杭州地方茶树资源生化成分多样性分析及优异资源筛选

黄海涛,张 伟,敖 存,崔宏春,余继忠,郑旭霞

(浙江省杭州市农业科学研究院 茶叶研究所,浙江 杭州 310024)

茶树[Camelliasinensis(L.) O.Kuntze]种质资源是茶树种质创新、品种选育、生产利用的物质基础,合理选用优良种质是提高育种成效的技术关键之一[1]。杭州茶区茶树栽培历史悠久,拥有丰富的地方茶树种质资源,如淳安鸠坑群体种和西湖龙井群体种,其中鸠坑群体种还是我国第一批认定的国家良种之一,而龙井群体种则是浙江省级茶树良种之一,也是西湖龙井茶品质形成的重要基础[2-4]。杭州地方茶树资源的鉴定评价和开发利用已经取得了显著的成绩,目前,已经从龙井群体种中选育出龙井43、龙井长叶、中茶102等多个国家级茶树良种[5-6]；还从鸠坑群体种中选育出鸠坑早等品种[7]；这些新品种的育成、推广和应用为浙江茶产业发展作出了较大的贡献[8]。

茶树品种鲜叶中的生化成分组成及含量决定了茶叶品质的优劣以及名优茶的适制性,从而决定了茶树品种资源的利用价值和开发效益[9-11]。因此,对茶叶品质成分进行测定分析是研究茶树品种资源特性、筛选优异茶树资源和对资源进行开发利用的基础。对杭州市鸠坑种和龙井种等地方茶树资源的筛选和发掘利用研究已有不少[5-7],但关于这两个群体资源生化成分的比较研究和系统评价较少。我们对最近几年收集和保存的58份杭州地方茶树资源的茶多酚、氨基酸和咖啡碱等常规生化成分以及儿茶素组分进行了测定,旨在发掘出杭州优异茶树资源,为浙江茶产业发展提供育种材料。

1 材料与方法

1.1 材料

本研究共采集58份杭州地方茶树品种和资源,其中：鸠坑资源24份(编号1～24),来自淳安县；鸠坑资源18份(编号25～42)，来源于余杭区；龙井资源16份(编号43～58)，来源于西湖区。取春季一芽二叶，按照烘青绿茶工艺[12]固样,粉碎后用于生化成分含量的测定。

1.2 方法

生化成分含量的测定方法参照文献[13],其中水浸出物含量测定采用全量法；茶多酚总量测定采用酒石酸亚铁比色法;氨基酸总量测定采用茚三酮比色法;咖啡碱和儿茶素组分含量的测定采用高效液相色谱(HPLC)法。

1.3 统计分析

基本统计分析利用Excel 2003进行,聚类分析通过NTsys 2.10e软件运行。聚类分析采用系统聚类下的类平均法(unweighted pair group with mathematic average, UPGMA)。利用Shannon-Weave多样性指数(H′)评价生化组分的遗传多样性[14]。在计算遗传多样性指数前先对数量性状进行无量纲化处理,按照平均值±0.5σ将数量性状分为10级，分别赋值1,2,3, …,10,具体参照余继忠[15]的方法。Shannon-Weave多样性指数(H′)的计算公式为:H′=-ΣPjlnPj,其中Pj为某性状的无量纲值j出现的频率。

2 结果与分析

2.1 主要生化成分多样性分析

以浙江省主要栽培茶树良种迎霜和龙井43为对照，对58份杭州地方茶树资源的主要生化成分含量进行统计分析，结果(表1)表明：杭州地方茶树资源的水浸出物、茶多酚、氨基酸和咖啡碱的平均含量分别为42.8%、25.5%、5.0%和4.0%,其中水浸出物、氨基酸、咖啡碱、C、EGCG、ECG、CG、酯型儿茶素、非酯型儿茶素和总儿茶素等主要成分的平均含量高于两个对照的,GC和EGC的平均含量低于两个对照的,而茶多酚、酚氨比、EC和GCG等的平均含量位于两个对照之间；平均变异系数为26.83%,除水浸出物含量的变异系数低于10%以外,其余指标含量的变异系数均在10%以上；平均遗传多样性指数为1.99,且各指标的遗传多样性指数均在1.0以上,表明杭州地方茶树资源生化成分的遗传变异极其丰富。

表1 杭州茶树资源主要生化成分的基本统计参数和遗传多样性指数

2.2 茶树资源的聚类分析

采用平均欧式距离法对杭州地方茶树资源的生化成分进行聚类分析,在遗传距离为10的条件下可以将58份资源分为以下3个类群：第1类群有16份茶树资源,包括43～58号品种,均为龙井种茶树资源；第2类群有5份茶树资源,包括31、35、37、40和42号品种,均为来自余杭的鸠坑种茶树资源；第3类群包括其余37份资源,其中1～24号为来自淳安的鸠坑种茶树资源,其余13份为来自余杭的鸠坑种茶树资源(图1)。

