貴州金花茶開花生物學特性研究

徐超然，張家才，龍海燕，陳菊艷，鄧倫秀*

(1.貴州省林業(yè)科學研究院，貴州 貴陽 550005；2.貴州省赫章縣林業(yè)局，貴州 赫章 553200)

貴州金花茶(CamelliahuanaT.L.Ming et W.J.Zhang)是山茶科(Theaceae)山茶屬(CamelliaLinn.)金花茶組(Sect.Chrysantha)的常綠灌木。1993年，中國科學院昆明植物研究所閔天祿和張文駒先生以北京植物所曹子余先生1958年采自貴州省的標本為模式發(fā)表[1-2]。該種的發(fā)現(xiàn)，使金花茶組植物地理分布北緣從23°30′增加到越過北緯25°20′[3]，是金花茶組40余個種中除離蕊金花茶(CamellialiberofilamentaHung T.Chang et C.H.Yang)外又一分布在貴州境內(nèi)的種，并且是最北緣種類，對研究金花茶組植物的系統(tǒng)演化及地理區(qū)系尤為重要。1995年10月，貴州省林科院的研究人員在羅甸縣進行野外考察時，采集了野生貴州金花茶種子播種于林科院樹木園內(nèi)，經(jīng)過20多年的栽培，已經(jīng)開花結果。貴州金花茶是我國珍稀瀕危特有種，具有一定的開發(fā)潛力[4]。

花的基本功能是繁殖，開花是被子植物繁殖的關鍵過程，花期、花粉活力、柱頭可授粉性等開花生物學特性與植物結實密切相關[5-7]。開花生物學研究是植物栽培生理和遺傳學研究的重要內(nèi)容之一，研究植物的開花生物學特性，有助于準確掌握花期，及時進行花期管理，準確選擇和選配雜交親本，對植物遺傳育種與品種改良等研究具有重要意義。

本文以貴州金花茶原產(chǎn)地的植株及貴州省林科院引種的植株為研究對象，通過定株調(diào)查、形態(tài)觀察以及掃描電鏡等研究方法，對比研究了不同地點的貴州金花茶，以全面了解其花期生物學特性，加強其基礎生物學研究，也為開展豐產(chǎn)栽培、良種培育以及遺傳轉(zhuǎn)化等研究提供參考。

1材料與方法

1.1 材料來源地概況

1.1.1 原產(chǎn)地概況

原產(chǎn)地植株為當?shù)厝司偷匾圃远嗄甑囊吧仓?，已正常開花結實，樹齡不清。觀測及采樣地點位于羅甸縣大亭鄉(xiāng)田壩村的小田壩，屬于珠江流域上游紅水河段的一級坡面，地理坐標為106°57′54.33″E，25°16′43.94″N；地貌為中山地貌，海拔約1054 m；氣候?qū)儆谀蟻啛釒Ъ撅L氣候，年平均氣溫19 ℃，極端最高溫度為40.5 ℃，極端最低溫度為-3.5 ℃，年平均無霜期335 d，雨量充沛，年平均降雨量為1150 mm；成土母巖為三疊紀的細砂巖，土壤類型為磚紅壤性紅壤，厚度30 cm以上，植被類型為山地季雨林或溝谷季雨林。

1.1.2 引種地概況

引種地植株是從原生地采集的種子繁殖培育25 a的植株，已經(jīng)正常開花結果多年。觀測及采樣地點位于貴陽市西南郊林科院內(nèi)，地理位置為106°44′20″E，26°29′40″N；氣候?qū)儆谥衼啛釒Ъ撅L氣候，地貌屬貴州高原中部丘陵，地勢較平緩，海拔約1100 m；基巖為三疊紀石灰?guī)r，土壤為山地黃壤，厚度80 cm以上；年平均氣溫15.2 ℃，極端最高氣溫37.5 ℃，極端最低氣溫-7.3 ℃，年平均降雨量1198.9 mm，年平均無霜期278 d。

1.2 研究方法

1.2.1 目標樹選擇

2019年2月選取原產(chǎn)地種群和引種地種群中發(fā)育正常、長勢較好、具代表性的植株各7株作為研究對象，進行編號、掛牌和定位。

1.2.2 開花物候觀察

在觀測植株長勢良好的花枝上分別選擇標記10朵花進行開花物候期觀察，記錄單朵花期、單株花期和群體花期；觀察花的開放進度，記錄開花持續(xù)期，以植株的花開放率達25%為始花期、50%～75%為盛花期、75%后為末花期。并在開花期每隔2 h測定1次溫度和濕度。

