樹種質(zhì)的名稱、來源、編號(hào)等信息見表1。試驗(yàn)基地位于東經(jīng)114°35′，北緯30°47′，海拔29.5?m，年平均溫度17.9?℃，年均降雨量2?012?mm，相對(duì)濕度70.3%，屬亞熱帶季風(fēng)氣候。茶園種質(zhì)資源圃行距1?m，地勢(shì)平緩，立地條件和栽培管理措施基本一致。

1.2 茶樹葉片表型性狀觀測(cè)方法

參照陳亮等[14]編著的《茶樹種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)》，對(duì)32份供試群體種茶樹的新梢芽葉及成熟葉片表型性狀進(jìn)行觀測(cè)、統(tǒng)計(jì)。從每份群體種資源中隨機(jī)選取10株作為觀測(cè)材料，共計(jì)觀測(cè)320株茶樹種質(zhì)。性狀觀測(cè)由2人同時(shí)進(jìn)行，對(duì)茶樹的芽葉色澤、芽葉茸毛、葉片著生狀態(tài)、葉色、葉身、葉質(zhì)等16個(gè)表型性狀進(jìn)行觀測(cè)、記錄，12個(gè)質(zhì)量性狀描述代碼及4個(gè)數(shù)量性狀統(tǒng)計(jì)方法如表2所示。

1.3 茶樹種質(zhì)生化成分檢測(cè)方法

生化成分含量測(cè)定樣品取樣采用混樣法，分別于2019年4月和2020年7月在供試茶樹三分之二植株新梢發(fā)育為一芽二葉（平展）期采摘其新梢一芽二葉，為避免采摘樣品受種植區(qū)域影響，每份種質(zhì)分3個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域內(nèi)隨機(jī)混合采摘1份樣品，即進(jìn)行3次生物學(xué)重復(fù)，采摘下的樣品用液氮處理后于–80?℃超低溫冰箱預(yù)冷，隨后真空冷凍干燥固樣。

生化成分檢測(cè)方法采用紫外吸光光度法，干物質(zhì)含量測(cè)定參照GB/T 8303—2013；游離氨基酸總量測(cè)定參照GB/T 8314—2013；咖啡堿含量測(cè)定參照GB/T 8312—2013；茶多酚含量測(cè)定參照GB/T 8313—2018。每份樣品均進(jìn)行3次技術(shù)重復(fù)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

根據(jù)田間統(tǒng)計(jì)結(jié)果及質(zhì)量性狀的賦值標(biāo)準(zhǔn)將質(zhì)量性狀數(shù)值化，使用Excel 2019整理并計(jì)算表型性狀的分布頻率、Shannon-weaver多樣性指數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)、平均值等；使用數(shù)據(jù)處理軟件IBM SPSS Statistics 26進(jìn)行主成分分析（PCA）及歐式遺傳距離（Euclidean distance）的計(jì)算；基于IBM SPSS Statistics 26計(jì)算得出的歐式遺傳距離矩陣，利用MEGA 7采用非加權(quán)組平均法（UPGMA）對(duì)供試材料進(jìn)行聚類分析。其中變異系數(shù)CV=SD/MN×100%，SD為標(biāo)準(zhǔn)差，MN為平均值；Shannon-weaver指數(shù)H′=?Σln，其中為該性狀第個(gè)描述值出現(xiàn)的頻率；數(shù)值型性狀經(jīng)質(zhì)量化處理后計(jì)算Shannon-weaver多樣性指數(shù)，參照郭榮華等[15]的數(shù)值型性狀質(zhì)量化處理方法將每一性狀的觀測(cè)值賦予不同的等級(jí)。使用SPSS Statistics 26進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，使用TB tools繪制熱圖（Heat map）。

