江西省茶樹種質化學特性多樣性分析與鑒定評價

王治會 岳翠男 李琛 蔡海蘭 彭華 李文金 胡瑤根 楊普香

摘要：以江西省內不同區域和省外引種馴化的45份茶樹種質資源為材料，對其16個化學成分進行遺傳多樣性分析與鑒定評價。結果表明：江西茶樹種質的化學成分存在豐富的多樣性和變異，平均遺傳多樣性指數為1.91，平均變異系數為31.36%;通過主成分分析提取的前5個主成分代表了茶樹化學成分多樣性的80.135%信息，16個化學成分在各主成分中均有貢獻，載荷圖分析結果顯示部分化學成分之間存在較大相關性;通過聚類分析將45份種質資源分為3個類群，每個類群中均有亞組，第1類群屬于紅、綠茶兼制類型，第2類群適合制作紅茶，第3類群適合制作綠茶;從茶樹種質資源中初步篩選出高水浸出物資源3份，高表沒食子兒茶素沒食子酸酯（EGCG）資源6份，高兒茶素資源11份，低咖啡堿資源1份，低茶多酚資源4份。

關鍵詞：茶樹;種質資源;化學成分;多樣性;鑒定評價

中圖分類號：S571.1文獻標識碼：A文章編號：1000-4440（2020）01-0172-08

Abstract： The genetic diversity of 16 chemical components of 45 tea germplasm resources， which came from different regions of Jiangxi province and introduced-domesticated from others， was analyzed and evaluated. The results showed that there were abundant diversity and variation in chemical composition of tea germplasms in Jiangxi province， with an average genetic diversity index of 1.91 and an average coefficient of variation of 31.36%. The top five principal components extracted by principal component analysis represented 80.135% information of chemical composition diversity of tea resources， and 16 chemical components contributed to each principal component. In addition， the load diagram analysis results showed that some chemical components were highly correlated. The 45 germplasm resources were divided into three groups by cluster analysis， which contained subgrops. The first group was suitable for making black tea and green tea， the second group was suitable for making black tea， and the third group was suitable for making green tea. Three high water extract resources， six high epigallocatechin gallate （EGCG） resources， 11 high catechin resources， one low caffeine resource and four low tea polyphenols resources were selected from tea germplasm resources.

Key words：tea plant;germplasm;chemical composition;diversity;identification and evaluation

江西省是中國重點產茶省份之一，屬于茶樹遷移、演化的過渡地帶，具有悠久的茶樹栽培歷史，自然條件極其優越，山區與丘陵地區都有茶樹分布，且經過長期自然選擇、人工栽培馴化以及特有的生態環境形成了豐富的茶樹種質，其中也存在大量的特異性種質[1-3]。因此，系統地對江西省茶樹種質進行鑒定與評價，對于加快開發利用其豐富的種質資源具有非常重要的意義。茶樹鮮葉中的化學成分是茶葉品質、判斷品種適制性以及發揮茶葉本身功能的物質基礎[4-5]，可以決定茶樹資源的開發效益與利用價值。且研究茶樹資源中化學成分的遺傳多樣性，對優異茶樹資源的發掘、保護與利用等方面都極其重要。

陳正武等[6]對貴州省的28份茶樹資源進行化學成分鑒定與遺傳多樣性分析，結果表明貴州省茶樹資源化學成分的遺傳多樣性豐富，多樣性指數平均值為2.31，變異系數平均值為25.45 %，并從中篩選出了高氨基酸茶樹資源2份和一批潛在的優良茶樹資源。王新超等[7]對廣西省的98份茶樹資源進行化學成分鑒定，發現廣西省地方茶樹資源的化學成分多樣性豐富，遺傳多樣性指數平均值為1.90，變異系數平均值為25.8%，并從中篩選出了一批特異性資源。班秋艷等[8]對陜西省的88份茶樹資源進行化學成分分析，發現陜西省茶樹種質化學成分多樣性豐富，多樣性指數平均值為2.01，變異系數平均值為28.00%，從中篩選出高咖啡堿資源1 份、低咖啡堿資源1 份和低茶多酚資源1 份。另外還有其他地區茶樹資源化學成分鑒定與多樣性分析的報道[9-12]。目前關于江西省茶樹資源主要化學成分的系統研究與特異茶樹資源的篩選尚無報道。為了充分挖掘江西省茶樹資源的利用潛力，本研究以江西省內不同區域和省外引種馴化的45份茶樹種質資源為研究對象，在相同生境下進行鑒定與評價，分析研究其主要化學成分的遺傳多樣性，初步判斷其適制性，并從中發掘特異茶樹資源，為深入研究與利用江西省茶樹資源提供參考。

