張見(jiàn)明
(武夷學(xué)院國(guó)際茶學(xué)研究中心,中國(guó)烏龍茶產(chǎn)業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心,福建省高校茶葉工程研究中心,福建武夷山354300)
26份武夷名叢茶樹種質(zhì)資源秋茶生化成分多樣性分析
張見(jiàn)明
(武夷學(xué)院國(guó)際茶學(xué)研究中心,中國(guó)烏龍茶產(chǎn)業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心,福建省高校茶葉工程研究中心,福建武夷山354300)
為深入研究武夷山茶樹種質(zhì)資源,對(duì)26份武夷名叢的秋茶生化成分進(jìn)行了評(píng)價(jià)鑒定和遺傳多樣性分析。結(jié)果表明,26份武夷名叢的生化成分具有豐富的遺傳多樣性和變異性,平均遺傳多樣性指數(shù)為1.87,平均變異系數(shù)為19.35%。通過(guò)多變量的主成分分析,前4個(gè)主成分代表了26份資源生化成分多樣性91.81%的信息?;谏煞?,把26份資源聚類劃分為3個(gè)類群,3個(gè)類群除了咖啡堿和水浸出物含量差異不顯著外,其他生化成分間均存在顯著差異。第Ⅰ、Ⅲ類群大部分為適制烏龍茶的資源,第Ⅱ類群為適制紅茶的資源。初步篩選出茶多酚含量特異的種質(zhì)2份(JM003和JM008)、水浸出物含量特異的種質(zhì)2份(JM022和JM015)。
武夷名叢;茶樹種質(zhì)資源;生化成分;遺傳多樣性;聚類分析
茶樹種質(zhì)資源是生產(chǎn)上直接利用、品種創(chuàng)新和生物技術(shù)研究的物質(zhì)基礎(chǔ),具有十分重要的價(jià)值和意義[1]。武夷山是世界自然與文化遺產(chǎn)地,也是紅茶與烏龍茶的發(fā)源地,自然條件優(yōu)越,為茶樹的生長(zhǎng)和繁育提供了良好的自然條件[2]。武夷山產(chǎn)茶歷史悠久,素有“茶樹品種王國(guó)”之稱,茶樹種質(zhì)資源十分豐富,據(jù)歷史記載其種類多達(dá)1187種,為優(yōu)異茶樹新品種的選育提供了豐富的基因庫(kù),如歷史上著名的武夷山四大名叢和省級(jí)良種肉桂均來(lái)自武夷名叢[3-4]。因此,收集、保存、鑒定、評(píng)價(jià)和開發(fā)利用武夷名叢茶樹種質(zhì)資源對(duì)于武夷巖茶產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有十分重要的意義。
在武夷名叢的收集和保存方面,羅盛財(cái)?shù)萚5]建立的九龍窠名叢園和武夷山市龜巖茶樹種質(zhì)資源圃收集和保存武夷名叢近百份,為武夷名叢的保護(hù)、研究及利用奠定了十分重要的基礎(chǔ)。在武夷名叢的鑒定、評(píng)價(jià)與開發(fā)利用方面,近幾年的研究報(bào)道逐年增加,如王飛權(quán)、鐘蘭馨等[6-10]從生化成分、解剖結(jié)構(gòu)以及夏暑茶鮮葉的紅茶適制性方面對(duì)武夷名叢進(jìn)行了一定的研究,發(fā)現(xiàn)武夷名叢的春茶生化成分具有豐富的遺傳多樣性,并篩選出部分生化成分特異的茶樹資源,同時(shí)還間接地發(fā)現(xiàn)了一批抗逆性和生產(chǎn)力指數(shù)較高的名叢,通過(guò)加工發(fā)現(xiàn)個(gè)別武夷名叢的夏暑茶鮮葉適合加工紅茶;馮花等[11]發(fā)現(xiàn)九龍?zhí)m等14份武夷名叢的主要生化成分間差異顯著且存在較大的變異性;邱友梅等[12]發(fā)現(xiàn)武夷名叢的生化成分在春秋兩季均表現(xiàn)出顯著的差異性和季節(jié)性變化;洪永聰?shù)萚13]發(fā)現(xiàn)武夷巖茶“十大名叢”的生物學(xué)特性均存在一定的差異性和多樣性。這些均為武夷名叢的開發(fā)利用提供了一定的理論基礎(chǔ)。
