(信陽市農(nóng)業(yè)科學(xué)院,河南省茶葉工程技術(shù)研究中心,國家茶葉產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系 信陽綜合試驗(yàn)站,河南 信陽 464000)
中國是茶的故鄉(xiāng),種茶歷史悠久。根據(jù)氣候環(huán)境等的差異,我國茶區(qū)分為江北茶區(qū)、江南茶區(qū)、華南茶區(qū)和西南茶區(qū)四大茶區(qū)。河南茶區(qū)是江北茶區(qū)的主產(chǎn)區(qū),主要分布在豫南大部分地區(qū),包括信陽、南陽和駐馬店等地區(qū)。據(jù)統(tǒng)計(jì),截止2016年底,河南省茶園總面積達(dá)15.84萬hm2,其中開采面積11.22萬hm2;干茶總產(chǎn)量6.65萬t,總產(chǎn)值116.23億元。其中信陽、南陽和駐馬店三市的茶園面積和產(chǎn)量之和占全省的98%以上,豫南已成為河南省茶葉主要生產(chǎn)地。
2006年,信陽市農(nóng)業(yè)科學(xué)院建立22 hm2茶葉科技示范園,加大了對茶樹種質(zhì)資源的收集力度,經(jīng)過多次實(shí)地考察、征集、引種、鑒定和評價(jià),建立種質(zhì)資源圃1.2 hm2,收集茶樹種質(zhì)資源400多份;同時(shí)通過連續(xù)多年的品種間雜交,創(chuàng)新種質(zhì)材料4000多份,選擇優(yōu)良單株近160個(gè),并對其中46個(gè)優(yōu)良單株進(jìn)行了鑒定和繁育。
相較于其他茶區(qū)茶樹種質(zhì)資源研究,豫南茶樹種質(zhì)資源的研究起步較晚,研究還不夠深入。蘇會等[1]選取豫南地區(qū)115份茶樹種質(zhì)資源,對其12個(gè)形態(tài)性狀以及4種內(nèi)含物成分分析,性狀間差異顯著,遺傳多樣性豐富;按氨基酸和咖啡堿含量高低,將115份資源分為三類。
2.1.1 資源圃建設(shè)
據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),目前全世界保存的茶樹種質(zhì)資源超過15000份,其中日本保存4000份,印度保存3350份,印尼保存600份,孟加拉國保存386份,越南保存180份[3]。中國作為茶樹的起源地,早在20世紀(jì)八十、九十年代,歷經(jīng)五次大規(guī)模的區(qū)域性考察,收集到了1300多份茶樹資源[4]。豫南茶樹資源圃無論是建圃面積,還是保存資源數(shù)量,與國家級及地方級福建、湖南、廣東、貴州茶樹資源圃相比有很大差距,應(yīng)不斷收集、引種茶樹種質(zhì)資源,加大鑒定和評價(jià)力度,篩選適合當(dāng)?shù)胤N植的優(yōu)異茶樹資源,培育茶樹新品種,充實(shí)和完善豫南茶樹種質(zhì)資源圃,豐富豫南茶樹種質(zhì)類型及遺傳多樣性。
2.1.2 數(shù)據(jù)庫建設(shè)
豫南茶樹種質(zhì)資源信息數(shù)據(jù)庫的建立,為實(shí)現(xiàn)茶樹種質(zhì)資源的數(shù)字化、信息化和規(guī)范化管理奠定基礎(chǔ),有利于不同地方的茶葉科研工作者通過數(shù)據(jù)庫這個(gè)平臺進(jìn)行資源的共享和利用,提高工作效率。目前,信陽市農(nóng)業(yè)科學(xué)院對資源圃內(nèi)的104份茶樹種質(zhì)資源進(jìn)行整理分類,對其形態(tài)、品質(zhì)等六大類型的111項(xiàng)具體描述進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄,利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和多媒體技術(shù),建立了多個(gè)信息子系統(tǒng)[7]。