騰沖紅花油茶生殖研究進展

楊 茜，蒙進芳

(西南林業(yè)大學 林學院，云南 昆明 650224)

1 引言

油茶(Camelliaoleifera)是山茶屬(Camellia)山茶科植物中含油量較高的一類樹種，是我國南方的主要木本油料，也是當今世界四大木本油料樹種之一[1～3]。云南省作為山茶屬植物的起源和分布中心，有著十分豐富的種質(zhì)資源，早在1000多年前云南省已經(jīng)開始人工栽植油茶。

作為國家二級保護珍稀植物的騰沖紅花油茶(Camelliareticulata)是云南獨有的物種，被稱為“中國油茶王”，具有極高的經(jīng)濟價值[4]。騰沖紅花油茶的生物學特性表現(xiàn)為雌雄同株、異花授粉[5，6]，人工種植上主要是通過選育的無性系方式繁殖[7～9]。騰沖紅花油茶因其具有漂亮的花型且具有油茶的生產(chǎn)特點，近年來受到研究者的高度重視，但對其研究都側(cè)重于豐產(chǎn)栽培方面，對于騰沖紅花油茶的生殖生物學研究甚少。生殖生物學的研究對一個物種的生殖特性掌握及人工育種是至關(guān)重要的一環(huán)，直接關(guān)系到該物種是否能被人工馴化和被有效利用。兼具油用價值和觀賞價值的騰沖紅花油茶是一種具備較大經(jīng)濟價值的物種，通過對其有性生殖過程的研究，掌握騰沖紅花油茶的生殖生物學特性，了解影響其坐果率和結(jié)實率的因素，以及對其花果營養(yǎng)成分、種內(nèi)雜交花前授粉、遺傳多樣性進行系統(tǒng)的研究，可為將騰沖紅花油茶開發(fā)成優(yōu)良油茶品種提供重要的基礎(chǔ)研究數(shù)據(jù)。同時，騰沖紅花油茶作為一個研究不充分的油茶物種，可以參考和借鑒相關(guān)油茶研究的經(jīng)驗，加快其研究進度。

2 油茶有性生殖過程

由單倍體配子結(jié)合產(chǎn)生二倍體后代的生殖方式稱之為有性生殖。油茶的有性生殖過程大致可分為以下幾個階段：產(chǎn)生大孢子和小孢子、形成花粉和花粉囊、受精、胚和胚乳的發(fā)育、果實成熟和種子的發(fā)育。

2.1 花粉發(fā)育

油茶的花粉形態(tài)多種多樣，研究表明基因控制花粉的形態(tài)，外界條件對花粉形態(tài)并不造成影響[10，11]。不同種和不同品種的山茶屬植物之間花粉的大小存在很大的差別，花粉形態(tài)分為規(guī)則與不規(guī)則兩種類型[12～18]。花粉由花藥中的花粉母細胞經(jīng)過減數(shù)分裂形成，花藥壁對花藥具有支持、保護、營養(yǎng)運輸?shù)墓δ?，表皮層、纖維層、中層和絨氈層這4層結(jié)構(gòu)由表及里的組成了油茶花藥壁[19]?；ǚ塾脕砗铣蒁NA、RNA、蛋白質(zhì)和淀粉的原料來自絨氈層的降解產(chǎn)物，因此，對花粉的發(fā)育最有意義的是絨氈層[20]。8月上旬到9月下旬，花粉母細胞開始進行減數(shù)分裂形成小孢子，小孢子再經(jīng)過2次有絲分裂后最終形成雄配子體[21]。

在花蕾尚未綻開時，花粉已經(jīng)形成，當油茶花綻放時，會散出大量的花粉。曹慧娟[22]觀察到成熟的油茶花粉是二細胞型花粉，且花粉管是精子形成的場所，盛哲等[23]通過研究發(fā)現(xiàn)攸縣油茶(C.yuhsienensisHu.)的成熟花粉也是同樣的類型。鄢東海等[24]利用光學顯微鏡對油茶的花粉粒生殖細胞進行了形態(tài)觀察，與肖德興等[21]報道的結(jié)果類似，且報道對油茶花粉的二細胞型花粉所含的生殖細胞和營養(yǎng)細胞做了更詳細的介紹。