茶葉中的主要生化成分是形成優(yōu)異茶葉品質(zhì)的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。在其他茶區(qū),已有研究者對(duì)貴州[14]、廣西[15]、云南[16]、四川[17]等地的地方茶樹種質(zhì)資源的生化成分進(jìn)行了多樣性分析,并篩選出了一批特異資源。在武夷山茶區(qū),也有研究人員對(duì)武夷名叢的生化成分的多樣性進(jìn)行了研究報(bào)道[7],但鮮見(jiàn)關(guān)于武夷名叢秋茶鮮葉生化成分的研究報(bào)道。因此,為了充分發(fā)掘武夷名叢茶樹種質(zhì)資源的利用潛力,了解其不同季節(jié)生化成分的多樣性,提高秋茶資源的利用率,在同一生境下,本試驗(yàn)以武夷山茶區(qū)的26份武夷名叢為研究對(duì)象,于2015年秋季采其鮮葉進(jìn)行生化成分的系統(tǒng)分析、鑒定與評(píng)價(jià),深入了解其主要生化成分的變異性、多樣性、適制性以及特異性,以期為武夷山秋茶資源的利用和新品種選育提供理論參考。
1.1 武夷名叢保存地環(huán)境條件和基本信息
位于武夷山風(fēng)景區(qū)梅子橋村的武夷山市龜巖茶樹種質(zhì)資源圃,具有深厚的土層和便利的灌溉設(shè)施。資源圃的平均最高氣溫是23.6℃、最低氣溫14.0℃,年平均氣溫是17.9℃,7月平均溫度達(dá)33.5℃,是一年中氣溫最高月份,1月平均溫度3.5℃,是最低月份,10℃以上的活動(dòng)積溫在5000℃以上;日照時(shí)數(shù)在8.5 h/d的季節(jié)主要在夏秋季,主要以漫射光為主;1500 mm以上的降雨量和80%左右的濕度(RH)適宜茶樹的生長(zhǎng)[13]。
2015年秋,本試驗(yàn)在武夷山市龜巖茶樹種質(zhì)資源圃中選取不見(jiàn)天、白牡丹等26份武夷名叢為試驗(yàn)對(duì)象(基本情況見(jiàn)表1),取其第一輪新梢的1芽2葉為原料進(jìn)行固樣(先用高溫水蒸汽殺青,然后在恒溫烘箱中烘干,烘干后用萬(wàn)能粉碎機(jī)磨碎,保持樣品之間的破碎度一致),并凍藏于冰柜中備用。
表1 26份武夷名叢的基本信息
1.2 生化成分測(cè)定方法
武夷名叢主要生化成分(水浸出物、茶多酚總量等4項(xiàng))的測(cè)定均參照張正竹的方法[18]。采用三氯化鋁比色法測(cè)定黃酮類化合物的總量[19]。試驗(yàn)均采用分析純級(jí)藥品試劑進(jìn)行測(cè)定。
1.3 數(shù)據(jù)分析方法
采用Excel(2003)對(duì)所測(cè)指標(biāo)的基本統(tǒng)計(jì)參數(shù)和遺傳多樣性指數(shù)進(jìn)行分析。利用SPSS20.0 for Windows統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行主成分分析和聚類分析。其中,主成分分析采用因子過(guò)程的主成分分析法,并采用方差最大化正交法對(duì)各變量進(jìn)行旋轉(zhuǎn),因子提取累積貢獻(xiàn)率大于90%的部分。采用離差平方和法(Ward’s method),距離為歐式平方距離進(jìn)行聚類分析。聚類后,各類群間生化成分的差異分析采用單因素方差分析(One-way ANOVA)、最小顯著差異法(LSD’smethod)進(jìn)行多重比較。遺傳多樣性指數(shù)(H′)采用文獻(xiàn)15的方法進(jìn)行計(jì)算。
2.1 26份武夷名叢秋茶鮮葉生化成分的基本參數(shù)和遺傳多樣性
26份武夷名叢秋茶鮮葉各生化成分的含量、最大值、最小值及遺傳多樣性指數(shù)(H′)等見(jiàn)表2。由表可知,武夷名叢秋茶鮮葉在生化成分上表現(xiàn)出明顯的差異,具有豐富的遺傳多樣性,6個(gè)生化成分的遺傳多樣性指數(shù)的變化范圍為1.49~2.12,遺傳多樣性指數(shù)的平均值(H′)達(dá)1.87。其中,H′最大的是黃酮類含量(2.12),其次為氨基酸(2.09)和水浸出物含量(2.00),咖啡堿最?。?.49)。
茶葉生化成分的變異系數(shù)是衡量茶樹種質(zhì)資源之間生化成分變異程度的一個(gè)統(tǒng)計(jì)量[12]。對(duì)26份武夷名叢秋茶鮮葉生化成分的變異系數(shù)分析發(fā)現(xiàn),6個(gè)指標(biāo)的變異系數(shù)變化范圍為9.83%~28.38%,平均變異系數(shù)為19.35%,表現(xiàn)出豐富的變異性,其中變異系數(shù)最大的是酚氨比,達(dá)到28.38%,其次是咖啡堿和氨基酸,分別為26.93%和19.67%;最小的是水浸出物,為9.83%,說(shuō)明氨基酸和咖啡堿在生化成分上的改良潛力較大,水浸出物的潛力最小。
