雷 雨 段繼華 黃飛毅 康彥凱 羅 意 陳瑩玉 丁 玎 李賽君

（湖南省農(nóng)業(yè)科學院茶葉研究所 / 國家中小葉茶樹種質資源圃（長沙） / 國家茶樹改良中心湖南分中心/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部茶樹及茶葉加工科學觀測實驗站 / 湖南省茶樹種質資源圃/湖南省茶樹品種與種苗工程技術研究中心，湖南 長沙 410125）

茶是世界三大天然飲料之一，因其內(nèi)含的功能性物質具有明顯的藥理保健作用，而日益受到消費者喜愛。水浸出物、茶多酚、氨基酸和咖啡堿是茶葉中的主要生化成分，也是決定茶葉品質和保健功效的物質基礎［1］。

茶葉品質的形成與茶樹品種密切相關。近年來，隨著分子生物學技術迅猛發(fā)展，茶樹育種技術與方法得到了很大提升，但雜交育種仍是茶樹品種選育和創(chuàng)制育種新材料的主要途徑。茶樹因異花授粉、高度雜合、結實率低且世代周期長等特點，導致其雜交群體獲得難度大，經(jīng)典遺傳學的研究非常滯后，相關遺傳理論研究進展緩慢［2-4］。目前，關于茶樹主要經(jīng)濟性狀的遺傳規(guī)律已有一些報道， 如芽葉重量、長度、葉片大小、育芽力等表型性狀的經(jīng)典遺傳研究多出現(xiàn)在2000 年以前［2］；進入新世紀后，隨著分子生物技術的發(fā)展，也有不少學者開始利用多種分子標記技術對茶樹的部分表型性狀進行了遺傳定位研究［5-6］。雖然前人已對茶樹的一些性狀遺傳進行了分析，但有關茶樹主要品質性狀的遺傳規(guī)律仍知之甚少。

主基因+多基因混合遺傳分析方法是經(jīng)典的數(shù)量性狀研究方法之一［7-9］，該方法用于鑒別數(shù)量性狀混合遺傳模型并估計相關遺傳參數(shù)，已廣泛應用于油菜［10］、玉米［11］、水稻［12］等各類作物的農(nóng)藝、品質、抗性等性狀的遺傳分析［10-12］，為現(xiàn)代植物育種提供了重要的參考。茶樹主要品質成分具有典型的數(shù)量遺傳特征，但由于其遺傳材料較難獲得且生殖周期長，因此應用該方法開展茶樹相關數(shù)量性狀的研究鮮有報道。

鑒于此，本研究以保靖黃金茶1 號為父本，福鼎大白茶、安徽1 號和碧香早分別為母本，構建3 個雜交F1群體。采用數(shù)量性狀混合遺傳分離分析方法，研究不同遺傳背景下茶樹主要品質性狀的遺傳模型和主基因遺傳效應，并進行雜種優(yōu)勢分析，探究其遺傳規(guī)律，旨在為進一步開展茶樹性狀分離規(guī)律研究、主要品質成分性狀的數(shù)量性狀基因座（quantitative trait locus，QTL）定位分析和分子標記輔助育種提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

以保靖黃金茶1號為父本，福鼎大白茶、安徽1號、碧香早分別為母本進行人工雜交，共收獲F1茶苗123株，其中組合Ⅰ（福鼎大白茶×保靖黃金茶1號）41株，組合Ⅱ（安徽1 號×保靖黃金茶1號）35株，組合Ⅲ（碧香早×保靖黃金茶1號）47株，所有F1與親本無性系茶苗種植于湖南省茶研所試驗茶場，按常規(guī)管理，水肥、修剪等各項管理措施一致。

1.2 生化成分檢測

連續(xù)3年采摘春茶第一輪新梢一芽二葉制蒸青樣，并進行微波固樣［13］。分別參照《GB/T 8305-2013茶 水浸出物測定》［14］、《GB/T 8313-2008茶葉中茶多酚和兒茶素類含量的檢測方法》［15］、《GB/T 8314-2013茶 游離氨基酸總量的測定》［16］、《GB/T 8312-2013 茶 咖啡堿測定》［17］進行水浸出物、茶多酚、氨基酸和咖啡堿含量檢測。

