茶學(xué)學(xué)科發(fā)展報告

1、茶樹種質(zhì)資源研究進展一、引言種質(zhì)資源是開展茶樹種質(zhì)創(chuàng)新、育種和新產(chǎn)品開發(fā)的重要基礎(chǔ)，茶葉科技創(chuàng) 新和產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展離不開豐富多樣的種質(zhì)資源。茶樹種質(zhì)資源是茶學(xué)學(xué)科的重 要組成之一。茶原產(chǎn)中國，在復(fù)雜的生態(tài)環(huán)境條件下，經(jīng)過長期演化和選擇形成了豐富多 樣的茶樹種質(zhì)資源，包括野生茶樹、地方品種、選育品種、品系和遺傳材料等。 我國高度重視茶樹種質(zhì)資源的收集、保存和保護工作，專門建立了國家種質(zhì)杭州 茶樹圃和勐海分圃，作為茶樹資源的永久保存基地。近年來，茶樹種質(zhì)資源存量 不斷增加，資源管理基本實現(xiàn)了信息化，資源鑒定評價逐步從表型深入到分子水 平，研究水平不斷提高。二、學(xué)科式展現(xiàn)狀和進展（一）發(fā)展現(xiàn)狀與動態(tài)

2、茶樹資源的收集、保存與保護我國茶樹種質(zhì)資源的收集起始于2 0世紀5 0年代，但有組織、有計劃、大 規(guī)模的收集工作集中在2 0世紀8 0-9 0年代，當(dāng)時曾對從云南、四川、貴州、廣 西、廣東、湖南、福建和海南等茶葉主產(chǎn)區(qū)的野生資源和地方品種等進行了較全 面的考察收集1 。近年來，茶樹資源的收集主要靠科研人員的自發(fā)需求，但收 集手段和方法有了較大改進，如全球衛(wèi)星定位儀（GPS）、數(shù)碼照相機、數(shù)碼攝 像機、便攜式電腦的應(yīng)用使資源考察及信息的采集更加準確、可靠。通過不間斷 的收集，截至2 0 0 9年年底國家種質(zhì)杭州茶樹圃和勤海分圃已收集保存各類茶 組植物資源近3 0 0 0份，其中，約10 %為野生

3、資源、6 0 %為地方品種、3 0 % 為選育品種和育種材料。此外，在各省市茶葉研究所分散保存的茶樹種質(zhì)資源約 有4 0 0 0份（含部分重復(fù)保存的資源）。茶樹資源以遷地保存和保護為主。在保存方式上，除植株形式外，還有室內(nèi) 營養(yǎng)體保存、DNA庫等輔助保存形式。中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所利用組培技 術(shù)在室內(nèi)保存了 200余份野生及瀕危茶樹資源，利用超低溫冷藏方式保存了 600余份各地茶樹資源的DNA樣本。近年來，各級地方政府逐漸開始關(guān)注茶 樹原生境保護的問題。2005年，云南省人民政府辦公廳下發(fā)了關(guān)于加強古 茶樹資源保護管理的通知(云政辦發(fā)2 0 0 5 J 9 4號)，從政策上對野生茶樹原 生境

4、保護給予了支持。2008年，福建省啟動了茶樹品種資源保護項目，浙江 省啟動了龍井群體種和媽坑種的原生境保護項目，這些項目的實施對促進地方資 源的遺傳多樣性保護具有重要意義。茶樹資源的鑒定與評價茶樹種質(zhì)資源的分類演化。中國是茶樹的原產(chǎn)地，野生資源豐富多樣。 對這些資源進行分類是開展資源鑒定和編目的基礎(chǔ)。在茶樹分類學(xué)研究中，早期 主要以葉、花、果等形態(tài)學(xué)性狀為依據(jù)，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，生物化學(xué)分 析、染色體核型分析、子包粉顯微形態(tài)分析和DNA分子標記技術(shù)等逐步得到應(yīng) 用2，為茶組植物種的分類提供了更充分的依據(jù)，茶組植物的種通過歸并逐步 得到簡化，從原有的40多種和變種歸并為1 2種6變種飛再到

