黃金茶種質資源生化成分的多樣性分析

趙洋 劉振 楊培迪 寧靜 成楊 楊陽

摘要：? 為了給黃金茶種質資源鑒定、評價和茶樹品種選育提供數據和材料基礎，對25份黃金茶種質資源的水浸出物、茶多酚、氨基酸、咖啡堿、茶氨酸等生化成分含量進行檢測，結合聚類分析和主成分分析，對黃金茶種質資源主要生化成分統計參數的遺傳多樣性進行鑒定、評價。結果表明，黃金茶種質資源生化成分具有豐富的遺傳多樣性，平均遺傳多樣性指數為2.74，變異系數為 5.73%～ 19.58%;基于生化成分，將25份種質資源分為Ⅰ、Ⅱ 2個類群，這2個類群在茶多酚含量、水浸出物含量和酚氨比上存在顯著差異，Ⅰ類群茶多酚含量比Ⅱ類群高;主成分分析的前3個主成分代表了生化成分多樣性92.67%的信息，第1主成分得分為正的資源被歸為Ⅰ類群，得分為負的資源被歸為Ⅱ類群。初步篩選出1份高氨基酸含量資源，3份高茶多酚含量資源。

關鍵詞：? 茶樹; 種質資源; 遺傳多樣性; 生化成分; 主成分分析; 聚類分析

中圖分類號：? S571.132??? 文獻標識碼： A??? 文章編號：? 1000-4440（2021）05-1285-07

Diversity analysis of biochemical components in Huangjincha （ Camellia sinensis ） germplasm resources

ZHAO Yang， LIU Zhen， YANG Pei-di， NING Jing， CHENG Yang， YANG Yang

（Hunan Tea Research Institute， Changsha 410125， China）

Abstract：?? In order to provide data and material basis for the identification and evaluation of Huangjincha germplasm resources and the breeding of tea varieties， the contents of water extracts， tea polyphenols， amino acid， caffeine and theanine of 25 Huangjincha germplasm resources were detected， then the principal component analysis and cluster analysis were performed on the test data. The results showed that there was abundant diversity in biochemical components of Huangjincha germplasm resources. The average genetic diversity index was 2.74. The coefficient of variation ranged from 5.73% to 19.58%. Based on the biochemical components， 25 germplasm resources were divided into two groups. There were significant differences between group Ⅰ and group Ⅱ in tea polyphenol content， water extract content and the ration of phenol/ammonia. The content of tea polyphenol in group Ⅰ was higher than that in group Ⅱ. In principal component analysis， the first three principal components represented 92.67% of the biochemical diversity. The resources with a positive score of the first principal component were classified as group Ⅰ， while the resources with a negative score were classified as group Ⅱ. One? resource with high amino acid content and three resources with high tea polyphenol content were preliminarily screened out.

Key words：? tea plant; germplasm resource; genetic diversity; biochemical component; principal component analysis; cluster analysis

茶樹種質資源在茶葉科學研究中十分重要，是品種創新、生產上直接利用或進行生物技術研究的物質基礎。茶樹種質資源豐富，存在大量特異性種質資源。黃金茶是古老、特異、珍稀的地方茶樹種質資源，原產地位于湖南湘西保靖縣葫蘆鎮黃金村。近年來，隨著人們對黃金茶的研究與開發利用，其地位與湖南四大茶樹地方群體資源日益接近。黃金茶茶樹有很多優良單株，目前研究者已經從黃金茶茶樹資源中選育出了保靖黃金茶1號、黃金茶2號、黃金茶168號3個茶樹品種。茶葉的生化成分是決定茶葉品質的物質基礎，因此對黃金茶茶樹資源進行生化成分多樣性分析，可為黃金茶茶樹資源鑒定評價提供理論基礎，并可為充分發掘利用黃金茶茶樹資源、選育優質茶樹品種提供參考。

