西南地区10种茶组植物表型多样性分析

　　摘要为研究西南地区茶组植物中古茶树资源分布、表型变异和多样性，结合古茶树保护与可持续利用国家创新联盟收集云南、四川和重庆等西南地区10种茶组植物共56株古茶树样本的的22个表型数据;应用Excel、SPSS统计，进行主成分分析、相关性分析及聚类分析等研究。结果表明，56株古茶树资源样本表型变异丰富，遗传多样性指数为0.26~1.38，变异系数为0.15~0.51;主成分分析提取出5个主成分，相关性分析展示了109对表型呈极显著相关，聚类分析将56份样本分成3类，以及树型、叶片大小与海拔高度关系，种或变种的叶形变化。56份茶组植物表型分析表明西南地区茶树资源具有丰富的遗传多样性;从各形态性状的综合解释分数中筛选得到了8个有效解释茶树差异的表型因子，为鉴定茶组植物、保护与可持续利用茶树资源和分析茶组植物传播演化提供参考。

　　关键词茶组植物;表型;遗传多样性;变异;西南地区

　　茶树(Camelliasinensis(L.)O.Kuntze)属于山茶科(Theaceae)山茶属(Camelia)植物(闵天禄,1992)，茶树资源是表征中国作为世界茶树原产地的“活化石”，是国家珍贵财富、人类重要的自然遗产，也是研究茶树起源(孙雪梅等,2012)、演化和品种培育的重要材料。西南地区是茶树资源的起源地，长久以来是中国重要的茶叶产区，其茶树种、数量丰富度绝无仅有。复杂多变的地形地貌、多种多样的立体气候、漫长的自然演化造就了茶组植物的多个种及同一种的不同生态形(罗朝光和虞富莲,2006)。

　　目前，对于西南地区茶组植物的表型变化研究不多，西南地区各省市间茶组植物表型的对比也较少，以至于不能全面了解茶组植物变异程度。变异系数可以反映表型性状的变异程度，体现了种间、种内的基因丰富度(杨继,1991)。研究某一茶树种内的表型遗传变异是分析趋异适应、种间分类重要工具;研究不同茶组植物种间的表型差异对于探索山茶属植物的传播、演化具有重要的参考价值。本研究以多年来古茶树保护与可持续利用国家创新联盟实地考察数据为基础，分析西南地区云南省、四川省、贵州省和重庆市四省市的56株茶树表型遗传多样性，为保护与可持续利用茶树资源提供依据，从而保持森林环境生态稳定、维护物种多样性。

　　1结果与分析

　　1.1茶树资源表型性状遗传变异

　　依照《茶树种质资源描述规范和数据标准》(陈亮等,2005,中国农业出版,pp.26.)描述型性状编码依据对西南地区56份茶组茶树种质资源描述型性状进行赋值统计，其分析结果显示芽叶颜色分4种表型，绿色为主(69.8%)，紫绿色最少(3.8%)。芽叶茸毛分4种表型无茸毛最多(39.6%)、中等茸毛最少(11.3%)。叶正背面颜色均以绿色为主(77.4%、92.5%);叶基以楔形为主(83%)，叶身以内折为主(62.3%)，叶质以硬质为主(52.8%)，叶齿密度以密为主(41.5%);叶齿深度以中等深度为主(60.4%);叶缘以微波为主(49.1%);叶面以微隆起为主(54.7%);叶背茸毛以无茸毛为主(60.4%);叶尖以渐尖为主(43.4%);叶形以椭圆为主(54.7%);树型有3种类型，以乔木型为主(68.6%)、灌木型最少(5.6%)。

　　可见，西南地区56份茶组植物种质资源性状变异丰富，不同性状的变异程度不同，遗传多样性指数范围为0.26~1.38，平均为0.91;其中叶身遗传多样性指数最大(1.38)，受环境影响变化大;叶背面颜色遗传多样性指数最小(0.26)遗传稳定，符合茶组植物常见形态。 从数值型状的变异系数及遗传多样性指数统计中可知：变异系数7个数值型性状变异系数在0.15~0.61，其中树高变异系数>无叶齿主脉长>叶面积>海拔>平均叶长>平均叶宽>叶脉对数。树高、叶面积变异幅度、系数最大，叶脉对数变异相对最稳定。56份茶树资源差异明显，可作为研究茶组植物变异丰度的样本。

　　1.2茶树资源表型性状相关性分析

　　56份茶树资源中的22个表型特征用相关性分析来研究不同性状之间关联程度，由其结果可得109对性状呈极显著正相关(表3)，其中叶面与叶身、叶缘，叶背茸毛与叶缘、叶面，叶脉对数叶缘、叶面、夜间、叶形、平均叶宽正显著相关性值最大。3对性状呈显著相关：叶质与平均叶长，叶形与平均叶长，平均叶长与叶脉对数。9对性状呈负极显著相关：芽叶茸毛与无叶齿主脉长;叶基、叶齿深度、叶缘、叶面、叶尖、无叶齿主脉长、叶脉对数、树型8个表型均与海拔呈负极显著相关。7对性状呈负显著相关：树高与芽叶茸毛，叶尖与叶面积;叶背面颜色、叶身、叶齿密度、叶背茸毛、叶形5个表型均与海拔呈负显著相关。其它性状无显著相关性。