2.2 胚珠發(fā)育

每年的6月上旬油茶開始花芽分化，開花時間一般在10月下旬，盛花期在1月份左右，次年的2、3月份油茶開始幼果的生長發(fā)育，直至10月份油茶果發(fā)育成熟[22]。

油茶有3～5個心皮，共同組成了雌蕊，雌蕊具有中空的花柱結(jié)構(gòu)和分裂的柱頭。子房數(shù)與心皮數(shù)一樣，有3～5個心室，胎坐類型為中軸胎坐；每個心室里都有3～10個胚珠，最多的情況一般都是5～6個，胚珠類型為倒生胚珠。極短的珠柄、發(fā)達的兩層珠被和極不發(fā)達的珠心3個部分組成了油茶的胚珠。少數(shù)薄壁相胞形成了油茶的珠心，珠心為薄珠心類型。孢原細胞緊貼珠心的表皮，直接分化后形成大孢子母細胞，其具有較大的細胞體積、濃稠的細胞質(zhì)、明顯且較大的細胞核。二分體由大孢子母細胞經(jīng)過減數(shù)分裂形成，而后逐漸退化的二分體細胞是位于珠孔端的那一個，而合點端的那一個二分體細胞先經(jīng)過一次分裂形成二核胚囊，然后再次分裂形成四核胚囊，最后再分裂一次形成八核胚囊，八核胚囊是油茶的雌配子體[23，26，27]。孔端的卵器、中央2個極核、合點端的3個反足細胞共同組成了成熟的胚囊[27]。

2.3 受精過程

20 ℃是油茶受精的最適溫度，當氣溫有幾個小時超過10 ℃的時候，也可以完成受精過程。油茶柱頭上有具有粘附性的柱頭液，花粉被粘附在柱頭上之后，因為吸收了柱頭液而體積增加、生命活力開始活化，并且萌發(fā)出花粉管?；ǚ酃茉谏L過程中直徑幾乎不發(fā)生變化，只是長度不斷增加，直至到達子房[22]。曹慧娟[23]通過石蠟切片法觀察到，油茶的受精過程為雙受精現(xiàn)象，當花粉管到達珠心的時候已經(jīng)穿過了子房，并且通過了珠孔，在穿過珠心細胞、進入胚囊之后，雙受精形成一個合子、一個初生胚乳核。合子由精細胞與卵細胞融合形成，以后發(fā)育為胚；初生胚乳核由另一個精細胞和胚囊次生核融合形成。

2.4 胚和胚乳的發(fā)育

當授精完成后，合子開始進入長達4個月左右的休眠期，不經(jīng)過休眠期的初生胚乳核開始進行有絲分裂，形成分布于中央細胞細胞質(zhì)中的游離胚乳核，此時的游離胚乳核還沒有形成細胞壁。在合子休眠的時間里，胚乳的數(shù)量慢慢增多，胚囊的體積逐漸變大，單個體積較大的胚乳細胞存在于胚囊中的數(shù)量并不多，膜狀的隔存在于細胞之間。油茶具有極不發(fā)達的胚乳核，且核型胚乳是油茶胚乳的發(fā)育類型[30]。

當?shù)诙?月底4月初的時候，合子結(jié)束休眠開始進行有絲分裂標志著油茶的胚開始發(fā)育。經(jīng)過多次分裂形成原胚和不太明顯的胚柄，心形胚和魚雷形胚在6月中旬形成，最后成熟胚形成。胚和胚乳發(fā)育完成之后，油茶的種子由整個胚珠發(fā)育而來，種皮由珠被發(fā)育形成[28～30]。胚發(fā)育時所需的大部分營養(yǎng)來自于胚乳中貯藏的豐富養(yǎng)料。

