中國茶樹種質資源研究20年

作為一個從各種遺傳因素中傳遞出來的茶葉資源，它是一個原則上用于生產、品種創新和生物技術的基礎。中國茶樹種質資源按照“廣泛征集、妥善保存、深入研究、積極創新、充分利用”的方針,從20世紀80年代開始,進行了系統的研究,并取得了重要成就與顯著進展。1茶樹種質資源分類及茶組研究的基本情況自20世紀80年代起,茶樹就被列入國家作物種質資源區域性考察內容。主要有1981-1984年云南省61個縣市考察,征集410份,在198處發現野生大茶樹和一批新的類型和變異體。1985-1989年對神農架和三峽地區17個縣考察,征集100份;隨著三峽水庫的建設,1996-1997年又對三峽庫區的14個縣進行了搶救性收集,補征了80份,除川南、黔北有少數野生大茶樹外,多為栽培型灌木茶樹。1986-1990年在海南島五指山區8個縣考察征集60份,海南野生茶樹多為小喬木大葉類,屬普洱茶Camelliasinensisvar.assamica(Masters)Kitamura。1991-1994年對黔西南、桂西、川北和陜南63個縣進行考察,征集材料400份,黔西南和桂西多野生大茶樹,形態特征具原始性,分類上多屬厚軸茶C.crassicolumnaChang和大廠茶C.tachangensisFCZhang;同時在滇、贛、閩、皖、浙等省補充征集396份;還通過多渠道從日本、肯尼亞、緬甸、越南、斯里蘭卡等國引進128份。通過對野生大茶樹居群的考察和對其他茶樹種質資源的系統研究,并結合前人的茶組分類方法,把張宏達分類系統的42種4變種茶組植物(即廣義的茶樹種質資源)歸并為大廠茶、大理茶C.taliensis(WWSmith)Melchior、厚軸茶、禿房茶C.gymnogynaChang和茶C.sinensis(L.)OKuntze共5種,在茶下分普洱茶、白毛茶C.sinensisvar.pubilimbaChang2變種;并認為除茶為廣布種外,其余4種、2變種主要分布在中國云南、廣西和貴州等地。茶組的系統演化途徑可分為子房多毛和無毛2條路線,由子房5室向3室,喬木向灌木,大花多瓣向小花少瓣演化。茶組植物形態分類的歸并得到了基于RAPD標記的分子系統學的支持。2各地區、企業及其他茶樹基礎資源的保存趨勢1990年建成國家種質杭州茶樹圃和勐海茶樹分圃,經過10多年不斷調整和完善,總面積達到4.3hm2,并建有排灌設施、隔離障、大棚等,基本達到了實用、牢固、安全和方便的要求。至2003年底,兩圃共保存19個省(市、區)、8個國家的野生茶樹、農家品種、育成品種、引進品種、育種材料、珍稀資源和近緣植物等2665份,并有逐年增加的趨勢,各省(市、區)和國外資源的保存數量分別見表1和表2。所屬茶組植物種、變種的份數見表3。在建圃保存的同時,中國農業科學院茶葉研究所在“七五”期間研究了組織培養技術,用碧云等品種的未成熟胚成功地培養成植株,并繼代20多次,未發現遺傳漂移。“八五”期間又用0.3cm長的莖切段培養成植株,為室內資源保存和快繁提供了一種新技術。郭長根等和王立等分別對茶籽進行超低溫(-196℃)保存研究并獲得成功,但這一方法不適用于無性系資源和不育材料的保存。2003年對保存在國家種質茶樹圃中2665份資源,按產地、生物學特征、農藝性狀、生化成分、利用價值、抗性等29個性狀進行了整理編目,首次編印了《國家種質茶樹圃保存資源名錄》。1990-2003年還陸續建成了擁有10萬多個數據值的中國茶樹種質資源數據庫系統,實現了國家對分散在各地茶樹種質資源信息的集中管理,為利用者全面了解種質資源的特性,拓寬優異資源和遺傳基因的使用范圍,培育優質、高產、高抗新品種提供了快捷有效的手段,同時也為茶樹遺傳多樣性保護、種質創新和持續利用提供了重要依據,為茶樹種質資源共享平臺的建設奠定了基礎。