1材料與方法

1.1試驗材料

以江西省內不同區域和省外引種馴化的45份茶樹種質資源為供試材料，其中編號1～24為江西省內不同區域的新資源，編號25～45為從省外引進且經本地馴化的茶樹種質資源21份（表1）。2017-2018年春季采摘其一芽二葉鮮葉，使用相同標準進行微波殺青，之后80 ?℃烘干，用于化學成分檢測。

1.2化學成分測定方法

水浸出物含量測定采用GB/T 8305-2013方法，總游離氨基酸含量測定采用GB/T 8314-2013方法，茶多酚含量測定采用GB/T 8313-2018方法。兒茶素組分、咖啡堿含量測定采用高效液相色譜法，采用Hypersil BDS C18色譜柱（250 mm×4.6 mm，5 μm），流動相A：3‰冰乙酸水溶液，流動相B：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。各個化學成分測定每個茶樣重復3次。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）、咖啡堿的標準品純度均為98%，成都普瑞法科技開發有限公司產品，乙醇、乙腈為色譜純，其他試劑均為國產分析純。

1.3數據統計

采用SPSS 19.0 軟件對數據進行描述性統計、方差分析、主成分分析、聚類分析。Shannon-Weaver遺傳多樣性指數計算公式：H′=-ΣPjlnPj，式中Pj是某性狀第j個代碼出現的頻率。利用平均數和標準差分為10級：第1級為X1<（X-2S），第10級為X10≥（X+2S），X為總平均數，S為標準差，每0.5S為1級。

2結果與分析

2.1茶樹種質化學成分多樣性分析

對45份茶樹資源的16個化學成分進行描述性統計與遺傳多樣性指數計算（表2）。從變異系數和遺傳多樣性指數來看，變異系數的范圍為7.35%～74.05%，平均值為31.36%，相比于云南省（16.53%）[9]、四川省（26.80%）[10]、廣西省（25.80%）[7]、陜西省（28.00%）[8]的偏高，說明江西省茶樹種質資源的化學成分含量差異性較大，茶樹資源的改良潛力更大。變異系數大小依次為EGC>GCG>EC>GA>CG>非酯型兒茶素>C>酚氨比>ECG>總游離氨基酸>EGCG>酯型兒茶素>總兒茶素>茶多酚>咖啡堿>水浸出物。遺傳多樣性指數的范圍為1.25～2.11，平均值為1.91，與廣西省（1.90）[7]、四川省（1.92）[10]的相近，低于貴州省（2.00）[6]、杭州市（1.99）[11]、陜西省（2.01）[8]，說明江西省茶樹資源的化學成分遺傳多樣性豐富。遺傳多樣性指數大小依次為CG>EGCG>ECG>茶多酚>GCG>C>總游離氨基酸>總兒茶素>酯型兒茶素>酚氨比>EC>GA>非酯型兒茶素>水浸出物>EGC>咖啡堿。對比變異系數與遺傳多樣性指數的大小順序，兩者之間存在一些差別，如EGC、EC、GCG的變異系數在50%以上，但遺傳多樣性指數在2.01以下，變異系數較大但遺傳多樣性指數較小;茶多酚的變異系數為13.06%，遺傳多樣性指數為2.03，變異系數較小但遺傳多樣性指數較大，主要原因是EGC、EC、GCG這幾個成分在茶樹資源中含量離散度較大，存在一些特異性資源。變異系數較小但遺傳多樣性指數較大的原因是此化學成分在遺傳多樣性劃分的各個等級中均有分布，所以多樣性較為豐富。