2.5 果實和種子的發(fā)育

當油茶開花一周之后，那些陸續(xù)脫落的子房均是未受精的子房，鱗片脫落、逐漸發(fā)育為蒴果的是已經(jīng)受精的子房。梁文靜等[31]對油茶果實生長發(fā)育過程進行了研究，結(jié)果表明，可以按照果實的大小用4個階段來劃分油茶的生長過程：果實增長緩慢的第1階段，此階段的特點為快速增厚的果皮和柔毛附著在果皮外部；果實緩慢增長的第2階段，此階段的特點為緩慢增加的果實質(zhì)量、明顯增大的果實形態(tài)、增厚的果皮以及慢慢變少的柔毛；果實快速增長的第3階段，此階段的特點為果實到達增長高峰期快速膨大、由綠色變?yōu)榍帱S色的果皮以及逐漸脫落的茸毛；果實平緩生長的第4階段，此階段的特點為出現(xiàn)紅黃色果皮的成熟果實。3、4階段是由于光照等原因引起果皮葉綠素降解、胡蘿卜素等其他色素合成，從而引起了果皮顏色的改變。

油茶的種皮由珠被發(fā)育形成，種子由胚珠發(fā)育而來，雖然有3～5個心室在一個子房里，多達3～10個胚珠在一個心室內(nèi)，但是最后形成種子的胚珠每個心室里只有1～6個[5，6]。陳永忠等[32]對油茶果實和含油量進行了研究分析，結(jié)果表明：隨著油茶果實的逐漸生長，含油率、鮮籽含油率和鮮果含油率也足見增加，有2個增長高峰期存在于年周期內(nèi)。

2.6 不育胚珠

內(nèi)珠被、外珠被、珠被絨氈層、珠心共同構(gòu)成初期的油茶胚珠，正常胚珠在授精后形成果實，但有一些胚珠初期正常，卻由于發(fā)育過程中沒有胞原細胞和胚囊的形成，逐漸沒有珠心。這些不育胚珠并不會因為珠心的消散而停止體積的增長，只是中央形成一個空腔來代替珠心的位置，外觀上與正常發(fā)育的胚珠是一樣的。直到果實成熟前3個月，大批枯死的就是這種不育胚珠，不育胚珠的數(shù)量是正常胚珠的3倍[32]。

就當前的研究而言，普通油茶的有性生殖從花粉發(fā)育到種子成熟的整個過程已經(jīng)明確，對指導(dǎo)油茶生產(chǎn)和油茶育種具有重要的理論意義和實踐意義，但是油茶生殖生物學的研究重點依舊停留在形態(tài)描述層面，完整的理論體系尚未完成。

3 騰沖紅花油茶生物學特性

騰沖紅花油茶樹姿挺拔、枝葉茂密，可以生長到40～60 cm的胸徑，5～20 m的樹高。分為單瓣花類(單瓣滇山茶C.Lindl.f.simplex)、半重瓣花類、重瓣花類三個大類，這是以形態(tài)、用途、經(jīng)濟效益作為分類依據(jù)劃分的 。其中花朵小、花瓣數(shù)量少，果實的結(jié)實量多，主要用來生產(chǎn)果油的是單瓣花類；花朵大、花瓣數(shù)量相比單瓣花較多，花柱和子房的發(fā)育完全，花柱直立，結(jié)實能夠正常進行，結(jié)實量中等，只有少數(shù)植株結(jié)實量大，兼具經(jīng)濟價值和觀賞價值的是半重瓣花類；花朵大、花瓣數(shù)量多，雌蕊大都退化，花柱變異形成花瓣或發(fā)生片狀扭曲，雄蕊常常發(fā)生變異成為花瓣而數(shù)量較少，子房生長發(fā)育不全，或個別不結(jié)實的是觀賞價值較高的重瓣花類。騰沖紅花油茶的植株總數(shù)由天然林和人工林組成，其中占總數(shù)比例99%的是單瓣花植株；占總數(shù)比例0.5%的是半重瓣花植株；占總數(shù)不到0.1%的是重瓣花植株[33]。