1.3 雜種優(yōu)勢分析

采用中親優(yōu)勢和中親優(yōu)勢率表示雜種優(yōu)勢［18-20］。中親優(yōu)勢（Hm）為雜交F1群體某一表型性狀的平均數(shù)（Fm）與中親值（mid-parent value，MPV）之差，中親優(yōu)勢率為中親優(yōu)勢（Hm）與MPV之比，MPV為兩個親本某性狀的平均值。采用IBM SPASS 21.0 和Excel 2013軟件對數(shù)據(jù)進行描述性統(tǒng)計和頻次分析。

1.4 混合遺傳分析

根據(jù)“假F2代”策略，采用主基因+多基因混合遺傳模型對3 個雜交F1群體的4 個主要品質性狀進行分析，分別計算各遺傳模型的極大似然函數(shù)值和最小赤池信息量準則（Akaike’s information criterion， AIC）值，然后選擇AIC 較小的遺傳模型作為備選模型，并進行均 勻 性 檢 驗（U12、U22、U32），Smirnov 檢 驗（nW2）和Kolmogorov 檢驗（Dn）等適合性檢驗［21-23］。根據(jù)適合性檢驗的結果選擇統(tǒng)計量達顯著水平個數(shù)最少的模型為最適模型，達顯著水平個數(shù)相同情況下以AIC 值最小的模型為最適模型，最后估算相關遺傳參數(shù)［21-23］。分析軟件采用R語言軟件包SEA v2.0［24］。

2 結果與分析

2.1 主要品質成分含量的表型分布

由表1 可以看出，組合Ⅱ的水浸出物、茶多酚和咖啡堿含量均值最高，組合Ⅰ氨基酸含量均值最高。三個雜交群體水浸出物含量變異范圍2.86%～3.87%，茶多酚含量變異范圍為7.37%～8.14%，氨基酸含量變異范圍為7.63%～9.88%，咖啡堿變異范圍為6.24%～8.83%，除水浸出物遺傳變異較小外，其余各成分遺傳變異均較為廣泛。

表1 3個雜交組合F1主要品質成分表型特征值Table 1 The phenotypic characteristics of main quality components in F1 population of three crosses

由表1的偏度和峰度以及圖1的次數(shù)分布圖可知，3 個雜交F1群體大部分子代性狀處于雙親之間，且表現(xiàn)連續(xù)性分布，表明各雜交組合主要品質成分性狀為多基因控制的數(shù)量性狀，可進行混合遺傳分析。

圖1 雜交F1群體主要品質成分表型性狀的次數(shù)分布Fig.1 Frequency distribution of main quality components phenotypic traits in F1 population

2.2 主要品質成分的雜種優(yōu)勢表現(xiàn)

經(jīng)t 檢驗，3 個雜交組合的水浸出物、茶多酚、氨基酸和咖啡堿中親優(yōu)勢均未達到顯著水平（P＞0.05），中親優(yōu)勢率為-14.82%～9.22%。3個雜交F1群體的水浸出物和茶多酚表現(xiàn)為正向中親優(yōu)勢，氨基酸表現(xiàn)為負向中親優(yōu)勢且具有一定程度的偏母性遺傳，咖啡堿在組合Ⅰ中表現(xiàn)為正向中親優(yōu)勢，而在組合Ⅱ和組合Ⅲ中表現(xiàn)為負向中親優(yōu)勢（表2）。

表2 F1群體主要品質成分表型性狀的雜種優(yōu)勢Table 2 Heterosis of main quality components phenotypic reaits in F1 population

3 個雜交F1群體的各主要品質性狀均存在超出親本性狀的個體，說明雜交后代中普遍存在超親分離現(xiàn)象。組合Ⅱ和組合Ⅲ的水浸出物和咖啡堿性狀均值超出了親本所在范圍，其水浸出物均值高于親本范圍，而咖啡堿均值低于親本范圍，具有超親優(yōu)勢；其余性狀的均值介于雙親之間，未形成超親優(yōu)勢。

