137份茶樹人工雜交F1代單株表型性狀及遺傳多樣性分析

鄧少春，田易萍，陳林波，陳春林，龐丹丹，徐丕忠，包云秀，朱興正

（云南省農業科學院茶葉研究所／云南省茶樹種質資源創新與配套栽培技術工程研究中心／云南省茶學重點實驗室，云南 勐海 666201）

金萱（Camellia sinensiscv.Jinxuan）為灌木型、中葉類、中早生茶樹品種，選育自臺灣省，在廣東、廣西、福建等地引種較多［1，2］，適制烏龍茶，兼制綠茶。云茶1號（Camellia sinensisvar.assamicacv.Yuncha 1）為喬木型、大葉類、早生無性系茶樹品種，從云南省元江細葉糯茶群體品種中采用單株育種法育成，在云南西雙版納、普洱、保山等州（市）有種植，適制紅茶、綠茶、普洱茶。金萱與云茶1號芽葉表型差異較大［3］。

雜交育種是創制新種質及發掘新變異的最有效方法［4－6］。雜交育種是否成功取決于雜種優勢是否在雜交后代中充分顯現［7，8］，同時，培育一個新品種要建立在對雜交后代表型性狀及遺傳規律研究的基礎上［9］。王治會等［10］對17份黃金菊自然雜交后代單株的23項表型性狀的變異與多樣性進行研究，結果表明單株的性狀變異較豐富；部分單株的簡單兒茶素和游離氨基酸含量表現為顯著提高，而總兒茶素、酯型兒茶素及茶多酚含量表現為顯著降低。楊軍等［11］為實現茶樹種質資源的系統分類，利用17對SSR引物對94個茶樹種質資源的親緣關系、遺傳多樣性與群體結構進行分析，結果將這94個茶樹種質分為3個類群，分別為閩南高香資源類群屬性、閩北烏龍茶種質資源類群屬性、烏龍茶與綠茶種質資源混合類群屬性。王小萍等［12］對古藺縣139份野生大茶樹資源（7個天然居群）葉片18個表型性狀的遺傳多樣性分析結果顯示野生大茶樹資源葉片性狀變異豐富，各性狀在各居群間的變異系數最大值均超過10%，UPGMA聚類分析結果顯示這7個居群的親緣關系較近。

芽葉能為植物的生長發育及開花結實提供充足的養分保障，是植物最重要的農藝性狀之一。研究表明，經濟型樹種的品質和產量與芽葉性狀之間存在較大的關聯［13－15］，要對雜交后代進行早期預篩和鑒定，芽葉性狀表型特征的鑒定是必不可少的環節［16－18］。本試驗分別以中葉種金萱和大葉種云茶1號為母本和父本進行雜交，得到137份雜交后代材料，對這些材料及其父母本的芽葉特征進行觀測和分析，并探究其遺傳規律，以期了解大中葉種親代和子代的表型特征及遺傳變異規律，為茶樹雜交育種提供理論指導。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

以云南省農業科學院茶葉研究所試驗基地栽種的金萱（♀）、云茶1號（♂）及其人工雜交育成的F1代單株為材料（編號1～137）。

1.2 試驗方法

以茶樹種質資源數據質量控制規范為參考［19］，于春、夏、秋三季調查供試材料的芽葉性狀，并于冬季采茶結束時調查成熟葉性狀。對芽葉表型數量性狀共12個指標進行測量和統計。

相對遺傳力：假設基因的加性效應嚴格控制子代的遺傳特性，對應的相對遺傳力為a1、a2，則大值親本表現型平均值的相對遺傳力a1＝（F1－P2）／（P1－P2），小值親本表現型平均值的相對遺傳力a2＝（P1－F1）／（P1－P2），其中P1為大值親本，P2為小值親本［20］。

雜種優勢：超親優勢表示為Hb、中親優勢表示為Hm、超親優勢率表示為RHb、中親優勢率表示為RHm。子代某一性狀的平均值表示為Fm、雙親平均值表示為MPV，雙親中較大親本值表示為BPV。計算公式如下：Hb＝Fm－BPV，Hm＝Fm－MPV，RHb＝（Hb／BPV）×100［2］，RHm＝（Hm／MPV）×100。

1.3 數據處理與分析方法

利用IBM SPSSStatistics 26和Microsoft Excel 2016進行正態性檢驗、頻率分析、方差分析、描述統計和聚類分析，葉片表型遺傳變異使用CV（變異系數）和H′（Shannon－Weaver遺傳多樣性指數）進行評價，葉片表型組間相關程度和方向用Pearson’s相關系數來度量，芽葉表型性狀的遺傳模型使用雜種優勢理論和相對遺傳力進行分析。