生物體內的生物化學成分及其特征是遺傳多樣性在生理生化水平的體現之一，茶樹的遺傳多樣性可以通過其生化成分的差異表現出來? [1-2] 。水浸出物、茶多酚、氨基酸和咖啡堿對茶葉品質有較大影響? [3-4] ，茶氨酸是茶樹的特征性氨基酸，除茶樹外僅在茶梅? [5] 、油茶? [6] 和某種菌菇? [7] 中檢測到該物質，茶氨酸含量與總氨基酸含量的比值（茶氨酸/總氨基酸）是茶樹28種氨基酸中最大的? [8-9] ，此外，茶氨酸與綠茶品質之間呈顯著正相關? [10-11] 。酚氨比指茶多酚含量與總氨基酸含量的比值，是茶樹制茶品質的一個重要參數? [12] 。目前，人們已對多個茶樹種質資源開展了生化成分多樣性研究，如對武夷名叢茶樹資源? [13] 、連南茶樹資源? [14] 、江華苦茶? [15] 等多個地區茶樹資源的生化成分進行多樣性研究? [16-19] ，并從中篩選出了一批生化成分特異的茶樹資源。目前，人們已經采用分子標記技術進行了黃金茶茶樹的遺傳多樣性研究? [20-22] ，但對黃金茶生化成分多樣性的研究甚少。筆者之前對15份高氨基酸含量黃金茶茶樹資源（氨基酸含 量≥ 5%）進行了茶多酚、氨基酸等生化成分的多樣性分析? [23] ，但未進行主成分分析和聚類分析，而且在以往的茶樹資源生化成分多樣性研究中僅對生化成分進行了主成分提取，幾乎未見對茶樹資源的主成分得分進行研究的報道。本研究選取25份黃金茶茶樹資源，對其主要生化成分進行鑒定，不僅對其生化成分進行主成分提取，還對各資源的主成分得分進行分析，再結合聚類分析對黃金茶茶樹資源的生化成分遺傳多樣性進行研究，以期為黃金茶茶樹資源的開發利用提供數據，為黃金菜茶樹品種選育提供材料基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

25份黃金茶單株采自湖南省茶葉研究所實驗茶場茶樹種質資源圃，各單株在原產地保靖縣黃金村收集后種植于湖南省茶葉研究所實驗茶場茶樹種質資源圃內。25份黃金茶單株的編號為08-2、08-4、08-5、08-7、08-8、08-11、08-14、08-22、08-38、08-47、08-48、08-50、08-55、08-62、08-79、08-85、08-88、08-94、10-28、10-38、10-41、10-63、10-66、10-67、10-104。

1.2 試驗方法

1.2.1 蒸青樣制作? 取各黃金茶單株春季第一輪新梢的一芽二葉，用蒸汽殺青后放入烘箱內干燥，再將樣品裝入密封袋中，置于4 ℃冰箱內保存。

1.2.2 生化成分測定方法? 蒸青樣經粉碎機磨碎后過0.1 mm孔徑篩。水浸出物含量采用全量法（GB/T 8305-2013《茶 水浸出物測定》）測定，茶多酚含量采用酒石酸亞鐵比色法（GB/T8313-2018《茶葉中茶多酚和兒茶素類含量的檢測方法》）測定，游離氨基酸含量采用茚三酮比色法（GB/T8314-2013《茶 游離氨基酸總量的測定》）測定，咖啡堿含量采用紫外分光光度法（GB/T8312-2013《茶 咖啡堿測定》）測定，茶氨酸含量采用高效液相色譜法（GB/T 23193-2017《茶葉中茶氨酸的測定 高效液相色譜法》）測定。

1.3 統計分析

各生化成分的最大值、最小值、平均值和標準差采用SPSS 20分析獲得;遺傳多樣性指數（ H′ ）采用王新超等? [16] 的方法計算;聚類分析采用離差平方和法，距離選擇歐式距離;類群間生化成分的比較分析采用 t 檢驗方法;通過主成分分析對各變量進行最大化正交旋轉，提取特征值大于1的主成分。依據各資源第1主成分得分繪制主成分得分圖，并按照以下公式計算各資源綜合得分（ F?? Z ）： F?? Z =∑（ α? i? × F? i? ）/∑ α? i? 。其中， α? i? 為第 i 個主成分對應的貢獻率， F? i? 為第 i 個主成分的得分。

2 結果與分析

2.1 主要生化成分的多樣性分析

對25份黃金茶茶樹資源的5個化學成分進行了含量檢測，并進行了基本參數的統計和遺傳多樣性指數的計算。由表1可以看出，25份黃金茶茶樹資源不同統計參數的變異系數為 5.73%～ 19.58%，平均值為13.60%，變異系數由高到低排序為19.58%（酚氨比）、17.72%（茶氨酸含量）、16.48%（茶氨酸/總氨基酸）、14.44%（茶多酚含量）、10.98%（總氨基酸含量）、10.28%（咖啡堿含量）、 5.73%（水浸出物含量），表明黃金茶茶樹資源中酚氨比的改良潛力最大，其次是茶氨酸含量、茶氨酸/總氨基酸、茶多酚含量、總氨基酸含量、咖啡堿含量，水浸出物含量的改良潛力最小。遺傳多樣性指數為 2.47～ 2.93，平均值為2.74，說明黃金茶茶樹資源具有豐富的生化成分遺傳多樣性，遺傳多樣性指數由高到低排序為2.93（咖啡堿含量）、2.90（茶氨酸含量）、2.82（酚氨比）、2.76（茶多酚含量）、2.75（水浸出物含量）、2.54（總氨基酸含量）、2.47（茶氨酸/總氨基酸）。將變異系數與遺傳多樣性指數的排序進行比較，發現兩者之間存在差別，水浸出物含量、咖啡堿含量、總氨基酸含量的變異系數較小，但遺傳多樣性指數相對較大，是因為這些生化成分在遺傳多樣性劃分的各等級中分布更均勻;酚氨比、茶氨酸/總氨基酸的變異系數較大，但是遺傳多樣性指數較小，是因為在茶樹資源中，其含量的離散程度較大。