5、5種和2變種4 。 目前，茶樹的分類學(xué)研究已呈現(xiàn)出形態(tài)學(xué)、生物化學(xué)、細胞學(xué)和分子系統(tǒng)學(xué)等多 學(xué)科交叉的現(xiàn)象。茶樹的形態(tài)演變和時空演化規(guī)律是茶樹種質(zhì)資源學(xué)科的重要問題。通過對大 量野生資源和栽培茶樹的形態(tài)學(xué)觀察，關(guān)于形態(tài)演化基本形成了如下共識，即存 在樹型從喬木型到灌木型、花冠從大到小、子房從5室到3室、果實從大到小的 演變規(guī)律3，4 。但關(guān)于茶樹的起源中心和演變路徑還缺乏明確的認識。20 世紀8090年代，根據(jù)資源考察的結(jié)果，曾提出滇東南5J或滇、桂、黔毗鄰地 區(qū)3J為茶樹的起源中心。在地理演化上，根據(jù)地區(qū)間暗烯指數(shù)的多樣性分布， 推測出四條可能的地理演變途徑6，但由于地區(qū)間樣本數(shù)量不平衡，樣

6、本代表 性不足等問題，結(jié)論難以令人信服。最近，根據(jù)E ST- S SR分子標記對國內(nèi) 各地區(qū)資源的遺傳多樣性分析結(jié)果，推測茶樹在中國沿海路或水路傳播的可能 性較大7 。由于茶樹起源演化屬于基礎(chǔ)研究，目前這方面的研究投入不足， 因此進展緩慢。鑒定評價方法和技術(shù)。茶樹種質(zhì)資源的鑒定評價是優(yōu)異資源發(fā)掘和利 用的基礎(chǔ)。形態(tài)學(xué)、生理生化、細胞學(xué)、解剖學(xué)和分子生物學(xué)等多種技術(shù)手段在 茶樹種質(zhì)鑒定中均得到了應(yīng)用1 。近年來，為了提高種質(zhì)鑒定評價的效果和 效率，在鑒定評價方法的標準化、核心種質(zhì)構(gòu)建和分子標記技術(shù)的應(yīng)用研究上取得了較大的進展。1）鑒定評價方法和技術(shù)的標準化。長期以來，茶樹資源的鑒定評價缺乏 統(tǒng)一

7、的描述性狀、鑒定方法和評價標準，不同單位采用的性狀描述、鑒定技術(shù)方 法和評價標準各異，使鑒定數(shù)據(jù)缺乏可比性，影響了國內(nèi)不同單位之間資源數(shù)據(jù) 信息的共享。2005年，農(nóng)作物種質(zhì)資源技術(shù)規(guī)范叢書茶樹種質(zhì)資源描述規(guī) 范和數(shù)據(jù)標準町的出版以及農(nóng)業(yè)行業(yè)標準NY/ T 1 3 1 2 - 2 0 0 7農(nóng)作物種質(zhì) 資源鑒定技術(shù)規(guī)程茶樹 9 J的發(fā)布對我國茶樹種質(zhì)資源的鑒定評價具有指導(dǎo) 和規(guī)范作用。（茶樹種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標準對茶樹種質(zhì)保存、鑒定和 評價的1 10個描述術(shù)語進行了定義，制定了數(shù)據(jù)標準、性狀鑒定的質(zhì)量控制方 法和性狀分級標準；而（NY/T 1 3 1 2 - 2 0 0 7農(nóng)作物種質(zhì)資源鑒

8、定技術(shù)規(guī)程茶 樹則對茶樹的64個重要性狀的鑒定方法進行了規(guī)范。2）核心種質(zhì)構(gòu)建。建立茶樹核心種質(zhì)庫是提高資源鑒定和發(fā)掘效率的重要 策略。中國農(nóng)科院茶葉研究所對茶樹初級核心種質(zhì)構(gòu)建的最佳取樣策略開展了 研究，確定了以茶區(qū)一對數(shù)比例一聚類取樣的初級核心種質(zhì)的取樣策略1 0，I l，采用該取樣策略構(gòu)建了中國茶樹初級核心種質(zhì)，共5 3 2份資源，占全部資 源的2 0 %，涵蓋了99.7%的表型變異類型。通過分子標記對其中4 1 4份資 源的鑒定和篩選，初步構(gòu)建了含有3 6 0份資源的中國茶樹核心種質(zhì)庫1 1。 茶樹核心種質(zhì)庫的構(gòu)建有助于加快優(yōu)異種質(zhì)和基因的發(fā)掘，便于優(yōu)異資源的育種 利用。3）分子標記成

