国家大叶茶树资源圃研究成果丰硕

孙雪梅，李友勇，段志芬，杨盛美，尚卫琼，刘 悦，李晓霞，刘本英

（云南省农业科学院茶叶研究所/云南省茶学重点实验室，云南勐海666200）

茶树［Camellia sinensis（L.）O.Kuntze］为多年生常绿木本植物，是中国重要的经济作物之一。云南是茶树的原产地，是茶树原始起源中心和物种多样性分布中心，茶树资源异常丰富，素有“云南山茶甲天下”之称，中国植物分类学家张宏达教授1998年调整后的山茶科山茶属茶组植物共有34个种（包括4个变种），除南川茶（C.nanchuanica）等8个种以外，其它26个种在云南均有分布。经过几十年的资源考察和收集保存，云南已建成世界最大的国家种质大叶茶树资源圃，已从根本上改变了资源分散、分布不明的状况，为茶树育种和长期利用研究奠定了坚实的基础。

1 资源圃基本情况

国家大叶茶树种质资源圃（勐海）位于茶树的起源中心云南省西双版纳州勐海县，1983年建圃，占地面积4.53 hm2。圃内分设3个区：一是自然生长区，茶树不修剪，不采摘，任其自然生长，用于观测自然生长的特征特性；二是鉴定研究区，主要供产量、品质、抗性、植物学、生物学特征特性等鉴定研究；三是新建区，主要保存“十二五”以来征集的茶树资源材料。1990年该圃正式挂牌为“国家种质勐海茶树分圃”，2012年1月，经农业部批准“国家种质勐海茶树分圃”正式升格为“国家种质大叶茶树资源圃（勐海）”。截止2018年底，本资源圃（勐海）已收集保存了按张宏达教授茶组植物分类系统的25个种和3个变种，共计2 000余份珍贵茶树资源材料。先后为省内外高等院校、科研院所及生产单位的科研、生产提供了茶树资源品种3 000余份次，为全国茶叶产业发展做出了重要贡献；接待到所检查指导工作的国家、省级领导及专家学者1 000人次以上，国内外茶叶参观团以及在校实习生等2.5万人次以上，资源圃已经成为宣传茶树资源、云茶产业发展、茶叶科技进步最有特色的窗口。

建圃以来，先后承担了国家科技攻关、科技部基础性工作专项、农业部作物资源保护专项、国家自然科学基金、云南省科技重大专项等30多项科研项目，如“茶树种质资源主要性状鉴定评价”、“茶树种质资源圃的建立及保存技术的研究”、“茶树种质资源的评价与利用研究”、“云南特色茶树资源发掘利用及新品种繁育示范”、“云南茶树种质资源整理、整合及共享试点”、“云南珍稀野生茶树种质资源的遗传多样性及特异资源发掘利用”等课题，通过近100项评定指标，完成了500多份茶树资源的农艺性状、加工品质、抗性、生化成分、染色体、同工酶、分子生物学等多学科综合鉴定和评价[1～4］，取得了重要进展，包括建立了云南茶树资源信息数据库，筛选出一批优（特）异种质，为云南乃至全国茶业发展做出了重要贡献。

2 承担科研项目

2012年以来依托国家大叶茶树资源圃，在项目争取上先后获科技部、农业部、国家基金委、云南省科技厅、云南省农业厅、云南省财政厅、西双版纳州等部门的大力支持，承担项目的资助经费超过2 000万元，主要包括有科技部“国家农作物种质资源平台茶树种质资源子平台（勐海）”，农业部“大叶茶树种质资源收集鉴定、编目繁殖更新与保存分发利用”、“国家种质资源勐海大叶茶树种质圃改扩建”、“越南茶树种质资源引进”，国家基金委“云南珍稀野生茶树资源的遗传多样性及特异资源发掘”、“云南大叶茶树资源核心种质构建及优异资源筛选”，云南省科技厅“优质高产茶树新品种选育及产业化示范”、“云南特色茶树资源发掘利用及新品种繁育推广”、“云南省茶学重点实验室建设”，云南省财政厅“云南省茶学重点实验室仪器设备购置及实验室改造提升”、“云南茶叶科技创新条件平台建设项目”，云南省农业厅“西双版纳古茶树资源调查、收集与鉴定评价”、“西双版纳古茶树资源信息库建设”等等，这些项目的实施为茶树资源品种的研究工作创造了良好的经费保障条件。

