陜西古茶樹種質資源表型性狀遺傳多樣性研究

丁帥濤，程曉梅，張 亞，任華江，2，江昌俊，紀曉明，2，胡 歆，2

（1.咸陽涇渭茯茶有限公司，陜西 咸陽 712044；2.陜西蒼山秦茶集團有限公司，陜西 西安 710003；3.安徽農業大學，安徽 合肥 230036）

茶樹為一種多年生常綠葉用木本植物，有著特殊的飲用、科研及經濟價值。目前普遍認為，茶樹起源于中國的云南、四川等地，屬山茶科（Theaceae）山茶屬（Camellia）茶種（Camellia sinensis），中國最早發現、栽培茶樹及利用茶葉［1］。

陜西茶區是我國最北部茶區之一，隸屬江北茶區，栽種茶樹歷史悠久，具有深厚文化底蘊、優勢地緣區域及生態環境等特征，北屏秦嶺、南倚巴山，長期的自然變異及人工選育，孕育了全國不可或缺的茶樹種質資源，擁有眾多性狀優良的茶樹單株、種類和古茶樹，是我國北方茶區高產、優質、高抗茶樹種質資源天然基因庫，茶樹種質資源遺傳多樣性極為豐富［2-4］。但是陜西茶區地形較復雜，交通較不便，境內茶樹種質資源因缺乏有效的區域間引種及人工改良而具有顯著的地域性群體結構特點，按照地域分布、栽培歷史及組成類型將陜西茶樹種質資源分為紫陽群體、西鄉大河壩群體、南鄭碑壩群體、寧強廣坪群體、白河歌風群體、山陽漫川群體、苦茶群體等七大群體種［2-12］，雖然陜西在茶樹種質資源考察征集、鑒定評價等方面取得了一些進展，但對境內古茶樹種質資源研究較少，給陜西古茶樹種質資源保護和利用帶來了較大困難。

古茶樹種質資源研究及利用是我國茶樹種質資源研究的新課題，開展古茶樹種質資源調查與保護利用研究，對深入研究茶樹遠緣雜交、培育地方優良茶樹種質資源具有重要價值［13-14］。為進一步了解陜西茶區古茶樹種質資源狀況，充分挖掘、利用及保護陜西古茶樹種質資源，本研究選取陜西漢中、安康兩地六縣的38份古茶樹種質資源作為試驗材料，對其表型性狀進行調查和統計分析，旨在評價其表型性狀遺傳多樣性，以期為陜西優異茶樹種質資源的選育提供基礎性資料和參考依據，對加快利用和豐富陜西茶樹種質資源種類具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 資源編號與材料來源

2016年4月至2017年12月期間，通過查閱檔案和文獻記載，咨詢當地有關茶葉專家及茶產區群眾，采取走訪和實地調查的方式，對陜西漢中市西鄉、城固、寧強、鎮巴、南鄭縣、安康市紫陽縣境內的古茶樹種質資源進行調查，共采集到38份古茶樹種質資源茶樣，1～3號資源來自西鄉縣大河鎮石馬村，4、5號來自西鄉縣大河鎮樓房村，6、7號來自西鄉縣峽口鎮江榜村，8號來自紫陽縣向陽鎮址鳳村，9號來自紫陽縣紅椿鎮尚壩村，10、11號來自紫陽縣煥古鎮東紅村，12號來自紫陽縣煥古鎮黑龍村，13、14號來自城固縣二里鎮高北村，15號來自寧強縣青木川鎮南壩村，16號來自鎮巴縣興隆鎮水田壩村，17號來自鎮巴縣興隆鎮大河村，18、19號來自鎮巴縣興隆鎮水田壩村，20～24號來自鎮巴縣興隆鎮青獅溝村，25號來自鎮巴縣興隆鎮黃河村，26、27號來自鎮巴縣興隆鎮青獅溝村，28～33號來自南鄭縣福成鎮聶家灣村，34～38號來自南鄭縣福成鎮蓮花村。