2.3 主要品質成分遺傳效應分析

根據(jù)“假F2代”策略，對茶樹3個雜交F1群體的4個表型性狀進行混合遺傳模型分析，結果見表3。據(jù)表中各性狀不同遺傳模型下的AIC 值，選擇其最小或相對較小的幾個模型為備選模型，并分別進行適合性檢驗。以組合Ⅲ的茶多酚性狀為例，11個模型中以2MGCD 模型的AIC 值最小（198.57），1MG-A 模型AIC 值（198.76）次之，故選擇以上兩個模型為備選模型。

表3 F1群體主要品質成分在不同遺傳模型下的AIC值Table 3 AIC values of various genetic models of main quality components in F1 population

表4 入選模型的適合性檢驗Table 4 Test for goodness-of-fit of selected genetic modles

2.4 主要品質成分遺傳參數(shù)估計

組合Ⅰ中水浸出物、茶多酚、氨基酸和咖啡堿為兩對加性-顯性主基因控制，2 對主基因加性效應均為正向效應，第1、第2對主效基因的加性效應分別為1.616和0.361、1.871和1.598、0.367和0.244、0.222和0.103，第1對主效基因的加性效應大于第2對。水浸出物、氨基酸和咖啡堿第1、第2 對主基因顯性效應分別為0.141和-1.541、-0.302 和0.044、-0.326 和0.060，表現(xiàn)為部分負向顯性；茶多酚2對主基因顯性效應為1.287和-0.057，表現(xiàn)為部分正向顯性，其加性效應均大于顯性效應。水浸出物、茶多酚、氨基酸和咖啡堿主基因遺傳率分別為96.183%、88.240%、2.629%、59.029%。

組合Ⅱ中水浸出物、茶多酚、氨基酸為等加性的兩對主基因控制，即兩對主基因的加性效應相等，且顯性效應均為0，其加性效應分別為1.097、1.753、0.168，主基因遺傳率為97.178%、1.083%、3.035%；咖啡堿兩對主基因為正向加性效應，且以第1對主基因為主，主基因遺傳率為90.338%。

組合Ⅲ中水浸出物、氨基酸和咖啡堿符合2對主基因-加性-顯性模型，2 對主基因均表現(xiàn)為正向加性效應，水浸出物和氨基酸表現(xiàn)為負向顯性效應，咖啡堿表現(xiàn)為正向顯性效應，加性效應大于顯性效應；茶多酚為等加性的2對主基因控制，加性效應為1.389，顯性效應為0。水浸出物、茶多酚、氨基酸和咖啡堿主基因遺傳率分別為97.805%、95.382%、99.246%和99.872%（表5）。

表5 不同表型性狀在各最適模型下的遺傳參數(shù)估計值Table 5 Estimated values of genetic parameters of different phenotypic traits at its optimal genetic model

3 討論

表型性狀是基因型與環(huán)境共同作用的結果，其多樣性是育種工作的基礎，了解和掌握雜交F1群體的表型性狀的多樣性和變異程度，對于茶樹新品種培育具有重要意義［25-26］。本研究分析了以保靖黃金茶1 號為父本的3 個不同雜交F1群體主要生化成分表型性狀的遺傳變異情況。結果顯示，各性狀遺傳變異系數(shù)范圍為2.86%～9.88%，除水浸出物遺傳變異較小外，其余各成分遺傳變異較為廣泛，說明水浸出物與氨基酸、茶多酚和咖啡堿相比，遺傳改良潛力相對較小。范凱等［27］研究了黃山種自然雜交后代，47 個單株葉長、葉寬、一芽三葉長和一芽三葉百芽重4 個表型性狀的遺傳變異系數(shù)為12.5%～33.2%；張金霞等［28］報道了黃山種自然雜交后代204 個單株的兒茶素組分遺傳變異系數(shù)范圍為22.4%～57.7%，均高于本研究中3 個雜交群體主要品質性狀的遺傳變異系數(shù)。一方面說明自然雜交群體比人工雜交群體遺傳變異豐富，因人工雜交群體是兩個無性系品種間的雜交后代，而自然雜交群體是同一母本、不同父本的雜交后代，其遺傳基因來源更廣泛、遺傳背景更復雜，性狀遺傳變異也相對較大；另一方面也提示茶樹雜交育種組合選配時，特異群體種資源作雜交親本，可使F1遺傳基礎更廣泛，選種效果更佳。

