福建云霄禿房野生茶樹群體花器官微形態(tài)特征研究

王攀　于文濤　蔡春平　劉財國　王澤涵　葉乃興

摘要：為對比福建云霄禿房野生茶群體花部結構的微形態(tài)性狀差異，利用掃描電子顯微鏡對云霄禿房野生茶樹花器官的細胞形狀、表皮紋飾和氣孔器起伏程度等性狀進行觀察，繼而進行了主坐標分析和聚類分析。研究表明，云霄野生茶樹花器官萼片的內(nèi)表皮中部及邊緣存在平滑型茸毛；花瓣表細胞表面分布著條狀、波浪狀和脊狀等3種紋飾，部分種質存在氣孔；花絲表皮細胞排列緊密，有波狀、絲狀、條狀3種表皮紋飾；萼片氣孔器大小為195.29～539.52 μm2，開度為0.18～0.40，變異系數(shù)為23.16%。通過對10份野生茶樹種質不同性狀進行PCoA比較，結果顯示，采用花器官質量性狀即可作為鑒別禿房野生茶種質的依據(jù)，也可作為探究云霄禿房野生茶種質親緣關系的佐證之一。

關鍵詞：野生茶樹；云霄；禿房；花器官；微形態(tài)；掃描電鏡

中圖分類號：S571.101 文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2023）05-0155-07

茶樹［Camellia sinensis （L.） O. Kuntze］是我國南方的重要經(jīng)濟作物之一［1］，作為一種多年生常綠木本植物，花器官相較于葉、莖、根等營養(yǎng)器官遺傳穩(wěn)定性更強［2］。同時，花部結構形態(tài)性狀是研究茶樹種質演化的重要內(nèi)容［3］，也是茶樹品種鑒定分類的重要特征，因此，對茶花部結構的形態(tài)特征研究極為重要，其結果有利于茶種質資源的有效保護和利用。

近年來，掃描電鏡在動植物物種的鑒定、種質間的分類和品種保護等領域扮演著重要的角色。而植物花器官微形態(tài)的研究一直備受關注，盧廣英等通過觀察待檢植物的橫切面、葉表面、花粉形態(tài)、動物的體表鱗片、毛發(fā)和礦物質的晶體結構等微形態(tài)特征，從而為判斷中藥材的真?zhèn)翁峁┝艘环N可靠的方法［4］。謝微微等對我國10省14份茶樹種質花粉的極軸長、赤道軸長和萌發(fā)溝長等微形態(tài)特征進行描述，豐富了茶樹花粉研究內(nèi)容［5］。楊國一等研究表明不同樹型的烏龍茶種質具備不同的葉表紋飾［6］。樊曉靜等對11份茶樹種質花器官進行了較全面的觀測，結果表明其微形態(tài)的質量性狀比葉片氣孔數(shù)量性狀更可靠，可作為種質鑒別、分類的參考依據(jù)［7］。迄今為止，掃描電鏡對茶樹的應用主要集中在葉片和花粉的觀察［8-9］。子房茸毛是茶組植物分類的關鍵性狀［10］，王澤涵等報道了福建省內(nèi)的禿房野生茶樹群體，并對其子房茸毛等微形態(tài)特征展開描述，擴大了禿房野生茶種質資源的地理區(qū)域，豐富了該資源的地域資料［11］。本研究旨在對該禿房野生茶樹群體的花柄、花托、花萼和子房等花器官的微形態(tài)繼續(xù)深入展開研究，從而為福建省云霄禿房野生茶樹群體的親緣關系提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料為2021年11月采摘的野生茶樹花朵，取樣地點為福建省漳州市云霄縣。樣品共計30個，取自小帽山1號、龍翔1號和梁山大茶樹1號等10份野生茶樹種質（詳細信息見表1），每份野生種質資源的3份花器官樣品均采自單株。