表1 供試材料的名稱及原產(chǎn)地

表2 新梢和葉片的質(zhì)量性狀描述代碼及數(shù)量性狀統(tǒng)計(jì)方法

2 結(jié)果與分析

2.1 茶樹葉片表型性狀的遺傳多樣性分析

2.1.1 茶樹葉片形態(tài)學(xué)性狀的遺傳多樣性分析

基于供試茶樹表型性狀觀測(cè)結(jié)果，對(duì)描述型性狀分布頻率及遺傳多樣性指數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如表3所示。12個(gè)描述型性狀中遺傳多樣性最小的是葉緣（0.81），最大的是芽葉色澤（1.27）。根據(jù)多樣性指數(shù)從高到低排序，依次是芽葉色澤>葉片著生狀態(tài)>葉形>葉色>葉質(zhì)>葉身>葉齒>芽葉茸毛>葉面>葉尖>葉片大小>葉緣。供試群體的芽葉色澤以淡綠色為主，占比42.44%；大多數(shù)植株芽葉茸毛數(shù)量表現(xiàn)為中等，占比55.95%；成熟葉片著生狀態(tài)以水平著生為主，占44.69%，其次是稍上斜著生，占27.97%，下垂著生占比最少，為8.68%；葉色大多表現(xiàn)為綠色及深綠色，分別占比58.84%和23.15%；葉面主要表現(xiàn)為平和微隆起，分別占比47.59%和44.70%；葉身以平為主，占比54.02%；葉緣微波占比最高，為63.67%，平其次，占30.87%；葉尖主要表現(xiàn)為漸尖，占比67.85%；葉齒銳度多表現(xiàn)為中等銳度，占54.98%；葉質(zhì)中等硬度的占比最高，為51.77%；葉形以橢圓形居多，占52.09%，其次是長(zhǎng)橢圓形，占28.62%；葉片大小以中、小葉為主，其中小葉占比62.06%，中葉占比31.51%。

對(duì)供試茶樹數(shù)值型性狀的遺傳多樣性進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果見表4。從整體來看，供試茶樹的數(shù)量性狀表現(xiàn)出豐富的多樣性：供試材料葉長(zhǎng)范圍為4.00～18.00?cm，平均為8.12?cm；葉寬的變化范圍為1.70～8.60?cm，平均為3.42?cm；長(zhǎng)寬比最小值為0.93，最大值為4.00，平均值為2.41；葉面積指數(shù)從5.60?cm2到73.71?cm2不等，平均值為20.48?cm2。供試植株各數(shù)量性狀遺傳多樣性指數(shù)范圍為1.77～1.94，皆高于質(zhì)量性狀。變異系數(shù)以葉面積（53.33%）最大，其次是葉寬（26.71%），再次為葉長(zhǎng)（26.12%），葉片長(zhǎng)寬比的變異系數(shù)最小，為17.09%。

2.1.2 茶樹葉片形態(tài)學(xué)性狀的主成分分析

對(duì)供試茶樹的表型性狀進(jìn)行主成分分析，得到各主成分特征值變化折線圖（圖1）。其中橫坐標(biāo)顯示的是16個(gè)主成分，縱坐標(biāo)顯示的是各主成分對(duì)應(yīng)的特征值，由圖可知前6個(gè)主成分都包含較大的特征值（特征值＞1）、折線較為陡峭，第7個(gè)主成分之后折線趨于平緩，說明前6個(gè)主成分包含的信息量大。對(duì)各主成分的特征值、貢獻(xiàn)率、累計(jì)貢獻(xiàn)率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)（表5），結(jié)果表明前6個(gè)主成分的累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)71.78%，能較好地概括16個(gè)表型性狀的大部分信息。其中第一主成分貢獻(xiàn)率為25.49%，主要受葉長(zhǎng)、葉寬、葉面積和葉片大小的影響，載荷值分別為0.87、0.93、0.96和0.91，表現(xiàn)為高度正相關(guān)，其中占主導(dǎo)地位的是葉面積；第二主成分主要受到長(zhǎng)寬比和葉形的影響，載荷值為0.83和0.88，貢獻(xiàn)率為13.16%，其中占主導(dǎo)地位的是葉形；第三主成分貢獻(xiàn)率為10.21%，與葉色、葉面、葉身、葉緣、葉質(zhì)呈正相關(guān)，載荷值分別為0.47、0.55、0.52、0.44、0.48，與葉齒呈負(fù)相關(guān)，載荷值為–0.43，其中占主導(dǎo)地位的是葉面及葉身；第四主成分與芽葉茸毛高度正相關(guān)，載荷值為0.79，與葉緣高度負(fù)相關(guān)，載荷值為–0.60，貢獻(xiàn)率為9.04%；第五主成分主要受葉面的影響，載荷值為0.60，貢獻(xiàn)率為7.05%；第六主成分主要受葉尖性狀的影響，載荷值為0.51，貢獻(xiàn)率為6.83%。綜合來看，葉面積、葉形、葉面、芽葉茸毛、葉尖、葉身這6個(gè)表型性狀可以反映出16個(gè)表型性狀71.78%的信息，是造成供試茶樹群體表型差異的主要因素。