3茶樹傾向并進行系統鑒定和綜合評價“七五”至“九五”期間,在國家科技攻關項目的資助下,分別對保存在國家種質杭州茶樹圃、勐海茶樹分圃,以及廣西、四川和福建等省資源圃中的600份資源,2000-2003年在國家科技基礎性工作項目資助下對杭州茶樹圃200份資源進行了農藝性狀、品質、生化成分、抗性、細胞學和酶學等系統鑒定和綜合評價,取得了重要進展。3.1加工過程和采茶茶資源利用根據農藝性狀和制茶品質,篩選出優質綠茶資源30份、紅茶資源39份、烏龍茶資源16份,其中15份為優異資源,如日鑄茶、86-9-12和金牡丹等,生產上可直接利用。3.2豐富高咖啡堿資源的成分提取根據春茶一芽二葉生化成分,發掘出含量在38%以上、比常規品種高30%~50%的高茶多酚資源,如弄島野茶;含量在5.2%以上、比常規品種高30%左右的高咖啡堿資源,如東河大葉茶。據浙江中科植物技術公司對上述超常量資源的成分提取表明,產品得率都高于生產樣,適宜用于功能性成分提取。從云南野生茶樹中還發現了含量低于1.0%的低咖啡堿資源,其茶樣感官審評與栽培茶樹無異,是制天然低咖啡堿茶和育種的稀有材料。3.3茶的性及味成因苦茶是中國特有的一類資源。據中國農業科學院茶葉研究所李名君等對生長在江西、湖南南部和廣東、廣西北部22份苦茶資源的系統研究,對其生化特性及苦味成因有了較深刻的認識:①絕大多數樣品含有茶的特征性成分——咖啡堿;②均含茶的第二特征成分——茶氨酸,苦味氨基酸(纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、甲硫氨酸、賴氨酸、組氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸)占氨基酸總量的比例絕大部分在正常值范圍內;③兒茶素組成以簡單兒茶素為主,酯型兒茶素含量很低;④發現了苦茶的特異成分丁子香酚甙,它是茶梅(C.sasanquaThund)中的一種特殊成分,易溶于水,具有極強的苦味。3.4不同地區及水浸出物資源情況據陳亮和周智修(2004,未發表資料)對596份資源生化成分研究的結果表明,常規生化成分的變幅比較大,不同原產地(省)之間差異顯著。茶多酚含量平均為28.4%(13.6%~47.8%),從北到南逐漸升高,以云南資源為最高;兒茶素總量平均為144.6g/kg(81.9~262.7g/kg),以湖南資源最高;氨基酸總量平均為3.3%(1.1%~6.5%),南部地區資源的含量比北部和東部地區低得多;咖啡堿含量平均為4.2%(1.2%~5.9%),高咖啡堿資源以云南為最多,福建次之;水浸出物平均為44.7%(24.4%~57.0%),變化趨勢與茶多酚一致;超常規成分資源以云南、湖南和福建最多。3.5紅碎茶組分組成不同茶類的香氣組成特征和萜烯指數是不同的。據對200多份資源香氣的研究表明,烏龍茶主要由芳樟醇及其氧化物、萜烯醇類、酯類等組成,尤其是橙花叔醇的含量占香氣總量的55%以上,其中福53高達84%,其次是α-法呢烯、吲哚等,萜烯指數0.36~0.79。紅碎茶主要由苯類、醛類和醇類組成,其中反(2)-己烯醛和芳樟醇含量占香氣總量的30%以上,其中勐150高達57.7%,萜烯指數0.62~0.92。綠茶主要由低沸點的醛類、醇類和高沸點的醇類組成,萜烯指數0.16~0.69。4插繁殖時的-pcr擴增對5份優質綠茶資源的當代及扦插后代的遺傳穩定性進行DNA多態性、同工酶和花粉形態3個方面的研究。基因組DNA多態性研究表明,RAPD擴增譜帶在同一資源內無論是帶型還是帶的強弱均為一致,即扦插繁殖后代在DNA分子水平上未發生變化,表明其遺傳的穩定性。