1.2 試驗方法

參考樊曉靜等的電鏡樣品預處理試驗方法［7］。

1.3 統(tǒng)計分析

用軟件Image J進行數(shù)據(jù)測量，用Microsoft Excel 2021對數(shù)據(jù)進行計算與匯總，用軟件MVSP v3.13n對數(shù)據(jù)進行主坐標分析（PCoA）和聚類分析。

氣孔數(shù)量性狀量化方法為測量值計算折合數(shù)值，質量性狀則按形態(tài)特點進行賦值。微形態(tài)圖選取描述特征具有代表性的茶樹種質。

2 結果與分析

2.1 茶樹花器官微形態(tài)特征

本試驗樣品為茶花的解剖單位，包括花柄、花托和花萼等7個部位。

2.1.1 茶樹花柄、花托微形態(tài)性狀 掃描電鏡圖像表明，30個樣品中花柄和花托外表面的體表紋飾趨于相同（圖1-A1、圖1-A2），細胞均呈矩形狀，體表紋飾主要表現(xiàn)出細的長矩狀紋路，10份茶樹種質資源花柄表皮上未見氣孔；在小帽山2號、小帽山5號、小帽山7號和梁山大茶樹1號的花托上均觀察到氣孔（圖1-A3、圖1-A4），而其他茶樹種質資源花托上未見氣孔。

2.1.2 茶樹花萼、花瓣微形態(tài)性狀 掃描電鏡下圖像表明（表2、表3、表4），樣品茶樹花萼的內(nèi)側體表細胞主要為不規(guī)則的多邊形，表面光滑。其中，梁山大茶樹1號的萼片內(nèi)表皮存在較多的絨毛（圖 1-B1），而小帽山1號、小帽山2號和小帽山5號的萼片內(nèi)表皮茸毛數(shù)量較少（圖1-B2）；萼片外表細胞主要呈現(xiàn)不規(guī)則狀，表面較光滑具平展紋飾、皺脊狀紋飾，氣孔器主要分布于根部或邊緣，氣孔均凸起于細胞表面。小帽山3號、龍翔2號的花萼內(nèi)側體表細胞則呈現(xiàn)起伏不定（圖1-B3），小帽山4號、小帽山6號和梁山大茶樹1號的花萼內(nèi)側體表細胞較平展且飽滿（圖1-B4）。小帽山2號、小帽山6號的花萼外側氣孔顯著凸出于外側體表（圖1-B5），小帽山7號顯著低于表皮（圖1-B6），其他種質均稍突出于表皮；小帽山2號、小帽山7號、梁山大茶樹1號和龍翔2號的花萼外緣角質層呈脊狀增寬；小帽山2號的花萼外側氣孔周邊較平滑（圖 1-B7），其他種質的花萼外側氣孔周邊大多分布皺脊狀紋飾（圖1-B8）。萼片氣孔大小為195.29～539.52 μm2，開度為0.18～0.40。

10份種質的花瓣體細胞外形有不規(guī)則的多邊形、五邊形、六邊形、近圓形4種類型（圖1-C1、圖1-C2、圖1-C3、圖1-C4），其中分布著波浪狀、條紋狀、皺脊狀等紋飾。小帽山4號、龍翔1號、小帽山7號和梁山大茶樹1號的花瓣表細胞形態(tài)特征表現(xiàn)出非單一性，如小帽山7號茶樹的花瓣表細胞形狀有不規(guī)則形、五邊形等，而龍翔1號茶樹的花瓣表細胞形狀有不規(guī)則形、近圓形等。其他種質形狀多為不規(guī)則或單一多邊形；除小帽山6號、梁山大茶樹1號、龍翔2號未見氣孔外，其余種質的花瓣體表均觀察到氣孔存在。小帽山1號、小帽山2號和龍翔1號的花瓣氣孔略低于體表（圖1-C5），其余種質的花瓣氣孔器與表皮持平。小帽山1號、小帽山2號、小帽山4號和小帽山7號的花瓣氣孔外緣圍繞粗條狀紋飾（圖1-C6），龍翔1號氣孔器外拱蓋明顯增大且外圍覆蓋輻射狀紋飾（圖1-C7），其余種質均為環(huán)繞皺脊狀紋飾（圖1-C8）。