但豫南茶樹種質(zhì)資源信息庫的建設(shè)目前仍處于起步階段,對數(shù)據(jù)庫的更新和創(chuàng)新力度都遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠,比如資源的表型跟蹤觀察、數(shù)據(jù)庫資源的篩選及利用分子標(biāo)記手段創(chuàng)新數(shù)據(jù)庫建設(shè)等,應(yīng)加強(qiáng)相關(guān)方面的研究工作,充實(shí)和完善豫南茶樹種質(zhì)資源數(shù)據(jù)庫。蔣會兵等[8]利用Access數(shù)據(jù)庫軟件首次對勐海茶樹圃中的1199份資源中的830份進(jìn)行了共性和特性茶樹種質(zhì)資源的分類,與國家自然科技資源平臺連接,形成了云南茶樹種質(zhì)資源數(shù)據(jù)庫。陳好[9]首次著重于茶樹品種的經(jīng)濟(jì)性狀進(jìn)行研究,建立了一個(gè)面向大眾的專業(yè)茶樹品種資源信息檢索數(shù)據(jù)庫。田永輝等[10]對建立貴州省茶樹種質(zhì)資源數(shù)據(jù)庫的要求和方法進(jìn)行了論述,強(qiáng)調(diào)構(gòu)建數(shù)據(jù)庫的重要性和價(jià)值。邢輝[11]收集貴州古茶樹樣本,進(jìn)行SSR位點(diǎn)信息的分析,結(jié)合NCBI數(shù)據(jù)庫中的茶樹基因資源,構(gòu)建了茶基因數(shù)據(jù)庫,為茶樹研究者提供了有效的幫助。唐祥凱[12]針對目前茶樹種質(zhì)資源信息管理的缺陷,利用計(jì)算機(jī)技術(shù)建立了一個(gè)更加規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化的茶樹種質(zhì)資源信息共享系統(tǒng)。這些研究成果為豫南茶樹種質(zhì)資源信息數(shù)據(jù)庫的完善建立提供了參考。
2.2.1 分析遺傳多樣性
豫南茶樹資源豐富,種茶歷史悠久,經(jīng)過漫長的自然選擇和進(jìn)化,可能會產(chǎn)生某些遺傳變異,遺傳多樣性的分析能夠更直觀的反映出物種對環(huán)境的適應(yīng)能力和進(jìn)化潛力。相同表現(xiàn)型的茶樹有可能涉及不同的基因型,相同的基因型在不同環(huán)境下可能會產(chǎn)生不同的表現(xiàn)型,這些表型的變異只有通過遺傳分析才能得到確定。而研究豫南茶樹種質(zhì)資源的遺傳多樣性,不僅能探討茶樹遺傳信息的豐富程度,也能在一定程度上科學(xué)有效地指導(dǎo)豫南茶樹育種優(yōu)勢親本的選擇。但目前針對豫南茶樹資源遺傳多樣性的研究很少。
遺傳多樣性的分析主要采用遺傳標(biāo)記技術(shù),而目前的遺傳標(biāo)記技術(shù)主要有形態(tài)標(biāo)記、細(xì)胞標(biāo)記、生化標(biāo)記以及分子標(biāo)記。其中分子標(biāo)記是目前使用最多、準(zhǔn)確度最高的標(biāo)記手段。黃丹娟[13]利用SSR標(biāo)記技術(shù)對254個(gè)茶樹品種進(jìn)行遺傳多樣性的分析,檢測到629個(gè)等位變異,得出云南、廣東和重慶的茶樹品種遺傳多樣性水平較高,臺灣的品種遺傳多樣性水平最低。王旭等[14]通過對來自湖南和廣東茶樹資源圃的84個(gè)茶樹品種進(jìn)行SSR分析,檢測到94個(gè)等位位點(diǎn),引物多態(tài)性平均值0.56,結(jié)果表明這些品種都具有較高的遺傳多樣性。盧莉[15]對武陵茶區(qū)183份茶樹種質(zhì)資源進(jìn)行遺傳多樣性分析,發(fā)現(xiàn)供試材料間的遺傳距離系數(shù)較大,品種間遺傳相似性系數(shù)維持在0.52~0.93之間,說明武陵山區(qū)茶樹品種間存在較大遺傳變異,遺傳基礎(chǔ)較寬。遺傳多樣性越豐富越有利于制造出更優(yōu)異的資源,姚明哲等[16]利用ISSR標(biāo)記研究我國36個(gè)主要無性系茶樹品種的遺傳多樣性和親緣關(guān)系,發(fā)現(xiàn)遺傳基礎(chǔ)相對較窄,而臺灣品種金萱與大陸品種遺傳距離較遠(yuǎn),形成單獨(dú)的個(gè)類,并繪制了親緣關(guān)系樹狀圖,從分子水平上為育種親本的選擇提供了理論依據(jù)。分子標(biāo)記的成熟應(yīng)用,為豫南茶樹種質(zhì)資源創(chuàng)新和育種工作奠定基礎(chǔ)。