3 云南茶树资源研究

依托农业部、科技部、云南省科技厅等资助的项目，以云南茶树种质资源为主要研究对象，开展茶树种质资源收集、保存、评价创新及产业化开发利用研究。2012年以来，通过不断的地进行茶树资源的收集保存，共收集保存茶树资源400余份，其中：大理茶资源100份、普洱茶资源260份、茶资源40份，并将农业部“国家种质勐海茶树分圃”于2012年升格为国家种质单列资源圃“国家种质勐海大叶茶树资源圃”，成为全国面积最大、保存资源种类及数量最多的大叶茶树资源保存中心；利用农艺性状和经济性状等评价指标完成了400份资源的系统鉴定，筛选出一批优异种质资源，新获新品种登记11个，获植物新品种保护权4个；编制了“作物种质资源繁殖更新技术规程—茶树种质资源繁殖更新技术规程”。在茶树资源调查收集、保存评价、创新利用等方面形成系统技术与方法，为云南茶树种质资源的保护和创新利用奠定了一定基础。

4 云南野生茶树资源研究

在国家自然科学基金“云南珍稀野生茶树资源的遗传多样性及特异资源发掘”支持下，开展了云南野生茶树资源研究[3～4］，取得的主要成果：（1）野生茶树在云南分布广泛，主要集中在西双版纳、普洱、保山等8个地区，与栽培茶树在形态上有明显差异，在形态分类上有22个种和2个变种，呈现丰富的形态多样性；（2）对云南10个地区的830份茶树种质资源主要表型性状的遗传多样性分析和比较表明，云南茶树种质资源具有丰富的表型遗传多样性，其遗传多样性和变异水平显示东南部＞西部＞东北部的趋势，初步推断东南部为云南茶树资源表型遗传多样性分布中心；（3）应用 ISSR、EST-SSR等分子标记技术对云南野生茶树资源的遗传多样性和亲缘关系进行分析，结果表明云南野茶树遗传差异大，具有较高的遗传多样性，同时构建了云南茶树品种资源的分子指纹图谱，为茶树品种的知识产权保护提供有效的科学依据；（4）征集保存了一批珍稀茶树资源。从云南保山、临沧、西双版纳等地区征集茶树资源45份，包括大理茶（9份）、茶（10份）、普洱茶（20份）、野茶（6份）。（5）完成了 200份野生茶树种质资源的鉴定评价，筛选出了38份优特异资源，其中高茶多酚茶树资源28份，低咖啡碱茶树资源3份，高咖啡碱茶树资源4份，高氨基酸茶树资源3份。为野生茶树资源创新利用提供了技术支持。

5 茶树资源研究新突破

5.1 首次成功破译茶树基因组

中国科学院昆明植物研究所高立志研究员联合云南省农业科学院茶叶研究所、华南农业大学、云南农业大学、广东省农业科学研究院、辽宁师范大学、金华国际山茶园、华中农业大学和华盛顿大学等单位的相关研究团队，于2010年启动了茶树基因组计划，通过基因组建库与测序等关键实验技术的掌握和基因组序列拼接、注释与分析等生物信息学平台的构建，攻克了茶树高杂合、高重复和基因组庞大的植物基因组测序的难题，率先在国际上完成了栽培茶树大叶茶种（Camellia sinensis var.assamica）云抗10号核基因组的测序和组装，获得了约30.2亿碱基对的高质量基因组参考序列，注释得到36 951个蛋白编码基因。茶树高质量基因组图谱的成功绘制揭示了决定茶叶适制性、风味、品质以及茶树全球生态适应性的遗传基础，必将大大地加速茶树功能基因组学研究和优异新基因发掘，加快旨在提高茶叶品质和适应性的茶树新品种培育。将会促进全球野生茶树种质资源的遗传保护，也必将以其独特的科技与文化魅力助力“一带一路”，在新时代里以茶叶为载体再次向全球输送中国文化[5］。

5.2 茶树栽培驯化起源研究取得新认识

茶树［Camellia sinensis（L.）O.Kuntze］是中国最早驯化的木本作物之一，栽培历史悠久，并通过古丝绸之路和茶马古道直接或间接地传播到世界各地。目前全球共有52个国家种植茶叶，茶已成为世界上最受欢迎的三大无酒精饮料之一。东亚和南亚地区是全球最重要的茶叶种植和生产中心，约占全世界总产量的85%，其中，中国和印度则是2个最大的产茶国，也被认为是栽培茶树的驯化中心。由于至今未发现茶树的野生居群，有关茶树的栽培起源与驯化历史一直存在较大的争议（如大叶茶和小叶茶为一次驯化还是多次驯化起源）。

