杭州地方茶樹資源生化成分多樣性分析及優異資源篩選

黃海濤,張 偉,敖 存,崔宏春,余繼忠,鄭旭霞

(浙江省杭州市農業科學研究院 茶葉研究所,浙江 杭州 310024)

茶樹[Camelliasinensis(L.) O.Kuntze]種質資源是茶樹種質創新、品種選育、生產利用的物質基礎,合理選用優良種質是提高育種成效的技術關鍵之一[1]。杭州茶區茶樹栽培歷史悠久,擁有豐富的地方茶樹種質資源,如淳安鳩坑群體種和西湖龍井群體種,其中鳩坑群體種還是我國第一批認定的國家良種之一,而龍井群體種則是浙江省級茶樹良種之一,也是西湖龍井茶品質形成的重要基礎[2-4]。杭州地方茶樹資源的鑒定評價和開發利用已經取得了顯著的成績,目前,已經從龍井群體種中選育出龍井43、龍井長葉、中茶102等多個國家級茶樹良種[5-6]；還從鳩坑群體種中選育出鳩坑早等品種[7]；這些新品種的育成、推廣和應用為浙江茶產業發展作出了較大的貢獻[8]。

茶樹品種鮮葉中的生化成分組成及含量決定了茶葉品質的優劣以及名優茶的適制性,從而決定了茶樹品種資源的利用價值和開發效益[9-11]。因此,對茶葉品質成分進行測定分析是研究茶樹品種資源特性、篩選優異茶樹資源和對資源進行開發利用的基礎。對杭州市鳩坑種和龍井種等地方茶樹資源的篩選和發掘利用研究已有不少[5-7],但關于這兩個群體資源生化成分的比較研究和系統評價較少。我們對最近幾年收集和保存的58份杭州地方茶樹資源的茶多酚、氨基酸和咖啡堿等常規生化成分以及兒茶素組分進行了測定,旨在發掘出杭州優異茶樹資源,為浙江茶產業發展提供育種材料。

1 材料與方法

1.1 材料

本研究共采集58份杭州地方茶樹品種和資源,其中：鳩坑資源24份(編號1～24),來自淳安縣；鳩坑資源18份(編號25～42)，來源于余杭區；龍井資源16份(編號43～58)，來源于西湖區。取春季一芽二葉，按照烘青綠茶工藝[12]固樣,粉碎后用于生化成分含量的測定。

1.2 方法

生化成分含量的測定方法參照文獻[13],其中水浸出物含量測定采用全量法；茶多酚總量測定采用酒石酸亞鐵比色法;氨基酸總量測定采用茚三酮比色法;咖啡堿和兒茶素組分含量的測定采用高效液相色譜(HPLC)法。

1.3 統計分析

基本統計分析利用Excel 2003進行,聚類分析通過NTsys 2.10e軟件運行。聚類分析采用系統聚類下的類平均法(unweighted pair group with mathematic average, UPGMA)。利用Shannon-Weave多樣性指數(H′)評價生化組分的遺傳多樣性[14]。在計算遺傳多樣性指數前先對數量性狀進行無量綱化處理,按照平均值±0.5σ將數量性狀分為10級，分別賦值1,2,3, …,10,具體參照余繼忠[15]的方法。Shannon-Weave多樣性指數(H′)的計算公式為:H′=-ΣPjlnPj,其中Pj為某性狀的無量綱值j出現的頻率。

2 結果與分析

2.1 主要生化成分多樣性分析

以浙江省主要栽培茶樹良種迎霜和龍井43為對照，對58份杭州地方茶樹資源的主要生化成分含量進行統計分析，結果(表1)表明：杭州地方茶樹資源的水浸出物、茶多酚、氨基酸和咖啡堿的平均含量分別為42.8%、25.5%、5.0%和4.0%,其中水浸出物、氨基酸、咖啡堿、C、EGCG、ECG、CG、酯型兒茶素、非酯型兒茶素和總兒茶素等主要成分的平均含量高于兩個對照的,GC和EGC的平均含量低于兩個對照的,而茶多酚、酚氨比、EC和GCG等的平均含量位于兩個對照之間；平均變異系數為26.83%,除水浸出物含量的變異系數低于10%以外,其余指標含量的變異系數均在10%以上；平均遺傳多樣性指數為1.99,且各指標的遺傳多樣性指數均在1.0以上,表明杭州地方茶樹資源生化成分的遺傳變異極其豐富。

表1 杭州茶樹資源主要生化成分的基本統計參數和遺傳多樣性指數

2.2 茶樹資源的聚類分析

采用平均歐式距離法對杭州地方茶樹資源的生化成分進行聚類分析,在遺傳距離為10的條件下可以將58份資源分為以下3個類群：第1類群有16份茶樹資源,包括43～58號品種,均為龍井種茶樹資源；第2類群有5份茶樹資源,包括31、35、37、40和42號品種,均為來自余杭的鳩坑種茶樹資源；第3類群包括其余37份資源,其中1～24號為來自淳安的鳩坑種茶樹資源,其余13份為來自余杭的鳩坑種茶樹資源(圖1)。