對(duì)26份武夷名叢秋茶鮮葉的生化成分含量分析發(fā)現(xiàn),其水浸出物含量變化范圍為34.38%~52.21%,平均值為46.59%,含量最高的是JM022(52.21%),其次是JM015(51.93%),最低的是JM017(34.38%),有73.1%的武夷名叢水浸出物含量超過(guò)了45%,說(shuō)明武夷名叢秋茶鮮葉內(nèi)含物質(zhì)豐富;茶多酚含量變化范圍為23.70%~41.19%,平均值為30.74%,含量最高的是JM003(41.19%),最低的是JM035(23.70%),有92.31%的武夷名叢茶多酚含量超過(guò)25%;氨基酸含量的變化范圍為1.78%~3.70%,平均值為2.60%,含量最高的是JM068(3.70%),含量最低的是JM003(1.78%),超過(guò)2.5%的武夷名叢占53.85%;咖啡堿含量的變化范圍為1.56%~4.31%,平均值為2.08%,含量最高的是JM049(4.31%),含量最低的是JM043(1.56%),超過(guò)2.0%的武夷名叢占42.31%;黃酮類總量的變化范圍為0.85%~1.73%,平均值為1.30%,含量最高的是JM044(1.73%),含量最低的是JM043(0.85 %),超過(guò)1.2%的武夷名叢占62.0%。
酚氨比常作為判斷茶樹種質(zhì)資源適制性的參考指標(biāo)之一。通常認(rèn)為,酚氨比低(<8)、氨基酸含量高的種質(zhì)適制綠茶[20];酚氨比高(>15)、茶多酚含量高的種質(zhì)適制紅茶[21];而烏龍茶或紅綠茶兼制的種質(zhì),則酚氨比值一般在8~13或8~15[22-24]。從表2可知,26份武夷名叢秋茶鮮葉的酚氨比變異幅度最大,其變異系數(shù)達(dá)28.38%,其中比值低的僅7.81(JM043),高的達(dá)到23.09(JM003),其平均值為12.34。低于8的武夷名叢有1份,大于15的武夷名叢有3份,在8~13之間的武夷名叢有17份,5份在13~15范圍內(nèi)。
表2 26份武夷名叢生化成分的含量、變異系數(shù)及遺傳多樣性指數(shù)
2.2 主要生化成分的主成分分析
為了更好地研究群體,常采用主成分分析方法解釋群體方差的主要來(lái)源,簡(jiǎn)化研究性狀從而獲取解釋方差的重要性狀[25]。以26份武夷名叢秋茶鮮葉的6個(gè)生化成分為變量,以累計(jì)貢獻(xiàn)率≧90%為標(biāo)準(zhǔn),確定了前4個(gè)成分為主要成分(表3)。前4個(gè)主成分的累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)91.81%,其包含了6個(gè)性狀的絕大部分信息,進(jìn)而用這四個(gè)成分對(duì)26份武夷名叢進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。第1個(gè)主成分的貢獻(xiàn)率為40.25%,其中酚氨比值的貢獻(xiàn)最大,茶多酚含量次之,再次為氨基酸含量(負(fù)值),其特征所凝聚的生物學(xué)信息主要與酚氨比值、茶多酚與氨基酸的信息相關(guān)。第2主成分貢獻(xiàn)最大的是咖啡堿含量,反映的主要是咖啡堿的信息;第3主成分中,體現(xiàn)的主要是水浸出物的信息;第4主成分主要反映的是黃酮類總量的信息。
表3 主成分分析結(jié)果
2.3 生化成分的聚類分析
依據(jù)武夷名叢秋茶鮮葉主要生化成分的分析結(jié)果,將26份武夷名叢茶樹種質(zhì)進(jìn)行了聚類(見(jiàn)圖1),同時(shí),根據(jù)聚類的結(jié)果比較分析了各類群生化成分的差異(見(jiàn)表4)。