茶多酚、咖啡堿、總游離氨基酸和水浸出物等含量是影響茶樹品質較大的化學成分[13]，在江西省茶樹種質中此4個成分的變異系數最大的為總游離氨基酸，其次為茶多酚、咖啡堿，最小的是水浸出物，順序與云南省和廣西省的一致[7，9]。說明在江西省茶樹資源改良中，總游離氨基酸的改良潛力最大，其次為茶多酚、咖啡堿，水浸出物的改良潛力最小。水浸出物含量范圍為34.76%～52.84%，均值為41.70%，其中有20份資源超過均值，說明江西省茶樹資源較為豐富。總游離氨基酸含量最大的為編號35（3.49%），最小的為編號22（1.57%）;茶多酚含量最大的為編號7（23.97%），最小的為編號39（13.51%）;咖啡堿含量最大的為編號28（4.28%），最小的為編號23（1.77%）。

酚氨比即茶多酚與氨基酸的比值，能夠體現茶樹種質適制性，酚氨比高的適制紅茶，酚氨比低的適制綠茶[14]。在本研究中，酚氨比的范圍為4.02～13.72，變異系數為28.85%，遺傳多樣性系數為1.91，說明江西茶樹資源的酚氨比多樣性較為豐富，茶樹資源的適制茶葉種類較為多樣。其中酚氨比最大的為江西省本地資源編號7（13.72），最小的為省外引進馴化的茶樹資源編號35（4.02）。

兒茶素是茶樹中多酚類物質的主要成分，屬于黃烷醇類化合物，是茶湯基本滋味苦澀味的主要貢獻成分，具有非常重要的保健功能[15]，在紅茶制作中，兒茶素可以氧化成為茶黃素、茶紅素，茶褐素，進而決定紅茶品質[16]。所以其組成和含量與茶葉品質密切相關，也是體現茶樹進化的一個重要標志[17]。從表2中可以看出，總兒茶素變異系數為16.59%，遺傳多樣性指數為2.01，最大的為編號22（20.94%），最小的為編號43（9.16%），最大的是最小的2.2倍，說明總兒茶素的多樣性較為豐富。從兒茶素的組成來看，非酯型兒茶素（35.49%）的變異系數高于酯型兒茶素（17.59%），此結果與廣西省[7]、貴州省的[6]相同，與杭州市的[11]相反。從非酯型兒茶素來看，變異系數最大是EGC（74.05%），其次為EC（53.78%）、C（29.88%），此結果與貴州的順序[6]完成一致，與廣西[7]、四川的[10]結果存在一些差異。廣西的非酯型兒茶素變異系數最大的為EC，其次為EGC、C;四川最大的為C，其次為EC、EGC。說明不同地區非酯型兒茶素的差異性不同。有研究結果表明茶樹在進化過程中兒茶素組成是由簡單向復雜演變，因此簡單兒茶素含量比率高的茶樹更接近于原始型茶樹[7，17]。從體現茶樹進化程度的簡單兒茶素EC 和C 占整個兒茶素的比例上來看，江西省茶樹資源最高的可以達到20.73%，最低的僅為3.79%，變異系數為36.55%，此結果比廣西[7]、貴州的[6]均較大，說明江西茶樹既具有進化上比較原始的類型，也具有進化程度較高的類型。推測其原因是江西本地保存了一些比較原始的種質，但也從省外引進了一些進化程度較高的茶樹資源，所以表現在化學成分的分布上比較豐富， 也從側面反映江西茶樹種質資源的多樣性豐富。

2.2茶樹種質化學成分的主成分分析

主成分分析可以將大量的變量簡化為極少量的綜合變量，從而使用極少的綜合變量最大限度地解釋原來變量的信息[18]，利用此方法能夠更好地綜合解釋茶樹資源群體差異的主要來源。對45份茶樹資源的16個化學成分進行主成分分析（表3）。根據累計方差貢獻率≥80%、初始特征值≥1的成分提取標準[19]，有5個主成分能夠概括茶樹資源的大部分信息，其累計方差貢獻率為80.135%，可以用來對資源進行綜合評價。

