我国油茶生殖生物学研究进展

邹 锋，谭晓风，袁德义，张 琳

中南林业科技大学经济林育种与栽培国家林业局重点实验室，湖南 长沙 410004

我国油茶生殖生物学研究进展

邹 锋，谭晓风，袁德义，张 琳

中南林业科技大学经济林育种与栽培国家林业局重点实验室，湖南 长沙 410004

介绍了有关油茶(Camelliaoleifera)的生殖生物学研究进展，具体包括油茶有性生殖过程中雌雄系统形态结构、发育变化情况和受精过程，油茶杂交亲和性，以及油茶生殖工程等方面的研究所取得的进展。

油茶(Camelliaoleifera)；生殖生物学；有性生殖；杂交亲和性；生殖工程

油茶(Camelliaoleifera)为山茶科山茶属植物，又名茶子树、油茶树，是我国南方重要的木本油料树种，具有栽培历史悠久、分布区域广、栽培面积大、用途多等特点[1]。油茶为雌雄同株、异花授粉植物[2,3]。目前生产上广泛应用的大多是人工选育的无性系[4～6]。由于油茶主要以无性繁殖为主，过去有关油茶的研究主要侧重于常规优质丰产栽培技术方面，而对油茶有性生殖研究较少。油茶生殖发育过程的研究，对指导生产和油茶育种具有重要的理论和实践意义。20世纪80年代以来，随着生殖生物学理论和实验手段的不断发展，有关油茶生殖生物学的研究在有性生殖过程、种间杂交亲和性以及生殖工程等方面取得了一定的进展。为此，笔者现就油茶生殖生物学的研究进展作一简要的介绍。

1 有性生殖过程的研究

1.1 花药的结构、小孢子发生和花粉的发育

油茶的花药壁分为4层，由表及里依次为表皮层、纤维层、中层和绒毡层[7]，其中绒毡层对小孢子和花粉的发育有重要意义，主要是因为它分泌胼胝质酶使小孢子分离，合成识别蛋白释放到花粉外壁，绒毡层的降解产物可作为花粉合成DNA、RNA、蛋白质和淀粉的原料[8]。小孢子形成时，绒毡层开始解体，花粉粒成熟时只剩残迹，属腺质绒毡层。花粉母细胞在8月上旬到9月下旬进入减数分裂过程，胞质分裂为同时型。小孢子四分体多为四面体形，四分体解体后释放单个的小孢子。小孢子是雄配子体的第一个细胞，由它经过2次有丝分裂，形成雄配子体[9]。

盛哲等[10]发现攸县油茶(C.yuhsienensisHu.)的成熟花粉为二细胞型花粉。束际林等[11]对油茶花粉外壁的超微结构观察结果表明，油茶花粉较大，二侧对称，单粒，外壁内层较厚，表面具网状纹饰，以3沟或3拟孔沟为主的萌发孔类型。攸县油茶传粉前营养核解体形成三团染色深的核物质分别位于萌发孔端，具壁的生殖细胞为长纺锤形[9]。鄢东海等[12]对油茶的花粉粒生殖细胞用光学显微镜进行了形态观察，结果与肖德兴等[9]报道的类似。

1.2 大孢子体的发生和雌配子体的形成

油茶胚囊和卵器的研究，远比精子的探讨更为困难和复杂，因为它们深深地埋藏在胚珠深处，难于观察并掌握其发育动态，所以有关这方面的详细研究报道不多。油茶的子房有3～5个心室，内有3～10个胚珠，每个胚珠由珠心、珠被、珠孔、承珠盘和胚珠维管束等部分组成，胚珠一般倒生，珠心由内外2层珠被包围。油茶的胚珠为薄珠心类型[13]。大孢子母细胞由紧贴珠心表皮的孢原细胞直接分化而来，细胞体积大、细胞质浓、细胞核大而明显，经减数分裂先形成二分体，珠孔端二分体细胞逐渐退化，合点端二分体细胞经过3次连续的分裂先后形成二核、四核，最后发育形成成熟的八核胚囊即雌配子体。油茶胚囊的发育典型属于葱形[13～15]。成熟胚囊包括珠孔端的卵器，中央两个极核和合点端的3个反足细胞，卵细胞和助细胞有一定的区别，卵细胞较助细胞略大，细胞核较小，位于合点端的细胞质中，液泡靠近珠孔端，助细胞则相反；两极核靠近卵器；反足细胞一般成品字形排列[15]。