圖1 杭州地方茶樹資源生化成分的系統聚類圖

2.3 不同類群茶樹茶葉生化成分含量的比較

從表2可以看出：杭州茶樹資源3個類群茶葉的生化成分含量差異明顯,其中類群1的水浸出物含量、EGCG等酯型兒茶素含量和兒茶素總量均為最高；類群2的水浸出物含量、EGCG等酯型兒茶素含量、兒茶素總量和酚氨比均為最低；類群3的以上成分含量位于上述兩個類群之間,但其茶多酚和氨基酸含量均為最高。

2.4 主成分分析

對杭州茶樹資源的生化成分含量進行主成分分析，結果(表3)表明,前5個主成分的累計貢獻率達到88.688%,包含了所有性狀的主要信息,其中PC1的貢獻率達到38.928%,代表兒茶素、水浸出物、酯型兒茶素和EGCG含量信息;PC2的貢獻率達到18.143%,代表茶多酚和咖啡堿含量信息;PC3的貢獻率達到14.562%,代表酚氨比、氨基酸、非酯型兒茶素、GC和EGC含量信息,其中氨基酸為負值;PC4代表氨基酸、非酯型兒茶素、C和GC等含量信息;PC5主要代表EC含量信息。

2.5 優異茶樹資源的篩選

對杭州地方茶樹資源的生化成分含量進行鑒定和分析，篩選出11、24、44、45、54、56、57和58號共8份優異茶樹資源，這些茶樹資源在部分功能性成分上具有較高的含量(見表4),特別是2份高氨基酸含量和2份高EGCG含量的茶樹資源具有重要的利用價值。

3 小結與討論

3.1 杭州茶樹資源生化成分含量的遺傳多樣性

茶樹種質資源是開展生物技術研究和茶樹新品種選育的物質基礎,茶葉中的功能性生化成分含量是衡量茶樹資源和茶葉品質的重要鑒定指標,開展生化成分含量分析和評價是茶樹種質資源發掘和利用的前提。杭州地方茶樹資源極其豐富,其中龍井種茶樹資源和鳩坑種茶樹資源是杭州地區兩類重要的代表性茶樹資源。王麗鴛等[3]對西湖龍井種茶樹資源的生化成分含量多樣性進行了研究,結果表明：西湖龍井群體種資源的平均咖啡堿含量為36.47 mg/g,變異系數為45.9%；平均兒茶素總量為128.46 mg/g,變異系數為34.2%。黃海濤等[16]對鳩坑茶樹資源的生化成分多樣性進行了研究,結果表明：鳩坑茶樹資源的游離氨基酸總量平均值為2.72%,變異系數為29.19%；茶多酚含量的平均值為29.93%,變異系數為16.91%；咖啡堿含量的平均值為2.70%,變異系數為12.21%,多樣性較為豐富。

表3 杭州茶樹資源生化成分含量的主成分分析結果

表4 篩選出的生化成分含量優異的茶樹資源

本研究結果表明，杭州地方茶樹資源生化成分含量的多樣性較豐富,多樣性指數平均為1.99，這與張金霞等[17]研究得出的黃山種自然雜交后代生化成分遺傳多樣性指數(1.99)相等,略高于王新超等[18]研究得出的廣西茶樹資源的遺傳多樣性指數(1.90)。在本研究中，杭州地方茶樹資源茶葉的水浸出物、茶多酚、氨基酸和咖啡堿含量的平均值分別為42.8%、25.5%、5.0%和4.0%,其中茶多酚含量的遺傳多樣性指數最高，達到了2.25。本文聚類分析將58份杭州地方茶樹資源分為了3個類群,其中第1類群為龍井種資源,第2、3類群為鳩坑種群體資源,表明鳩坑和龍井種群體資源在主要生化成分含量上有明顯差異。對16個生化指標的主成分分析結果顯示：前5個主成分的累計貢獻率達88.688%,包含了所有性狀的大部分信息,其中PC1代表兒茶素、水浸出物、酯型兒茶素和EGCG含量信息;PC2代表茶多酚和咖啡堿含量信息;PC3代表酚氨比、氨基酸、非酯型兒茶素、GC和EGC含量信息。

3.2 杭州茶樹資源的開發利用

鳩坑種茶樹資源和龍井種茶樹資源是杭州市具有明顯地方特色的兩類茶樹品種資源,其中鳩坑種茶樹資源以大葉或中葉類為主,茶多酚含量較高,滋味濃醇,葉色變異豐富,而龍井種茶樹資源則以中小葉類為主,茶多酚含量較低,酚氨比低,滋味鮮爽。邵宗清等[7]對鳩坑茶樹資源進行了開發和利用研究,選育出早生高產優質茶樹新品系“鳩20”；楊亞軍等[5]采用單株選擇+無性繁殖方法從龍井群體種中選育出發芽早、制綠茶品質優良、產量高的茶樹新品種“中茶102”。這些茶樹品種的選育和應用為浙江省茶產業的健康可持續發展起到了極大的推動作用。

本研究將58份杭州鳩坑種和龍井種茶樹資源分為3個類群,類群1和類群2茶葉的酚氨比適中,適制名優綠茶；類群3茶葉的酚氨比較高,適制紅茶。本文還篩選出了2份高氨基酸茶樹品種資源和2份高EGCG茶樹品種資源,這些優異資源的鑒定和篩選將為茶樹新品種的選育提供重要的育種材料和參考。