维普资讯 http://www.cqvip.com 茶叶Journal of Tea 2OO5,31(1):3~8 【编者按】近5O年来,我国茶叶科学研究取得重大进展,缩短了与世界先进水 平的差距。不少茶叶科技工作者,长期奋斗在科研第一线,取得丰硕成果。为了更好 地促进相互交流与借鉴,我刊从本期起,开辟“特约专题”栏目,约请有关专家撰稿,以 供读者参考。 茶树育种与遗传研究5O年基本总结 * 刘祖生 梁月荣 周巨根 赵 东 陆建良 (1.浙江大学茶叶研究所杭州 310029;2.农业部园艺作物生长发育与生物技术重点开放实验室杭州 310029) 摘 要 5o年来,共育成浙农系列茶树新品种1o个,其中包括国家级良种3个(浙农12、浙农ll3、浙农 21),省级良种4个(浙农121、浙农25、浙农l17、浙农139),待审定品种3个(浙农23、浙农8—8、浙农6一lO);选育 出杂交新品系24个;同时,对主要经济性状的早期鉴定、部分性状的遗传动态、茶树再生系统建立和遗传转化等进 行了研究并取得重要成果。主要体会有:一是茶树育种成败首先取决于是否能正确选用种质资源;二是必须深入开 展早期鉴定研究;三是推广茶树良种必须与开发良种名茶相结合;四是必须加强育种理论与育种新技术的研究。 关键词 茶树;遗传育种;浙农系列;新品种 中图分类号:¥571.1 文献标识码:A 文章编号:0577—8921(2005)01—003—06 A Summation of 5 0一year Research on the Tea Breeding and Genetics LIU Zusheng,LIANG Yuerong,ZHOU Jugen,ZHAO Dong,LU Jianliang (Tea Research Institute,ZhejiangUniVersity Hangzhou,310029) The State Agriculture Ministry Laboratory of Horticultural Plant Growth,Development&Biotechnology,Hangzhou,310029) Abstract During the past 50 years,1 0 new tea cultivars of Zhenong series were bred including three national registered tea cultivars(Zhenong 12,Zhenong 113.and Zhenong 21),four provincial registered tea cultivars(Zhenongl21,Zhenong25,Zhenongl17 and Zhenong139).There are three cultivars to be reg— istered(Zhenong23,Zhenong8——8 and Zhenong6——10)and 2O other new hybrid lines.Besides,early stage evaluation of major economic traits,genetic dynamics of some traits,regeneration system of tea plant and genetic transformation were investigated and some important achievements were obtained.Finally,the fol— lowing suggestions were summed up:1.The success of tea breeding mainly depended