中国茶树种质资源研究20年

中国茶树种质资源研究20年

作为一个从各种遗传因素中传递出来的茶叶资源，它是一个原则上用于生产、品种创新和生物技术的基础。中国茶树种质资源按照“广泛征集、妥善保存、深入研究、积极创新、充分利用”的方针,从20世纪80年代开始,进行了系统的研究,并取得了重要成就与显著进展。1茶树种质资源分类及茶组研究的基本情况自20世纪80年代起,茶树就被列入国家作物种质资源区域性考察内容。主要有1981-1984年云南省61个县市考察,征集410份,在198处发现野生大茶树和一批新的类型和变异体。1985-1989年对神农架和三峡地区17个县考察,征集100份;随着三峡水库的建设,1996-1997年又对三峡库区的14个县进行了抢救性收集,补征了80份,除川南、黔北有少数野生大茶树外,多为栽培型灌木茶树。1986-1990年在海南岛五指山区8个县考察征集60份,海南野生茶树多为小乔木大叶类,属普洱茶Camelliasinensisvar.assamica(Masters)Kitamura。1991-1994年对黔西南、桂西、川北和陕南63个县进行考察,征集材料400份,黔西南和桂西多野生大茶树,形态特征具原始性,分类上多属厚轴茶C.crassicolumnaChang和大厂茶C.tachangensisFCZhang;同时在滇、赣、闽、皖、浙等省补充征集396份;还通过多渠道从日本、肯尼亚、缅甸、越南、斯里兰卡等国引进128份。通过对野生大茶树居群的考察和对其他茶树种质资源的系统研究,并结合前人的茶组分类方法,把张宏达分类系统的42种4变种茶组植物(即广义的茶树种质资源)归并为大厂茶、大理茶C.taliensis(WWSmith)Melchior、厚轴茶、秃房茶C.gymnogynaChang和茶C.sinensis(L.)OKuntze共5种,在茶下分普洱茶、白毛茶C.sinensisvar.pubilimbaChang2变种;并认为除茶为广布种外,其余4种、2变种主要分布在中国云南、广西和贵州等地。茶组的系统演化途径可分为子房多毛和无毛2条路线,由子房5室向3室,乔木向灌木,大花多瓣向小花少瓣演化。茶组植物形态分类的归并得到了基于RAPD标记的分子系统学的支持。2各地区、企业及其他茶树基础资源的保存趋势1990年建成国家种质杭州茶树圃和勐海茶树分圃,经过10多年不断调整和完善,总面积达到4.3hm2,并建有排灌设施、隔离障、大棚等,基本达到了实用、牢固、安全和方便的要求。至2003年底,两圃共保存19个省(市、区)、8个国家的野生茶树、农家品种、育成品种、引进品种、育种材料、珍稀资源和近缘植物等2665份,并有逐年增加的趋势,各省(市、区)和国外资源的保存数量分别见表1和表2。所属茶组植物种、变种的份数见表3。在建圃保存的同时,中国农业科学院茶叶研究所在“七五”期间研究了组织培养技术,用碧云等品种的未成熟胚成功地培养成植株,并继代20多次,未发现遗传漂移。“八五”期间又用0.3cm长的茎切段培养成植株,为室内资源保存和快繁提供了一种新技术。郭长根等和王立等分别对茶籽进行超低温(-196℃)保存研究并获得成功,但这一方法不适用于无性系资源和不育材料的保存。2003年对保存在国家种质茶树圃中2665份资源,按产地、生物学特征、农艺性状、生化成分、利用价值、抗性等29个性状进行了整理编目,首次编印了《国家种质茶树圃保存资源名录》。1990-2003年还陆续建成了拥有10万多个数据值的中国茶树种质资源数据库系统,实现了国家对分散在各地茶树种质资源信息的集中管理,为利用者全面了解种质资源的特性,拓宽优异资源和遗传基因的使用范围,培育优质、高产、高抗新品种提供了快捷有效的手段,同时也为茶树遗传多样性保护、种质创新和持续利用提供了重要依据,为茶树种质资源共享平台的建设奠定了基础。