大葉茶樹群體種及雜交F1代表型性狀遺傳多樣性分析及評(píng)價(jià)

摘要：為了深入研究茶樹大葉群體種及雜交F1代表型性狀遺傳多樣性，為大葉茶樹品種的選育及應(yīng)用提供理論指導(dǎo)，以26份大葉茶樹群體種及26份雜交F1代材料為試驗(yàn)對(duì)象，對(duì)其芽葉的12個(gè)表型性狀多樣性進(jìn)行調(diào)查研究，并對(duì)測(cè)定結(jié)果進(jìn)行主成分分析、相關(guān)性分析和聚類分析。結(jié)果表明，52份材料的表型性狀表現(xiàn)出豐富的多樣性和變異，其中，群體種平均變異系數(shù)達(dá)20.68%，雜交F1代材料平均變異系數(shù)為16.88%。相關(guān)性分析結(jié)果顯示，群體種66對(duì)相關(guān)性分析中有32對(duì)達(dá)到極顯著水平（Plt;0.01），6對(duì)達(dá)到顯著水平（Plt;0.05）。雜交F1代材料66對(duì)相關(guān)性分析中有53對(duì)達(dá)到極顯著水平（Plt;0.01），4對(duì)達(dá)到顯著水平（Plt;0.05）；多變量主成分分析表明，群體種的前3個(gè)主成分代表了26份材料表型多樣性84.251%的信息，雜交F1代材料的前2個(gè)主成分代表了26份材料表型多樣性81.964%的信息；聚類分析顯示，52份材料被分為了兩大類群，第1類群分為2個(gè)亞類，聚集了群體種和雜交F1代的材料；第2類群分為2個(gè)亞類，聚集的均為群體種材料。52份大葉茶樹群體種及雜交F1代材料表型遺傳多樣性豐富，變異系數(shù)大，相較于群體種，雜交F1代的遺傳特征較穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞：茶樹；群體種；F1代；表型；遺傳多樣性

中圖分類號(hào)：S571.103 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1002-1302（2023）22-0132-06

云南擁有獨(dú)特的地理氣候條件，孕育了云南茶樹種質(zhì)資源的代表——大葉類茶樹（Camellia sinensis var. assamica），大葉類茶樹具有獨(dú)特的適應(yīng)性和遺傳基因多樣性，是發(fā)展茶葉生產(chǎn)、開展茶樹育種和科學(xué)研究的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是研究茶樹起源及進(jìn)化的活化石［1-3］。蔣會(huì)兵等比較了云南省10個(gè)地區(qū)（州、市）的野生茶樹、地方品種和選育品種（系）共830份茶樹種質(zhì)資源的主要表型性狀的遺傳多樣性，結(jié)果表明，云南茶樹種質(zhì)資源表型遺傳多樣性豐富［4］。尚衛(wèi)瓊等利用28對(duì)SSR引物對(duì)94份大葉茶種質(zhì)材料進(jìn)行遺傳多樣性分析，旨在進(jìn)一步了解云南大葉茶種質(zhì)資源的遺傳多樣性，結(jié)果顯示，94份大葉茶種質(zhì)材料遺傳多樣性豐富，聚類結(jié)果與多態(tài)性信息含量等參數(shù)值分析結(jié)果［5］一致。

雜交育種是創(chuàng)制新種質(zhì)及發(fā)掘新變異最有效的方法，雜種優(yōu)勢(shì)是否在雜交后代中充分顯現(xiàn)決定雜交育種是否成功，培育一個(gè)新品種要建立在對(duì)雜交后代表型性狀及遺傳規(guī)律研究的基礎(chǔ)上［6-8］。近年來，我國(guó)科研人員對(duì)于雜交育種及其遺傳規(guī)律的研究進(jìn)行了不斷的探索，取得了一些顯著成績(jī)。羅意等鑒定評(píng)價(jià)了以碧香早為雜交親本的62個(gè)F1代優(yōu)株，并對(duì)其進(jìn)行主要生化成分和遺傳多樣性分析，結(jié)果表明，豐富的遺傳變異存在于62個(gè)F1代優(yōu)株生化成分中，篩選出高水浸出物特異優(yōu)株2個(gè)、高茶多酚特異優(yōu)株16個(gè)、高氨基酸特異優(yōu)株20個(gè)［9］。羅莉等以母本金萱、父本南昆山毛葉茶及其遠(yuǎn)緣雜交F1代全同胞系66株茶樹為對(duì)象，調(diào)查了17個(gè)葉片表型性狀，計(jì)算了遺傳多樣性指數(shù)和變異系數(shù)，進(jìn)行相關(guān)性分析和正態(tài)性檢驗(yàn)，探究葉片表型的雜種優(yōu)勢(shì)和相對(duì)遺傳力，結(jié)果表明，17個(gè)葉片表型性狀存在豐富而廣泛的遺傳變異［10］。