1.2.3 花器形態(tài)結構觀察

在兩地的觀測植株中分別隨機選取盛花期的10朵花，記錄花的形態(tài)特征，包括花瓣形狀、花瓣顏色、花萼顏色、花藥顏色、子房著生位置等。進一步解剖花的各個部分并統(tǒng)計花梗長度、花直徑、苞片大小、花萼大小、花瓣大小、花絲長度、花藥大小、子房大小等數(shù)據(jù)。通過差異顯著性分析，以及與地理因子(經(jīng)度、緯度、海拔)間的相關性分析對比不同來源的植株在花形態(tài)上的差異。

1.2.4 花開放動態(tài)觀察

在花蕾期，對編號植株標明序號，花朵開放前每日觀察1次植株的生長情況，以免錯過花期；開花當天和第2天7—17點，每隔2 h觀察記錄一次；開花第3天起每日固定觀察1次，直到花朵脫落。注意觀測記錄群體從第一朵花開到最后一朵花謝的時間、單株從第一朵花開到最后一朵花謝的時間、日開花數(shù)量以及單花開放持續(xù)時間等信息。

1.2.5 TTC檢測法測定花粉活力

(1)試劑制備：稱取0.5 g的TTC，蒸餾水定容至100 ml。

(2)實驗步驟：取少數(shù)花粉于載玻片上，加1至2滴TTC溶液，蓋上蓋玻片；將制片置于35 ℃恒溫箱中15 min，然后在低倍顯微鏡下觀測；每個樣做3個平行視野玻片，每玻片選取花粉粒分布均勻且數(shù)目不少于50粒的視野進行統(tǒng)計；被染紅的顯示活力強，淡紅次之，無色為沒有活力的花粉或不育花粉。

花粉活力=紅色花粉/觀察花粉總數(shù)×100%

2 結果與分析

2.1 開花物候

通過對兩地植株的觀察(表1)，原產(chǎn)地種群花期為34 d；引種地種群花期為20 d。兩地花期存在明顯差異，原產(chǎn)地提前20 d左右進入始花期，并提前一周進入末花期，整個花期時間相差近半個月。

表1 貴州金花茶原產(chǎn)地與引種地開花物候期

2.2 花形態(tài)結構特征

兩地貴州金花茶的花瓣顏色均為淡黃色，形狀為橢圓形，花萼顏色為淺紅色，花藥顏色為金黃色，子房上位，雌蕊在基部分離。原產(chǎn)地植株花的苞片、花萼及花藥的長和寬、花瓣與花絲的寬以及花藥與花絲數(shù)量等特征明顯大于或多于引種地植株，僅花瓣和花絲的長略低于引種地植株(表2)。

表2 貴州金花茶原產(chǎn)地與引種地花器官性狀比較

2.3 花開放動態(tài)分析

從單株來看，原產(chǎn)地單株從第一朵花開放到最后一朵花凋謝，持續(xù)時間為16～34 d不等，單株開花數(shù)最多日為81朵；引種地單株開放時間為12～17 d不等，單株開花數(shù)最多日為24朵，單株花期持續(xù)時間一般因植株的生長狀況及其花朵數(shù)目多少而異，且每個植株上花朵的開放無特定順序(表3)。原產(chǎn)地植株的開花時間長，數(shù)量上呈現(xiàn)典型的單峰型曲線，高峰出現(xiàn)在花期的中期。引種地植株的開花時間比原產(chǎn)地的短，數(shù)量上雖然變化并不明顯，但整體呈現(xiàn)雙峰型曲線，第一次較為明顯的高峰集中在花期的前期，第二次變化曲線較小的高峰在花期的后期(圖1)。

從單花來看，原產(chǎn)地和引種地完全盛開至自然凋謝脫落時間為4～5 d。

表3 貴州金花茶的植株大小及其開花特征

續(xù)表3

貴州金花茶的植株大小及其開花特征

圖1 貴州金花茶原產(chǎn)地(左)和引種地(右)開花數(shù)量散點圖

從表4可知，貴州金花茶各性狀的平均變異系數(shù)為54.14%，變異幅度為20.07%～131.15%，其中，花朵數(shù)量的變異系數(shù)最大(131.15%)，樹冠體積(81.95%)和冠幅(44.22%)的變異系數(shù)也較大，地徑(38.78%)和開花時間(34.58%)的變異系數(shù)次之，植株、樹冠長、寬的變異系數(shù)分別為20.07%、24.53%、28.82%，變異相對較小。這一情況說明貴州金花茶的植株形態(tài)在原產(chǎn)地和引種地之間均發(fā)生較大的變異，其中以花朵數(shù)量變異最大，穩(wěn)定性差，說明引種后嚴重影響貴州金花茶的開花數(shù)量；其次，影響的是樹冠體積，再次是分株數(shù)、冠幅、地徑和開花時間，植株、樹冠長、寬的變異幅度相對較小，穩(wěn)定性高。原產(chǎn)地和引種地變異系數(shù)分別為33.28%、26.24%，表明種群內(nèi)變異系數(shù)也較高，且原產(chǎn)地種群內(nèi)變異系數(shù)高于引種地變異系數(shù)，引種地種群的表型多樣性程度較低；原產(chǎn)地種群的變異系數(shù)最高，其表型多樣性較豐富。