1.2 表型性狀測定方法

結合現場踏查、目測法等方法，篩選具有代表性的生長健壯、葉型完整的成熟茶樹葉片，對古茶樹種質資源表型性狀進行調查［15-16］，測定并填寫古茶樹種質資源調查表。調查表包括地點（縣、鎮、村）、種質名稱、樹型、樹姿等，古茶樹種質資源葉片表型性狀包括數量性狀（葉長、葉寬、長寬比、葉面積、葉齒、葉脈對數）、質量性狀（葉面著生角度、葉形、葉色、光澤性、葉面隆起性、葉身、葉質、葉緣、葉尖）。

1.3 數據處理及統計分析

采用Microsoft Excel 2007進行數據處理。根據38份古茶樹種質資源主要表型性狀差異，選取有分類參考價值的6個表型性狀（葉面積、葉形、葉色、葉身、葉面隆起性、葉片著生角度）進行編碼處理，性狀編碼方法取決于性狀類型，有序多態性狀按狀態的等級依次編碼為1、2、3、4。

利用Shannon-Wiener遺傳多樣性指數H′評價表型性狀的遺傳多樣性大小［17］，其中H′=-∑( Pi)( lnPi），Pi= Ni/ N，Pi為某表型性狀第i級內個體數占總個體數的百分比，Ni為某表型性狀第i級內個體數，N為總個體數。利用SPSS 19.0軟件進行數據統計分析及聚類分析，采用系統聚類最遠臨元素的方法對古茶樹種質資源表型性狀進行Q型聚類分析，用平方歐式距離繪制聚類結果樹狀圖。

2 結果與分析

2.1 陜西古茶樹種質資源散布區域

外業調查發現，陜西茶區古茶樹種質資源遺存較多（圖1，封二），散布于西鄉、鎮巴、城固、南鄭、寧強、紫陽、嵐皋、平利、漢陰等縣主要產茶鎮，古茶樹種質資源種類較為豐富，具有明顯的地域群體特性。同時，西鄉還擁有極具地域特色的大河壩群體種，南鄭擁有資源豐富的碑壩群體種，紫陽擁有首批國家級茶樹良種紫陽群體種，1965年被確定為全國第一批推廣的21個茶樹良種之一［2-4］。西鄉、紫陽兩縣茶葉產業蓬勃發展，已成為當地經濟的重要組成部分和農民脫貧致富的主要經濟來源，是陜西省較為著名的兩大產茶縣。

2.2 陜西38份古茶樹種質資源表型性狀統計分析

茶樹種質資源表型性狀與其生長環境、氣候條件關系密切，一定程度上影響著茶葉的制茶品質。對陜西38份古茶樹種質資源表型性狀進行調查和統計分析，結果見表1。由表1可知，陜西38份古茶樹種質資源可分為灌木型（50%）和小喬木（50%）兩種類型，樹姿為半開張，灌木型古茶樹經過人工修剪或砍伐，主干不明顯，從根莖處分枝明顯，而小喬木型古茶樹多散落于密林深處，基部主干明顯。葉片著生角度可分為稍上斜（66%）、水平（21%）、上斜（13%）。依據茶樹葉片面積及葉形，可將陜西38份古茶樹種質資源分為特大葉近圓形、大葉長橢圓形、大葉橢圓形、中葉長橢圓形、中葉橢圓形、中葉近圓形、小葉長橢圓形及小葉橢圓形8種葉類型，其中中葉橢圓形占比最大（47%），其次是中葉長橢圓形（16%）、小葉長橢圓形（13%）、占比最小的為特大葉近圓形（3%）和大葉橢圓形（3%）。成熟葉片顏色中綠色（66%）、深綠色（29%）占比較大，黃綠色和淺綠色占比較小；成熟葉片正面的光澤以中（84%）和強（13%）為主；葉面隆起性以葉面平（53%）和微隆（45%）占比較大；葉身形態由內折（55%）、平（24%）及稍背卷（21%）構成；葉質以較硬（63%）、柔軟（26%）占比較大，硬脆（11%）占比較小。葉片邊緣形態以微波占比最大（55%），平（26%）和波狀（18%）次之；葉片鋸齒的鋒利程度以銳（45%）和鈍（45%）為主，葉齒密度以中密度（50%）和低密度（29%）為主，葉齒深度以淺密度（79%）占比較大；葉片端部形態由漸尖（63%）和鈍尖（37%）構成，急尖和圓尖暫未被發現。由此可知，陜西38份古茶樹資源表型性狀在各表型級別的分布呈現一定集中性，不同表型性狀變異幅度較大，在一定程度上表明，陜西古茶樹種質資源表型性狀遺傳多樣性較豐富。