近来，中国科学院昆明植物研究所高连明研究组联合云南省农业科学院茶叶研究所刘本英研究组，利用23对核基因组微卫星（SSR）标记对采自中国和印度的392份茶树种质资源（包括古茶树、茶树老品种和现代栽培品种等）开展了栽培驯化起源研究。研究结果表明，茶树可以分为3个遗传分组（茶树类型），即小叶茶（主要分布于中国除云南以外的各省区）、中国大叶茶（主要分布于云南省及周边国家）和印度大叶茶（主要分布于印度阿萨姆地区），表现出明显的地理分布格局；在研究的茶树样品中，包括了大量3种茶树类型间的杂交品种，表明杂交很可能是茶树品种选育的重要方式；小叶茶、中国大叶茶和印度大叶茶很可能是在中国和印度不同地区独立驯化起源的，推测中国东部和南部地区是小叶茶的栽培驯化中心，而云南西部或南部与印度阿萨姆地区分别是中国大叶茶和印度大叶茶可能的栽培驯化中心；首次发现中国云南栽培的大叶茶代表新的遗传谱系。与印度大叶茶不同，是重要的茶树种质资源，为今后茶树种质资源的保护和新品种的选育具有重要科学意义[6］。

5.3 发现决定大理茶独特茶叶风味和抗性的基因组学基础

大理茶（Camellia taliensis）在分类学上隶属于山茶科（Theaceae）山茶属（Camellia）之茶组[Sect.Thea（L.）Dyer］，主要分布于云南省西南部和缅甸北部（云南横断山脉澜沧江中段至伊洛瓦底江流域），属国家二级保护植物。目前普遍认为大理茶是栽培茶最重要的野生近缘种之一。由于大理茶具有醇厚回甘等独特的风味，据记载，早在两千年前，人们就已经开始栽培和饮用其叶片，南诏时期广泛流行的“银生茶”即出自于大理茶，目前依然有以大理茶为原料的“大理通感茶”以及“野生乔木茶”在市面上销售。相对于栽培茶树来说，大理茶通常生长在环境更为恶劣的高海拔常绿阔叶林中，受到的生物与非生物胁迫更为严峻，在长期的自然选择下保留了许多优异的抗性基因。因此，大理茶作为栽培茶树的重要野生近缘植物，对茶树在品质、产量及抗逆相关的遗传改良上具有重要意义。

中国科学院昆明植物研究所高立志研究组联合云南省农业科学院茶叶研究所刘本英研究组对大理茶转录组学进行了研究。采用高通量Illumina High-Seq 2000测序平台对大理茶进行了转录组测序，通过组装和注释首次获得了大理茶高质量的参考转录组序列。通过分析在大理茶转录组中鉴定出了大量与茶叶品质密切相关的重要次生代谢产物通路基因，令人振奋的是这些基因基本上是全长的（fl-cDNA）；通过与小叶茶中已克隆的同源基因比对，发现了TCS，FNSII等诸多基因与栽培茶树具有明显差异，推测与大理茶独特的风味相关。值得一提的是，基因表达分析发现与茶氨酸及咖啡因合成相关的代谢基因在花中强烈地表达，据此推测茶花可能是茶氨酸和咖啡因合成的另一个重要组织。与小叶茶转录组中抗性相关的基因家族的比较分析发现，LEA、ERF等基因家族在大理茶中大量特异性地扩增，使得大理茶具有更强的适应性和抗性（特别是抗寒性）。该研究取得的结果为大理茶独特口感和较强的抗性提供了比较转录组学参考，为将来进一步开展茶树比较功能基因组学和分子育种提供了理论依据[7］。

6 茶树资源品种工作的思考

结合当前茶树资源工作的特点和茶业发展需求，笔者认为当前要做好以下几点工作：一是加强国内外优良地方品种、珍稀野生茶树、古茶树资源的收集保存，尽可能多的保存茶树资源，丰富茶树资源圃。加快保存茶树种质的系统评价及精准鉴定，加强种质创新，提供更多育种材料，为选育新品种做准备；二是加强分子生物技术在茶树品种资源研究上的应用研究，完善茶树资源信息平台建设，提高资源共享利用效率；三是加强专用、多抗、优质、特色茶树新品种选育；四是加强与国内各高校院所及国际间的交流、合作，加强高尖人才培养、引进及创新团队建设，努力打造全国一流的茶树种质资源品种方向的科研创新团队。