大花红山茶4 个变异类型开花生物学特性

王耀辉，高 超，李 葵，王碧芳，谭露曼

(1.怀化市林业科学研究所，湖南 怀化 418000;2.中南林业科技大学 经济林培育与保护教育部重点实验室/经济林育种与栽培国家林业局重点实验室，湖南 长沙 410004)

大花红山茶(Camellia magniflora Chang)是20 世纪70—80 年代在湖南怀化地区发现的一个特有种，1985 年由中山大学山茶科植物分类专家张宏达教授鉴定并定名［1］。由于其花期比普通油茶推后，于春节前后大量开放，花大如牡丹，鲜艳美观，极具观赏价值。除观赏利用外，其茶籽可榨油食用，而且油质优于普通油茶，又可制造高级化妆品，用途广泛［2］。大花红山茶原生地在高海拔山区，抗病虫、抗寒能力强，是山茶属内优良的耐寒育种资源。另外，大花红山茶是山茶属植物中的多倍体植物，染色体数达到120 条，为山茶属基数(n=15)的8 倍，是山茶属内罕见的天然八倍体，这对研究山茶属的物种起源分化及多倍体育种具有重要的研究与应用价值［3-4］。

这些优良特性使大花红山茶成为林业工作者重点关注的对象。怀化市林业科学研究所对大花红山茶经过近30 年的调查研究，在其实生繁殖群体中发现4 个变异类型，从叶形到花器等各方面比较，均与原种存在明显差异，且相互之间也有区别。这些变异为山茶科育种工作提供了良好的资源，也丰富了物种的多样性。花器是大花红山茶最有利用价值的器官，是山茶属植物栽培中观花、采果的主要对象，本研究通过对大花红花茶4 个变异类型的开花生物学特性进行探讨，为山茶科开展杂交育种和物种保护工作提供基础资料和前期准备。

1 材料与方法

1.1 材料

研究所用大花红山茶种植于湖南省怀化市林业科学研究所，位于怀化市中坡国家森林公园茶花资源收集圃，光热充足，株行距为4 m×3 m，面积为0.6 hm2，嫁接繁殖，树龄8 年，土壤肥力中等，圃地内地势平缓。将圃地平均划分为0.2 hm2/地块，随机选择同一地块内生长健壮并能正常开花的4 个类型的树体各3 株为试验对象，在其余2 个地块内各重复1 次。相关指标分析研究在中南林业科技大学经济林培育与保护教育部重点实验室进行。

1.2 方法

1.2.1 开花物候期观察 在试验地中随机选取大花红山茶的4 个类型各10 株，连续观察记录初花期、盛花期和末花期3 个物候指标，其中初花期为全树开花物候相的5%～25%;盛花期为全树开花物候相的25%～75%;末花期为全树开花物候相的75%及以上。

1.2.2 花器形态特征观测 随机选取大花红山茶的4 个类型各30 朵花，在花瓣打开时分别测量每朵花的花瓣数、花冠直径、雄蕊数量、雄蕊长度、雌蕊数量、雌蕊长度、花柱数量、花柱长度、胚珠数量等指标。

1.2.3 花粉萌发率测定 采用优化的琼脂培养基萌发法［5］测定花粉的萌发率，所采用的培养基为:10%蔗糖+1%琼脂。将待测花粉均匀的涂撒在培养基表面，放入湿润的纸盒中黑暗培养12 h，在Olympus BX51 显微镜下观察花粉的萌发状况。每个视野花粉总数大于50 粒，萌发标准为观测到的花粉管的长度超过花粉粒的直径，每个处理重复3 次，统计花粉萌发率(花粉萌发率=萌发的花粉数量/花粉粒总数量×100%)。

1.2.4 P/O 值和OCI 值测定 在油茶开花的盛花期，按袁德义［6］的方法，取20 枚成熟但尚未散粉的花药，置于1.5 mL 离心管中，加入1 mL 1% 纤维素酶和2%果胶酶混合液(1∶1)，使花药壁充分溶解。于25 ℃下静置24 h 后，充分振荡捣碎，使花粉均匀分布于混合酶溶液中。随后用移液枪吸取2 μL 混合液滴于载玻片上，在显微镜下观察并统计花粉数量，每个处理重复3 次。单花药花粉量=(统计的花粉数量×500)/20。