本研究以52份大葉茶樹群體種及雜交F1代材料為試驗(yàn)對(duì)象，調(diào)查研究其芽葉表型性狀多樣性，并對(duì)測(cè)定結(jié)果進(jìn)行主成分分析和聚類分析，以期了解云南大葉茶樹群體種及雜交F1代表型性狀遺傳多樣性，從中發(fā)掘出一些特異資源，為下一步優(yōu)良品種選育研究提供思路和依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料來源

本研究以種植于云南省勐海縣云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所科研試驗(yàn)基地的26個(gè)大葉茶樹群體種以及“金萱（♀）×云茶1號(hào)（[XZ（15#]♂[XZ）]）”人工雜交F1代的26個(gè)單株材料共52份為試驗(yàn)材料，試驗(yàn)材料的基本信息見表1。

1.2 試驗(yàn)方法

于2021年春、夏、秋三季對(duì)供試材料的芽葉性狀進(jìn)行調(diào)查，并調(diào)查成熟葉片的性狀特征（冬季封園前）。以茶樹種質(zhì)資源數(shù)據(jù)質(zhì)量控制規(guī)范為參考，對(duì)芽葉表型的葉長(zhǎng)、葉寬、葉面積、葉長(zhǎng)葉寬比、1芽3葉長(zhǎng)、1芽3葉質(zhì)量、1芽2葉長(zhǎng)、1芽2葉質(zhì)量、1芽1葉長(zhǎng)、1芽1葉質(zhì)量、芽長(zhǎng)、芽質(zhì)量等12個(gè)數(shù)量性狀指標(biāo)進(jìn)行觀測(cè)統(tǒng)計(jì)［11］。

1.3 統(tǒng)計(jì)分析

表型性狀基本統(tǒng)計(jì)參數(shù)和變異系數(shù)采用Excel分析，并通過IBM SPSS Statistics 29統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)參數(shù)和變異系數(shù)、相關(guān)性、主成分和聚類分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 芽葉表型基本統(tǒng)計(jì)參數(shù)和變異系數(shù)

大葉茶樹群體種以及人工雜交F1代單株材料的統(tǒng)計(jì)參數(shù)和變異系數(shù)分析結(jié)果如表2所示。從表2可以看出，大葉茶樹群體種以及人工雜交F1代單株材料的12個(gè)芽葉表型性狀具豐富的遺傳多樣性，大葉茶樹群體種變異系數(shù)為8.49%～50.00%，其中，葉長(zhǎng)葉寬比的變異系數(shù)最小，僅為8.49%，而芽質(zhì)量、1芽1葉質(zhì)量、1芽2葉質(zhì)量和1芽3葉質(zhì)量的變異較大，變異系數(shù)均超過了25%，有11個(gè)性狀的變異系數(shù)超過10%。其余性狀除1芽2葉長(zhǎng)、葉長(zhǎng)、葉寬、葉長(zhǎng)葉寬比外，變異系數(shù)均為中等變異水平，在15%至25%之間。芽質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)差最小，葉面積的標(biāo)準(zhǔn)差最大，群體中極易出現(xiàn)極值個(gè)體。雜交F1代單株材料變異系數(shù)為6.33%～27.71%，其中，葉長(zhǎng)葉寬比的變異系數(shù)最小，僅為6.33%，而1芽3葉質(zhì)量和葉面積的變異較大，變異系數(shù)均超過了25%，有11個(gè)性狀的變異系數(shù)超過10%。其余性狀的變異系數(shù)均在15%～30%，為中等變異水平（除芽長(zhǎng)、1芽1葉長(zhǎng)、1芽2葉長(zhǎng)、葉長(zhǎng)、葉長(zhǎng)葉寬比外）。芽質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)差最小，葉面積的標(biāo)準(zhǔn)差最大，群體中極易出現(xiàn)極值個(gè)體。

2.2 相關(guān)性分析

由表3可知，群體種12個(gè)芽葉性狀間的66對(duì)相關(guān)性分析中相關(guān)系數(shù)在0.85以上的有4對(duì)，相關(guān)程度極高，有32對(duì)達(dá)到極顯著水平（Plt;0.01），6對(duì)達(dá)到顯著水平（Plt;0.05）；其中，性狀間呈正向弱相關(guān)關(guān)系的有21對(duì)，呈負(fù)相關(guān)關(guān)系的有9對(duì)；雜交F1代材料12個(gè)芽葉性狀間的66對(duì)相關(guān)性分析中相關(guān)系數(shù)在0.85以上的有11對(duì)，相關(guān)程度極高，有53對(duì)達(dá)到極顯著水平（Plt;0.01），4對(duì)達(dá)到顯著水平（Plt;0.05），其中，性狀間呈負(fù)相關(guān)關(guān)系的有11對(duì)。