2 結果與分析

2.1 離散特征

由表1可知，人工雜交F1代12個芽葉表型性狀的遺傳多樣性豐富，變異系數為6.37%～32.84%，極大值與極小值的比值為1.48～9.19，變異系數超過10%的性狀有11個。葉面積、芽重、一芽二葉重和一芽三葉重的變異系數均超過30%，變異較大；其余性狀除葉長葉寬比、芽長、一芽一葉長外變異系數均在15%～30%，為中等變異水平。葉面積的標準差最大，群體中極易出現極值個體，芽重的標準差最小。從圖1可以看出，各表型性狀均符合多基因控制數量性狀遺傳特征，具有較好的連續性正態分布趨勢。

圖1 F1代12個芽葉表型性狀的頻率分布

表1 芽葉表型性狀在F1群體分離的特征值

2.2 相關性分析

由表2可知，12個芽葉性狀間的66對相關性分析中有56對達極顯著水平（P＜0.01），2對達到顯著水平（P＜0.05），相關系數在0.85以上的有14對，達極顯著水平，相關程度極高。其中，葉長葉寬比與一芽二葉長、一芽三葉長呈正向弱相關關系；葉長葉寬比與葉寬、一芽一葉重、一芽二葉重、一芽三葉重呈負相關關系；而葉長葉寬比與芽重則不存在直線相關關系。

表2 F1代芽葉表型性狀的相關性分析結果

2.3 雜種優勢表現

如表3所示，金萱和云茶1號雜交得到的F1代單株葉長、芽重、一芽一葉重、一芽二葉重、一芽三葉長、一芽三葉重為負向顯性；僅葉長葉寬比的遺傳方向為正向顯性；葉寬、葉面積、芽長、一芽一葉長、一芽二葉長的相對遺傳力表現為負向超顯性。從父母本相對F1代的遺傳力強弱來看，父本云茶1號在葉長葉寬比、芽長、芽重、一芽一葉長、一芽一葉重、一芽二葉長、一芽二葉重、一芽三葉長、一芽三葉重九個表型性狀中的相對遺傳力強于母本，母本金萱在葉長、葉寬、葉面積三個性狀中的相對遺傳力強于父本。另外，12個性狀在F1代的中親優勢率為－0.53%～0.01%，超親優勢率為－0.69%～－0.03%，其中葉長葉寬比的中親優勢為正值。

表3 F1代芽葉表型性狀的雜種優勢表現

2.4 聚類分析

由系統聚類分析結果（圖2）可知，父母本及F1代群體在遺傳距離為25處可劃分為2個類群，第1個類群僅包括2個單株，占群體的1.44%，第2個類群分為2個亞類，分別包括1個單株和136個單株，占群體的98.56%。母本金萱被分在第1類群，而父本云茶1號則被劃分在第2類群。結合137份供試材料的芽葉數量性狀可以看出，第1類群的芽長、芽重、一芽一葉長、一芽一葉重、一芽二葉長、一芽二葉重、一芽三葉長、一芽三葉重等8個指標均高于第2類群；而葉長、葉寬、葉面積、葉長葉寬比4個指標均低于第2類群，尤其是葉面積，比第2類群低59.02%。

圖2 雜交F1代單株系統聚類分析結果

3 討論與結論

雜交育種是目前較為有效的獲得植物新品系和突破性品種的方法之一，雜交后代不同群體之間具有性狀分離的特征，且性狀出現大幅度變異的可能性較大［21－23］。在本研究中，12個芽葉性狀均具有大幅變異的特征，說明F1代具有較高的離散程度，表型多樣性和變異水平也較為豐富，這為下一步選擇優良單株提供了方向和材料。

楊亞軍［24］研究發現，基因型重組決定了茶樹無性后代的葉片小于有性雜交后代，且雜交后代具有與母本更相近的表型特征，且葉寬與葉面積表型具有很大的相關性，葉寬具有比葉長更高的遺傳力。本研究結果表明，母本在葉長、葉寬、葉面積三個性狀中的相對遺傳力強于父本，這與楊亞軍［24］的結論一致；但通過計算父母本相對遺傳力發現葉寬的遺傳特性較復雜，F1代葉長、葉寬與葉面積均呈極顯著正相關，且相關系數大小相當，這與楊亞軍［24］的結論有差異。

在本研究中，云茶1號和金萱分別作為父母本，雜交得到的F1代單株在12個性狀上的表現為：9個性狀表現為親父特征，3個性狀表現為親母特征；6個性狀遺傳方向為負向顯性，1個性狀遺傳方向為正向顯性，5個性狀的相對遺傳力表現為負向超顯性。說明云茶1號和金萱雜交后代各性狀的遺傳特性較復雜，出現變異的幾率較大，可進一步擴大表型測定范圍及F1代單株數量，以獲得更多變異類型及具有優良性狀的F1后代。

本研究的系統聚類分析結果將F1代群體劃分為2個類群，第1個類群僅包括2個單株，其明顯特征為葉面積偏小，葉片大小為中小葉，這為進一步挖掘茶樹抗寒品種、選育不同產茶區適應性品種提供了思路，在今后的遺傳測定和種質資源開發利用中應當予以特別關注。另外，在系統聚類時，父母本被分在了兩個不同類群，說明父母本的性狀差異較明顯，可在雜交育種及特異資源培育方面加以利用。