2.3 陜西38份古茶樹種質資源表型性狀遺傳多樣性分析

對陜西38份古茶樹種質資源6個表型性狀（葉面積、葉形、葉色、葉身、葉面隆起性、葉片著生角度）的頻率分布及多樣性指數進行統計分析，結果見表2。從表2可以看出，陜西38份古茶樹種質資源6個表型性狀（葉面積、葉形、葉色、葉身、葉面隆起性、葉片著生角度）變異豐富，并表現出一定的集中性，不同性狀遺傳多樣性指數不同，其遺傳多樣性指數在0.7934～0.9969、平均為0.8811，其中葉身的遺傳多樣性指數最大（0.9969），葉面隆起性遺傳多樣性指數最小（0.7934）。

對陜西38份古茶樹種質資源9個表型性狀（葉長、葉寬、葉面積、葉形、葉色、葉身、葉面隆起性、葉片著生角度、葉脈對數）變異情況進行統計分析，結果見表3。從表3可以看出，9個表型性狀均存在不同程度的變異，平均標準差為4.6986，平均變異系數為26.3930%，其中葉面隆起性變異系數最大（49.1349%），葉脈對數變異系數最小（10.5908%）。

2.4 陜西38份古茶樹種質資源表型性狀相關性分析

對陜西38份古茶樹種質資源9個表型性狀（葉長、葉寬、葉面積、葉形、葉色、葉身、葉面

表1 陜西38份古茶樹種質資源表型性狀

表2 陜西38份古茶樹種質資源表型性狀遺傳多樣性指數

表3 陜西38份古茶樹種質資源表型性狀統計分析結果

隆起性、葉片著生角度、葉脈對數）進行相關性分析，結果見表4。從表4可以看出，葉長與葉寬、葉面積、葉形之間極顯著相關，與葉脈對數顯著相關；葉寬與葉面積極顯著相關，與葉形、葉色及葉面隆起性顯著負相關；葉面積與葉面隆起性極顯著負相關；其他表型性狀間相關性不顯著。

2.5 陜西38份古茶樹種質資源表型性狀主成分分析

對陜西38份古茶樹種質資源9個表型性狀（葉長、葉寬、葉面積、葉形、葉色、葉身、葉面隆起性、葉片著生角度、葉脈對數）進行主成分分析，得到4個主成分表型性狀的特征值及其累積貢獻率（表5）。

結果表明，按照累積貢獻率約80%的提取原則，9個表型性狀被分為4個主成分（PC1、PC2、PC3、PC4），累積貢獻率為 79.502%。PC1特征值為3.100，貢獻率為34.443%，對應的特征向量與葉長、葉寬和葉面積關系密切，為高度相關因子；PC2特征值為1.709，貢獻率為18.987%，對葉形和葉面積影響較大；PC3特征值為1.378，貢獻率為15.313%，影響葉面隆起性和葉身；PC4特征值為0.097，貢獻率為10.759%，影響葉身和葉色。綜上可知，PC1和PC2為葉面積高度相關因子，PC3為葉面性狀相關因子，PC4為葉身性狀相關因子。