當5月份春梢生長停止后的當年春梢上飽滿芽的花原基時，騰沖紅花油茶的花芽開始分化，這個時候處于生理分化期，外形上差別不大。騰沖紅花油茶的形態(tài)分化期從6月中旬開始，進入形態(tài)分化期后可以區(qū)分出花芽和葉芽。之后要一直發(fā)育到9月份才成熟。異花傳粉的騰沖紅花油茶，授粉主要靠昆蟲在不同花朵的雌花和雄花之間作為授粉媒介來完成[34～36]。果實的成熟期在9～10月份，油茶果是褐色的蒴果，高約4.5 cm，寬約5.5 cm，三片開裂，沒有宿存萼片，每一個油茶果中含有多粒種子[37]。

4 騰沖紅花油茶種間雜交花前授粉研究

油茶的授粉研究先前已有了一些進展，根據(jù)王東雪等[38]研究表明，柱頭上的花粉自交后的萌發(fā)生長速度沒有雜交后的萌發(fā)生長速度快。王湘南等[39]對油茶花粉活力及柱頭的可授性進行了研究，結(jié)果表明油茶柱頭的可授性在花苞將要開放卻還未開放的時候就已經(jīng)具備了。韓寧林、趙學民[40]研究過把柱頭在開花前的花蕾露白時期用膠布隔離，從而促使油茶進行雜交；莊瑞林[41]發(fā)表過的雜交方法有套袋隔離，二者相比較，隔離花柱的方法成效更好，而且人力和財力資源得到了節(jié)約。

黃佳聰?shù)萚42]通過對5個不同種群的騰沖紅花油茶進行了種內(nèi)雜交花前授粉實驗，實驗結(jié)果表明：①騰沖紅花油茶開花前人工授粉坐果率受授粉時期的影響，且授粉時期不同坐果率存在顯著的差異。最佳授粉時期為開花前1～3 d，效果次之的授粉時期為開花前7～10 d，效果最差的授粉時期為開花前15～20 d。②騰沖紅花油茶開花前人工授粉坐果率受影響的因素不包括油茶樹的樹齡、林分起源和經(jīng)營強度。說明騰沖紅花油茶的授粉授精性能在開花之前已經(jīng)具有，且性能良好，為節(jié)約人力和財力資源，可以在開花前就進行人工授粉，時間以開花前1～3 d為最好，以此來達到育種工作的最大優(yōu)化。

5 騰沖紅花油茶坐果率及結(jié)實率研究

對于油茶的生殖研究，花期物候是其中一個重要內(nèi)容，油茶的生殖成功與否，受到花期物候的重要影響。林少韓，徐乃煥[43]對油茶花期生態(tài)及結(jié)實進行了研究，在同一林分中，油茶花期不一致會影響授粉，從而影響結(jié)實。黎章矩[44]對油茶開花習性與產(chǎn)量做了研究，結(jié)果表明油茶的開花習性在不同的油茶單株上存在的變異是十分復(fù)雜的，產(chǎn)量高而且較穩(wěn)定的是早花型；產(chǎn)量較低的是晚花型。

辛成蓮[45]等對騰沖紅花油茶的坐果率和結(jié)實率的研究表明：①騰沖紅花油茶有較高的坐果率和較低的結(jié)實率，3種花型中，坐果率最高的是晚花型，坐果率次之的是中花型，坐果率最低的是早花型。②東西南北四個方位坐果率差異明顯的是早花型，差異不顯著的是中花型和晚花型；不同方位的結(jié)實率3個花型差異非常大。③3種花型不同部位的坐果率都很高，但結(jié)實率由高到低分別為上部、中部、下部。謝胤等[46]對騰沖紅花油茶花期物候和座果率進行了相關(guān)性研究，坐果率在早花型、中花型、晚花型之間具有極顯著差異。多重比較結(jié)果為：坐果率差異極顯著的為晚花型與早花型、中花型比較，坐果率差異不顯著的為早花型與中花型比較。3種花型的坐果率高低與辛成蓮等的研究結(jié)果一致。