2.3 主成分分析

以52份材料的12個(gè)芽葉性狀為變量，以累積貢獻(xiàn)率≥80%為標(biāo)準(zhǔn)，確定了主成分（表4）。多變量主成分分析表明，群體種的前3個(gè)主成分代表了26份材料表型多樣性84.251%的信息，第1主成分貢獻(xiàn)率達(dá)52.947%，貢獻(xiàn)最大的是1芽2葉質(zhì)量，其次是1芽3葉質(zhì)量；第2主成分貢獻(xiàn)率為19.628%，貢獻(xiàn)最大的是葉面積，其次是葉長(zhǎng)和葉寬；第3主成分貢獻(xiàn)率為11.676%，貢獻(xiàn)最大的是葉長(zhǎng)葉寬比，其次是芽長(zhǎng)。雜交F1代材料的前2個(gè)主成分代表了26份材料表型多樣性81.964%的信息，第1主成分貢獻(xiàn)率達(dá)70.060%，貢獻(xiàn)最大的是1芽1葉質(zhì)量，其次是1芽2葉質(zhì)量；第2主成分貢獻(xiàn)率為11.903%，貢獻(xiàn)最大的是負(fù)值的葉寬，其次是葉長(zhǎng)葉寬比。

2.4 聚類結(jié)果分析

對(duì)52份材料的12個(gè)芽葉性狀進(jìn)行聚類的結(jié)果表明，52份供試材料聚為兩大類（圖1）。第1類群有2個(gè)亞組，包括37份材料；第2類群有2個(gè)亞組，包括15份資源。第1類群聚集了群體種和雜交材料，而第2類群聚集的均為群體種材料。2個(gè)類群葉長(zhǎng)葉寬比、1芽2葉質(zhì)量、1芽1葉質(zhì)量和芽質(zhì)量相對(duì)一致；葉寬、1芽3葉質(zhì)量、1芽3葉長(zhǎng)、1芽2葉長(zhǎng)、1芽1葉長(zhǎng)和芽長(zhǎng)差異不明顯；葉長(zhǎng)和葉面積差異較大，尤其是葉面積差異最大，第1類群的葉面積比第2類群低57.5%，且第2類群聚集的材料葉面積和葉長(zhǎng)葉寬比、葉長(zhǎng)、葉寬、1芽3葉長(zhǎng)、1芽3葉質(zhì)量、1芽2葉長(zhǎng)、1芽2葉質(zhì)量、1芽1葉長(zhǎng)、1芽1葉質(zhì)量、芽長(zhǎng)、芽質(zhì)量等12個(gè)性狀的觀測(cè)值均超過了第1類群。

3 討論與結(jié)論

遺傳多樣性研究最直接的方法是對(duì)表型遺傳多樣性進(jìn)行研究，是評(píng)價(jià)植物種質(zhì)資源的一個(gè)重要手段［12-13］。本研究通過分析26份大葉茶樹群體種及26份雜交F1代材料的表型多樣性，結(jié)果表明，供試材料的表型性狀表現(xiàn)出豐富的多樣性和變異，其中，群體種平均變異系數(shù)達(dá)20.68%，雜交F1代材料平均變異系數(shù)為16.88%，從變異系數(shù)看，群體種的芽質(zhì)量具有最大的變異系數(shù)，雜交F1代1芽3葉質(zhì)量的變異系數(shù)最大，說明這2個(gè)性狀分別在群體種和雜交種各性狀中的變異程度最大，葉長(zhǎng)葉寬比的變異系數(shù)在群體種和雜交F1代各性狀中都是最小的，說明葉長(zhǎng)葉寬比的變異程度較小，相較于群體種，雜交F1代的遺傳特征較穩(wěn)定。這與丁洲等對(duì)于不同地區(qū)茶樹群體種種群表型性狀的研究［14］略有不同，可能與所選材料的來源地不同有關(guān)。

通過相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，12個(gè)表型性狀之間不是相互獨(dú)立的，群體種12個(gè)芽葉性狀間的66對(duì)相關(guān)性分析中相關(guān)系數(shù)在0.85以上的有4對(duì)，分別是葉長(zhǎng)與葉面積、葉寬與葉面積、1芽1葉長(zhǎng)與1芽2葉長(zhǎng)、芽長(zhǎng)與1芽1葉長(zhǎng)；而雜交F1代12個(gè)芽葉性狀間的66對(duì)相關(guān)性分析中相關(guān)系數(shù)在0.85以上的有11對(duì)，分別是葉寬與葉面積、葉長(zhǎng)與葉面積、葉長(zhǎng)與葉寬、1芽2葉質(zhì)量與1芽3葉質(zhì)量、1芽2葉長(zhǎng)與1芽3葉長(zhǎng)、1芽1葉質(zhì)量與1芽3葉質(zhì)量、 1芽1葉質(zhì)量與1芽2葉質(zhì)量、1芽1葉長(zhǎng)與1芽2葉長(zhǎng)、芽質(zhì)量與1芽1葉質(zhì)量、芽長(zhǎng)與一芽而葉長(zhǎng)、芽長(zhǎng)與1芽1葉長(zhǎng)，說明多個(gè)數(shù)量性狀間存在著互相促進(jìn)、互相制約的復(fù)雜關(guān)系。這與馮花等對(duì)不同來源地茶樹種質(zhì)資源表型性狀遺傳多樣性分析的研究［15］和俞文生等對(duì)茶樹種質(zhì)資源表型遺傳多樣性分析的研究結(jié)果［16］基本一致。