9、為鑒定評價的重要工具。 分子標記技術(shù)已成為茶樹資源鑒 別、遺傳多樣性、親緣關(guān)系、分子系統(tǒng)學(xué)等研究的重要工具:1 2 。在茶樹上應(yīng) 用的標記類型逐步由原來的隨機顯性標記RAP D、AF LP和I S SR等開始向錨 定的共顯性標記S SR技術(shù)轉(zhuǎn)變。近兩年S SR標記的開發(fā)和利用已成為研究重點， 特別是隨著公共核酸數(shù)據(jù)庫中茶樹eDNA序列的不斷增加，茶樹EST-SSR標 記的開發(fā)成為研究熱點1 3 1 6 ，公開發(fā)表的ESTSSR引物有100對以上，但 遠遠還不能滿足茶樹遺傳分析的需要。在國內(nèi)，中國農(nóng)科院茶葉研究所基于茶 樹新梢和幼根eDNA文庫的自行測序結(jié)果17-18與公共數(shù)據(jù)庫資源，開發(fā)了 E

10、 ST- S SR標記3 5 0余對，已應(yīng)用于不同省區(qū)茶樹遺傳多樣性的比較分析1 9- 2 1，今后將利用這些自主開發(fā)的標記重點開展茶樹資源遺傳多樣性、遺傳演化、 關(guān)聯(lián)分析等研究。茶樹基因芯片研制成功為今后高通量地開展茶樹基因鑒定提供 了技術(shù)支持2飛將促使茶樹優(yōu)異資源發(fā)掘由表型轉(zhuǎn)入到基因型時代。（3）茶樹資源的共享與利用。如何發(fā)揮我國茶樹資源的優(yōu)勢，促進其在茶 樹育種、新產(chǎn)品開發(fā)及基礎(chǔ)研究等領(lǐng)域的應(yīng)用，提高利用效率，是近年來資源、 工作的重要內(nèi)容。1）標準化網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫的建立。根據(jù)植物種質(zhì)資源共性描述規(guī)范川和茶 樹種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標準，按照統(tǒng)一規(guī)范的性狀描述方法、鑒定評價方 法和質(zhì)量控制方

11、法，開展種質(zhì)資源、信息的整理和整合，建立了基于網(wǎng)絡(luò)查詢的 茶樹種質(zhì)資源數(shù)據(jù)庫，包括編目數(shù)據(jù)庫、共性數(shù)據(jù)庫、特性數(shù)據(jù)庫和圖像數(shù)據(jù)庫。2）茶樹種質(zhì)資源共享平臺的初步建立。2008年，由國家種質(zhì)杭州茶樹圃 牽頭，聯(lián)合云南、廣東、廣西、重慶和貴州等?。ㄊ?、區(qū)）級茶樹資源保存單位， 開展了茶樹種質(zhì)資源共享平臺建設(shè)。通過平臺建設(shè)，各參與單位依據(jù)統(tǒng)一的資源 描述符和鑒定評價標準開展資源數(shù)據(jù)信息的整理，通過整合將數(shù)據(jù)導(dǎo)入統(tǒng)一的數(shù) 據(jù)庫，促進資源信息的整合和共享。通過平臺的有效運作，將有更多的單位參與， 進而可整合全國的茶樹資源人才隊伍，建立全國茶樹資源考察收集、保存、保護 和鑒定協(xié)作網(wǎng)，為進一步深入茶樹資源研

12、究創(chuàng)造了有利條件。（二）重大進展我國茶樹資源存量不斷增加，資源保護得到重視九五至十一五期間國家科技部基礎(chǔ)性工作專項、植物種質(zhì)資源共享平臺 建設(shè)及農(nóng)業(yè)部農(nóng)作物種質(zhì)資源、保護項目的實施，為國家種質(zhì)杭州茶樹圃及副海 茶樹分圃的茶樹種質(zhì)資源收集、保存提供了資金保障。15年間共收集各類茶樹 資源近千份，引進國外資源上百份，國家圃的資源保存量達到了近3 0 0 0份。 在地方政府的支持下，省級茶葉研究機構(gòu)如廣東省農(nóng)科院茶葉研究所、福建省農(nóng) 科院茶葉研究所等省級資源圃的保存量均超過了 1 0 0 0份。資源鑒定評價逐步深入到分子水平除形態(tài)學(xué)、農(nóng)藝學(xué)等表型鑒定外，分子標記已成為種質(zhì)鑒定的重要工具?；?于我國茶