表4 陜西38份古茶樹種質資源表型性狀相關性分析結果

表5 陜西38份古茶樹種質資源表型性狀主成分分析

2.6 陜西38份古茶樹種質資源表型性狀聚類分析

對陜西38份古茶樹種質資源9個表型性狀（葉長、葉寬、葉面積、葉形、葉色、葉身、葉面隆起性、葉片著生角度、葉脈對數）進行聚類分析，結果見圖2。由圖2可知，在歐氏距離10時，可將陜西38份古茶樹種質資源分為兩大類群。第Ⅰ類群包括33個古茶樹種質資源，又可分為4個亞群，占總體的86.8%。第1亞群包括編號 17、19、26、6、7、5、28、36、4共計9個古茶樹種質資源，散布在西鄉（大河鎮、峽口鎮）、鎮巴（興隆鎮）、南鄭（福成鎮）等地，第2亞群包括編號21、27、23、15、22、35、24共計7個古茶樹種質資源，散布在鎮巴（興隆鎮）、寧強（青木川鎮）、南鄭（福成鎮），25（鎮巴興隆鎮）單獨聚類后又和第1、第2亞群聚類到一個群；第3亞群包括編號8、29、14、18、32、38、12、34共計 8個古茶樹種質資源，散布在紫陽（向陽鎮、煥古鎮）、城固（二里鎮）、鎮巴（興隆鎮）、南鄭（福成鎮）等地，第 4亞群包括編號 13、37、3、20、1、16、30、31共計8個古茶樹種質資源，散布在西鄉（大河鎮）、城固（二里鎮）、鎮巴（興隆鎮）、南鄭（福成鎮）等地。第Ⅱ類群包括編號2、9、10、11、33共5個古茶樹種質資源，散布在西鄉（大河鎮）、紫陽（紅椿鎮、向陽鎮）、南鄭（福成鎮）等地，占總體的13.2%。

綜上可知，陜西38份古茶樹種質資源地域差別不明顯，并沒有嚴格按照地域聚類，而是按照表型性狀遺傳多樣性進行聚類，南鄭福成鎮古茶樹種質資源在各個類群中均有分布，鎮巴興隆鎮古茶樹種質資源主要分布在第Ⅰ類群，在一定程度上表明南鄭福成鎮和鎮巴興隆鎮古茶樹種質資源種類較豐富，茶樹栽種歷史較悠久。

3 結論與討論

蔣會兵等［18］對云南10個地區830份茶樹種質資源主要表型性狀進行遺傳多樣性分析，結果表明云南茶樹種質資源具有豐富的表型遺傳多樣性，14個數值型性狀的變異系數在10.27%～48.14%、平均為26.43%，13個描述型性狀遺傳多樣性指數在0.64～1.40、平均為1.04，不同地區茶樹種質資源遺傳多樣性指數在0.76～0.99，初步推斷東南部為云南茶樹資源表型遺傳多樣性分布中心。田甜等［19］研究發現，廣西35份茶樹種質資源的農藝性狀遺傳多樣性較豐富，葉面積變異系數最大（47.03%），葉面隆起性和葉片著生角度變異系數分別為42.54%、40.80%。黃海濤等［20］研究表明，杭州淳安鳩坑鄉和余杭區瓶窯鎮的39份鳩坑茶樹資源的16個芽葉表型性狀多樣性豐富，數量表型性狀葉長、葉寬、葉面積、葉形、芽長差異均極顯著，變異系數在10.97%～34.46%，其中葉面積變異系數最大34.46%，平均遺傳多樣性指數1.06，后代遺傳變異水平較高，具有較高的育種潛力。俞文生等［21］對蘇州東山鎮17份茶樹種質資源表型性狀進行遺傳多樣性分析，結果表明7個主要表型性狀的變異系數在13.30%～31.49%，葉面積變異系數最大（31.49%）。李瑞等［22］研究發現，西北農林科技大學茶葉試驗站50份茶樹種質資源存在極顯著遺傳差異和豐富多樣性，20個表型性狀的變異系數在10.72%～50.29%，基于農藝性狀的聚類分析，在閾值9時可將這50個茶樹種質資源聚類為5大類群。