2.1.3 茶樹雄蕊微形態(tài)性狀 掃描電鏡下圖像表明，花絲表皮細胞緊密排列，紋飾為條狀、絲狀、波狀。小帽山5號、小帽山7號種質存在極少數(shù)氣孔，其他種質未發(fā)現(xiàn)茸毛和氣孔。龍翔1號、梁山大茶樹1號的體表紋飾表現(xiàn)為水波形（圖1-D1）；小帽山4號、小帽山5號和龍翔2號表現(xiàn)為盤曲且略粗的絲狀（圖1-D2）；小帽山1號、小帽山2號、小帽山3號、小帽山6號和小帽山7號表現(xiàn)為微曲的條形（圖1-D3、圖1-D4）。

2.1.4 茶樹雌蕊微形態(tài)性狀 運用掃描電鏡觀察樣品花柱，其表細胞突起，花粉粒附著可見，這表明柱頭上正進行授粉過程。花柱呈上下底面積差異較小的圓臺形（圖1-E1），從花柱根部至頂端其橫截面漸小，體表細胞緊湊。根據(jù)花柱細胞形狀可把10份茶樹種質分為梭形、長條紋形和不規(guī)則的多邊形3種類型，其中，小帽山2號、小帽山3號為梭形（圖1-E2），小帽山1號、小帽山4號、龍翔1號、小帽山7號和梁山大茶樹1號為長條紋形（例圖1-E3），小帽山5號、小帽山6號和龍翔2號則為不規(guī)則的多邊形（圖1-E4）。茶樹子房根據(jù)是否被茸毛可分為2類：小帽山2號和小帽山3號種質的子房

[FK（W41][TPWP11.tif][FK）]

滿被茸毛（圖1-F1），茸毛紋飾為平滑型。小帽山1號、小帽山4號、小帽山5號、小帽山6號、龍翔1號、小帽山7號、梁山大茶樹1號和龍翔2號種質資的子房未被茸毛（圖1-F2）。小帽山5號、梁山大茶樹1號、龍翔1號和小帽山6號表皮細胞凸起（圖1-F3），小帽山1號和小帽山7號子房體表細胞略微內(nèi)陷（圖1-F4），小帽山2號、小帽山3號、小帽山4號和龍翔2號的體表細胞相對平緩。

2.2 茶樹花器官氣孔數(shù)量性狀的變異分析

通過對樣品所觀測到的花萼氣孔數(shù)量性狀進行變異分析，其變異系數(shù)結果在2.04%～53.68%之間，平均值為23.16%。種質內(nèi)氣孔數(shù)量性狀的變異系數(shù)平均值為10.87%～29.36%，而種質間氣孔數(shù)量性狀變異系數(shù)的平均值為14.78%～32.99%。可見，茶花部的結構氣孔數(shù)量特征不穩(wěn)定，不具備明顯的可區(qū)分性。