　　1.3茶树资源表型性状主成分分析

　　主成分分析将原始变量重新组合成新的综合变量，得到载荷平方和、成分矩阵，提取出最重要变量，结合总方差、成分矩阵得分，从56份古茶树种质资源的22个表型性状中提取出5个主成分(PC1,PC2,PC3,PC4,PC5)，累积贡献率为80.695%，解释了多数的原始变量信息。

　　PC1包含叶齿深度、叶缘、叶面、树型和叶脉对数，特征值为10.963，贡献率为49.832%，叶齿深度、叶缘、叶面、树型均为正极显著相关，可称为叶表特征成分。PC2包含了叶正面颜色、平均叶长、叶面积，特征值为2.692，贡献率为12.235;3个变量均为极显著正相关，变量得分越高，叶面积越大，可称为叶片大小成分。PC3包含了芽叶茸毛、叶身、无叶齿主脉长，特征值为1.726，贡献率为7.845;PC4包含了芽叶颜色、叶齿密度、树高，特征值为1.337，贡献率为6.077;PC5包含了芽叶颜色、叶背茸毛、海拔，特征值为1.035，贡献率为4.706;芽叶茸毛、芽叶颜色、无叶齿主脉长、树高与海拔均呈负显著相关关系，表明随海拔升高，茸毛越少，叶色越浅，无叶齿主脉越短。

　　主成分分析得到最终各表型性状在主成分中的综合得分结果显示，多数叶表特征能够直接解释茶树种内或种间的表型差异，而海拔、芽叶茸毛、芽叶颜色和叶面积不作为主要的分类特征。

　　1.4茶树资源表型性状聚类分析

　　采用多变量系统聚类法计算对56份古茶树种质资源的22个表型性状聚类分析结果表明，在距离为300时，可将56份古茶树种质资源分为四大类群;第一类群以大理茶、普洱茶和茶为主，共23份样本6个茶树物种;共同特征为芽叶绿，叶基楔形，叶面平整，叶质硬，叶齿密且浅，叶缘平展。

　　第二类群以普洱茶和大理茶为主，共22份样本7个茶树物种;共同特征为芽叶茸毛少或无，叶正面深绿，叶背面绿，叶身内折，叶质硬，叶面隆起，叶尖渐尖，叶形椭圆;其叶缘波、叶齿密度中等不同于第一类群。第三、四类群包括8个茶树物种，11份样本;共同特征为叶正面颜色深绿，叶基近圆，叶尖急尖，叶背茸毛少或无，叶形披针、长椭圆。在遗传距离为200时样本分为10个亚群，10个亚群与总样本中的10个茶树物种未一一对应，地理位置相近、同一物种的茶树也未完全聚集在一起。

　　2讨论

　　2.1茶树资源多样性特征

　　本研究选用22个表型性状对56份西南地区茶组植物进行遗传多样性分析，其结果表明西南地区茶树独特的适应机制、演化方向;大理茶、普洱茶和茶呈现较丰富的遗传多样性，其他种的茶树数量较少，生长范围小，呈现相对独立的特征，遗传多样性中等;结合山茶属的系统演化(张宏达,1984;虞富莲等,2010)和野生大茶树的调查(陈亮等,2000)，西南地区茶树资源数量大且涵盖多个物种，遗传变异度丰富，各种基径范围、树型、海拔梯度均有分布，体现了西南地区茶树资源较原始、古老的特性;所有垂直或水平的连续分布情况超过其他任何地区，是茶组植物原产地的独有特征，是珍稀的茶树种质资源宝库。

　　2.2茶树资源表型统计学差异

　　表型性状既是基因遗传变异的表达又是与环境相互作用的结果，不同表型性状表现出相关关系，可能是由同一连锁基因群所控制;表型特征的变异反映出基因型和群体及生态型的变异(蒋会兵等,2013)，因而具有相似的表型性状相关关系是研究茶树分类、演化的重要参考因素。相关性分析和主成分分析证实了即使把海拔作为表型变量，也不能作为解释茶树种内或种间表型差异的有效因子。

　　聚类分析其结果没有严格按照同一物种、地理位置进行聚类;而是依照分类学相同表型指标。四个类群中大理茶、普洱茶均有分布，表明西南地区茶组植物的丰富变异性，也在一定程度上说明茶树种内、种间存在连续或不连续的表型性状，或者是茶组植物种间发生杂交，基因交流产生变异从而在表型上表达出来。

