基于表型性状的铁观音茶树种性变化分析

陈志丹，林志坤，林伟东，孙威江

(1.福建农林大学安溪茶学院，福建福州350002；2.闽台特色作物病虫生态防控协同创新中心，福建福州350002；3.福建省茶产业技术开发基地，福建安溪362406；4.宁德市茶叶管理局，福建宁德352000)

基于表型性状的铁观音茶树种性变化分析

陈志丹1，2，3，林志坤4，林伟东2，3，孙威江1，2，3

(1.福建农林大学安溪茶学院，福建福州350002；2.闽台特色作物病虫生态防控协同创新中心，福建福州350002；3.福建省茶产业技术开发基地，福建安溪362406；4.宁德市茶叶管理局，福建宁德352000)

为研究我国重要茶树品种铁观音的种性变化，在原产地福建省安溪县选取了80份铁观音茶树为研究对象，对其主要表型性状进行了观测分析.结果表明:供试茶树在树姿、芽叶颜色和侧脉对数等性状上差异较大，变异系数分别为48.95%、36.83%和21.77%；主成分分析表明，叶形、芽叶色泽和树姿3项因子可以作为判别铁观音茶树性状变化的重要参考指标；基于表型性状的聚类分析可以将80份铁观音茶树分为4个类群.由此可以推测，铁观音茶树品种存在种性退化现象.

铁观音茶树；表型性状；种性变化

铁观音茶树(Camellia sinensis cv.Tieguanyin)是我国首批通过国家级茶树品种认定的优良茶树良种之一，原产于福建省安溪县西坪镇，栽培历史悠久，植株的抗旱性、抗寒性及芽叶的生育力、持嫩性均较强，加工乌龙茶品质优异[1]，采摘其鲜叶制成的铁观音茶叶为乌龙茶的代表性产品，广受国内外消费者喜爱.以铁观音茶树作为育种亲本，也繁育出大量性状优异的茶树新品种在全国推广种植，具有重要的经济价值和资源价值.

近年来在生产实际中，铁观音茶树的优良性状发生了不同程度的变化，其产量和品质效益的稳定性有所下降，限制了铁观音茶产业的进一步发展.种性退化是物种演化的自然规律，物种性状退化会对品种的产能和经济效益年限产生不利影响[2].表型变化是作物发生性状变化的直观体现，通常是物种内部遗传因子和外部环境因子共同作用的结果，研究一个物种遗传性状的变异性，通常以分析其形态学性状的变化作为起始和基础.葛立雯等[3]研究了72株贵州姑菁野生茶树的形态多样性及相关性，结果表明，供试茶树的遗传变异水平较高.谢文钢等[4]对四川古蔺8种不同类型的牛皮茶树资源的表观形态进行了鉴定分析，结果显示，供试茶树表现出丰富的形态多样性.孙雪梅等[5]、吴华玲等[6]、沈程文等[7]基于表型分析研究了茶树的遗传多样性，对茶树遗传变异性进行了有效鉴定；基于形态性状的多样性和变异性，应用主成分分析法和聚类分析法对茶树种质进行鉴定和筛选也有研究报道[8－10].

通过表型性状变异分析，能够初步研究试验对象的遗传变异程度.目前基于表型分析对茶树群体资源进行遗传鉴定已有较多研究，而对同一茶树品种进行表观性状差异性分析的研究报道较少.本试验基于表型性状的差异分析，并以主成分分析和系统聚类方法，对80份铁观音茶树进行表型性状的变异性研究，旨在明确影响铁观音茶树种性纯度的主要表型特征，为后续研究铁观音茶树品种退化的分子机制奠定基础，也为保护铁观音茶树纯种种质资源，开展铁观音茶树的提纯复壮提供依据.

1 材料与方法

1.1 材料

以80份铁观音茶树为试验样本，在春季对供试茶树进行田间调查、观测、记载.供试茶树均种植于铁观音发源地安溪县西坪镇的6个行政村普通生产茶园，为保证样品品种及生长的一致性，本试验组织安溪县农业与茶果局及农技工作站的技术人员陪同调查，并详细咨询种茶农户茶树种植年限及茶园管理情况，以确认调研对象为栽培措施一致、正常生长的成龄铁观音茶树.