由圖1可知,26份武夷名叢被聚為3個(gè)類群。其中,有11份武夷名叢聚到第Ⅰ類群中,并分為2個(gè)亞群:JM055、JM026、JM078、JM001、JM036、JM044為一個(gè)亞群;JM015、JM022、JM061、JM066、JM073為一個(gè)亞群。第Ⅱ類群包括2份武夷名叢:JM003和JM008。第Ⅲ類群包括13份武夷名叢,分成3個(gè)亞群:JM017、JM019、JM049為一個(gè)亞群;JM068、JM082、JM012為一個(gè)亞群;JM035、JM043、JM018、JM081、 JM011、JM021、JM039為一個(gè)亞群。
從表4可知,三個(gè)類群除了水浸出物和咖啡堿的含量不存在顯著差異外,其他各生化成分均有顯著的差異。其中,茶多酚含量和酚氨比值以第Ⅱ類群最高,且顯著高于第Ⅰ和第Ⅲ類群;黃酮類總量以第Ⅰ類群最高,且顯著高于第Ⅱ類群和第Ⅲ類群;第Ⅲ類群的氨基酸含量最高,并顯著高于第Ⅰ和第Ⅱ類群。
總體比較可知,生化成分含量以第Ⅱ類群最豐富,表現(xiàn)為水浸出物和茶多酚含量最高,且具有最高的酚氨比,該類群全部適制紅茶;第Ⅰ類群次之,除黃酮類含量最高外,水浸出物、茶多酚和氨基酸含量居中,酚氨比值較高,6份適制烏龍茶,4份適制紅綠茶,1份適制紅茶;第Ⅲ類群,氨基酸和咖啡堿含量最高,除了黃酮類居中之外,其他均最低,絕大部分適制烏龍茶,適制綠茶和紅綠茶兼制各1份。
圖1 聚類分析結(jié)果
表4 三個(gè)類群的主要生化成分的比較結(jié)果
3.4 生化成分含量特異的茶樹種質(zhì)的篩選
在茶葉深加工中功能性成分的提取和高含量功能性成分茶產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程中,生化成分含量特異的茶樹種質(zhì)往往是其生產(chǎn)的重要原料來(lái)源,同時(shí)該類種質(zhì)可以作為雜交育種的親本用于今后育種的研究[26]。根據(jù)茶樹特異性種質(zhì)資源的生化成分指標(biāo):高水浸出物(≥51%);高氨基酸(≥5.0%);高茶多酚(≥38.0%)、低茶多酚(≤15.0%);高咖啡堿(≥5.0%)、低咖啡堿(≤1.0%)[27]。本研究根據(jù)生化成分測(cè)定結(jié)果,從26份武夷名叢中篩選出4份在生化成分上比較特異的種質(zhì),詳見(jiàn)表5。
表5 生化成分含量比較特異的種質(zhì)
在26份武夷名叢秋茶鮮葉生化成分分析中,發(fā)現(xiàn)茶多酚特異資源2份:JM003(41.19%)、JM008(38.36%);水浸出物特異資源2份:JM022(52.21%)、JM015(51.93%)。此外,還發(fā)現(xiàn)水浸出物含量較高的武夷名叢有:JM008(50.92%)、JM039(50.88%)、JM012(50.59%)、JM043(50.21%)、JM003(50.10%)、JM061(49.66%)、JM021(49.34%)、JM068(48.52%)、JM011(48.46%),茶多酚含量較高的武夷名叢是JM012(35.51%),咖啡堿含量較高的是JM049(4.31%),黃酮類含量較高的有JM044(1.73%)和JM022(1.72%)。以上種質(zhì)資源在今后秋茶生產(chǎn)和研究中具有較大開發(fā)利用價(jià)值。
表型多樣性是遺傳多樣性與環(huán)境多樣性的綜合體現(xiàn)[17]。對(duì)于茶樹種質(zhì)資源而言,生化成分則是其重要的表型性狀,因此,本試驗(yàn)就主要生化成分對(duì)26份武夷名叢茶樹種質(zhì)所構(gòu)成的群體進(jìn)行了表型多樣性研究。通過(guò)系統(tǒng)的測(cè)定與分析,發(fā)現(xiàn)26份武夷名叢秋茶鮮葉的主要生化成分的多樣性指數(shù)和變異系數(shù)均較高,均值分別達(dá)1.87和19.35%,但均較王飛權(quán)等[7](2.06和22.02%)的研究結(jié)果低,變異系數(shù)卻較邱友梅等[12](16.99%)的結(jié)果高,這可能與研究材料的多寡及生化成分的季節(jié)性變化有關(guān);與其他茶區(qū)相比,其多樣性指數(shù)和變異系數(shù)均較貴州(2.31和25.45%)[14]、廣西(1.90和25.80%)[15]和四川(1.92和26.80%)[17]的低,而變異系數(shù)高于云南(16.53%)[16],這可能與茶樹種質(zhì)資源的區(qū)域性分布和生化成分的季節(jié)性變化有關(guān)。26份秋季材料生化成分的變異類型較為豐富,在酚氨比、咖啡堿和氨基酸含量上變異系數(shù)較高,說(shuō)明秋季武夷名叢種質(zhì)資源在酚氨比、氨基酸和咖啡堿上有較大的選擇潛力。遺傳多樣性指數(shù)大于2.0有3個(gè)生化成分,說(shuō)明其遺傳多樣性豐富,具有一定的改良潛力。