表3 描述型表型性狀的分布頻率和多樣性指數(shù)

2.1.3 茶樹葉片形態(tài)學(xué)性狀的種質(zhì)聚類分析

根據(jù)供試材料的16個(gè)表型性狀信息，采用非加權(quán)平均法（UPMGA）基于歐式遺傳距離對(duì)32份茶樹群體種質(zhì)進(jìn)行聚類分析（圖2）。聚類分析結(jié)果表明，供試茶樹種質(zhì)被劃分為4個(gè)類群。類群Ⅰ包括2個(gè)亞群，亞群a包含龍井種等9個(gè)群體種，亞群b包括石阡苔茶等6個(gè)群體種。其主要特征是葉片以中小葉為主、葉質(zhì)中等、葉緣微波、葉身內(nèi)折、芽葉茸毛少、芽葉色澤綠。類群Ⅱ包括黃山種等8個(gè)群體種，其主要特征是葉片以中小葉為主、芽葉色澤黃綠及淡綠、芽葉茸毛多、葉緣平、葉形橢圓形。類群Ⅲ包括黎家坪群體種等7個(gè)群體種，其主要特征是葉片以小葉為主、芽葉茸毛中等、葉片著生狀態(tài)上斜及稍上斜、葉色綠色、葉質(zhì)中等偏硬。類群Ⅳ包括勐庫(kù)大葉茶和鳳慶大葉茶，主要特征是大葉種、葉質(zhì)柔軟、葉齒較鈍、葉面微隆起、葉色淡綠色、芽葉茸毛中等。

2.2 茶樹種質(zhì)主要生化成分的遺傳多樣性分析

2.2.1 主要生化成分含量遺傳多樣性分布

春季樣品測(cè)定結(jié)果顯示（圖3），供試茶樹種質(zhì)的游離氨基酸含量范圍為34～49?mg·g-1（干重），其中氨基酸含量在37～40?mg·g-1的茶樹材料有15份（占比46.88%），游離氨基酸含量在＞40～43?mg·g-1的茶樹材料有8份（占比25.00%）；供試茶樹材料的咖啡堿含量在20～45?mg·g-1，其中12份茶樹材料咖啡堿含量在30～35?mg·g-1（占比37.50%），9份茶樹材料咖啡堿含量在＞35～40?mg·g-1（占比28.13%）；供試茶樹材料的茶多酚含量位于212～352?mg·g-1，其中19份茶樹材料的茶多酚含量在268～296?mg·g-1（占比59.38%）。