on the correct selec— tion of the germplasm.2.The investigation on the early--stage evaluation needs to be enhanced.3.The spread of registered tea cultivars must be combined with the making of the famous tea.4.The investiga— tion on the tea breeding theory and new breeding technique must be strengthened. Key words tea plant;heredity and breeding;Zhenong series;new varieties 1研究工作概况 1953年春,笔者之一在武汉华中农学院开始了 年秋将入选材料迁移杭州浙江农学院。1957年春, 再从浙江平阳收集平阳云南大叶种种子播种于杭 州。1963年开始,从驯化后的平阳云大群体中初选 云南大叶种的直接引种驯化和单株选择,并于1954 *获国家自然科学基金(39770475,301 70591)、浙江省科技厅(961102110,2003D5001)和原浙江省科委多年科技资助项目。 收稿日期:2004 02 20 作者简介:刘祖生,男(1931年一),湖南安化人,浙江大学教授,博士生导师,长期从事茶学教学与科研工作。 维普资讯 http://www.cqvip.com 4 31卷 出6个品系。1967年春,将这批新品系定植于余杭 潘板本系实验茶场,进行初步比较试验。1973年和 1974年将入选的3个品系(浙农21、浙农23、浙农 的有性杂交试验,共获1200余株后代,已选出2O多 个杂交新品系,布置了3批品种比较试验。2003年 从中选出2个杂交新品种“浙农8—8,,和“浙农6— 1O"。 25)分别布置品种比较试验,并先后在省内试种。 1963年从福鼎大白茶(简称“福鼎”)与云南大 叶种(简称“云大”)自然杂交后代(简称“福云杂交后 代”)中选出48个单株(编号为福云1~48),定植于 选种圃。然后,对入选单株的主要经济性状进行了较 全面的鉴定,对一些优良单株分别进行无性繁殖,并 将入选品系定植于预选圃。将预选圃中表现好的品 系浙农12、浙农113、浙农117、浙农121、浙农138、 同时,还研究了茶树主要经济性状的早期鉴定、 育种技术以及部分性状的遗传动态。近年,还开展了 茶树遗传工程研究,利用分子生物学技术,克隆了茶 树次生代谢中与茶叶品质密切相关的茶多酚和咖啡 碱代谢的相关基因,对茶树遗传转化体系进行了初 步研究,并成功的将Bt基因转入茶树。 2主要研究成果 2.1育成一批茶树新品种 浙农139等分别于1974、1984、1986年布置品比试 验。品比试验年限为5~6年。1987年,浙农12被认 定为国家级良种。1994年,浙农113被审定为国家 级茶树良种。2001年浙农21被审定为国家级茶树 良种。其他部分品种先后通过省级审定或鉴定。 经过5O年的努力,现己育成浙农系列新品种 1O个,其中国家级良种3个:浙农12、浙农113、浙 农21;省级良种4个:浙农25、浙农121、浙农117、 浙农139;以及待审定品种3个:浙农23、浙农8— 8、浙农6—1O。现将这批品种的选育概况、形态特 1973~1979年,以福鼎、黄叶早、水古茶、紫芽 种、浙农12、浙农21、浙农23、浙农25、浙农109等 品种(系),作亲本,先后进行了6批、23个杂交组合 征、主要经济性状等简介如下(表1~5)[1 ]。 表1浙农系列茶树新品种基本情况 注:各品比试验均以国家级良种福鼎大白茶为对照种,下同。 