采用花粉胚珠比(P/O)及杂交指数(OCI)评判植物的繁育系统。以Cruden［7］的标准检测P/O(P/O=单花花粉总数/单花胚珠总数)。其中P/O 为2.7～5.4 时，为闭花受精;P/O 为18.1～39.0 时，为专性自交;P/O 为31.9～396.0 时，为兼性自交，即有一定异交可能;P/O 为244.7～2 588.0 时，为兼性异交，即为自花可孕，部分种需要传粉者;P/O 为2 108～195 525.0 时，为专性异交。按照Dafni［8］的标准测定OCI 值。具体方法是:(1)花朵直径＜1 mm 记为0，1～2 mm 记为1;2～6 mm 记为2，＞6 mm 记为3。(2)花药开裂时间与柱头可授期之间的时间间隔，同时雌蕊先熟记为0;雄蕊先熟记为1。(3)柱头与花药的空间位置，同一高度记为0，空间分离记为1，三者之和即为OCI 值。评判标准为，OCI=0 时，繁育系统为闭花受精;OCI=1 时，为专性自交;OCI=2 时，为兼性自交;OCI=3 时，为自交亲和，有时需要传粉者;OCI=4 时，为异交，需要传粉者。

1.2.5 数据处理 利用SPSS 19.0 对试验结果进行数据分析。

2 结果与分析

2.1 开花物候期观察

2011—2013 年连续3 年对试验地的大花红山茶4 个变异类型进行花期物候观察记录，结果如表1。由表1 可知:类型1 最先开花，其次为类型3 和类型2，而类型4 开花最晚，与类型1 的开花时间间隔约1 个月。由于类型4 开花最晚，相应的末花期到来时间也最迟。类型1 花期从一月初到二月下旬，二月上旬为盛花期，花期持续61 d。类型2 花期从一月中旬到三月下旬，盛花期在一月底至二月上中旬，花期持续最长，为73 d。类型3 花期从一月上中旬到二月下旬，盛花期在一月下旬到二月上旬，花期持续最短，为48 d。类型4 花期持续时间为55 d，从二月初到三月下旬，盛花期在二月下旬。

表1 大花红山茶4 个类型花期Tab.1 Flowering phases of four variant types of Camellia magniflora Chang

表2 大花红山茶4 个类型花器形态特征观测(平均值±标误差)Tab.2 Observation of flower morphological characteristics of four variant types of Camellia magniflora Chang(Mean±SE)

2.2 花器形态特征

花器形态特征是大花红山茶变异类型中最明显的识别特征，也是杂交育种工作中重要的参考指标。从大花红山茶的四个变异类型花器形态特征可看出(图1，表2):类型1 的花瓣呈淡粉色，花冠直径最大，达到10.23 mm，开口朝上。类型2 花瓣粉色，花冠直径最小，为8.54 mm，花开口朝下。类型3 花瓣呈粉色，较类型2 颜色深，开张程度最大，花冠直径只比类型1 略小。类型4 花瓣颜色最深，呈深粉色，花开口朝下。4 个类型的花瓣数量变异不大，但雄蕊数量差异较大，类型1 雄蕊数平均多达182 枚，而类型4 平均达107 枚，两者相差75 枚。花柱数上比较一致，均为3 个花柱合生在一起，仅在柱头处呈3 裂瓣状。在4 个类型中，仅类型1 的花柱长度低于雄蕊长度，其余3 个类型的花柱长度均不同程度高于雄蕊长度，在类型2 中，两者高度差最大，达到0.46 mm。雄蕊围绕子房呈环轮状排列，花丝中间向外微微弯曲，顶部着生花药，雌蕊被大量雄蕊包住。

图1 大花红山茶4 个类型花器Fig.1 Flower organ of four variant types of Camellia magniflora Chang

2.3 花粉萌发率

较高的花粉萌发率是大花红山茶成功授粉受精的关键和保证。通过对盛花期时大花红山茶花粉的萌发率进行研究发现(图2)，在只加蔗糖和琼脂的培养基上，4 个类型新鲜花粉的花粉萌发率分别为51.26%、46.58%、50.74%和48.63%。萌发率均高于46%，具有较高的活力，可为传粉结实提供可育的雄配子。

2.4 繁育系统(P/O 值与OCI 值)

图2 大花红山茶4 个类型花粉萌发率的测定Fig.2 Measure of pollen germination rate of four variant types of Camellia magniflora Chang

大花红山茶4 个类型的单花花粉数量(表3)分别为(1 167 435±4 372)粒、(858 764±4 232)粒、(813 583±3 653)粒和(768 326±3 741)粒，胚珠数分别为(15.23±2.21)粒、(12.46±3.42)粒、(9.86±2.38)粒和(12.43±2.56)粒，P/O 比(P/O=单花花粉平均数量/单花胚珠平均数量)分别为76 653.6、68 921.7、82 513.5和61 812.2，比值均为2 108～195 525.0，可判断大花红山茶4 个类型的繁育系统为专性异交类型。