表4 數(shù)值型表型性狀的變異情況和分布特征

圖1 主成分特征值變化折線圖

表5 基于16個(gè)表型性狀的茶樹群體種質(zhì)主成分分析

2.2.2 主要生化成分含量遺傳多樣性分析

對(duì)32份茶樹地方群體種資源的兩年生化成分含量進(jìn)行測(cè)定、統(tǒng)計(jì)，供試材料表現(xiàn)出豐富的遺傳多樣性，結(jié)果見表6。從整體上看，春季，供試材料的游離氨基酸含量平均值為32.28?mg·g-1（干重），變異系數(shù)為5.78%，其中鳥王茶含量最低（27.12?mg·g-1），宜春群體種含量最高（36.48?mg·g-1）；咖啡堿含量平均值為21.54?mg·g-1，變異系數(shù)為18.63%，變化范圍12.29～31.19?mg·g-1，含量最低的是鳥王茶，含量最高的是遂川群體種；茶多酚含量平均值為200.40?mg·g-1，變異系數(shù)為13.61%，含量最低的是宜春群體種（153.71?mg·g-1），含量最高的是江華苦茶（277.07?mg·g-1）。2020年夏季供試材料的游離氨基酸含量平均值為40.52?mg·g-1，變異系數(shù)為7.52%，竹山大黑葉含量最低（36.49?mg·g-1），十里香含量最高，為46.90?mg·g-1；咖啡堿含量平均值為33.81?mg·g-1，變異系數(shù)為14.55%，鳳慶大葉茶含量最低（22.70?mg·g-1），遂川群體種含量最高，為42.11?mg·g-1）；茶多酚含量平均值為282.00?mg·g-1，變異系數(shù)為8.11%，變化范圍為214.18～349.93?mg·g-1，龍井種含量最低，江華苦茶含量最高。

注：1. 石阡苔茶，2. 宜春群體種，3. 鳩坑種，4. 都勻毛尖，5. 竹山大黑葉，6. 江華苦茶，7. 城步峒茶，8. 坦洋菜茶，9. 上猶群體種，10. 龍井種，11. 婺源種，12. 南山白毛茶，13. 修水群體種，14. 永修群體種，15. 遂川群體種，16. 黎家坪群體種，17. 浮梁種，18. 馮家臺(tái)群體種，19. 宜昌大葉茶，20. 汝城白毛茶，21. 云臺(tái)山種，22. 牙己茶，23. 信陽(yáng)種，24. 黃山種，25. 十里香，26. 鳥王茶，27. 祁門種，28. 紫陽(yáng)種，29. 勐庫(kù)大葉茶，30. 羅坑群體種，31. 六堡茶，32. 鳳慶大葉茶

綜合兩季生化成分含量的測(cè)定結(jié)果對(duì)含量特異的茶樹種質(zhì)材料進(jìn)行挖掘，結(jié)果表明，春季樣品中宜春群體種的茶多酚含量最低，夏季樣品中其茶多酚含量亦低于大部分群體種；江華苦茶在春、夏兩季中咖啡堿和茶多酚含量都較高；龍井種的茶多酚含量在春、夏兩季中皆相對(duì)較低；遂川群體種春、夏兩季咖啡堿含量皆為最高；黎家坪群體種多酚含量相對(duì)較高，且游離氨基酸含量在春季樣品中最高，在夏季樣品中亦相對(duì)較高；十里香游離氨基酸含量在夏季樣品中最高，春季亦較高；鳥王茶在兩季節(jié)的氨基酸和咖啡堿含量均極低；羅坑群體種在兩季節(jié)中的氨基酸含量均極高；鳳慶大葉茶在兩季中的咖啡堿含量均極低。

2.2.3 茶樹種質(zhì)主要生化成分的聚類分析

使用TB tools對(duì)夏季茶樹地方群體種資源的生化成分含量數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理后，基于歐式遺傳距離采用最長(zhǎng)距離法（Complete）聚類并繪制熱圖，結(jié)果如圖4所示，供試茶樹群體種被劃分為3個(gè)類群。類群Ⅰ包含遂川群體種等9個(gè)群體種，其主要特征是氨基酸含量中等偏低，咖啡堿含量較高。類群Ⅱ包含3個(gè)亞群，亞群a包括江華苦茶、城步峒茶、黎家坪群體種和祁門種，其主要特征是咖啡堿和茶多酚含量較高，氨基酸含量中等，其中江華苦茶具有極高的茶多酚含量；亞群b包括石阡苔茶等6個(gè)群體種，其主要特征是氨基酸含量較低，咖啡堿和茶多酚含量居中；亞群c包括鳥王茶、宜昌大葉茶、云臺(tái)山種和紫陽(yáng)種，其主要特征是氨基酸含量偏低，咖啡堿和茶多酚含量低。類群Ⅲ包含鳳慶大葉茶等9個(gè)群體種，除龍井種外氨基酸含量皆高于其他群體種，鳳慶大葉種的咖啡堿含量在供試群體中最低。

