中國茶樹種質(zhì)資源研究20年

中國茶樹種質(zhì)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(chǎn)、品種創(chuàng)新和生物技術(shù)的基礎(chǔ)。中國茶樹種質(zhì)資源按照“廣泛征集、妥善保存、深入研究、積極創(chuàng)新、充分利用”的方針,從20世紀(jì)80年代開始,進(jìn)行了系統(tǒng)的研究,并取得了重要成就與顯著進(jìn)展。1茶樹種質(zhì)資源分類及茶組研究的基本情況自20世紀(jì)80年代起,茶樹就被列入國家作物種質(zhì)資源區(qū)域性考察內(nèi)容。主要有1981-1984年云南省61個縣市考察,征集410份,在198處發(fā)現(xiàn)野生大茶樹和一批新的類型和變異體。1985-1989年對神農(nóng)架和三峽地區(qū)17個縣考察,征集100份;隨著三峽水庫的建設(shè),1996-1997年又對三峽庫區(qū)的14個縣進(jìn)行了搶救性收集,補(bǔ)征了80份,除川南、黔北有少數(shù)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(qū)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(jìn)行考察,征集材料400份,黔西南和桂西多野生大茶樹,形態(tài)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(bǔ)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(jìn)128份。通過對野生大茶樹居群的考察和對其他茶樹種質(zhì)資源的系統(tǒng)研究,并結(jié)合前人的茶組分類方法,把張宏達(dá)分類系統(tǒng)的42種4變種茶組植物(即廣義的茶樹種質(zhì)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(rèn)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(tǒng)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(tài)分類的歸并得到了基于RAPD標(biāo)記的分子系統(tǒng)學(xué)的支持。2各地區(qū)、企業(yè)及其他茶樹基礎(chǔ)資源的保存趨勢1990年建成國家種質(zhì)杭州茶樹圃和勐海茶樹分圃,經(jīng)過10多年不斷調(diào)整和完善,總面積達(dá)到4.3hm2,并建有排灌設(shè)施、隔離障、大棚等,基本達(dá)到了實(shí)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(qū))、8個國家的野生茶樹、農(nóng)家品種、育成品種、引進(jìn)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(qū))和國外資源的保存數(shù)量分別見表1和表2。所屬茶組植物種、變種的份數(shù)見表3。在建圃保存的同時,中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所在“七五”期間研究了組織培養(yǎng)技術(shù),用碧云等品種的未成熟胚成功地培養(yǎng)成植株,并繼代20多次,未發(fā)現(xiàn)遺傳漂移?！鞍宋濉逼陂g又用0.3cm長的莖切段培養(yǎng)成植株,為室內(nèi)資源保存和快繁提供了一種新技術(shù)。郭長根等和王立等分別對茶籽進(jìn)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(zhì)茶樹圃中2665份資源,按產(chǎn)地、生物學(xué)特征、農(nóng)藝性狀、生化成分、利用價值、抗性等29個性狀進(jìn)行了整理編目,首次編印了《國家種質(zhì)茶樹圃保存資源名錄》。1990-2003年還陸續(xù)建成了擁有10萬多個數(shù)據(jù)值的中國茶樹種質(zhì)資源數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了國家對分散在各地茶樹種質(zhì)資源信息的集中管理,為利用者全面了解種質(zhì)資源的特性,拓寬優(yōu)異資源和遺傳基因的使用范圍,培育優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、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(hù)、種質(zhì)創(chuàng)新和持續(xù)利用提供了重要依據(jù),為茶樹種質(zhì)資源共享平臺的建設(shè)奠定了基礎(chǔ)。3茶樹傾向并進(jìn)行系統(tǒng)鑒定和綜合評價“七五”至“九五”期間,在國家科技攻關(guān)項(xiàng)目的資助下,分別對保存在國家種質(zhì)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(chǔ)性工作項(xiàng)目資助下對杭州茶樹圃200份資源進(jìn)行了農(nóng)藝性狀、品質(zhì)、生化成分、抗性、細(xì)胞學(xué)和酶學(xué)等系統(tǒng)鑒定和綜合評價,取得了重要進(jìn)展。3.1加工過程和采茶茶資源利用根據(jù)農(nóng)藝性狀和制茶品質(zhì),篩選出優(yōu)質(zhì)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(yōu)異資源,如日鑄茶、86-9-12和金牡丹等,生產(chǎn)上可直接利用。3.2豐富高咖啡堿資源的成分提取根據(jù)春茶一芽二葉生化成分,發(fā)掘出含量在38%以上、比常規(guī)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(guī)品種高30%左右的高咖啡堿資源,如東河大葉茶。據(jù)浙江中科植物技術(shù)公司對上述超常量資源的成分提取表明,產(chǎn)品得率都高于生產(chǎn)樣,適宜用于功能性成分提取。從云南野生茶樹中還發(fā)現(xiàn)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(jù)中國農(nóng)業(yè)科學(xué)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(tǒng)研究,對其生化特性及苦味成因有了較深刻的認(rèn)識:①絕大多數(shù)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(nèi);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(fā)現(xiàn)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(qiáng)的苦味。