3茶树倾向并进行系统鉴定和综合评价“七五”至“九五”期间,在国家科技攻关项目的资助下,分别对保存在国家种质杭州茶树圃、勐海茶树分圃,以及广西、四川和福建等省资源圃中的600份资源,2000-2003年在国家科技基础性工作项目资助下对杭州茶树圃200份资源进行了农艺性状、品质、生化成分、抗性、细胞学和酶学等系统鉴定和综合评价,取得了重要进展。3.1加工过程和采茶茶资源利用根据农艺性状和制茶品质,筛选出优质绿茶资源30份、红茶资源39份、乌龙茶资源16份,其中15份为优异资源,如日铸茶、86-9-12和金牡丹等,生产上可直接利用。3.2丰富高咖啡碱资源的成分提取根据春茶一芽二叶生化成分,发掘出含量在38%以上、比常规品种高30%~50%的高茶多酚资源,如弄岛野茶;含量在5.2%以上、比常规品种高30%左右的高咖啡碱资源,如东河大叶茶。据浙江中科植物技术公司对上述超常量资源的成分提取表明,产品得率都高于生产样,适宜用于功能性成分提取。从云南野生茶树中还发现了含量低于1.0%的低咖啡碱资源,其茶样感官审评与栽培茶树无异,是制天然低咖啡碱茶和育种的稀有材料。3.3茶的性及味成因苦茶是中国特有的一类资源。据中国农业科学院茶叶研究所李名君等对生长在江西、湖南南部和广东、广西北部22份苦茶资源的系统研究,对其生化特性及苦味成因有了较深刻的认识:①绝大多数样品含有茶的特征性成分——咖啡碱;②均含茶的第二特征成分——茶氨酸,苦味氨基酸(缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、甲硫氨酸、赖氨酸、组氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸)占氨基酸总量的比例绝大部分在正常值范围内;③儿茶素组成以简单儿茶素为主,酯型儿茶素含量很低;④发现了苦茶的特异成分丁子香酚甙,它是茶梅(C.sasanquaThund)中的一种特殊成分,易溶于水,具有极强的苦味。3.4不同地区及水浸出物资源情况据陈亮和周智修(2004,未发表资料)对596份资源生化成分研究的结果表明,常规生化成分的变幅比较大,不同原产地(省)之间差异显著。茶多酚含量平均为28.4%(13.6%~47.8%),从北到南逐渐升高,以云南资源为最高;儿茶素总量平均为144.6g/kg(81.9~262.7g/kg),以湖南资源最高;氨基酸总量平均为3.3%(1.1%~6.5%),南部地区资源的含量比北部和东部地区低得多;咖啡碱含量平均为4.2%(1.2%~5.9%),高咖啡碱资源以云南为最多,福建次之;水浸出物平均为44.7%(24.4%~57.0%),变化趋势与茶多酚一致;超常规成分资源以云南、湖南和福建最多。3.5红碎茶组分组成不同茶类的香气组成特征和萜烯指数是不同的。据对200多份资源香气的研究表明,乌龙茶主要由芳樟醇及其氧化物、萜烯醇类、酯类等组成,尤其是橙花叔醇的含量占香气总量的55%以上,其中福53高达84%,其次是α-法呢烯、吲哚等,萜烯指数0.36~0.79。红碎茶主要由苯类、醛类和醇类组成,其中反(2)-己烯醛和芳樟醇含量占香气总量的30%以上,其中勐150高达57.7%,萜烯指数0.62~0.92。绿茶主要由低沸点的醛类、醇类和高沸点的醇类组成,萜烯指数0.16~0.69。4插繁殖时的-pcr扩增对5份优质绿茶资源的当代及扦插后代的遗传稳定性进行DNA多态性、同工酶和花粉形态3个方面的研究。基因组DNA多态性研究表明,RAPD扩增谱带在同一资源内无论是带型还是带的强弱均为一致,即扦插繁殖后代在DNA分子水平上未发生变化,表明其遗传的稳定性。