26份武夷名叢秋茶鮮葉,茶多酚含量平均值為30.74%,氨基酸含量平均值為2.6%,咖啡堿含量平均值為2.08%,水浸出物含量平均值為46.59%,黃酮類含量平均值為1.3%,其茶多酚含量、水浸出物含量、黃酮類含量均高于王飛權(quán)等測(cè)定的結(jié)果,其他成分含量均偏低,表現(xiàn)出生化成分含量的季節(jié)性差異,但與邱友梅等的存在一定差異。本研究中,水浸出含量、茶多酚含量均較高,說(shuō)明武夷名叢秋茶鮮葉內(nèi)含物比較豐富,具有一定的開發(fā)和利用價(jià)值。
本試驗(yàn)依據(jù)秋茶鮮葉6個(gè)主要生化成分的分析結(jié)果,對(duì)26份武夷名叢茶樹種質(zhì)進(jìn)行了主成分分析,在累計(jì)貢獻(xiàn)率大于90%的前提下,提取了前4個(gè)主成分,這4個(gè)成分能夠反映出武夷名叢的絕大部分信息。各主成分包含的信息存在一定的相關(guān)性,每個(gè)主成分均能夠較為客觀地體現(xiàn)出所控制的相應(yīng)性狀之間的關(guān)系,且不同生化成分在4個(gè)主成分中均有明顯不同的特征向量。
在秋季,以遺傳距離為19將26份武夷名叢茶樹資源分成3個(gè)大組群。除了水浸出物和咖啡堿含量不存在顯著差異外,3大類群的其他成分均存在顯著差異。酚氨比是判定茶樹資源適制性的一個(gè)參考指標(biāo)[22],一般認(rèn)為,酚氨比在8以下,且具有相對(duì)較高的氨基酸含量和相對(duì)較低的茶多酚含量,同時(shí)具有一定的水浸出物含量(32%~40%)和咖啡堿含量(3.3%~3.6%)的種質(zhì)適制綠茶,酚氨比大于15,且具有相對(duì)較低氨基酸含量和相對(duì)較高的茶多酚、水浸出物和咖啡堿含量的種質(zhì)適制紅茶,在這之間的為紅綠茶兼制品種[20-21,28]。貴州[14]、廣西[15]、云南[16]、四川[17]等茶區(qū)已有研究人員對(duì)當(dāng)?shù)夭铇滟Y源的適制性進(jìn)行了界定。本研究除依據(jù)以上研究結(jié)果外,同時(shí)參照了酚氨比在8~13,且氨基酸和茶多酚含量適中的種質(zhì)適制烏龍茶的標(biāo)準(zhǔn)[23-24]。根據(jù)以上標(biāo)準(zhǔn),發(fā)現(xiàn)第Ⅰ類群部分種質(zhì)適制烏龍茶,部分種質(zhì)適制紅茶或紅綠茶兼制;第Ⅱ類群全部種質(zhì)適制紅茶;第Ⅲ類群絕大部分種質(zhì)適制烏龍茶,個(gè)別種質(zhì)適制綠茶或紅綠茶兼制??傮w來(lái)看,大部分武夷名叢適制烏龍茶,部分適制其它茶類,這與實(shí)際生產(chǎn)中武夷名叢用于生產(chǎn)烏龍茶的情況比較一致。
通過(guò)對(duì)26份武夷名叢秋茶鮮葉的生化成分進(jìn)行系統(tǒng)的測(cè)定、分析與評(píng)價(jià),初步篩選出4份生化成分比較特異的種質(zhì),如JM003(41.19%)、JM008(38.36%)為茶多酚含量超常規(guī)的種質(zhì),JM022、JM015為水浸出物含量超常規(guī)的種質(zhì)。這些種質(zhì)可以為今后的茶葉深加工、功能成分的提取提供原料,同時(shí)也可以在茶樹育種上加以利用。
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(責(zé)任編輯:陳果)
Diversity Analysis of Biochemical Components in Autumn Shoots of 26 Wuyi Mingcong Tea Plant Germ plasm Resources
ZHANG Jianming
(International Tea Research Center,Wuyi University,Collaborative Innovation Center of Chinese Oolong Tea Industry,Tea Engineering Research Center of Fujian Higher Education,Wuyishan,F(xiàn)ujian 354300)