　　2.3茶树资源植物地理分布

　　西南地区茶树资源性状多样性存在较大差异，本文报道了西南不同地区茶树资源表型性状的遗传多样性，聚类分析大致将4省的茶树资源划分为4个类群10个亚群，以哀牢山为地理分界线云南分为滇东高原区和滇西横断山区(陈永久等,1997)，大理茶、普洱茶、茶三个种聚为一类并主要分布在滇西横断山区，与大理茶演化为普洱茶、普洱茶演化为茶的演化理论相符合;厚轴茶、广西茶、马关茶、大厂茶、德宏茶聚为一类，集中分布在以红河、文山、曲靖为代表的滇东高原区;这与该区丰富的物种多样性有关。

　　滇东南高原区古老而稳定的地质历史、复杂的气候类型和生态环境(季鹏章等,2014)使得红河、文山(虞富莲,1986,茶叶科学,(1):18)等地区分布着茶组植物12个种及变种，即多个茶组植物原始种集中分布的地域。南川茶、秃房茶和部分普洱茶聚为一类，分布在滇东南地区与川渝地区(吴征镒等,2011,生物多样性,20(1):124);贵州仅有茶(王小萍等,2018)、大厂茶两个茶种，样本数量不多，分散聚在三个类群中。

　　根据西南地区茶组植物的地理分布、种数和数量，仅云南省就拥有80%茶组植物物种及以茶树为优势树种的森林群落，即云南省是西南地区茶树的多样性中心，渝贵川地区为扩散区;西南地区多山多河、垂直海拔落差和跨大范围经纬度是茶组植物多样性的原因;大山大河阻隔种内种间基因交流，茶组植物产生相对独立特殊的基因谱系;因而研究茶组植物演化、传播可结合植物地理学、生态学共同分析，综合考虑气候、地理位置等因素。

　　2.4西南地区茶树资源保护与利用

　　大理茶对高海拔地区的耐寒性，普洱茶、茶在长江以南地区广泛的适植性，厚轴茶、广西茶花柱5裂和秃房茶果皮、中轴较厚的原始性，都表明西南地区野生茶树珍贵稀有。丰富的基因宝库是研究茶树生物多样性、品种选育的理想资源(牛素贞等,2019);以及疏齿秃房茶、德宏茶、马关茶和茶(陈涛林等,2019)等变种的资源潜力可待挖掘。

　　3材料与方法

　　3.1试验材料

　　2017年至2021年6月通过实地考察采集西南地区56份茶树(表8)，其中大理茶15份、普洱茶18份、厚轴茶2份、茶5份、广西茶2份、大厂茶2份、秃房茶4份、疏齿秃房茶2份、德宏茶4份、马关茶2份;每棵茶树垂直水平距离大于50m。

　　3.2表型数据测定

　　依照《茶树种质资源描述规范和数据标准》选用15个描述型性状：芽叶颜色、芽叶茸毛、叶正面颜色、叶背颜色、叶背茸毛、叶齿密度、深度、叶面、叶身、叶缘、叶尖、叶质、叶形、叶基、树型;7个数值型性状10片叶平均长、10片叶平均宽、叶面积、叶脉对数、海拔、无叶齿主脉长(叶缘末端无叶齿部分的主叶脉长)和树高分析茶树资源的表型多样性;对每份顶芽，叶片描述性形状测量10次，均取平均值。

　　3.3统计分析

　　Excel统计描述性性状，用于计算ShannonWinner多样性指数;遗传多样性指数H′来评价表型性状的遗传多样性大小，计算公式：H′=∑PilnPi(2);公式中：Pi为某种源表型性状第i级内个体数量占总个体数量的百分比，ln为自然对数。SPSS软件计算最大值(Max)、最小值(Min)、均值(Mean)、标准差(S)和表型性状变异系数;CV反映了某性状数据的离散程度，计算公式：CV=SD/Mean(1)，公式中SD指标准差，Mean指均值。同时进行主成分分析、相关性分析及聚类分析;主成分分析相关性分析中采用皮尔逊相关系数，聚类分析中采用系统聚类法沃德计算，绘制聚类关系树状图。

　　参考文献：

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　　(闵天禄,1992,山茶属茶组植物的订正,云南植物研究,14(2):115132.)

　　SunX.M,HuangM.,LiuB.Y.,LiY.Y.,SongW.X.,MaL.,WangY.S.,andWangP.S.,2012,GeographicaldistributionandmorphologicaldiversityofwildteatreesinYunnan,ZhongguoNongxueTongbao

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　　(孙雪梅,黄玫,刘本英,李友勇,宋维希,马玲,汪云刚,王平盛,2012,云南野生茶树的地理分布及形态多样性,中国农学通报,28(25):277288.)

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　　(张宏达,1984,茶叶植物资源的订正,中山大学学报:自然科学版,(1):314.)

　　作者：陈洪宇1陶燕蓝2罗义菊1扈月豪1蓝增全2*