從供試種質(zhì)資源來源省份的地理分布范圍來看（表7），來自同一轄區(qū)內(nèi)的茶樹種質(zhì)資源多聚為一類，江西省有5份供試茶樹群體種聚在一起，來自湖南、湖北、安徽的全部種質(zhì)聚在類群Ⅱ中，來自云南、廣西的全部種質(zhì)聚在類群Ⅲ中。貴州省和江西省茶樹種質(zhì)資源表現(xiàn)出豐富的多樣性，分別屬于兩種及以上類群：貴州?。á?、Ⅱ）、江西?。á?、Ⅱ、Ⅲ）。

3 討論

3.1 茶樹葉片表型性狀的遺傳多樣性分析

表型性狀是區(qū)分不同群體種茶樹的重要依據(jù)[16]，本研究對(duì)32份供試茶樹種質(zhì)資源的表型性狀進(jìn)行遺傳多樣性分析，16個(gè)表型性狀的Shannon-weaver遺傳多樣性指數(shù)變化范圍為0.81～1.94。其中12個(gè)描述型性狀的遺傳多樣性指數(shù)最小值為0.81，最大值為1.27，遠(yuǎn)高于前人關(guān)于鳩坑茶樹資源及貴州古茶樹芽葉質(zhì)量性狀調(diào)查所得的遺傳多樣性指數(shù)[17-18]，說明供試材料表型性狀變異較為豐富。整體看，供試茶樹種質(zhì)的芽葉色澤以淡綠色為主，芽葉茸毛數(shù)量表現(xiàn)為中等，成熟葉片著生狀態(tài)以水平為主，葉色大多表現(xiàn)為綠色，葉面主要表現(xiàn)為平，葉身以平為主，葉緣大多表現(xiàn)為微波，葉尖主要表現(xiàn)為漸尖，葉齒銳度多表現(xiàn)為中等銳度，葉質(zhì)主要表現(xiàn)為中等硬度，葉形以橢圓形和長(zhǎng)橢圓形為主，葉片大小以中小葉為主，其中小葉占比較多，與周炎花[19]關(guān)于國(guó)內(nèi)茶樹品種芽葉表型的調(diào)查結(jié)果較為一致。

圖3 夏季樣品主要生化成分含量分布圖

表6 32份種質(zhì)資源主要生化成分含量

不同種質(zhì)表型性狀主成分分析也可作為種質(zhì)評(píng)價(jià)的一種手段，目前已被廣泛用于楊梅、獼猴桃、柑橘、蘋果等種質(zhì)資源的評(píng)價(jià)工作中[20-25]，通過計(jì)算不同種質(zhì)的綜合得分，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)優(yōu)異種質(zhì)資源的快速便捷篩選。茶樹16個(gè)表型性狀的主成分分析及聚類分析結(jié)果表明，葉面積、葉形、葉面、芽葉茸毛、葉尖、葉身這6個(gè)表型性狀是造成供試茶樹群體表型差異的主要因素；供試茶樹除類群Ⅳ表現(xiàn)為大葉種外，其余3個(gè)類群皆表現(xiàn)為中、小葉種，其中類群Ⅲ葉片偏小；類群Ⅱ葉形以橢圓形為主，其余類群葉形多在橢圓、長(zhǎng)橢圓間變異；類群Ⅳ葉面多表現(xiàn)為隆起，類群Ⅰ中亞群b多表現(xiàn)為平；芽葉茸毛以類群Ⅰ中亞群b最多，類群Ⅰ中亞群a最少；類群Ⅳ尖多表現(xiàn)為急尖和漸尖，其他類群多表現(xiàn)為漸尖；類群Ⅲ葉身包含平和稍背卷兩大類型，類群Ⅰ和類群Ⅳ葉身多表現(xiàn)為內(nèi)折、平。主成分分析篩選得到的6個(gè)性狀基本上可以將聚類分析劃分的四大類型區(qū)分開，且親緣關(guān)系近、地域位置近的材料大多聚在一起。林子翔[26]對(duì)觀賞辣椒種質(zhì)進(jìn)行了主成分分析，挖掘了影響觀賞辣椒價(jià)值的主要農(nóng)藝性狀，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行聚類分析，39份供試材料被劃分為3個(gè)類型，各類型之間特征顯著、且差異較大，與本研究結(jié)果相似。本研究主成分分析中第四主成分與芽葉茸毛高度正相關(guān)（載荷值為0.79），與葉緣高度負(fù)相關(guān)（載荷值為–0.6），推測(cè)葉緣與芽葉茸毛存在相關(guān)性。