13、樹核心種質(zhì)，借助E ST- S SR分子標記對我國不同地區(qū)和類型的茶樹遺 傳多樣性進行分析飛初步探明了我國茶樹資源遺傳多樣性空間分布的特點，即 遺傳多樣性從茶樹原產(chǎn)地云南由南向北、由西向東遞減，這為深入研究我國茶樹 遺傳演化的地理路徑提供了參考依據(jù)。不同類型茶樹資源的遺傳多樣性比較顯 示，野生茶樹的遺傳多樣性高于地方品種和選育品種，這說明在栽培馴化和人工 選擇壓力下，栽培茶樹的遺傳多樣性水平有所下降。研究還表明7，中國茶樹 資源存在明顯的遺傳結(jié)構(gòu)，茶樹的遺傳多樣性主要源于茶樹群體內(nèi)的遺傳差異， 群體間的遺傳差異對整體遺傳多樣性的貢獻較少，這對今后茶樹資源的收集保存 工作具有理論指導(dǎo)意義。通過資

14、源鑒定評價，近年來發(fā)掘了一批優(yōu)異基因資源，如具低咖啡堿、高茶 氨酸、高EGCG24、高EGCG3Me 25、抗茶橙癭螨26、抗黑刺粉虱27 等 性狀的茶樹種質(zhì)，這些資源是今后開展茶樹育種的重要材料。除優(yōu)異資源發(fā)掘 外，近期更借助關(guān)聯(lián)分析技術(shù)，開展重要性狀相關(guān)的等位基因位點鑒定28。初 步研究表明，茶樹自然群體中存在較廣泛的位點連鎖不平衡現(xiàn)象，因此基于自然 群體，開展分子標記與茶樹重要性狀的關(guān)聯(lián)分析具有可行性。通過對選育品種的 E S T- S SR基因分型，在位點連鎖不平衡和群體結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)上，初步鑒定出 了與葉片長度、咖啡堿含量顯著關(guān)聯(lián)的DNA分子標記7，該研究結(jié)果有利于促 進今后茶樹資源

15、優(yōu)異等位基因的鑒定、發(fā)掘和育種利用。資源管理基本實現(xiàn)了信息化、網(wǎng)絡(luò)化根據(jù)植物種質(zhì)資源共性描述規(guī)范和茶樹種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標準 規(guī)定的描述符和數(shù)據(jù)標準，建立了茶樹種質(zhì)資源共性數(shù)據(jù)庫和特性數(shù)據(jù)庫。截至 2 0 0 9年年底，共性數(shù)據(jù)庫共包含了 2 2 0 0份茶樹資源的收集、保存和基本特 性等描述信息，特性數(shù)據(jù)庫共包含了 1 5 0 0份茶樹資源的形態(tài)、品質(zhì)、抗性等1 00多個描述符的數(shù)據(jù)信息。另外，還建立了茶樹資源圖像數(shù)據(jù)庫，日前有6 0 0 余份資源的圖像資料。這些數(shù)據(jù)庫部分已在多年生和無性繁殖作物種質(zhì)資源信息 網(wǎng)(h t t p : / / www . z i y u a n p u .

16、 n e t . en)運行，并與中國作物種質(zhì)資源信息 系統(tǒng)(http: / /iegr. eaas. net. en/)鏈接。茶樹特異種質(zhì)的利用產(chǎn)生了較大的社會和經(jīng)濟效益國家種質(zhì)杭州茶樹圃每年向全國科研、教育和生產(chǎn)單位分發(fā)資源保持在10 0份左右，這些資源被廣泛用于育種、基礎(chǔ)研究和產(chǎn)品開發(fā)，有力地促進了國家 和省部級重點科研項目的實施，支持了茶產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展。特異資源的開發(fā)和利 用已成為當(dāng)前促進茶產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要內(nèi)容。云南紫娟茶的開發(fā)就是一個成功的 例子。紫娟作為一種紫芽茶資源，紫芽、紫葉、紫莖，茶湯水色亦為紫色， 香氣郁香獨特，花青素量含約為一般紅芽茶的3倍，其降壓效果優(yōu)于云南大葉種 茶29