主成分分析法避免了重復(fù)信息的干擾，將原來個(gè)數(shù)較多而且彼此相關(guān)的指標(biāo)轉(zhuǎn)化為新的個(gè)數(shù)較少且彼此獨(dú)立或相關(guān)性較小的綜合指標(biāo)，而不損失或很少損失原有信息［17］。本研究采用IBM SPSS Statistics 29軟件分析了26份大葉茶樹群體種及26份雜交F1代材料的表型性狀，并對(duì)其進(jìn)行了主成分分析。通過因子分析可看出，群體種的前3個(gè)主成分代表了26份材料表型多樣性84.251%的信息，高度相關(guān)因子對(duì)應(yīng)的特征向量以1芽2葉質(zhì)量、葉面積和葉長(zhǎng)葉寬比性狀分量的影響較大；而雜交F1代材料的前2個(gè)主成分代表了26份材料表型多樣性81.964%的信息，高度相關(guān)因子對(duì)應(yīng)的特征向量以1芽1葉質(zhì)量和葉長(zhǎng)葉寬比性狀分量的影響較大。

聚類分析把52份供試材料聚為兩大類。第1類群既有群體種也有雜交F1代材料，而第2類群聚集的均為群體種材料。由表5可知，葉面積和葉長(zhǎng)葉寬比、葉長(zhǎng)、葉寬、1芽3葉長(zhǎng)、1芽3葉質(zhì)量、1芽2葉長(zhǎng)、1芽2葉質(zhì)量、1芽1葉長(zhǎng)、1芽1葉質(zhì)量、芽長(zhǎng)、芽質(zhì)量等12個(gè)表型性狀的觀測(cè)值均顯示第2類群高于第1類群，尤其是第2類群的葉面積明顯大于第1類群，說明本試驗(yàn)中，群體種的所有性狀數(shù)據(jù)都大于雜交種，尤其是葉面積的表現(xiàn)尤為突出，表明茶樹表型性狀和供試材料的來源地及選育方式有緊密聯(lián)系。這與席春奕等對(duì)四川茶樹種質(zhì)資源遺傳多樣性與親緣關(guān)系的SRAP［18］及王小萍等對(duì)四川主栽茶樹品種的RAPD研究結(jié)果［19］相一致。本研究中的群體種材料都來源于云南省的當(dāng)?shù)厝后w種資源，說明云南省內(nèi)的群體種資源之間遺傳距離較近，但也有一些群體種資源和雜交種聚集在了一起，可能是在長(zhǎng)期的進(jìn)化和演變過程中，表型性狀相互滲透的結(jié)果。

在對(duì)茶樹種質(zhì)資源的變異性進(jìn)行了解時(shí)，形態(tài)學(xué)標(biāo)記確實(shí)是一種比較好的方法，但形態(tài)學(xué)標(biāo)記也有其缺點(diǎn)，那就是所需周期較長(zhǎng)，易受環(huán)境影響［20］。本試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)大葉茶樹群體種和雜交F1代的表型性狀表現(xiàn)出了不同程度的多樣性，對(duì)于今后大葉茶樹品種的選育具有一定的價(jià)值，但要更加準(zhǔn)確細(xì)致地了解群體種的遺傳變異狀況，僅依賴于表型性狀是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還必須在研究茶樹種質(zhì)資源表型多樣性的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)代分子生物學(xué)和細(xì)胞生物學(xué)研究方法，與常規(guī)方法相結(jié)合，為茶樹遺傳育種提供可靠、準(zhǔn)確和科學(xué)的依據(jù)。

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收稿日期：2023-02-10

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金地區(qū)科學(xué)基金（編號(hào)：31860226）。

作者簡(jiǎn)介：鄧少春（1984—），女，陜西鳳翔人，助理研究員，主要從事茶樹育種研究。E-mail：1006509127@qq.com。

通信作者：朱興正，碩士，高級(jí)實(shí)驗(yàn)師，主要從事茶樹種植與育種研究。E-mail：28389364@qq.com。