注：1. 石阡苔茶，2. 宜春群體種，3. 鳩坑種，4. 都勻毛尖，5. 竹山大黑葉，6. 江華苦茶，7. 城步峒茶，8. 坦洋菜茶，9. 上猶群體種，10. 龍井種，11. 婺源種，12. 南山白毛茶，13. 修水群體種，14. 永修群體種，15. 遂川群體種，16. 黎家坪群體種，17. 浮梁種，18. 馮家臺(tái)群體種，19. 宜昌大葉茶，20. 汝城白毛茶，21. 云臺(tái)山種，22. 牙己茶，23：信陽(yáng)種，24. 黃山種，25. 十里香，26. 鳥王茶，27. 祁門種，28. 紫陽(yáng)種，29. 勐庫(kù)大葉茶，30. 羅坑群體種，31. 六堡茶，32. 鳳慶大葉茶。

表7 基于主要生化成分含量的32份茶樹群體種資源聚類族群

3.2 茶樹種質(zhì)主要生化成分的遺傳多樣性分析

兩年供試樣品生化成分測(cè)定結(jié)果表明，供試茶樹種質(zhì)資源的游離氨基酸、茶多酚、咖啡堿含量總體上符合正態(tài)分布，且表現(xiàn)出豐富的遺傳多樣性，供試樣品咖啡堿含量的變異系數(shù)（17.95%和14.55%）最大，其次為茶多酚含量的變異系數(shù)（13.61%和8.11%），再次為游離氨基酸的變異系數(shù)（5.62%和7.52%），說明供試樣品中資源類型豐富，可為選育生化成分含量特異（如低咖啡堿含量、低茶多酚含量等）的優(yōu)良茶樹單株提供參考。在立地條件和栽培管理措施基本一致的情況下，供試材料咖啡堿含量的差異較大，這與寧功偉等[27]、董方等[28]、丁帥濤等[29]的研究結(jié)果相似，推測(cè)原因可能是不同茶樹品種間遺傳背景差異所導(dǎo)致?？Х葔A合成通路中-甲基轉(zhuǎn)移酶基因（）[30]、咖啡堿合成酶基因（）[31]等關(guān)鍵酶基因及[32]、[33]等轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)水平均會(huì)影響茶類植物中咖啡堿的含量。Jin等[34]研究表明，低咖啡堿茶樹品種中存在兩種控制咖啡堿生物合成的分子機(jī)制，即低轉(zhuǎn)錄水平的等位基因或其編碼的僅具有可可堿合成酶活性的蛋白質(zhì)。除此之外，植物體內(nèi)的生物堿與其抗逆性有關(guān)，具有抵御病害、應(yīng)對(duì)環(huán)境脅迫等生理作用，咖啡堿作為茶樹體內(nèi)最主要的生物堿，其含量的差異與不同品種間抗逆性的聯(lián)系有待進(jìn)一步研究。綜合測(cè)定兩年的生化含量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，生化成分含量特異的地方群體種資源有9份：宜春群體種（低茶多酚含量）、江華苦茶（高咖啡堿和茶多酚含量）、龍井種（低茶多酚含量）、遂川群體種（高咖啡堿含量）、黎家坪群體種（高茶多酚含量、高氨基酸含量）、十里香（高氨基酸含量）、鳥王茶（低咖啡堿含量）、羅坑群體種（高氨基酸含量）、鳳慶大葉茶（低咖啡堿含量），其中鳳慶大葉茶咖啡堿含量極低，且兩年測(cè)定結(jié)果一致，可以作為篩選低咖啡堿含量種質(zhì)或研究茶樹品種苦味改良的育種材料[35]。目前針對(duì)特定人群的低咖啡堿產(chǎn)品開發(fā)取得了快速進(jìn)展，但大多數(shù)脫咖啡堿工藝會(huì)影響產(chǎn)品的風(fēng)味且增加了額外的加工成本，因此選育低咖啡堿茶樹品種具有廣闊發(fā)展前景[36]。蔣會(huì)兵等[37]通過對(duì)云南省內(nèi)51份茶樹地方品種進(jìn)行生化成分測(cè)定，篩選出包括鳳慶大葉茶在內(nèi)的4份具有較低咖啡堿含量的茶樹地方群體種資源，以及昆明十里香在內(nèi)的適制綠茶的群體種，與本研究結(jié)果一致。對(duì)32份供試茶樹群體種的生化成分含量測(cè)定結(jié)果進(jìn)行聚類分析，供試茶樹群體被劃分為3類，分別包含不同類型的種質(zhì)資源：類群Ⅰ的主要特征是咖啡堿含量較高；類群Ⅱ中亞群c主要表現(xiàn)為較低的咖啡堿和茶多酚含量；類群Ⅲ包含具有較高氨基酸含量、較低咖啡堿含量的種質(zhì)資源。茶樹群體種變異類型多但自然變異具有不確定性，對(duì)各群體種基于生化成分含量劃分類群，了解群體種的共性，可為育種材料及相關(guān)代謝研究的材料選擇、核心種質(zhì)的篩選提供科學(xué)依據(jù)。