表2 浙农系列茶树新品种主要形态特征特性 *指春季1O0个一芽三叶平均重量 维普资讯 http://www.cqvip.com 第1期 刘祖生等 茶树育种与遗传研究50年基本总结 5 *以对照种产量为100计算;**1967年1月出现 13.7 C低温(余杭潘板),供试品种遭受严重冻害,当年产量大幅度下降。 表4 浙农系列茶树新品种适制性与成茶品质 表5 浙农系列茶树新品种主要生化成份含量 杂交后代,浙江鸠坑、陕西紫阳等地方群体品种中选 出一些具有独特性状的新品系6个(表6)。 2.3茶树育种技术与遗传研究的部分成果 2.3.1 芽叶茸毛性状遗传的研究 以福鼎、浙农 109、祁门长叶、浙农12、浙农21、紫芽种等6个品种 (系)及其5个杂交组合(福鼎×浙农109等)的后代 共62个作样本。采用光学显微镜和扫描电子显微镜 技术,系统研究茸毛分布、密度、长度和粗度。用数量 遗传学与生物统计学方法估算了广义遗传力(h。B) 和狭义遗传力(h。N)[g]。结果表明:①6个亲本茸毛 性状差异显著,浙农12、浙农21和浙农1O9的茸毛 2.2选育出一批茶树杂交新品系 1977~1983年对6个杂交组合的590株后代 进行了单株性状鉴定和产量鉴定(连续3年),然后 选出杂交品系19个,并于90年代中期先后分两批 密度显著大于福鼎;②茸毛各性状的广义遗传力较 高,茸毛密度为95.18 ,茸毛分布为88.77 ,茸毛 粗度为85.28 ,茸毛长度为81.35 ;③茸毛诸性 状大多以母性遗传为主。 2.3.2 芽叶氨基酸遗传的研究 以氨基酸含量差 进行品种比较试验;其次,以福建水仙为母本,龙井 种为父本,选出杂交品系“401”;此外还从福云自然 异显著的浙农21与紫芽种正反交的F 共22个样 维普资讯 http://www.cqvip.com 6 31卷 本为材料,采用高效液相色谱分析各样本17种游离 氨基酸,并按加性一显性基因效应模型分析氨基酸 组成的遗传与变异 。结果表明:①浙农21茶氨酸 含量为1.89 ,占其氨基酸总量的78.25 ;紫芽种 表6 茶树杂交新品系简况 精氨酸含量为0.1l ,占其氨基酸总量的27.28 。 ②在F 群体中,精氨酸出现率为25 ,为负向完全 显性效应,亲本浙农21精氨酸含量甚微,表明精氨 2.3.4茶树扦插苗性状及叶片解剖结构与茶叶产 量关系的研究 首先,以福鼎与浙农109的45株杂 交后代为材料,研究了扦插苗性状与茶叶产量的关 系[1 ,结果表明:①扦插苗的根系活力、根干重与单 株芽叶产量均呈极显著正相关。茶树产量与上述2 个性状的回归方程为:y一一22.1707+0.2034X + 酸的合成与表达受隐性基因控制。③杂种第一代茶 氨酸与谷氨酸均接近中亲值,并有一定的母性遗传 效应;天冬氨酸和胱氨酸趋向高值亲本,苏氨酸、丝 氨酸、丙氨酸、组氨酸均趋向低值亲本。 2.3.3茶树组培快速繁殖的初步研究 以不同品 种的新梢腋芽为材料,对外植体、培养基、培养条件、 培养途径以及试管苗的培育等进行了研究 ]。结 39.4145X。,其中X 表示根干重、X 表示根系活 力;②扦插苗抽梢率、侧芽萌发率与单株芽叶产量呈 极显著正相关,扦插苗单株叶面积、单叶面积与单株 芽叶产量呈显著正相关,茶树产量与上述4个性状 的回归方程为:y一185.148+3.060X1+2.935X2— 果表明:①腋芽作为快繁的外植体,是一种稳定而可 靠的材料;②外植体的选取,以旺盛生长的春梢为 好,采用室内培养的材料可显著减少污染;③基本培 养基MS型优于ER型,诱导芽一般以6一BA (O.5—5.0mgL )+IBA(<1.5mgL )或NAA 3.1616X。,+21.O00IX ,其中x 表示侧芽萌发率、 X。表示抽梢率、X。