2.2.2 探究親緣關(guān)系
茶樹種質(zhì)資源間的親緣關(guān)系是指導(dǎo)茶樹雜交育種的重要指標(biāo),探究豫南茶樹種質(zhì)資源親緣關(guān)系,為茶樹雜交后代親本選擇提供參考和依據(jù),從而減少了茶樹雜交育種工作的盲目性和工作量,提高育種效率。但目前針對豫南茶樹資源親緣關(guān)系的研究仍處于空白。葉江華等[17]對84份福建武夷山名叢單叢茶樹種質(zhì)資源進(jìn)行遺傳多樣性和親緣關(guān)系分析,將84份名叢分成六大類群,并繪制親緣關(guān)系樹狀圖,結(jié)果表明武夷名叢單叢群體大部分單株的遺傳背景較一致,親緣關(guān)系較近。席春奕等[18]利用UPGMA法將30份四川茶樹種質(zhì)資源聚類為兩大類,聚類結(jié)果呈現(xiàn)出明顯的地域趨勢,與其他分子標(biāo)記技術(shù)的聚類分析結(jié)果一致,也說明不同分子標(biāo)記技術(shù)的聚類分析具有一定的統(tǒng)一性。王旭等[14]通過對84個(gè)供試品種的遺傳多樣性的分析,發(fā)現(xiàn)地理來源和遺傳背景相似的品種大多聚為一類,說明茶樹的親緣關(guān)系與遺傳背景有關(guān)。羅軍武[19]從形態(tài)學(xué)、細(xì)胞學(xué)、解剖學(xué)等方面對茶樹種質(zhì)資源的親緣關(guān)系的研究進(jìn)展進(jìn)行了綜述,其中DNA分子標(biāo)記技術(shù)在植物親緣關(guān)系的研究上,取得了突破性進(jìn)展,為今后研究茶樹種質(zhì)資源親緣關(guān)系指明了方向。豫南應(yīng)加強(qiáng)對這些方面的研究力度。
2.2.3 發(fā)掘重要功能基因
豫南茶區(qū)品種資源豐富,通過發(fā)掘茶樹重要功能基因,改良茶樹品種,從而獲得優(yōu)異種質(zhì)資源。我國對茶樹優(yōu)異種質(zhì)資源的發(fā)掘主要集中在早生、耐寒、高香型、抗病蟲、高茶氨酸和兒茶素、低咖啡堿等性狀上[5],而這些優(yōu)勢性狀的獲得可以通過發(fā)掘茶樹重要功能基因得以實(shí)現(xiàn)。目前茶樹基因的克隆鑒定主要是與茶葉品質(zhì)和抗逆性相關(guān)的基因[20]。喬新榮等[21]從信陽群體種中克隆了CsGPX基因,通過PCR定量分析,發(fā)現(xiàn)在干旱脅迫處理12 h內(nèi),CsGPX表達(dá)量明顯上升,進(jìn)一步證明了CsGPX參與了干旱脅迫反應(yīng)。蘇會等[22]對115份豫南茶樹種質(zhì)資源進(jìn)行茶品質(zhì)相關(guān)性狀與EST-SSR標(biāo)記的關(guān)聯(lián)分析,獲得了與水浸出物、茶多酚、氨基酸、咖啡堿關(guān)聯(lián)的標(biāo)記共19個(gè),這些標(biāo)記可供進(jìn)一步深入研究相關(guān)性狀位點(diǎn),為茶樹的早期鑒定和茶葉品質(zhì)的改良等提供一定的理論參考。馬春雷等[23]克隆了3個(gè)與茶樹葉綠素合成相關(guān)的基因,通過對這3個(gè)基因在不同白化程度和不同部位茶樹葉片表達(dá)量的分析,發(fā)現(xiàn)CsChlS和CsCAO基因具有明顯的表達(dá)協(xié)同性,表達(dá)量與葉色深淺同步,推測在白化葉片中,葉綠素的合成受阻是導(dǎo)致葉片白化的直接原因,該研究為揭示白葉1號的白化機(jī)制提供了參考。
豫南茶產(chǎn)業(yè)作為河南省的支柱特色產(chǎn)業(yè),不斷開展優(yōu)良種質(zhì)的征集、引種、鑒定、保護(hù)等工作,加大對豫南茶樹資源的創(chuàng)新利用研究,尤其是對當(dāng)?shù)氐男抨柸后w種以及桐柏的野生種的開發(fā)和保護(hù),利用分子標(biāo)記手段發(fā)掘優(yōu)異、特異種質(zhì)資源,選育新品種,結(jié)合DUS測試,鑒定保護(hù)茶樹新品種,將對促進(jìn)河南茶產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級發(fā)揮重要作用。