2.2 黃金茶茶樹資源的聚類分析

由圖1可以看出，通過對25份黃金茶茶樹資源的7個統計參數進行聚類分析，將25份黃金茶茶樹資源分為2大類群，其中Ⅰ類群包含12份資源，可以分成2個亞群，Ⅱ類群包含13份資源，可以分成2個亞群。由表2可知，Ⅰ、Ⅱ類群僅在水浸出物含量、茶多酚含量、酚氨比上存在顯著差異，Ⅰ類群的平均水浸出物含量、茶多酚含量、酚氨比分別比Ⅱ類群高3.02個百分點、5.26個百分點、1.73，其中Ⅰ類群的茶多酚含量最低值為21.94%，比Ⅱ類群的最高值（20.65%）還要高。Ⅰ類群的平均變異系數為8.20%，Ⅱ類群的平均變異系數為13.39%，且Ⅱ類群各統計參數的變異系數均比Ⅰ類群高，尤其是茶氨酸含量（21.74%）、茶氨酸/總氨基酸（20.69%）明顯比Ⅰ類群的茶氨酸含量（11.71%）、茶氨酸/總氨基酸（10.00%）高。

2.3 生化成分統計參數的主成分分析

通過主成分分析，確定了第1主成分（PC1）、第2主成分（PC2）、第3主成分（PC3）等3個主成分，分別可以解釋全部多樣性信息的40.95%、26.85%、24.87%，3個主成分的累計貢獻率達到了92.67%（表3），包含大部分生化成分的多樣性信息。

由表4可以看出，PC1主要能夠反映茶多酚含量、酚氨比和水浸出物含量的信息，其中酚氨比與茶多酚含量的相關性較高，水浸出物指通過沸水浸出的茶葉中的水溶性物質，包括茶多酚、總氨基酸、咖啡堿、可溶性糖等，其中茶多酚占比最大，由此可見，PC1與茶多酚的關系較為密切。PC2主要能夠反映茶氨酸/總氨基酸和茶氨酸含量，與茶氨酸的關系密切。PC3對咖啡堿含量和總氨基酸含量的解釋力度最大，主要體現的是含氮化合物含量的信息。

2.4 茶樹資源的主成分得分分析

由圖2可知，12份茶樹資源分布在PC1得分軸的正向上，13份茶樹資源分布在PC1得分軸的負向上，分布于正向得分軸上的資源全部為Ⅰ類群資源，分布于負向得分軸上的資源全部為Ⅱ類群資源;在PC2正向得分軸上，共分布了12份資源，其中6份為Ⅰ類群資源，6份為Ⅱ類群資源，在負向得分軸上共分布了13份資源，其中6份為Ⅰ類群資源，7份為Ⅱ類群資源。

由表5可以看出，在綜合得分排名前13名的資源中，除08-5（排名第9）、08-55（排名第11）被劃分到Ⅱ類群外，其他11份資源都被劃分到Ⅰ類群;在排名第14～25的資源中，除08-8（排名第20）被劃分到Ⅰ類群外，其他11份資源都被劃分到Ⅱ類群。由此可見，綜合得分排名能在較大程度上反映大類群的劃分。進一步分析發現，08-5、08-55的PC1得分為負值，08-8的PC1得分為正值，這與PC1得分為正值的資源被劃分到Ⅰ類群、得分為負值的資源被劃分到Ⅱ類群的結果相符。推測PC1得分對大群的劃分有重要作用，也是綜合得分能在較大程度上反映大類群劃分的原因之一。茶樹資源PC1得分和主成分綜合得分與分類結果之間的關系，恰好說明對生化成分提取的主成分可以體現全部生化成分多樣性的大部分信息。

2.5 特異種質資源篩選

茶樹的特異種質資源是指性狀表型特殊或稀有的種質資源。根據表6的生化成分檢測結果，參照NY/T 2031-2011《農作物優異種質資源評價規范 茶樹》篩選出一批生化成分特異的資源，其中1份高氨基酸含量（氨基酸含 量≥ 5.00%）特異資源，為08-2（氨基酸含量為5.33%），3份高茶多酚含量（茶多酚含量≥25.00%）資源，分別為08-85（茶多酚含量為25.06%）、10-63（茶多酚含量為25.36%）和08-88（茶多酚含量為27.42%）。這些特異資源可以直接用于新品種選育或者間接為遺傳改良提供優良基因來源。