表示单株叶面积、X 表示单叶 面积;③扦插成活率与单株芽叶产量呈极显著正相 关,r一0.4757~,回归方程为Y一2.696+5.551X; (<3.0mgI )较好;诱根以IBAlmgL 为佳;④快 繁途径以芽数的增殖为主,结合多芽体再生进行;⑤ 小苗成活的关键是移栽后的管理,使用蛭石为过渡 基质,对根生长很有利,土壤要保温通气,采取盆下 ④主成份分析结果证明,凡扦插苗根系活力强,侧芽 萌发率高,扦插成活率高,单株叶面积较大,单叶面 积适中者,其单株芽叶产量较高。 其次,仍以上述45株杂交后代为材料,每株取 成熟叶10片,采用徒手切片法制片,然后用光学显 侵润吸水,但要防止过湿。 维普资讯 http://www.cqvip.com 第1期 刘祖生等 茶树育种与遗传研究5O年基本总结 7 微镜镜检,研究解剖结构和茶叶产量的关系。 。结 果表明:叶片栅栏组织密度、上表皮厚度、栅栏组织 证Bt基因已转入茶树体内。目前正在完善这一系 统,在原有研究基础上,逐步建立茶树根癌农杆菌 (Agrobacterium tumefacienas)的高效转化系统。 2.3.9茶树次生代谢途径的L20.21 J 茶树是一 厚度与单株芽叶产量呈极显著正相关,若以x 表 示上表皮厚度、x。表示栅栏组织密度、x。表示栅栏 组织厚度,则可建立如下回归方程:Y—m865,2550 种次生代谢较强的植物,其次生代谢产物对茶叶品 +14.3765Xl+0.2963X2+3,6951X3。 2.3.5 叶片解剖结构与茶树抗寒性关系的研究 用11个品系(种)和福鼎为材料,研究了叶片解剖结 构与茶树抗寒性的关系[】 ,结果表明:叶片总厚度、 上表皮厚度、下表皮厚度、栅栏组织厚度、栅栏组织 厚度/叶片总厚度、栅栏组织厚度/海绵组织厚度均 与抗寒性呈正相关,海绵组织厚度与抗寒性呈负相 关,若以x代表栅栏组织厚度/海绵组织厚度,y代 表茶树抗寒性的评分数,则可建立如下的回归方程 式:y一一1.78+5.47X。 2.3.6茶树无性繁殖能力早期鉴定的研究 选用 无性繁殖能力差异较大的7个无性系品种进行短穗 扦插繁殖研究口 ,结果表明:①茶树插穗母叶束 缚水含量与扦插成活率呈显著正相关(r一0. 858 ),母叶自由水含量与扦插成活率呈显著负相 关(r一一0.819 ),母叶自由水与束缚水之比与扦 插成活率呈极显著负相关(r一一0.925~);②插穗 内原有淀粉、碳水化合物含量以及母茎C/N比与扦 插苗最长根长(插后2个月)呈极显著或显著正相关 (r一0.913~、r一0.770 、r一0.709 );③光合能力 强的品种,插穗发根后,成活率基本保持稳定,而光 合能力较弱的品种,插穗发根后,在越冬期或翌年春 梢生长前仍有部分幼苗死亡。 2.3.7茶树再生系统研究 用不同茶树外植体进 行体胚诱导研究口 ,结果表明,用成熟子叶的基 部切片,在多种不同的培养基上均可较容易地诱导 出体细胞胚。可用半量的MS培养基附加BA 2.5 mgI 和IBA 0.2mgI _。,切取的成熟子叶大小与体 胚诱导频率呈正相关。用不同外植体(叶柄、茎切片、 子叶、子叶柄、下胚轴、根等)进行芽分化诱导研究中 发现,子叶柄的芽分化能力最强。在不同子叶柄的切 取方法中,斜靠近胚轴切取可达92 的芽再生率。 2.3.8 茶树遗传转化研究 用发根农杆菌( — grobacterium rhizogenes)对茶树叶片进行诱导[】 , 结果表明,其培养的方法对诱导效果有很大影响。与 其它植物相比较,茶树叶片只有在很强的感染条件 下才有毛状根出现。用农杆菌和基因为遗传转化 手段对茶树进行Bt基因的转化,成功地得到愈伤组 织和抗性苗,经PCR和Southern blotting分析,确 质有很大的影响。若能对茶树的次生代谢途径进行 有效的,将可能会极大地提高茶叶品质。