1.3 受精过程

当花粉粒传到柱头上后，即为柱头液粘附，花粉粒吸收柱头液而膨胀，由萌发孔处伸出花粉管，穿入柱头，花柱通向子房。在花粉管萌发过程中，管核移向花粉管的前端，并逐渐消失，生殖细胞也随后进入花粉管，并在管内分裂成2个精细胞。花粉管进入子房室，由珠孔穿入胚囊，一个精细胞与卵细胞受精，形成合子，以后发育成胚；另一个精细胞与次生核受精，形成初生胚乳核，而完成受精全过程。何汉杏等[7]发现，油茶胚囊在发育过程中，有少数形成多卵，多卵受精后，一粒种子中有多个胚，称为多胚现象。受精作用最适宜的温度为20 ℃，但只有中午有几个小时在10 ℃以上，也可完成受精作用。在人工培养基上，仅2 h即可观察到萌发花粉粒。花粉粒萌发快，是油茶生殖的特点。杨志玲等[16]以长瓣短柱茶(C.grijsiiHance)与浙江红山茶(C.chekiangoleosa)有性杂交时，观察到花粉管在花柱中伸长其前1/3长度时速度快，24 h后进入子房，48 h完成受精。有关油茶受精过程中精卵结合的详细情况报道少见，有待进一步深入研究。

1.4 胚和胚乳的发育

油茶胚的发育是从合子细胞分裂开始的。精卵融合后形成合子，合子休眠于翌年4月发育，初生胚乳核一般不经过休眠便直接开始初生胚乳核的分裂，比受精卵的分裂早，分裂后的核不立即形成细胞壁，而是呈游离状态分布在胚囊中央细胞的细胞质中。油茶胚乳为核型，核极少。到次年的5月中下旬，胚乳出现极薄的膜分开，多边形、较大，细胞核小而成解体状，5月中旬形成原胚，6月中旬形成心形胚和鱼雷形胚，最后形成成熟胚[13,17,18]。随着胚和胚乳的发育，整个胚珠发育为种子。珠被成为保护新形成的孢子体的种皮。

1.5 果实及种子的发育

未受精的子房在花后一周内陆续脱落，受精的子房鳞片脱落，在宿存花瓣的保护下渡过冬季，逐渐发育为蒴果，子房形成果皮，胚珠形成种子，每个子房室内虽有胚珠多数，但最后每室只有1～6个胚珠形成种子[1～3]。陈永忠等[19]对油茶主要良种的标定植株进行了果实生长和含油量分析研究。结果表明，油茶果实体积生长主要在6月中旬至7月下旬；油茶果实质量的增加主要在6月中旬至7月下旬和9月中旬至10月下旬2个高峰期；油茶种仁含油率、鲜籽含油率和鲜果含油率均随果实生长逐渐增加，年周期内存在2个增长高峰期。