1.2 方法

1.2.1 试验设计 对茶树的树高、树幅、树姿和树型等树体性状进行调查.选取茶树当年生新梢发育的成熟叶片10片，对其叶缘锯齿数、叶片厚度、侧脉对数、叶片长度、叶片宽度、叶片形状和叶尖形状等进行观测分析；选取茶树当年生新梢的一芽一叶、一芽二叶10个，观察芽叶颜色.对芽叶颜色和树姿的调查性状进行赋值编码用于数据分析(表1).调查、观测参考文献[11－12]的方法.

1.2.2 数据分析 应用Microsoft Office Excel 2007和SPSS 18.0数据分析软件进行数据整理和分析，计算茶树的遗传距离，并进行聚类分析和主成分分析.

表1 铁观音茶树芽叶颜色、树姿的描述和赋值Table 1 Description and valuation of bud-leaf colour and posture for Tieguanyin tea plant

2 结果与分析

2.1 铁观音茶树表型的变异性

从80份铁观音茶树表型性状的变异性(表2)可以看出，80份茶树的树姿、芽叶颜色和侧脉对数等表型性状差异较大，变异系数分别为48.95%、36.83%和21.77%.调查分析表明:茶树的树姿以传统的开展型为主，占67.5%，半开展型和直立型茶树分别占20.0%和12.5%(图1)；茶树的芽叶颜色主要为青紫色，占56.3%，其后依次为紫红色、青略带紫色和青绿色，所占比率分别为22.5%、17.5%和3.8%(图2).7项表型性状中叶缘锯齿数、叶片厚度、长度、宽度的变异系数较低.

表2 铁观音茶树表观形态特征的变异性Table 2 Variability of phenotypic character of Tieguanyin tea plant

2.2 铁观音茶树主要表型性状的主成分

为研究铁观音茶树各项表型性状中起主导作用的主要因子，对供试茶树进行表型性状主成分分析，计算各成分的特征向量.基于特征值≥1，选取前3个主成分作为影响铁观音茶树表型性状的主成分因子，其特征和贡献率特征向量(表3)显示，所选3个主成分的累积贡献率达70.13%，可作为影响茶树表型性状的主成分因子.

由表4可知，80份铁观音茶树第1主成分显示叶片长度和宽度的特征向量最大，分别为0.894和0.834，特征值和贡献率分别为2.418和34.547%，该成分可以称为叶形因子.第2主成分表明芽叶颜色变化是铁观音茶树表型性状差异的重要表现，特征向量为0.857，特征值和贡献率分别为1.438和20.545%，可称为芽叶色泽因子.第3主成分显示树姿性状的变化对铁观音茶树表型性状的差异也有重要影响，其特征向量为0.595，特征值和贡献率分别为1.052和15.033%，可称之为树姿因子.

表3 铁观音茶树主要表型性状的主成分因子及主因子贡献率Table 3 Principal component factor of phenotypic character and contribution rate of Tieguanyin tea plant

表4 铁观音茶树表型性状主成分的特征向量Table 4 Eigenvector of phenotypic character of Tieguanyin tea plants

主成分基本上能反应铁观音茶树表型性状目前在生产中的主要表现，因此，叶形因子、芽叶色泽因子和树姿因子可作为判别铁观音茶树在生产种植中是否发生性状退化的重要参考指标.

2.3 铁观音茶树表型性状的多样性

应用欧氏距离算法分析80份铁观音茶树的遗传距离，得出遗传系数为0.346～1 268.275，平均系数为91.025.分析各个调查区域茶树表型性状的多样性，结果(表5)显示，上尧村和松岩村两地的遗传系数分别为154.983和118.993，均超过平均系数，表明在两地采集的茶树的表型性状多样性较高，茶树品种性状差异较明显.

表5 6个村铁观音茶树的欧氏距离系数Table 5 Average Euclidean distance coefficient of tested tea plants from 6 villages

2.4 铁观音茶树表型性状的聚类分析

基于表型性状的遗传相似系数，采用类平均法对80份铁观音茶树的表型性状进行聚类分析，聚类树状图如图3所示.因供试茶树样品为存在一定表型性状差异的同一茶树品种，故遗传相似性较高，且在原产地不同种植茶园采集的样本也无明显的地域群集聚类特征.由图3可见，80份铁观音茶树被划分为4个类群.其中，经过鉴定种性纯度较高的3、6和79号茶树被聚在一个类群中(类群Ⅱ)，该类群还包含其他一些保持较多传统性状特征的铁观音茶树；其余发生表型性状变化的部分茶树则主要被划分在类群Ⅰ和类群Ⅲ中；16号茶树因叶片长度和宽度较大，37号茶树因树姿表现为半开展型且叶缘锯齿数明显比其他茶树少而被单独聚为一类.