李華鋒等［23］研究結果表明，廣東連南66份栽培型古茶樹資源24個葉片表型性狀平均變異系數為31.86%，平均遺傳多樣性指數1.10，在歐氏距離20時聚類為5大類群。劉福橋等［24］研究結果表明，云南雙江縣168份古茶樹種質資源19個質量表型性狀遺傳多樣性指數在0.04～1.03，平均值為0.72；各數量表型性狀變異系數在10%～59%，遺傳多樣性指數總體較高（1.57～2.09），平均值為1.89，表現出豐富的遺傳多樣性。本研究對陜西漢中、安康兩地六縣38份古茶樹種質資源表型性狀進行調查和遺傳多樣性分析，結果表明6個主要表型性狀（葉面積、葉形、葉色、葉身、葉面隆起性、葉片著生角度）遺傳多樣性指數在0.7934～0.9969，平均為0.8811，葉身遺傳多樣性指數最大（0.9969）；9個表型性狀（葉長、葉寬、葉面積、葉形、葉色、葉身、葉面隆起性、葉片著生角度和葉脈對數）變異系數在10.5908%～49.1349%，平均為26.3930%，葉面隆起性變異系數最大（49.1349%），與蔣會兵等［18］、田甜等［19］、黃海濤等［20］、俞文生等［21］、李瑞等［22］、李華鋒等［23］、劉福橋等［18］研究結果存在一定差異，這可能與茶樹種質資源來源、品種、采樣日期及表型性狀的不同選擇有關；但也有一定的相似性，葉面積、葉面隆起性等變異系數均較大。在歐氏距離10時，可將陜西38份古茶樹種質資源分為兩大類群，第Ⅰ類群包括33個古茶樹種質資源，又可分為4個亞群、占86.8%，第Ⅱ類群包括5個古茶樹種質資源、占13.2%，其中南鄭福成鎮古茶樹種質資源在各個類群中均有分布，鎮巴興隆鎮古茶樹種質資源主要分布在第Ⅰ類群。這與李瑞等［22］研究結果不同，并沒有嚴格按照地域聚類，而是按照表型性狀遺傳多樣性進行聚類，這在一定程度上表明陜西古茶樹種質資源與西北農林科技大學茶樹種質資源圃內的種質資源具有明顯差異。

陜西不同古茶樹種質資源表型性狀在各表型級別的分布呈現一定集中性，不同表型性狀各表型級別分布差異較大。研究結果在一定程度上表明陜西古茶樹種質資源表型變異極其豐富，古茶樹種質資源種類較豐富，地域性差異較明顯，篩選優異茶樹種質資源潛力較大，為篩選和利用陜西古茶樹種質資源提供了理論依據和試驗材料。外業調查還發現，陜西漢中西鄉、鎮巴、城固、南鄭和安康紫陽、嵐皋、平利、漢陰等生產性茶園較普遍，古茶樹種質資源均有發現，商洛商南、山陽等茶葉發展較為迅速，古茶樹種質資源尚未被發現。調查還發現西鄉峽口鎮江榜茗苑古茶樹種質資源保護較為完善，與生產性茶園明顯區別；鎮巴興隆鎮青獅溝寸古茶樹多被修剪成生產性茶樹；紫陽向陽鎮、紅椿鎮及南鄭福成鎮等其他地方古茶樹基本處于散養或荒蕪狀態，多栽種于陡峭山坡或深山密林中，極少數部分古茶樹已被嚴重砍伐或移栽，各類損壞古茶樹的行為亟需予以制止，同時還需要學習貴州［25］、云南［26］等地，加快保護和利用陜西古茶樹種質資源，為陜西優異茶樹種質資源的選育提供潛在育種資源。

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