图1 杭州地方茶树资源生化成分的系统聚类图

2.3 不同类群茶树茶叶生化成分含量的比较

从表2可以看出：杭州茶树资源3个类群茶叶的生化成分含量差异明显,其中类群1的水浸出物含量、EGCG等酯型儿茶素含量和儿茶素总量均为最高；类群2的水浸出物含量、EGCG等酯型儿茶素含量、儿茶素总量和酚氨比均为最低；类群3的以上成分含量位于上述两个类群之间,但其茶多酚和氨基酸含量均为最高。

2.4 主成分分析

对杭州茶树资源的生化成分含量进行主成分分析，结果(表3)表明,前5个主成分的累计贡献率达到88.688%,包含了所有性状的主要信息,其中PC1的贡献率达到38.928%,代表儿茶素、水浸出物、酯型儿茶素和EGCG含量信息;PC2的贡献率达到18.143%,代表茶多酚和咖啡碱含量信息;PC3的贡献率达到14.562%,代表酚氨比、氨基酸、非酯型儿茶素、GC和EGC含量信息,其中氨基酸为负值;PC4代表氨基酸、非酯型儿茶素、C和GC等含量信息;PC5主要代表EC含量信息。

2.5 优异茶树资源的筛选

对杭州地方茶树资源的生化成分含量进行鉴定和分析，筛选出11、24、44、45、54、56、57和58号共8份优异茶树资源，这些茶树资源在部分功能性成分上具有较高的含量(见表4),特别是2份高氨基酸含量和2份高EGCG含量的茶树资源具有重要的利用价值。

3 小结与讨论

3.1 杭州茶树资源生化成分含量的遗传多样性

茶树种质资源是开展生物技术研究和茶树新品种选育的物质基础,茶叶中的功能性生化成分含量是衡量茶树资源和茶叶品质的重要鉴定指标,开展生化成分含量分析和评价是茶树种质资源发掘和利用的前提。杭州地方茶树资源极其丰富,其中龙井种茶树资源和鸠坑种茶树资源是杭州地区两类重要的代表性茶树资源。王丽鸳等[3]对西湖龙井种茶树资源的生化成分含量多样性进行了研究,结果表明：西湖龙井群体种资源的平均咖啡碱含量为36.47 mg/g,变异系数为45.9%；平均儿茶素总量为128.46 mg/g,变异系数为34.2%。黄海涛等[16]对鸠坑茶树资源的生化成分多样性进行了研究,结果表明：鸠坑茶树资源的游离氨基酸总量平均值为2.72%,变异系数为29.19%；茶多酚含量的平均值为29.93%,变异系数为16.91%；咖啡碱含量的平均值为2.70%,变异系数为12.21%,多样性较为丰富。

表3 杭州茶树资源生化成分含量的主成分分析结果

表4 筛选出的生化成分含量优异的茶树资源

本研究结果表明，杭州地方茶树资源生化成分含量的多样性较丰富,多样性指数平均为1.99，这与张金霞等[17]研究得出的黄山种自然杂交后代生化成分遗传多样性指数(1.99)相等,略高于王新超等[18]研究得出的广西茶树资源的遗传多样性指数(1.90)。在本研究中，杭州地方茶树资源茶叶的水浸出物、茶多酚、氨基酸和咖啡碱含量的平均值分别为42.8%、25.5%、5.0%和4.0%,其中茶多酚含量的遗传多样性指数最高，达到了2.25。本文聚类分析将58份杭州地方茶树资源分为了3个类群,其中第1类群为龙井种资源,第2、3类群为鸠坑种群体资源,表明鸠坑和龙井种群体资源在主要生化成分含量上有明显差异。对16个生化指标的主成分分析结果显示：前5个主成分的累计贡献率达88.688%,包含了所有性状的大部分信息,其中PC1代表儿茶素、水浸出物、酯型儿茶素和EGCG含量信息;PC2代表茶多酚和咖啡碱含量信息;PC3代表酚氨比、氨基酸、非酯型儿茶素、GC和EGC含量信息。

3.2 杭州茶树资源的开发利用

鸠坑种茶树资源和龙井种茶树资源是杭州市具有明显地方特色的两类茶树品种资源,其中鸠坑种茶树资源以大叶或中叶类为主,茶多酚含量较高,滋味浓醇,叶色变异丰富,而龙井种茶树资源则以中小叶类为主,茶多酚含量较低,酚氨比低,滋味鲜爽。邵宗清等[7]对鸠坑茶树资源进行了开发和利用研究,选育出早生高产优质茶树新品系“鸠20”；杨亚军等[5]采用单株选择+无性繁殖方法从龙井群体种中选育出发芽早、制绿茶品质优良、产量高的茶树新品种“中茶102”。这些茶树品种的选育和应用为浙江省茶产业的健康可持续发展起到了极大的推动作用。

本研究将58份杭州鸠坑种和龙井种茶树资源分为3个类群,类群1和类群2茶叶的酚氨比适中,适制名优绿茶；类群3茶叶的酚氨比较高,适制红茶。本文还筛选出了2份高氨基酸茶树品种资源和2份高EGCG茶树品种资源,这些优异资源的鉴定和筛选将为茶树新品种的选育提供重要的育种材料和参考。