從表3中可以看出，PC1代表水浸出物、總游離氨基酸、茶多酚、酚氨比、EGCG、酯型兒茶素、總兒茶素的信息;PC2代表咖啡堿、C、EC的信息;PC3主要綜合了EGC、非酯型兒茶素的信息;PC4代表GA、CG的信息;PC5代表GCG的信息。16個化學成分在5個主成分中均有貢獻，說明此16個化學成分能夠解釋45個茶樹資源的遺傳變異。

主成分分析中各化學成分的載荷圖見圖1，在載荷圖中變量之間的距離越近，說明兩個變量之間有較大的相關性[20]。從圖1中可以看出，在大圈內的8個成分之間距離較近，說明這8個成分之間具有較大的相關性，分別是水浸出物、茶多酚、總兒茶素、酯型兒茶素，非酯型兒茶素，EGCG、ECG、酚氨比。此結果與四川[10]、貴州[6]、廣西[7]茶樹資源的主成分分析結果類似，推測這8種成分之間相關的原因是EGCG、ECG是酯型兒茶素的主要貢獻成分，酯型兒茶素和非酯型兒茶素是總兒茶素的貢獻成分，總兒茶素是茶多酚的貢獻成分，茶多酚是水浸出物的主要貢獻成分，茶多酚能夠在一定程度上決定酚氨比的大小[21]，所以此8個成分的相關性較大。在小圈內有2個成分，說明這2個成分之間有較大的相關性，分別是C、GCG，關于這2個成分之間相關性的原因目前尚無研究。其他5個成分相互之間距離較遠，說明相互之間相關性不大，分別是總游離氨基酸、咖啡堿、GA、CG、EC、EGC。與其他研究結果相似，此5個化學成分在茶樹中均有不同的代謝途徑[21]，所以相關性不大。

2.3茶樹種質的聚類分析

采用聚類分析中的Ward法進行聚類，度量標準為平方Euclidean距離，聚類分析結果見圖2。在遺傳距離為4時可以把45份資源分為3類。第1類群包括22份資源，含有3個亞組，分別是編號1、3、4、5、6、8、9、12、14、15、16、20、24、26、28、29、30、31、32、33、41、42。第2類群包括11份資源，含有4個亞組，分別是編號7、10、13、17、18、19、21、22、23、27、37。第3類群包括12份資源，含有3個亞組，分別是編號2、11、25、34、35、36、38、39、40、43、44、45。3個類群的化學成分比較分析結果見表4，對比3個類群的化學成分單因素方差分析結果來看，16個化學成分在各類群中均存在顯著性差異，水浸出物、茶多酚、酚氨比、EGC、C、EC、非酯型兒茶素、GCG、ECG、EGCG、酯型兒茶素、總兒茶素等12個成分在第2類群中均是最大，并且顯著高于其他2個類群;總游離氨基酸在第3類群中最大，并且顯著高于其他2個類群;咖啡堿、GA、CG等3個成分在第1類群中均是最大，顯著高于第2類群，與第3類群差異不顯著。

綜合各類群的化學成分來看，第3類群的主要特點是氨基酸含量高，茶多酚和兒茶素含量較低，酚氨比均值為5.49;第2類群的主要特點是化學成分含量為3類中最豐富的，茶多酚和兒茶素含量最高，氨基酸含量最低，酚氨比平均值為11.03;第1類群的主要特點是化學成分含量中等，咖啡堿含量較高，酚氨比的平均值為8.71。酚氨比是判定茶樹資源適制性的一個重要指標，一般認為酚氨比小于8適制綠茶，大于15適制紅茶，部分學者對廣西[7]、貴州6]、云南[9]、四川[10]茶樹資源進行研究時也參照此數值進行適制性分類。使用此數據進行分類時茶多酚的檢測方法為酒石酸亞鐵法，而新國家標準GB/T8313-2008福林酚比色法測得的茶多酚含量比酒石酸亞鐵法檢測的降低了30%～40%[22]，所以酚氨比應適當調整。我們認為，對于福林酚比色法測得的茶多酚含量，以楊亞軍等[23]的分類方法（酚氨比小于7適制綠茶，大于10適制紅茶）較為實際，由此看來，第1類群屬于紅茶、綠茶兼制類，第2類群適合制作紅茶，第3類群適合制作綠茶。