2 种间杂交亲和性的研究

种间杂交亲和性的研究，是植物生殖生物学中一个很重要的内容，为植物杂交育种工作的深入开展提供了条件。80年代以来，国内对油茶物种间杂交亲和性进行了研究，结果表明，其他因素也影响其杂交亲和性，如参与杂交的父本与母本亲缘关系的远近[20,21]、花粉的质量[22～24]、花粉与柱头的识别[25]、花粉在柱头及子房中的行为[25]、杂交亲本花粉母细胞在减数分裂过程中的染色体的配对行为等[26]。陶源等[27]以宛田红花油茶(C.polyodontaHow)为母本，毛瓣金花茶(C.pubipetalaWan.etHuang.)为父本杂交，获得子一代，表明此杂交成功。周盛等[28]对普通油茶(C.oleiferaAbel.)、江西小果油茶(C.meiooarpaHu.)、越南油茶(C.vietnamensisHuang.exHu.)等5个物种进行了种间杂交试验，表明杂种子一代的可孕性比其亲本的可育性显著下降。杨志玲等[29]以山茶属红山茶组内4个物种及22个品种为杂交亲本进行了试验，结果表明花粉质量对不同物种或品种杂交亲和性有明显的影响。杨志玲等[30]开展了山茶属红山茶组物种间及其红山茶起源的品种间杂交亲和性的研究，2年杂交试验表明：红山茶组3对物种正反交组合之间均存在一定的亲和性。杨志玲等[18]以长瓣短柱茶与浙江红山茶杂交，获得山茶远缘杂交时花粉管在花柱中行为，为今后山茶属植物远缘杂交育种提供了一些基础资料[18]。

3 生殖工程的研究

目前，油茶生殖工程的研究处于起步阶段，仅限于油茶离体器官操作。现主要在子叶和幼胚离体培养上已成功地诱导出生长正常的植株。颜慕勤[31]于1980年报道的，主要通过组织培养诱导出了体细胞胚，通过体细胞胚形成了再生植株，其后隆振雄[32]和卢天玲[33]也分别采用油茶未成熟子叶和幼胚离体培养，成功地获得了再生植株。2002年，中南林学院毕方铖等[34]对油茶的茎段、幼胚、子叶在离体条件下进行诱导，获得再生植株。张智俊等[35]和彭秋发等[36]分别以油茶子叶为外植体，对其诱导产生的体细胞胚形成进行细胞学结构观察，初步揭示了油茶体细胞胚的起源和大致的发生过程。

在油茶花药离体培养上，已有一些人进行了初步探索。李建安等[37]在小果油茶及广宁红花油茶(C.semiserrataChi.)进行花药培养的对比试验中，油茶花药培养获得了高达94.67%的诱导率。张日清等[38]以8个油茶物种为实验材料，研究了低温预处理对各个油茶物种花药愈伤组织发生的影响；闻丽等[39,40]研究了不同激素配比和不同培养条件对油茶花药愈伤组织形成的影响；丁植磊等[41]对12个油茶物种进行了花药培养试验，对其愈伤组织的诱导和增殖进行了初步研究。上述研究为进一步的油茶花药培养研究积累了一定的实践经验，提供了一定的理论基础。

4 结语

油茶生殖生物学尚未形成完整的理论体系，目前研究重点只是在单纯的形态描述上取得了一定的进展。同时，在油茶生殖生物学的研究中，还有许多亟待解决的问题。如在油茶有性生殖研究过程中，油茶精卵结合的动态研究，可为油茶细胞融合奠定基础；油茶种间杂交亲和性的研究，进一步为油茶杂交育种提供理论依据；在油茶生殖工程中，攻克花药培养的瓶颈——建立雄核发育体系，可为油茶培育新品种的一条重要途径。随着对这些问题的深入了解和认识，对油茶有性生殖过程(传粉、受精和胚胎发生等)的完全控制将会成为现实，这必将会使油茶丰产栽培和育种工作更紧密地朝着人类所期望的方向发展。

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2008-10-19

国家“十一五”科技支撑计划项目(2006BAD18B0204)

邹 锋(1983-)，男，湖北荆州人，硕士研究生，研究方向经济林育种与栽培.

谭晓风，E-mail:tanxiaofengcn@126.com.

10.3969/j.issn.1673-1409(S).2009.01.006

Q492;S794.4

A

1673-1409(2009)01-S018-03