3.4不同地區(qū)及水浸出物資源情況據(jù)陳亮和周智修(2004,未發(fā)表資料)對596份資源生化成分研究的結(jié)果表明,常規(guī)生化成分的變幅比較大,不同原產(chǎn)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(qū)資源的含量比北部和東部地區(qū)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(guī)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(shù)是不同的。據(jù)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(dá)84%,其次是α-法呢烯、吲哚等,萜烯指數(shù)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(dá)57.7%,萜烯指數(shù)0.62~0.92。綠茶主要由低沸點(diǎn)的醛類、醇類和高沸點(diǎn)的醇類組成,萜烯指數(shù)0.16~0.69。4插繁殖時的-pcr擴(kuò)增對5份優(yōu)質(zhì)綠茶資源的當(dāng)代及扦插后代的遺傳穩(wěn)定性進(jìn)行DNA多態(tài)性、同工酶和花粉形態(tài)3個方面的研究?；蚪MDNA多態(tài)性研究表明,RAPD擴(kuò)增譜帶在同一資源內(nèi)無論是帶型還是帶的強(qiáng)弱均為一致,即扦插繁殖后代在DNA分子水平上未發(fā)生變化,表明其遺傳的穩(wěn)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(jié)果表明,這3種同工酶譜帶類型和譜帶強(qiáng)弱均未發(fā)現(xiàn)不一致現(xiàn)象,證明了優(yōu)質(zhì)資源扦插繁殖的遺傳穩(wěn)定性?；ǚ坌螒B(tài)和結(jié)構(gòu)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(nèi)層的形狀和厚度均無明顯變化,證明花粉遺傳性基本穩(wěn)定。從分子水平、蛋白質(zhì)水平和孢粉學(xué)角度同時證明了優(yōu)質(zhì)資源當(dāng)代與扦插后代的遺傳穩(wěn)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(xué)保證。5ssr育種材料的豐富度充分深入地了解種質(zhì)資源的變異程度和遺傳多樣性是作物育種的基礎(chǔ),根據(jù)種質(zhì)資源DNA指紋的多態(tài)性,可以對育種材料變異的豐富度作出總體評價。分子標(biāo)記技術(shù)在茶樹種質(zhì)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(jìn)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(shè)和展望6.1茶樹近緣資源流失嚴(yán)重雖然已對中國許多重點(diǎn)地區(qū)進(jìn)行了比較系統(tǒng)和深入的考察收集,并在國家種質(zhì)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(jīng)濟(jì)建設(shè)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(fù)失之虞;國家種質(zhì)茶樹圃中保存的國外資源只占總數(shù)的5.4%,所以,在今后一段時間還需要繼續(xù)進(jìn)行有重點(diǎn)的補(bǔ)充征集,要通過多種渠道,繼續(xù)從日本、印度、越南和斯里蘭卡等國引進(jìn)實(shí)用或科學(xué)研究價值高的品種資源。6.2遺傳資源評價在國家種質(zhì)茶樹圃保存的資源中,只有800份進(jìn)行了系統(tǒng)鑒定評價,占保存量的30%,還有大量的資源有待進(jìn)一步鑒定評價。所保存的種質(zhì)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(jìn)行鑒定和評價,才能保證研究結(jié)果的準(zhǔn)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(yōu)異基因源,因此,對每一份種質(zhì)資源只有在基因水平上進(jìn)行評價,才能為育種提供最有價值的親本?！捌呶濉敝痢熬盼濉辟Y源工作的重點(diǎn)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(xiàn)了雖然資源豐富,但可利用育種材料貧乏的現(xiàn)象。這主要是缺乏進(jìn)行基因水平研究的技術(shù)和設(shè)備平臺,也是我國在種質(zhì)資源研究方面與發(fā)達(dá)國家的最大差距。如果我們能夠?qū)Ρ４娴拿恳环莘N質(zhì)資源(個體)所具有的優(yōu)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(shù)和途徑,我國茶樹育種水平將會有重要的突破,真正實(shí)現(xiàn)從資源優(yōu)勢到品種優(yōu)勢的轉(zhuǎn)變。6.3遠(yuǎn)緣雜交實(shí)現(xiàn)種質(zhì)創(chuàng)新的可行性種質(zhì)資源的創(chuàng)新研究在育種上具有預(yù)育種、前育種的作用,是拓寬育種遺傳基礎(chǔ)和降低脆弱性的重要保證。創(chuàng)新的途徑是多方面的,但其中一個主要的途徑應(yīng)該是包括遠(yuǎn)緣雜交在內(nèi)的有性雜交。隨著現(xiàn)代生物技術(shù)和分子水平檢測外源染色體技術(shù)的發(fā)展,通過遠(yuǎn)緣雜交實(shí)現(xiàn)種質(zhì)創(chuàng)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(zhì)1B/1R易位系所產(chǎn)生的影響是深遠(yuǎn)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(tǒng)。我們也已進(jìn)行高多酚和低咖啡堿同屬近緣種間雜交試驗(yàn)。但是種質(zhì)創(chuàng)新是一項(xiàng)長期、艱苦又需要大量投入的研究課題。遠(yuǎn)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(zhì)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(shù)量大,而育種上能有效利用的種質(zhì)只是其中的一小部分,這就產(chǎn)生了保存與利用的矛盾。核心種質(zhì)的建立就可解決這一問題。核心種質(zhì)是以最少數(shù)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(zhì)應(yīng)以可代表整個種質(zhì)資源遺傳梯度為原則,而不應(yīng)片面選取極端性狀的材料。茶樹當(dāng)前最重要的是先提出核心種