2.3 基于茶樹花器官微形態(tài)性狀的主坐標分析

對樣品的22個茶花部結構微形態(tài)特征（包括6個氣孔數(shù)量特征在內(nèi)）進行PCoA，結果表明（圖2），試驗材料中，梁山大茶樹1號、小帽山2號、小帽山6號、龍翔1號和小帽山7號等種質之間存在相互交錯現(xiàn)象， 未見明顯區(qū)分種質。利用樣品的質量性狀數(shù)據(jù)展開主坐標分析，結果見圖3，30份樣品聚成了10個獨立的區(qū)域，且每個區(qū)域各為一種種質。分析結果（表5、表6）的前5個主成分的累計貢獻率總和高達83.253%，這意味著這5個主成分可以作為種質區(qū)分的關鍵因素。其中，第1主成分的貢獻率為29.936%，主要由花瓣氣孔外拱蓋所披紋飾類型、花瓣氣孔器與表皮的關系所決定；第2主成分的貢獻率為19.350%，主要由花瓣細胞形狀、子房壁形狀決定；第3主成分的貢獻率為15.276%，主要由花萼外表紋飾形狀、花萼內(nèi)表細胞決定；第4主成分的貢獻率為11.961%，主要由花瓣細胞的外形特征、花絲表面的紋飾決定；第5主成分的貢獻率為6.730%，主要由萼片內(nèi)表細胞起伏、花瓣氣孔與體表細胞決定。對22個微形態(tài)特征（含6個氣孔數(shù)量特征）和16個微形態(tài)特征（僅含質量特征）的分析顯現(xiàn)出，氣孔器數(shù)量性狀的存在將導致聚類效果不佳；而只用質量性狀時，種質聚類效果得到顯著的改善。

2.4 基于茶樹花器官微形態(tài)性狀的聚類分析

由于氣孔數(shù)量性狀不具備品種特異性，根據(jù)10份供試材料的數(shù)據(jù)，對16個質量性狀進行聚類分析，如圖4所示。在歐式距離為5.75時，10份種質可分為2支，小帽山1號、小帽山2號和小帽山3號聚為一支， 這3份種質的共同特征是萼片內(nèi)表細胞不規(guī)則，萼片外表細胞形狀不規(guī)則，氣孔器稍凸出表皮；花瓣細胞形狀為五邊形、不規(guī)則多邊形，存在明顯的皺脊紋飾，小帽山1號、小帽山2號的花瓣氣孔器凹陷于表皮，外緣脊狀具明顯條狀紋飾環(huán)繞，而小帽山3號的花瓣氣孔則持平于表皮，外緣脊狀具皺脊狀環(huán)繞。龍翔1號、梁山大茶樹1號和小帽山4號等7份種質聚為另一支，它們的共同特征：茸毛紋飾為平滑型，萼片內(nèi)表皮形狀呈現(xiàn)不規(guī)則，萼片外表光滑；花瓣細胞形狀為多邊形，氣孔外拱蓋平滑。

3 討論與結論

3.1 討論

3.1.1 茶樹花器官微形態(tài)的質量性狀與數(shù)量性狀 長期以來，植物的形態(tài)性狀在探究種間或屬間分類等方面發(fā)揮著不可代替的作用，具有重要的研究意義［12-14］。通過對試驗數(shù)據(jù)整理分析，結果表明不同部位的形態(tài)性狀往往存在可區(qū)別性，如花瓣與萼片在細胞形狀、紋飾等方面均存在明顯差異。不同種質的同一部位往往有不同的形態(tài)特征，如萼片的氣孔器與表皮有凹陷、凸出2種；子房存在被茸毛、未被茸毛2種。植物表皮毛的紋飾特征是研究植物種間或屬間關系，從而進行區(qū)別分類的重要途徑之一［15-16］。此外，本研究觀測到花托、萼片、子房的茸毛紋飾均為平滑型，這與樊曉靜等的研究結果［7］一致，同時，也表明茶花茸毛紋飾不因部位差異而具備特異性。氣孔作為植物進行物質循環(huán)和能量供應的場所，在植物生命活動中發(fā)揮重要作用，它存在于植物的大多數(shù)部位［17］。在茶樹中，目前已有眾多學者針對葉片氣孔進行了各種相關研究，其中包括茶葉加工過程中的氣孔變化［9］、栽培環(huán)境對氣孔的影響等［18］。此外，樣品中的萼片上存在較多氣孔，花瓣、花絲、花托等樣本存在少許氣孔。生物性狀通常受到基因和環(huán)境協(xié)同調(diào)控，如氣孔的類型與物種的遺傳物質密切相關，而氣孔器的數(shù)量特征受眾多生態(tài)因子調(diào)節(jié)［19］。同時，本研究對30份樣品所觀察到的花萼氣孔數(shù)量性狀進行了變異系數(shù)分析，結果顯示氣孔數(shù)量性狀在種質間或種質內(nèi)都具有高度的變異，說明氣孔數(shù)量性狀受環(huán)境影響較大，不適合作為種質鑒定、種質區(qū)分的依據(jù)。對22個微形態(tài)特征（含6個氣孔數(shù)量特征）和16個微形態(tài)特征（僅含質量特征）進行主PCoA，結果與上述觀點一致，茶樹花器官的花瓣氣孔外緣紋飾、花瓣氣孔器與表皮、子房壁形狀、花瓣細胞形狀、花萼外表皮紋飾形狀、花萼內(nèi)表細胞起伏等質量性狀往往在同一種質上能夠較穩(wěn)定的存在，對茶樹的品種溯源、親緣關系和開發(fā)應用等研究有積極意義。