3 討 論

在本研究中，黃金茶茶樹資源生化成分的遺傳多樣性指數為 2.47～ 2.93，平均值為2.74，平均值高于廣西資源（1.90）? [16] 、貴州資源（2.31）? [17] 、云南資源（1.88）? [19] 、江西資源（1.91）? [24] 、陜西資源（2.01）? [25] ，也比同屬于湖南的莽山茶樹資源（1.86）? [26] 和城步峒茶樹資源（2.34）? [27] 高，說明黃金茶茶樹資源具有豐富的遺傳多樣性。寧靜等? [20] 采用ISSR（簡單重復序列間區）標記、吳揚等? [21] 采用AFLP（擴增片段長度多態性）標記對黃金茶茶樹進行遺傳多樣性分析，結果表明，這2種標記具有較高的遺傳多樣性。而楊陽等? [22] 采用EST-SSR（表達序列標簽-簡單重復序列）標記進行遺傳多樣性分析則顯示，黃金茶茶樹群體的遺傳多樣性較低。本研究結果與楊陽等? [22] 的研究結果有差別，除了選取的樣本不同外，進行遺傳多樣性檢測的水平也不同，分別是在DNA水平、生理生化水平進行檢測，有些DNA水平的變異會在轉錄后的各個水平表現出來，有些則不會表現出來，因此生理生化水平表現出的遺傳多樣性程度可能與DNA水平表現出的遺傳多樣性程度有所不同。筆者之前對15份高氨基酸含量的黃金茶茶樹資源的研究結果? [23] 表明，變異系數由大到小依次是12.31%（酚氨比）、9.89%（茶多酚含量）、6.93%（咖啡堿含量）、6.31%（總氨基酸含量）、2.39%（水浸出物含量），在本研究中依次是19.58%（酚氨比）、14.44%（茶多酚含量）、10.98%（總氨基酸含量）、10.28%（咖啡堿含量）、5.73%（水浸出物含量），兩者相比較可知，除總氨基酸、咖啡堿順序互換外，其他生化成分的排序相同，推測是因為在高氨基酸含量資源中，氨基酸含量的離散程度相對更小，另外各生化成分的變異系數與之前的研究結果也均不相同，推測與測試樣本個體不同有關。

在本研究中，基于生化成分的聚類，將25份黃金茶茶樹資源分成了兩大類群，兩大類群間僅在水浸出物含量、茶多酚含量、酚氨比方面存在顯著差異，王新超等? [16] 根據生化成分將98份廣西茶樹資源分成3類，不同類群間也僅在水浸出物含量、茶多酚含量、酚氨比上差異顯著。之前的研究未對各資源的主成分得分進行分析，本研究發現，PC1得分為正的資源被歸為Ⅰ類群，得分為負的資源被歸為Ⅱ類群，PC1得分可能對類群劃分有重要作用;Ⅰ類群資源的茶多酚含量比Ⅱ類群高，PC1主要代表水浸出物含量、茶多酚含量和酚氨比等多樣性信息。綜上，推測茶多酚含量的多樣性信息或許對分類有較重要的作用。已有研究發現，兒茶素組分與茶樹進化分類有關? [28-29] ，50年前就有學者? [30] 認為，酚類化合物是次生代謝物中能提供最多分類信息的化合物，目前已有多項研究發現，茶樹的兒茶素組分具有豐富的多樣性? [14，16-18，24，26-27] ，因此今后可以開展針對兒茶素組分多樣性和分類之間關系的研究。酚氨比是茶樹制茶品質的一個參數，一般認為，酚氨比小于8時，適合制作綠茶? [3] 。本研究發現，黃金茶茶樹資源的酚氨比均小于8，與之前研究發現的黃金茶茶樹制綠茶品質較優的結果一致? [23，31] 。初步篩選出1份高氨基酸含量資源和3份高茶多酚含量資源。隨著大眾消費的多元化以及對茶葉中生化成分保健功能研究的不斷深入，高功能性化學成分特異的茶樹資源和品種日益受到重視，黃金茶茶樹資源可以為茶樹品種和高功能性化學成分特異茶樹品種的選育提供材料基礎。

黃金茶茶樹資源生化成分的遺傳多樣性指數大，表現出了豐富的生化成分多樣性，本研究初步篩選出1份高氨基酸含量資源和3份高茶多酚含量資源，為茶樹品種選育提供了材料基礎。主成分分析和聚類分析結果表明，茶多酚含量對依據生化成分的分類可能起到重要作用，還需要進一步驗證，后續可以使用更多數量的樣本，并將兒茶素組成和其他更多生化成分納入研究。

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（責任編輯：徐 艷）