Biochemical components and genetic diversity in autumn shoots were analyzed in 26 Wuyi Mingcong tea germplasms from Wuyimountain tea area to further study tea germ plasm resources in Wuyimountain.The results showed that the biochemical diversity and variation were high in 26Wuyi Mingcong tea germ plasms.The average diversity index and coefficient of variation were 1.87 and 19.35%, respectively.In principal component analysis,the first four principal components represented 91.81%of the biochemical diversity.Based on the biochemical data,26 Wuyi Mingcong were clustered into 3 groups.In addition to the caffeine and water extracts content,other biochemical components exist significant difference of 3 groups.The cluster analysis showed that 26 Wuyi Mingcong were clustered into 3 groups.In addition to the caffeine content,other biochemical components exist significant difference of 3 groups.Most of the tea germplasms in the first and the third group suited to be processed Oolong tea.The tea germplasms in the second group suited to be processed green tea.2 specificity resources with high tea polyp henols content(JM003 and JM008),2 specificity resources with high water extracts content(JM022 and JM015).
WuyiMing cong;tea plant germplasm resources;biochemical composition;genetic diversity;cluster analysis
S571.1
A
1674-2109(2016)09-0001-07
2016-04-28
福建省對(duì)外合作產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目(2016I1008);福建省區(qū)域發(fā)展項(xiàng)目(2015N3013);福建省區(qū)域發(fā)展重大項(xiàng)目(2013Y3006);福建省2011協(xié)同創(chuàng)新中心——中國(guó)烏龍茶產(chǎn)業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心專項(xiàng);福建省區(qū)域科技重大項(xiàng)目(2011N3026);國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目(201510397007)。
張見(jiàn)明(1970-),男,漢族,農(nóng)藝師,主要從事茶葉加工與茶資源綜合利用研究。