6 騰沖紅花油茶性狀變異研究

黃佳聰?shù)萚47]對天然種群和人工種群樣株的種實性狀和指標的變異進行了分析，結(jié)果顯示果實形狀、單果籽質(zhì)量、果實出籽率等是主要變異性狀；單株間種實性狀和指標的變異最大，起源內(nèi)種源間次之，起源間種實性狀和指標的變異最?。徊栌彤a(chǎn)量潛力與果實形狀有關(guān)，潛力較高的果實植株是圓形或近圓形。靳高中等[48]對騰沖縣6個種群的騰沖紅花油茶果實性狀變異及性狀之間的相關(guān)性進行了研究，結(jié)果表明騰沖紅花油茶的果實存在顯著的差異，無論是種群間對比、種群內(nèi)對比或單株間對比?？傮w變異幅度由大到小分別為單果質(zhì)量、果高和果徑、果形指數(shù)。并且對單果質(zhì)量、果高、果徑、果形指數(shù)、單果鮮籽質(zhì)量和果皮厚度進行了相關(guān)性分析，相關(guān)性極弱的有：果皮厚度與其他變量，單果質(zhì)量與果形指數(shù)；相關(guān)性極強的是單果質(zhì)量與與果高、果徑和單果鮮籽質(zhì)量。郭玉紅等[49]對楚雄及騰沖33株野生和半野生的騰沖紅花油茶的花器官數(shù)量性狀進行觀察，分析其花器官數(shù)量特征及其變異特點。結(jié)果表明：騰沖紅花油茶的苞片、萼片、花瓣、雄蕊、花柱、子房等均存在變異；其中變異系數(shù)最大和最小的分別是每室胚珠數(shù)量和子房室數(shù)量；發(fā)生在不同植株間的變異是花器數(shù)量，發(fā)生在群居間的變異是花柱和花瓣的數(shù)量。甘沛華等[50]采用熒光AFLP標記技術(shù)，對采集于騰沖的3個自然類型90份騰沖紅花油茶樣本進行遺傳變異分析，結(jié)果顯示騰沖紅花油茶3種花型的遺傳變異比較豐富；遺傳的多樣性主要來源于不同個體的遺傳差異；遺傳多樣性水平由高到低依次為單瓣花型、半重瓣花型、重瓣花型，它們的遺傳物質(zhì)基礎(chǔ)是各自特有的；其中半重瓣花型是其它兩個花型間的過渡種。

7 總結(jié)及展望

騰沖紅花油茶是騰沖的“致富樹”，是云南的珍貴木本油料，是賦有美譽的“東方油橄欖”，卻一直存在開發(fā)利用率不高、研究相對落后，且樹種本身落花落果嚴重、產(chǎn)量不理想等問題。研究多停留在普通觀測、調(diào)查、栽培的階段，且跟普通油茶一樣，生殖生物學的研究重點停留在描述層面。有性生殖過程是直接影響騰沖紅花油茶坐果結(jié)實率與性狀變異的一大因素，同時，生殖是后期進行良種選育與制定栽培管理措施的基礎(chǔ)。但目前就騰沖紅花油茶生殖研究而言，完整的理論體系還沒有形成，亟待解決的問題還很多，首先應(yīng)像普通油茶的研究一樣，厘清騰沖紅花油茶花芽分化及胚胎發(fā)育的具體過程，明確完整的有性生殖動態(tài)過程，作為研究其細胞融合的基礎(chǔ)；其次應(yīng)對種間雜交親和性做進一步研究，為雜交選種、育種奠定參考基礎(chǔ)；并且可以攻克花藥培養(yǎng)技術(shù)來建立雄核發(fā)育體系,為培育新品種提供一條重要途徑；重點加強對其基因的研究力度，進一步揭示遺傳多樣性，充分利用樹種的自然遺傳變異，進行優(yōu)良品種的篩選和認定。隨著這些問題的解決，結(jié)合現(xiàn)代高新技術(shù)和常規(guī)育種手段，完全控制騰沖紅花油茶的授粉、授精、胚胎發(fā)育等過程將會成為現(xiàn)實，這必然能更好地解決栽培管理問題、產(chǎn)量問題和開發(fā)利用問題，最大限度地發(fā)揮騰沖紅花油茶的油用價值和觀賞價值。