酯酶、多酚氧化酶和过氧化物酶同工酶的酶带特征研究结果表明,这3种同工酶谱带类型和谱带强弱均未发现不一致现象,证明了优质资源扦插繁殖的遗传稳定性。花粉形态和结构研究表明,花粉大小、形状、平均轴径、极轴/赤道轴均无显著差异;花粉外壁纹饰的长脊长度、粗脊粗度、大穴及小穴长径均基本接近;花粉外壁覆盖层、柱状层、基层和外壁内层的形状和厚度均无明显变化,证明花粉遗传性基本稳定。从分子水平、蛋白质水平和孢粉学角度同时证明了优质资源当代与扦插后代的遗传稳定性,为茶树多年生作物的世代(无性)利用价值提供了遗传学保证。5ssr育种材料的丰富度充分深入地了解种质资源的变异程度和遗传多样性是作物育种的基础,根据种质资源DNA指纹的多态性,可以对育种材料变异的丰富度作出总体评价。分子标记技术在茶树种质资源的遗传多样性、演化分类和分子鉴定等方面的研究取得了重要进展(鉴于类似综述较多,本文不再赘述,可参阅姚明哲和陈亮的综述)。6中国茶叶资源研究的假设和展望6.1茶树近缘资源流失严重虽然已对中国许多重点地区进行了比较系统和深入的考察收集,并在国家种质茶树圃和一些地方资源圃保存了大量的资源,但随着人口压力、毁林开荒和经济建设等方面的原因,野生茶树和一些近缘资源仍在不断丧失;同时,一些保存在地方圃的资源也由于投入有限,有得而复失之虞;国家种质茶树圃中保存的国外资源只占总数的5.4%,所以,在今后一段时间还需要继续进行有重点的补充征集,要通过多种渠道,继续从日本、印度、越南和斯里兰卡等国引进实用或科学研究价值高的品种资源。6.2遗传资源评价在国家种质茶树圃保存的资源中,只有800份进行了系统鉴定评价,占保存量的30%,还有大量的资源有待进一步鉴定评价。所保存的种质资源中,大约有60%为群体,无性系约占40%。由于个体之间的差异,只有在个体水平上对表型性状进行鉴定和评价,才能保证研究结果的准确性和资源利用的有效性。收集、保存、鉴定的最终目的是为了利用优异基因源,因此,对每一份种质资源只有在基因水平上进行评价,才能为育种提供最有价值的亲本。“七五”至“九五”资源工作的重点是收集、保存、评价和利用,但是由于多种原因,资源评价很大程度上仍然停留在表型性状上,出现了虽然资源丰富,但可利用育种材料贫乏的现象。这主要是缺乏进行基因水平研究的技术和设备平台,也是我国在种质资源研究方面与发达国家的最大差距。如果我们能够对保存的每一份种质资源(个体)所具有的优异性状、控制基因、遗传背景都有充分的了解,再辅以新的育种技术和途径,我国茶树育种水平将会有重要的突破,真正实现从资源优势到品种优势的转变。6.3远缘杂交实现种质创新的可行性种质资源的创新研究在育种上具有预育种、前育种的作用,是拓宽育种遗传基础和降低脆弱性的重要保证。创新的途径是多方面的,但其中一个主要的途径应该是包括远缘杂交在内的有性杂交。随着现代生物技术和分子水平检测外源染色体技术的发展,通过远缘杂交实现种质创新已不是一件很困难的事。如小麦,通过与黑麦杂交获得的抗锈、抗白粉病新种质1B/1R易位系所产生的影响是深远的,仅在我国近年所育成的品种中,有很大部分含有1B/1R血统。我们也已进行高多酚和低咖啡碱同属近缘种间杂交试验。但是种质创新是一项长期、艰苦又需要大量投入的研究课题。远缘杂交最主要的是克服遗传亲和性障碍,对茶树而言,尤显得困难。6.4核心种质的筛选原则茶树和其他多年生作物一样,资源收集、保存的数量大,而育种上能有效利用的种质只是其中的一小部分,这就产生了保存与利用的矛盾。核心种质的建立就可解决这一问题。核心种质是以最少数量的资源材料包含该作物及其野生近缘种最大限度的遗传多样性。筛选的核心种质应以可代表整个种质资源遗传梯度为原则,而不应片面选取极端性状的材料。茶树当前最重要的是先提出核心种