3 讨论

3.1 铁观音茶树表型性状的变异性

植物表型性状的差异能在一定程度上反映出基因型的变异[13]，基于表型差异分析植物遗传变异是植物学传统、重要的研究领域之一，也是较为直接和有效的鉴定植物遗传变异的方法，在植物多样性和变异性研究上国内外均有应用[14－18].本试验调查研究了铁观音茶树表型性状的变化，分析其遗传变异情况.结果显示:与传统性状相比，目前铁观音茶树在生产种植中发生了不同程度的表型性状变异，变化最显著的性状为茶树的树姿，其次为芽叶颜色，其变异系数分别为48.95%和32.50%，变异性较大；而叶形指数和叶缘锯齿数等表型性状的变异性不大，与传统性状相比差异不明显.进一步进行主成分分析，得出茶树芽叶颜色和树姿性状可以作为铁观音茶树是否发生性状退化的评判因子，这也为后续深入开展相关机理研究的实验取样提供了科学依据.

3.2 铁观音茶树种性纯度的变化

铁观音是福建茶区主栽茶树品种之一，也是我国重要的、极富特征的乌龙茶茶树品种资源，近年来在生产中其优异性状出现了一些退化现象，影响了品种纯度，不利于品种性状和品质效益的稳定[19，20].本试验调查表明，在气候条件相对一致、种植技术基本相同的原产地安溪县西坪镇，铁观音茶树在种植中也表现出一些性状差异，与铁观音茶树“树姿开展，分枝稀，叶尖渐尖，叶缘锯齿钝浅稀，叶质厚脆，叶片椭圆形，芽叶绿带紫红色，其嫩芽紫红色，有‘红芽歪尾桃’之称”[21－22]的传统性状相比，目前在生产种植中铁观音茶树出现了芽叶颜色转变为绿色或微青紫色、树姿转变为半开展型或直立型、叶片形状转变为长椭圆形、叶片着生状态呈现稍斜向上状等性状变化.分析原因主要为，在繁殖、栽培过程中的人为混杂以及铁观音茶树在长期生产栽培过程中产生的遗传变异累积造成的生物学混杂，影响了铁观音茶树的品种性状表现[20].同时，本试验通过科学调查和专家论证，也筛选出一批性状传统、种性纯度较高的铁观音茶树品种资源，有助于茶树提纯复壮及纯种铁观音茶树资源的收集、保存和利用.

[1]杨亚军，梁月荣.中国无性系茶树品种志[M].上海:上海科学技术出版社，2014:14.

[2]张绍芬，王小星，赵亚利，等.玉米种性退化研究进展[J].玉米科学，2008(5):46－49.

[3]葛立雯，郭维，潘正康，等.贵州姑菁野生茶树形态多样性及相关性研究[J].植物遗传资源学报，2015，16(3):497－502.

[4]谢文钢，唐茜，刘绍杰，等.古蔺牛皮茶树种质资源性状初步研究[J].植物遗传资源学报，2015，16(3):512－519.

[5]孙雪梅，黄玫，刘本英，等.云南野生茶树的地理分布及形态多样性[J].中国农学通报，2012，28(25):277－288.

[6]吴华玲，李崇兴，陈栋，等.基于形态鉴定及叶片解剖结构对云南白莺山古茶树资源的聚类分析[J].中国农学通报，2014，30(31):114－121.

[7]沈程文，宁正祥，黄建安，等.基于表型参数及SRAP标记的广东茶树种质遗传多样性[J].应用生态学报，2009，20(7): 1 551－1 558.

[8]李瑞，肖斌，宋红霞，等.50份茶树种质资源农艺性状及其聚类分析[J].西北农业学报，2011，20(10):107－111.

[9]蒋会兵，田易萍.云南茶树地方品种农艺性状与品质性状遗传多样性分析[J].植物遗传资源学报，2013，14(4):634－640.