表4 貴州金花茶的植株形態(tài)表型性狀的變異系數(shù)

從表5可知，地徑、樹冠寬、樹冠體積、開花時間、花朵數(shù)量均與經(jīng)度呈極顯著正相關；地徑、樹冠寬、樹冠體積、開花時間、花朵數(shù)量均與緯度和海拔間呈極顯著負相關。

表5 貴州金花茶植株形態(tài)表型性狀與地理因子間的相關性

2.4 花粉活性分析

本研究選取原產(chǎn)地貴州金花茶3個平行玻片的不同視野(表6)，在不同開花狀態(tài)下，花粉存活率差異顯著(圖2)?；ɡ倨?即花苞待開狀態(tài)下)花粉活力較低，平均值為34%；開花后，花粉活力迅速上升，在花朵完全盛開1 d活性最強，平均值達62%；隨后呈現(xiàn)出降低趨勢，在花朵完全盛開2 d時，花粉逐漸散去，但花粉仍保持一定的活性，只是活力稍低?；ǚ鄞婊盥孰S花逐漸開放呈先上升后下降的趨勢，即花粉存活率距離花朵完全開放的時間越近越高，說明花粉活力與單花發(fā)育進程密切相關。

表6 原產(chǎn)地貴州金花茶不同開花狀態(tài)下花粉存活率

圖2 原產(chǎn)地貴州金花茶不同開花狀態(tài)下花粉存活率動態(tài)特征

3 結論與討論

通過研究發(fā)現(xiàn)，原產(chǎn)地種群于2月26日開始開花，花期為34 d；引種地種群比原產(chǎn)地延遲半個多月開花，花期為20 d。原產(chǎn)地單株開放時間為16～34 d不等，引種地單株開放時間為12～17 d不等。從單花來看，原產(chǎn)地和引種地完全盛開至自然凋謝脫落時間均為4～5 d。通過生境對比，發(fā)現(xiàn)溫度對開花時間及花期持續(xù)時間有一定影響，提示在生產(chǎn)中可進行調(diào)控栽培溫度，達到延長花期，形成不同花期的目的。

在形態(tài)結構方面，貴州金花茶原產(chǎn)地植株的苞片、花萼、花藥的長和寬、花瓣的寬、花絲的長、以及花藥與花絲數(shù)量等特征明顯大于或多于引種植株，只有花瓣和花絲的長略低于引種植株。原產(chǎn)地花各個部分的形態(tài)明顯大于引種地，究其原因，應該是原生地的氣候條件更適合其生長發(fā)育。因此，在今后的引種栽培研究中，可探討通過水肥管理、控溫濕設施栽培等方法促進生長，提高其生物量。

表型多樣性是遺傳多樣性與環(huán)境多樣性的綜合體現(xiàn)，既具有穩(wěn)定性又具有變異性，是遺傳多樣性研究的重要內(nèi)容，利用表型性狀研究植物的遺傳變異是最直接、簡便易行的方法，因此通常依據(jù)植物表型性狀進行種植資源的分類、鑒定及育種材料選擇。對貴州金花茶2個種群14個單株的20朵花性狀的變異分析發(fā)現(xiàn)，該種植株性狀變異豐富，原產(chǎn)地和引種地變異系數(shù)分別為33.28%、26.24%，表明種群內(nèi)變異系數(shù)也較高，且原產(chǎn)地種群內(nèi)變異系數(shù)高于引種地變異系數(shù)，引種地種群的表型多樣性程度較低；原產(chǎn)地種群的變異系數(shù)最高，其表型多樣性較豐富。此外，貴州金花茶2個種群14個單株花性狀與經(jīng)度、緯度和海拔有不同程度的相關性，單株花朵數(shù)量與植株形態(tài)大小不具有明顯相關性。

通過花粉活力的實驗發(fā)現(xiàn)，貴州金花茶花朵完全盛開的當天及第二天，其花粉能保持較高的存活率，這個階段也是昆蟲進行傳粉的最佳時期，因此在人工授粉作業(yè)時，要在單花盛開的1～2 d內(nèi)采集花粉和授粉，以保證授粉成功率，達到預期的效果。