酯酶、多酚氧化酶和過氧化物酶同工酶的酶帶特征研究結果表明,這3種同工酶譜帶類型和譜帶強弱均未發現不一致現象,證明了優質資源扦插繁殖的遺傳穩定性。花粉形態和結構研究表明,花粉大小、形狀、平均軸徑、極軸/赤道軸均無顯著差異;花粉外壁紋飾的長脊長度、粗脊粗度、大穴及小穴長徑均基本接近;花粉外壁覆蓋層、柱狀層、基層和外壁內層的形狀和厚度均無明顯變化,證明花粉遺傳性基本穩定。從分子水平、蛋白質水平和孢粉學角度同時證明了優質資源當代與扦插后代的遺傳穩定性,為茶樹多年生作物的世代(無性)利用價值提供了遺傳學保證。5ssr育種材料的豐富度充分深入地了解種質資源的變異程度和遺傳多樣性是作物育種的基礎,根據種質資源DNA指紋的多態性,可以對育種材料變異的豐富度作出總體評價。分子標記技術在茶樹種質資源的遺傳多樣性、演化分類和分子鑒定等方面的研究取得了重要進展(鑒于類似綜述較多,本文不再贅述,可參閱姚明哲和陳亮的綜述)。6中國茶葉資源研究的假設和展望6.1茶樹近緣資源流失嚴重雖然已對中國許多重點地區進行了比較系統和深入的考察收集,并在國家種質茶樹圃和一些地方資源圃保存了大量的資源,但隨著人口壓力、毀林開荒和經濟建設等方面的原因,野生茶樹和一些近緣資源仍在不斷喪失;同時,一些保存在地方圃的資源也由于投入有限,有得而復失之虞;國家種質茶樹圃中保存的國外資源只占總數的5.4%,所以,在今后一段時間還需要繼續進行有重點的補充征集,要通過多種渠道,繼續從日本、印度、越南和斯里蘭卡等國引進實用或科學研究價值高的品種資源。6.2遺傳資源評價在國家種質茶樹圃保存的資源中,只有800份進行了系統鑒定評價,占保存量的30%,還有大量的資源有待進一步鑒定評價。所保存的種質資源中,大約有60%為群體,無性系約占40%。由于個體之間的差異,只有在個體水平上對表型性狀進行鑒定和評價,才能保證研究結果的準確性和資源利用的有效性。收集、保存、鑒定的最終目的是為了利用優異基因源,因此,對每一份種質資源只有在基因水平上進行評價,才能為育種提供最有價值的親本。“七五”至“九五”資源工作的重點是收集、保存、評價和利用,但是由于多種原因,資源評價很大程度上仍然停留在表型性狀上,出現了雖然資源豐富,但可利用育種材料貧乏的現象。這主要是缺乏進行基因水平研究的技術和設備平臺,也是我國在種質資源研究方面與發達國家的最大差距。如果我們能夠對保存的每一份種質資源(個體)所具有的優異性狀、控制基因、遺傳背景都有充分的了解,再輔以新的育種技術和途徑,我國茶樹育種水平將會有重要的突破,真正實現從資源優勢到品種優勢的轉變。6.3遠緣雜交實現種質創新的可行性種質資源的創新研究在育種上具有預育種、前育種的作用,是拓寬育種遺傳基礎和降低脆弱性的重要保證。創新的途徑是多方面的,但其中一個主要的途徑應該是包括遠緣雜交在內的有性雜交。隨著現代生物技術和分子水平檢測外源染色體技術的發展,通過遠緣雜交實現種質創新已不是一件很困難的事。如小麥,通過與黑麥雜交獲得的抗銹、抗白粉病新種質1B/1R易位系所產生的影響是深遠的,僅在我國近年所育成的品種中,有很大部分含有1B/1R血統。我們也已進行高多酚和低咖啡堿同屬近緣種間雜交試驗。但是種質創新是一項長期、艱苦又需要大量投入的研究課題。遠緣雜交最主要的是克服遺傳親和性障礙,對茶樹而言,尤顯得困難。6.4核心種質的篩選原則茶樹和其他多年生作物一樣,資源收集、保存的數量大,而育種上能有效利用的種質只是其中的一小部分,這就產生了保存與利用的矛盾。核心種質的建立就可解決這一問題。核心種質是以最少數量的資源材料包含該作物及其野生近緣種最大限度的遺傳多樣性。篩選的核心種質應以可代表整個種質資源遺傳梯度為原則,而不應片面選取極端性狀的材料。茶樹當前最重要的是先提出核心種