首次克 隆出茶树多酚氧化酶基因,序列分析表明,该酶与其 他植物中的多酚氧化酶有较高的相似性。其次,还克 隆了与咖啡碱代谢有关的S一腺苷甲硫氨酸合成酶 基因,并进行了序列比较。目前正试图通过基因工程 方法对若干控制茶树次生代谢途径的酶类的基因转 录和翻译过程进行,并已得到部分结果。 2.3.10茶树耐酸铝机理的研究E223 茶树属于需 铝植物,有很强的耐铝能力。研究表明,其耐酸铝能 力与SOD和茶多酚类在酸铝逆境下抑制活性氧自 由基水平的提高有关。因而在进行作物抗酸铝育种 中,人选材料的原初SOD活力及其在酸铝胁迫下的 下降速率可以作为筛选的指标之一。另外在茶园土 壤中分离出耐酸铝真菌ALF一1(Neruospora sp), 对其耐酸铝机理进行了研究。同时为分离ALF—l 菌抗酸铝相关基因进行了初步研究。 3 几点体会 3.1 育种成败取决于能否正确选用种质资源 众所周知,种质资源是育种的物资基础。我国是 世界上茶树种质资源最丰富的国家,但如果选用不 当,则将事倍功半,甚至徒劳无功。2O世纪5O年代 初,我们曾多次直接从云南引种云南大叶种作育种 材料,由于大叶种茶树越冬困难,以至毫无结果。在 总结失败经验的基础上,1957年引种浙江平阳的云 南大叶种获得成功,并从中选育出“浙农21”、“浙农 23”、“浙农25”三个新品种。其原因:(1)平阳冬季的 绝对最低气温为一3rC,比杭州(一8.9 C)高5.9℃, 云大能安全越冬,并正常结实;(2)由于茶树属异花 受粉植物,从平阳云大采收的种子中,其中有的包含 平阳本地种的遗传基因。这是平阳云大抗寒性显著 高于云南云大的遗传基础。后来,我们又从福鼎和云 大的自然杂交后代育成浙农12、浙农113、浙农 121、浙农117、浙农139等5个品种。这些品种的总 体水平要高于上述3个品种。在实践中我们得到三 点启示:第一在北方茶区直接选用南方类型的茶树 种质资源,育种成功的可能性较小;第二鉴于南方类 型种质资源一般茶多酚含量高,适制红茶,但抗寒性 弱;而北方类型氨基酸含量高,适制绿茶,抗寒性强, 维普资讯 http://www.cqvip.com 8 利用两者的杂交后代作育种材料,则可优势互补,能 明显提高育种效率;第三在利用南方与北方种质资 源作杂交亲本时,应以北方类型作母本为宜,这样既 有利于提高杂交结实率,也有利于提高育成品种的 抗寒性与适应性。 3.2必须深入开展主要经济性状的早期鉴定研究 茶树育种周期长,从种质资源的选定、单株选 择、无性繁殖、品比试验到区域试验,一般需15~20 年。在育种初期,如能对育种材料进行产量、品质、抗 性和无性繁殖能力进行快速而准确的早期鉴定,则 可及时选优汰劣,提高选择效果,加速育种进程。随 着科技进步与仪器设备的更新,早期鉴定技术也应 不断改进。90年始,我们利用高效液相色谱等 先进设备鉴定良种红茶的品质,使红茶良种的品质 早期鉴定从氯仿试验法提高到分子鉴定的水平,这 样不仅试材少,而且准确率高。实践表明,品种对品 质的作用一般大于对产量的作用,而栽培措施则恰 恰相反。所以,在早期鉴定程序上,我们认为宜采取 “先品质,后产量”,并以品质鉴定为重点。 3.3推广茶树良种必须与开发良种名茶相结合 在计划经济年代,茶叶统购统销,良种无良价, 推广茶树良种十分困难。市场经济则为发展名茶开 辟了广阔市场,而且名茶的发展又对茶树品种提出 了更高要求。我们根据选育出的几个新品种的芽叶 特征与生化特性,创制了“浙农香芽”与“浙农翠柳” 等名茶,并多次参加评比,而且每次获奖。这样大大 提高了良种的知名度,促进了良种的推广。近年来, 浙江新昌在试种“浙农117”、“浙农139”等品种过程 中,重点加工名茶,每亩产值超万元,经济效益十分 显著,因此茶农繁育与推广这些良种的积极性空前 高涨。