17、，并已獲得了植物新品種權(quán)保護。用紫娟茶葉制作的普再茶風(fēng)味獨特， 其市場價值是普通普再茶的數(shù)倍，已展現(xiàn)出巨大的市場潛力。浙江黃金芽等新 梢黃化（白化）特異茶樹品種的開發(fā)也很成功。該茶樹的新梢金黃或白化、氨基酸 含量甚高叫，市場潛力巨大，加工的茶葉頗受消費者歡迎。湖南地方品種保靖 黃金茶的育種利用和生產(chǎn)開發(fā)同樣產(chǎn)生了較好的社會和經(jīng)濟效益3 1，利用該 地方群體資源選育出一批優(yōu)異的新品系，創(chuàng)制的黃金茶產(chǎn)品獲得了國家地理標 志農(nóng)產(chǎn)品，茶農(nóng)的畝產(chǎn)值上萬元。同時，低咖啡堿、高E GCG、高茶氨酸、花 香型等特異資源的開發(fā)利用也是日前茶樹資源利用的研究重點。（三）國內(nèi)外比較分析茶樹收集與保存中國是茶樹的原產(chǎn)

18、國，茶樹種質(zhì)資源豐富多樣，特別是野生資源，類型多、 分布廣，遺傳多樣性水平明顯高于其他產(chǎn)茶國。中國保存的茶樹資源數(shù)量多，類 型最豐富，但從國外引進的資源較少。日本比較重視國外資源的引進，從中國、 印度、越南、斯里蘭卡等產(chǎn)茶國家引進了大量的茶樹資源，收集的資源已超過了 6 8 0 0份。近年來，印度、肯尼亞、斯里蘭卡等產(chǎn)茶國也開始注重國外種質(zhì)（特 別是中國茶樹）的引進，以擴充本國茶樹資源的遺傳基礎(chǔ)。與國外相比，我國在 茶樹種質(zhì)資源基因多樣性上占有明顯優(yōu)勢，但收集其他國家的茶樹種質(zhì)較少。茶樹種質(zhì)鑒定與發(fā)掘在鑒定技術(shù)上，除更注重準確可靠的表型鑒定技術(shù)和方法外，分子標記技術(shù) 的開發(fā)和應(yīng)用在國內(nèi)外均比較

19、普遍。除中國外，日本和印度在微衛(wèi)星標記的開發(fā) 和利用方面也取得了重要進展。日本科學(xué)家從茶樹新梢eDNA文庫中已開發(fā)3 40 多對S SR引物序列;而印度則通過公共核酸數(shù)據(jù)庫中eDNA序列的搜索和鑒定， 從中開發(fā)出6 1對S SR引物序列1 6 J 0 SSR標記的開發(fā)對今后開展茶樹資源鑒 別、遺傳多樣性、系統(tǒng)分類、遺傳作用和優(yōu)異基因等位點的鑒定等研究具有重要 意義。優(yōu)異種質(zhì)的發(fā)掘主要集中在抗逆性、抗病蟲、功能成分等一些與育種和生產(chǎn) 相關(guān)的重要性狀上。但不同國家針對種質(zhì)的特殊需求，在種質(zhì)發(fā)掘的重點上有所 區(qū)別。日本重點鑒定和發(fā)掘抗寒、抗灰疫病、抗桑盾階、高氮素利用效率、低咖 啡堿、高稀有兒茶素CEGCG-3-3-o-methyl）及花香型資源；印度重點開展抗茶 餅病、抗蝸、抗霜凍、耐水淹資源的鑒定和發(fā)掘；肯尼亞重點開展抗旱種質(zhì)的篩 選。而我國則主要針對早生、高香型、耐寒、抗病蟲茶樹開展鑒定和發(fā)掘。三、學(xué)科展望（一）加強茶樹資源收集和保護的基礎(chǔ)理論研究要積極開展國外茶樹資源的收集和引進工作