大花红山茶4 个类型的单花花冠平均直径(表2)分别为(9.53±2.67)mm、(8.54±3.12)mm、(10.23±2.16)mm 和(8.68±3.54)mm，均大于6.0 mm，记为3;大花红山茶为两性花，开花时3 个品种的柱头与花药在空间位置上略有不同，其中类型1 的柱头略低于花药，类型2、类型3 和类型4 的柱头均略高于花药，由于高度不相同，均记为1;花药散粉时雌蕊已经成熟，几乎雌、雄蕊同时成熟，记为0。4 个变异类型的杂交指数OCI 值即三者之和均为4(表3)，可判定为异交型，需要传粉者。

表3 大花红山茶4 个类型P/O 值与OCI 值测定(平均值±标误差)Tab.3 Measure of pollon-ovule ratio and Out-crossing index of four variant types of Camellia magniflora Chang(Mean±SE)

3 结论与讨论

在本研究中发现大花红山茶4 个类型的开花物候期不一致，花期交叉重叠，但盛花期基本集中在春节前后，同时花冠均大而艳丽，可以做为观赏树种进行开发。4 个变异类型的成熟花粉粒可育，能为杂交育种培育新品种提供正常的雄配子体。同时，4 个变异类型的繁育系统均属于专性异交类型，需要传粉者。另外，大花红山茶变异类型中存在雄蕊瓣化的现象。

大花红山茶为春季开花植物，初花期比普通油茶推迟2 个月左右到来。盛花期集中在20 d 左右，整个花期持续时间也比普通油茶短。但普通油茶为秋冬季节开花，常遇阴雨天气，温度骤降，大大影响开花传粉［9］。大花红山茶由于花大色艳，观赏价值很高，4 个类型的盛花期又都集中在春节期间，丰富了节日市场的需求，同时盛花期有所重叠，均属于“持续开花模式(steady-state)”［10］。花器官形态特征上的差异比较明显，最直观的花冠大小和花瓣颜色上就可辨别差异，类型1 花冠最大，花色最浅。值得注意的是，类型4 的花瓣数较其他3 个类型多，但其雄蕊数量却比其他3 个类型少，类型1 上也表现出花瓣数最少，但雄蕊数最多的特点。雄蕊瓣化是山茶属植物，特别是观赏类重瓣茶花中比较普遍的现象，在朱顶红［11］、甜瓜［12］、茄子［13］等草本植物中也有雄蕊瓣化的现象，但还未见木本植物中有较详细的报道。花期成熟花粉的育性是杂交育种的关键，直接影响到育种工作的成败，大花红山茶4 个变异类型盛花期成熟花粉粒的育性正常，能提供正常的雄配子体。这与其他山茶属物种的研究结果类似［5-6］。大花红山茶的4 个类型依据Cruden［7］以花粉/胚珠比评判繁育系统的标准，属于专性异交类型;按照Dafni 等［8，14］提出的用杂交指数(OCI)测定，表明其繁育系统为异交，需要传粉者。而在普通油茶的传粉生物学研究中，普通油茶也得出了相同的结论［15］。山茶属植物遗传变异规律的研究，多集中在油茶［16-17］、浙江红花油茶［18-20］和广宁红花油茶［21-22］等植物的果实、树体结构以及油脂的理化指标等方面。大花红山茶的遗传变异规律方面的研究还未见报道。通过对大花红山茶4 个变异类型的的观察、分析得出其花期物候、花器特征等存在差异，很可能是由于其所处生境的小气候环境与之相互作用造成的还有待进一步研究。

在杂交育种和新物种鉴定工作中，特别是以果实为收获物的经济林树种，花器官是最直接的选育和观察对象，涉及到观赏和利用双重目标。山茶属植物为异花授粉植物，通过自然杂交产生了丰富的变异群体，是产生优良种质资源的基础。本研究针对大花红山茶实生后代中出现的这些变异类型对其开花生物学特性进行调查探讨，为大花红山茶今后开展杂交育种和物种保护工作提供第一手资料。林木种质资源是林木遗传多样性的载体，是生物多样性的重要组成部分，是开展林木育种的基本材料［4］。有了种类繁多、各具特色的林木种质资源，就可以不断选育出满足生产发展的林木良种和新品种。经济林木杂交育种工作是一个漫长的过程，前期的充分调查是选育新品种的基础保证，但在整个育种工作中仍面临很多问题和新的发现等待解决和探索。

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