3.1.2 基于花器官微形態(tài)的禿房野生茶樹群體親緣關系分析 20世紀中葉以來，福建茶葉科技人員開展了野生茶種質調(diào)研與考察，在寧德市等［20-22］多地發(fā)現(xiàn)野生茶樹資源，此后，陳瀟敏等陸續(xù)又在福建多地發(fā)現(xiàn)苦茶野生資源，而禿房茶樹（子房無茸毛）僅發(fā)現(xiàn)個別單株［23-25］。據(jù)已有報道，茶組植物禿房茶主要分布在滇、黔、粵、桂、川。此外，廣東鳳凰水仙群體后代中也曾發(fā)現(xiàn)禿房單株［26］。本試驗的10份云霄禿房野生茶群體種質的30份樣本在第1和第2主坐標排序中分為3個群體，第1群體包括小帽山1號、小帽山2號和小帽山3號；第2群體包括采自梁山的龍翔1號、小帽山4號、小帽山5號和小帽山7號；第3群體包括采自小帽山的小帽山6號、梁山大茶樹1號和龍翔2號。由圖3和圖4可知，聚類分析和主坐標分析都將10份種質劃分成3個群體，但2種方法在種質間親緣關系上的研究存在差異。主坐標分析顯示，第1群體和第2群體親緣關系更近，而聚類分析第2群體和第3群體親緣關系更近，這說明第2群體親緣關系更復雜，該結果與SNP分子標記技術研究的該地區(qū)種質親緣關系可相互印證［27］。

3.2 結論

通過比較30個云霄禿房野生茶樹種質資源花器官樣品的多個部位微形態(tài)的差異，篩選出茶樹花器官的花瓣氣孔外拱蓋所披紋飾類型、花瓣氣孔器與表皮、子房壁形狀、花瓣細胞形狀、花萼外表皮紋飾形狀、花萼內(nèi)表皮細胞起伏等質量性狀即可作為禿房野生茶樹鑒別的依據(jù)，也可作為探究云霄禿房野生茶種質親緣關系的佐證之一。

致謝：本研究試驗樣品采集承蒙福建省云霄縣茶葉科學研究所王彩云、方德音、蔡捷英、王金煥等老師的大力支持，特此致謝！

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收稿日期：2022-04-25

基金項目：福建省科技計劃引導性項目（編號：2021N0024）；福建農(nóng)林大學科技創(chuàng)新專項（編號：CXZX2020123B）；海關總署科研項目（編號：2020HK187）；福建張?zhí)旄２枞~發(fā)展基金會科技創(chuàng)新基金（編號：FJZTF01）。

作者簡介：王 攀（1996—），男，四川巴中人，碩士研究生，研究方向為茶樹栽培育種與茶葉品質。E-mail：1048773934@qq.com。

通信作者：葉乃興，碩士，教授，主要從事茶樹栽培育種與品質化學研究，E-mail：ynxtea@126.com；于文濤，博士，高級農(nóng)藝師，主要從事植物種質資源及外來入侵植物研究，E-mail：wtyu@foxmail.com。