從各類型茶樹種質(zhì)資源地理分布范圍來看，不同類型的茶樹種質(zhì)資源分布具有明顯的地域差異：類群Ⅲ除龍井種外主要分布在廣東、廣西、云南等茶區(qū)，這些茶區(qū)位于中國(guó)西南及南方；而其他省份種質(zhì)資源除上猶群體種外皆屬于類群Ⅰ、類群Ⅱ。其中來自貴州省、江西省的供試茶樹群體種分布于多個(gè)類群，說明這些地區(qū)包含的茶樹群體種質(zhì)資源豐富。姚明哲[38]、陳勛等[39]基于SSR分子標(biāo)記技術(shù)對(duì)茶樹種質(zhì)進(jìn)行遺傳多樣性進(jìn)行了研究，結(jié)果亦表明，江西省、貴州省的茶樹種質(zhì)在中國(guó)各省份茶樹種質(zhì)資源中表現(xiàn)出中度偏高的遺傳多樣性水平。另外，隨著無性系品種的推廣、引進(jìn)，大多栽植地方群體種的茶園被改植換代，群體種質(zhì)遭到破壞，若不及時(shí)加以保護(hù)，會(huì)導(dǎo)致物種基因多樣性降低、大量種質(zhì)類型丟失[40]。中國(guó)西南地區(qū)作為茶樹起源的中心地帶，江西省作為茶樹傳播、演化的中間地帶，含有豐富的茶樹群體種質(zhì)資源[41]，應(yīng)重點(diǎn)開展這些地區(qū)茶樹地方群體種表型性狀、生化性狀、遺傳背景、群體結(jié)構(gòu)研究工作，推進(jìn)茶樹群體種質(zhì)的發(fā)掘與保護(hù)，加快核心種質(zhì)庫(kù)的建立，為茶樹遺傳育種提供更多寶貴的種質(zhì)材料[42]。