1999年当地与我所共建“浙东茶树良种 繁育基地”。几年来,累计繁育推广浙农系列茶树良 种苗木达2亿多株,大大加快了良种的推广速度。 3.4必须加强茶树育种理论与育种新技术的研究 在茶树育种上,我们虽然取得了一定成绩,在育 种新技术方面,也有了良好开端,但尚未获得突破性 成果,与其他作物育种相比还存在较大差距。近几年 来,我们虽然开展了对茶树基因的研究,在国内首次 克隆了2个与茶叶品质相关的基因,初步建立了茶 树遗传转化体系,但真正能用于茶树育种实践,尚有 相当的距离。为了在茶树育种中减少盲目性,提高育 种效果,育成有重大突破的新品种,我们认为,必须 加强茶树主要经济性状遗传规律的研究,加强茶树 31卷 种质资源的整理和研究,以及加强茶树基因工程技 术的研究并与传统的育种方法相结合,只有这样,才 有可能育成符合市场需要的高水平的茶树新品种。 致 谢:先后参加本项研究工作的还有赵学仁、季玉琴、王爱蓉、黄 华涛、史玉荣、袁飞、胡月龄、奚彪、倪伯荣等同志.谨表谢意。 参考文献 1 刘祖生主编.茶树育种学[M].上海科学技术出版社,1 964,75— 192 2刘祖生,赵学仁,王爱蓉,袁 飞.浙农21与浙农25选育研究报 告.浙江农业科学论文集,浙江科技出版社.1984,348—362 3刘祖生,赵学仁,王爱蓉.浙农23选育研究报告(未刊稿) 4刘祖生,赵学仁,王爱蓉.茶树新品种“浙农12”的选育[J].茶叶. 1 981,(1):1—6 5刘祖生,赵学仁,王爱蓉,周巨根.梁月荣.胡月龄,优质抗寒绿茶 良种一浙农113选育研究报告EJ].茶叶,1989,(1):12—15 6刘祖生,王爱蓉,梁月荣,周巨根,胡月龄,奚彪.红绿茶兼制良 种一浙农121选育研究报告EJ].茶叶.1991,(2):6 1o 7刘祖生,梁月荣,赵学仁,王爱蓉,赵东.奚彪,胡月龄.茶树新 品种浙农139选育EJ].茶叶科学.1997.17(s):81 85 8赵东,刘祖生,梁月荣,陆建良,胡月龄.茶树杂交新品系“浙农 8—8”、“浙农6 1O”选育研究报告EJ].茶叶,2003 29(2):8O_82 9周巨根,刘祖生.茶树茶叶茸毛的研究——Ⅲ茸毛性状的遗传与 变异EJ].茶叶.1990,(4):7 1o 1o周巨根.茶树芽叶氨基酸组成和茸毛特征的遗传与变异研究 [D].浙江农业大学硕士学位论文,1988 ll奚彪,刘祖生.外植体性质对茶腋芽快繁的影响EJ].茶叶, l994,(4):14—17 12奚彪.茶树腋芽组培快繁的研究[D].浙江农业大学硕士学位论 文,1990 13 史玉荣,刘祖生.茶树产量早期鉴定研究EJ].浙江农业大学学 报,1992,18(S):27—34 l4史玉荣.茶树产量早期鉴定的研究ED7.浙江农业大学硕士学位 论文,1988 15 新品种选育课题组.茶树叶片内部组织与抗寒性相关的研究 EJ].茶叶季刊,1977,(4):1l一14 16梁月荣,刘祖生,庄晚芳.茶树扦插发根的解剖学和生物化学研 究EJ].茶叶科学,l985,5(1):19—28 17梁月荣,刘祖生.茶树扦插繁殖能力间接鉴定指标的探讨EJ].茶 叶,1985,(4):3—7 18奚彪.茶树再生系统建立与遗传转化研究[D].浙江农业大学 博士学位论文,1995 19奚彪,刘祖生,梁月荣.发根农杆菌介导的茶树遗传转化EJ]. 茶叶科学,1997,17(S):155—156 2O赵东,刘祖生,奚彪.茶树多酚氧化酶基因的克隆及其序列 比较.茶叶科学,2001,21(2):94 98 2l冯艳飞,梁月荣.茶树S一腺苷甲硫氨酸合成酶基因的克隆和序 列分析.茶叶科学,2001,21(1):21—25 22梁月荣.茶树耐酸铝机理和抗酸铝真菌ALF—l的研究EDZ.浙 江大学博士学位论文,1998