[10]段志芬，刘本英，汪云刚，等.云南野生茶树资源农艺性状多样性分析[J].西北农业学报，2013，22(1):125－131.

[11]中华人民共和国农业部.NY/T 1312－2007农作物种植资源鉴定技术规程茶树[S].北京:中国标准出版社，2007.

[12]陈亮，杨亚军，虞富莲.茶树种质资源描述规范和数据标准[M].北京:中国农业出版社，2005:23－28.

[13]杨继.植物种内形态变异的机制及其研究方法[J].武汉植物学研究，1991，9(2):185－195.

[14]任佳悦，谢云，徐同冰.浙江红山茶叶器官表型的变异规律研究[J].安徽农业科学，2011，39(32):19 721－19 723.

[15]李宗艳，张海燕.黄牡丹表型变异及多样性研究[J].西北林学院学报，2011，26(4):117－122.

[16]HERRERA J.Flower size variation in Rosmarinus officinalis:individuals，populations and habitats[J].Annals of Botany，2005，95(3):431－437.

[17]VOLIS S，MENDLINGER S，OLSVIG-WHITTAKER L，et al.Phenotypic variation and stress resistance in core and peripheral populations of Hordeum spontaneum[J].Biodiversity and Conservation，1998(7):799－813.

[18]WEBER E，SCHMID B.Latitudinal population differentiation in two species of Solidago(Asteraceae)introduced into Europe [J].American Journal of Botany，1998，85(8):1 110－1 121.

[19]詹梓金，李宗恒，徐飚，等.保护铁观音原种保持优异品质——论铁观音品种提纯复壮[J].茶叶科学技术，2006(2):20.

[20]詹梓金，林锻炼，陈磊.安溪铁观音品种复壮内涵与防止退化对策[J].福建茶叶，2009(1):12－13.

[21]白堃元.中国茶树品种志[M].上海:上海科学技术出版社，2001:19－20.

[22]陈宗懋，杨亚军.中国茶经[M].上海:上海文化出版社，2011:620－621.

(责任编辑:施晓棠)

Analysis on variety character variation of Tieguanyin tea plant based on phenotypic characters

CHEN Zhidan1，2，3，LIN Zhikun4，LIN Weidong2，3，SUN Weijiang1，2，3
(1.Anxi Tea College，Fujian Agriculture and Forestry University，Fuzhou，Fujian 350002，China；2.Fujian-Taiwan Joint Centre for Ecological Control of Crop Pest，Fuzhou，Fujian 350002，China；3.Fujian Provincial Technology Development Base of Tea Industry，Anxi，Fujian 362406，China；4.Ningde Tea Authority in Fujian Province，Ningde，Fujian 352000，China)

To investigate variety variation of Camellia sinensis cv.Tieuanyin in China，main phenotype characteristics of 80 Tieguanyin tea plants which were grown in the place of origin were observed and analyzed.Results showed that plant gesture，bud-leaf color and lateral vein number varied significantly among species，with variable coefficients being 48.95%，36.83%and 21.77%，respectively.Basing on principal component analysis，leaf shape，bud-leaf color and tree gesture can be used as important indicators in evaluatingcharacter variation of Tieguanyin tea plant.Moreover，species can be divided into 4 groups by cluster analysis based on phenotypic character.To summarize，variety degeneration occurred in Tieguanyin cultivar due to production practice.Protection and promotion of purebred resources should be enhanced，together with purification，rejuvenation and breeding.Indepth identification，screening and innovation about Tieguanyin cultivars with character variation should be carried out as well.

Tieguanyin tea plant；phenotypic character；variety character variation

S571.1

:A

:1671-5470(2016)06-0631-05

10.13323/j.cnki.j.fafu(nat.sci.).2016.06.003

2016－07－29

:2016－10－12

国家“863”计划项目(2013AA10260605)；福建省科技重大专题项目(2015NZ0002-1)；福建省高校产学合作项目(2015N5008).

陈志丹(1984－)，男，讲师，博士.研究方向:茶树种质资源与分子遗传育种.Email:asbulletdan＠163.com.通讯作者孙威江(1964－)，男，教授，博士.研究方向:茶树种质资源研究与利用.Email:swj8103＠126.com.