3.3 基于表型與生化成分兩種聚類結(jié)果的比較

利用聚類分析對(duì)茶樹品種資源進(jìn)行分類能夠快捷、準(zhǔn)確地得出資源間的相似性并展現(xiàn)出品種的綜合性狀，被靈活運(yùn)用于育種工作的親本選配環(huán)節(jié)。本研究基于表型性狀與主要生化成分分別對(duì)32份供試材料進(jìn)行聚類分析，不同分析標(biāo)準(zhǔn)聚類結(jié)果不完全一致，基于表型性狀的分析將供試材料分為4類，而基于主要生化成分的分析將供試材料分為3類?；诒硇偷木垲惤Y(jié)果中聚在類群Ⅰ的石阡苔茶、竹山大黑葉、上猶群體種、龍井種、南山白毛茶、羅坑群體種、六堡茶在基于生化成分的聚類結(jié)果中分離至類群Ⅱ與類群Ⅲ；基于表型的聚類結(jié)果中聚在類群Ⅱ的信陽(yáng)種、牙己茶、十里香在基于生化成分的聚類結(jié)果中分離至類群Ⅰ與類群Ⅲ；基于表型的聚類結(jié)果中聚在類群Ⅲ的遂川群體種、浮粱種在基于生化成分的聚類結(jié)果中分離至類群Ⅰ。兩種聚類結(jié)果也有相同的地方，例如基于表型性狀的聚類分析中聚為類群Ⅳ的勐庫(kù)大葉茶與鳳慶大葉茶在基于生化成分的分析結(jié)果中依舊聚在同一類中，且距離相近；黎家坪群體種、馮家臺(tái)群體種、汝城白毛茶、永修群體種、宜昌大葉茶始終在同一類群中；祁門種、黃山種、鳥王茶、云臺(tái)山種、紫陽(yáng)種總是聚在同一類群。

綜合分析兩種聚類結(jié)果表明，表型性狀與生化成分間具有一定相關(guān)性，說明供試材料遺傳多樣性豐富、遺傳背景復(fù)雜。表型多樣性是遺傳多樣性與環(huán)境多樣性共同作用的結(jié)果[43]，有研究表明，茶樹表型性狀易受環(huán)境條件影響，尤其是數(shù)量性狀變異較大，表現(xiàn)出豐富的遺傳多樣性[44]。生化成分含量水平的變異在長(zhǎng)期的自然選擇與人為馴化下發(fā)生了明顯的變異[45]。兩種聚類結(jié)果的差異表明，依據(jù)單一表型或生化成分的聚類分析只能作為參考，在實(shí)際應(yīng)用中還需結(jié)合更深層且靈敏度更高的分子標(biāo)記方法，綜合考慮表型、生化成分與DNA分子間的遺傳多樣性，才能高效精準(zhǔn)地指導(dǎo)茶樹育種工作。

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Diversity Analysis of Leaf Phenotype and Biochemical Components in Tea Local Population Resources

TANG Lu, LI Changle, GE Yue, WANG Pu, ZHAO Hua, WANG Mingle, WANG Yu, GUO Fei*, NI Dejiang

National Key Laboratory for Germplasm Innovation & Utilization of Horticultural Crops, College of Horticulture and Forestry Sciences, Huazhong Agricultural University, Wuhan 430070, China

In order to protect tea germplasm resources and promote tea germplasm innovation, the phenotypic character and biochemical component diversity of 32 tea germplasm resources from 12 provinces were studied. The results showed that the genetic diversity index of 16 phenotypic character ranged from 0.81 to 1.94, and the phenotypic genetic diversity of the test population was high. The cumulative contribution rate of the six phenotypic charactersincluding leaf area, leaf shape, leaf upper surface, young shoot pubescence, leaf tip shape and leaf cross section were 71.78%, which was the main factor causing the phenotypic difference of the tested tea population. Based on the determination results of biochemical components in two years, the variation coefficient of caffeine content (17.95% and 14.55%) was the largest, followed by the variation coefficient of tea polyphenol content (13.61% and 8.11%).The variation coefficient of free amino acid (5.62% and 7.52%) was the lowest. Cluster analysis based on the results of biochemical component content determination was conducted to divide the tested tea tree populations into three groups, each including different types of germplasm. From the geographical distribution of the tested tea populations, the content of biochemical components showed regional differences.

tea local population species, phenotypic character, biochemical components, diversity

S571.1

A

1000-369X(2023)04-473-16

2023-05-06

2023-07-17

農(nóng)業(yè)生物種質(zhì)資源挖掘與利用（2022YFD1200505）、臨滄市建設(shè)國(guó)家可持續(xù)發(fā)展議程創(chuàng)新示范區(qū)科技專項(xiàng)（202204AC100001-A01）

唐璐，女，碩士研究生，主要從事茶樹種質(zhì)資源方面研究，Tanglu@webmail.hzau.edu.cn。*通信作者：guofei@mail.hzau.edu.cn