2.4茶樹特異資源篩選

茶樹資源篩選的主要目的是提供符合生產發展需求的優質高效資源，因此資源篩選目標隨著生產和消費者需求的改變而改變，1980年之前高產是主要目標，1980年之后早生品種是主要目標，進入2000年之后高品質是茶樹篩選的目標[24]。目前人們消費更加多元化，篩選適合不同消費群體，適應加工不同類型茶葉產品或者滿足深加工需要的特異性茶樹資源是今后的重要方向[7，24]。根據化學成分的檢測結果，從江西省茶樹種質資源中篩選出一些在化學成分上比較特異的資源（表5），其中高水浸出物茶樹資源3份，高EGCG茶樹資源6份，高兒茶素茶樹資源11份，低咖啡堿茶樹資源1份，低茶多酚茶樹資源4份。這些特異性茶樹資源可以直接在生產中使用或者作為茶樹雜交育種的親本材料。

3結論

本研究對江西省45份茶樹種質資源進行化學成分遺傳多樣性分析，通過系統的鑒定與評價，發現茶樹資源的變異系數與遺傳多樣性指數均較高。變異系數范圍為7.35%～74.05%，平均值為31.36%，變異系數大小依次為EGC>GCG>EC>GA>CG>非酯型兒茶素>C>酚氨比>ECG>總游離氨基酸>EGCG>酯型兒茶素>總兒茶素>茶多酚>咖啡堿>水浸出物。遺傳多樣性指數范圍為1.25～2.11，平均值為1.91，遺傳多樣性指數大小依次為CG>EGCG>ECG>茶多酚>GCG>C>總游離氨基酸>總兒茶素>酯型兒茶素>酚氨比>EC>GA>非酯型兒茶素>水浸出物>EGC>咖啡堿。說明江西省茶樹種質資源的化學成分含量差異性較大，茶樹資源的改良潛力更大，且化學成分含量遺傳多樣性豐富，既具有進化上較為原始的種類，也具有進化程度較高的種類。

通過主成分分析提取的前5個主成分代表了茶樹資源化學成分多樣性的80.135%信息，16個化學成分在各主成分中均有貢獻，在利用這些資源選育新品系時，可依據各個性狀在主成分中的貢獻來構建評價體系，達到定向育種的目標和需求。載荷圖分析結果表明水浸出物、茶多酚、總兒茶素、酯型兒茶素，非酯型兒茶素，EGCG、ECG、酚氨比之間的相關性較大，C與GCG的相關性較大，其他成分之間無較大相關性。

通過聚類分析將45份資源分為3個類群，每個類群中均有亞組。第1類群包括22份資源，含有3個亞組，大部分屬于紅茶、綠茶兼制類型;第2類群包括11份資源，含有4個亞組，大部分適合制作紅茶;第3類群包括12份資源，含有3個亞組，大部分適合制作綠茶。依據特異性茶樹選種的目標，從中初步篩選出了高水浸出物資源3份，高EGCG資源6份，高兒茶素資源11份，低咖啡堿資源1份，低茶多酚資源4份。

江西省茶樹種質資源豐富，目前尚未進行全面收集、保存與馴化栽培。本研究只使用了45份茶樹種質資源，且僅對其化學成分多樣性進行分析，后續將使用分子技術研究其多樣性，深入篩選優異的茶樹資源，并進行保存與開發利用。本研究依據酚氨比對3個類群的適制性進行劃分，僅為初步判斷，此結果可能與實際生產中存在差異，因此，其具體適制性有待進一步研究。另外發掘的特異性茶樹資源類型較少，如高氨基酸、高咖啡堿、高茶多酚特異資源未發掘到，未來將加大茶樹種質資源收集量，進一步篩選特異茶樹資源。

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（責任編輯：張震林）