雜種優(yōu)勢利用是作物雜交育種的有效手段之一，但相比水稻、油菜等作物，茶樹雜種優(yōu)勢利用進展緩慢，相關遺傳研究基礎較為薄弱。因此，加強茶樹目標性狀的雜種優(yōu)勢及其形成機理研究對指導茶樹育種非常重要。本研究中3 個雜交組合F1的水浸出物和茶多酚表現(xiàn)正向中親優(yōu)勢，咖啡堿表現(xiàn)了不同正向和負向中親優(yōu)勢，而氨基酸表現(xiàn)為負向中親優(yōu)勢且存在偏母性遺傳，這種差異可能是母本遺傳背景不同導致的。雜種優(yōu)勢主要來源于雙親間的異質性，選擇遺傳差異大的親本進行雜交才能產(chǎn)生較強的雜種優(yōu)勢［24］。因此，在選育高氨基酸茶樹品種時，建議選擇氨基酸含量差異更大的品種作為親本，且高氨基酸親本為母本。

主基因+多基因混合遺傳模型是植物數(shù)量性狀遺傳研究中的重要內(nèi)容，可為后續(xù)遺傳改良奠定重要基礎［29-31］。本研究首次利用主基因+多基因混合模型對茶樹主要品質性狀的遺傳規(guī)律進行初步研究，結果表明4 個主要品質成分在3 個雜交F1群體中共符合3 種模型，但均符合兩對主基因+多基因遺傳控制。同一性狀在不同群體中的主基因效應表現(xiàn)不同，這可能與不同遺傳群體中雜交親本遺傳背景差異有關；同時3 個組合中母本為福鼎大白茶和碧香早的雜交F1群體主基因效應較為一致，但均與安徽1 號為母本的雜交F1群體差異明顯，而碧香早是從福鼎大白茶×云南大葉茶的雜交后代中選育而來［32］，與福鼎大白茶遺傳背景更相近，故推測其為這兩個雜交F1群體主基因效應較為一致的原因。從主基因遺傳率看，水浸出物和咖啡堿在三個雜交F1群體的主基因遺傳率較高，均大于50%，屬于高度遺傳力，受環(huán)境影響相對較?。徊瓒喾雍桶被嵩谌齻€群體中主基因遺傳率為1.083%～99.246%。盡管某些組合在某一性狀的遺傳模型一致，但其遺傳效應值和遺傳率各不相同，表明遺傳背景差異及等位基因或非等位基因的不同遺傳效應對茶樹主要品質性狀的影響。

本研究初步分析了茶樹主要品質成分的遺傳規(guī)律及主基因間互作效應，有助于進一步闡明其遺傳模式，主基因的檢測將為QTL 定位分析和分子標記輔助育種提供理論依據(jù)，從而加快茶樹育種進程。但由于茶樹基因高度雜合、童期長，雜交群體較難獲得，導致本研究F1群體數(shù)量偏少。因此，在今后的工作中將進一步擴大這幾個組合的群體數(shù)量，對以保靖黃金茶為父本的雜交后代開展更深入的研究，以便更準確、全面地了解茶樹主要性狀遺傳規(guī)律。

4 結論

本研究明確了3 個不同茶樹雜交組合中水浸出物、茶多酚、氨基酸和咖啡堿4個主要品質成分的雜種優(yōu)勢和遺傳模型，發(fā)現(xiàn)水浸出物遺傳改良潛力較小，水浸出物和茶多酚表現(xiàn)正向中親優(yōu)勢，咖啡堿表現(xiàn)了不同的正向和負向中親優(yōu)勢，而氨基酸表現(xiàn)為負向中親優(yōu)勢且存在偏母性遺傳；4個主要品質成分在3個組合中共有3 種模型，均檢測到2 對主基因，且以加性效應為主，水浸出物和咖啡堿主基因遺傳率較高。