茶树叶片解剖结构的分析和相关特性的预测

林重阳

（福州瀚城食品有限公司，福建福州，350000）

1 引言

1.1 研究背景

茶，不仅是我国传统文化的重要组成部分，还是经济发展的重要基础。在社会经济高速发展的情况下，人们生活水平逐渐提高，对茶叶的需求量不断增加的同时，对茶叶品质质量的要求也在不断提高，因此，茶叶品质的优劣成为茶业竞争的重要因素。培育出高产优质的茶树品种以更好地满足人们对茶叶的消费需求，成为茶叶研究工作的重中之重。茶树叶片不仅是收获的主要部分，同时是茶树生理代谢活动的重要器官，茶树叶片的解剖结构特征与茶树的遗传特性及生态环境密切相关，叶片解剖结构鉴定常作为评价茶树生理活性、抗逆性、茶叶产量、品质、茶类适制等性状优劣的重要手段[1]。许多研究已表明，茶树的抗逆性与叶片的解剖结构、茶树叶片总厚度、角质层厚度、上表皮厚度及栅栏组织厚度等均有密切关系[2-4]，因此，通过对茶树叶片的解剖研究，可预测其生长特性，从而培育出更多的茶树良种，用以满足多样化的市场需求，进而促进茶产业的发展。 笔者对9份不同茶树品种采用石蜡切片技术，测定茶树叶片组织结构的 8 项指标，对相关指标进行分析，并在前人研究的基础上对9份茶树品种的解剖结构与茶树生产力水平、抗逆性、适制性等相关的特性特征进行了分析与比较，为茶树品种的引种栽培及加工适制提供可供参考的数据依据。

1.2 茶树叶片解剖结构研究进展

茶树显微解剖学是一门研究茶树微观结构特性性状的新兴学科，其以光学显微、电子显微等高新技术为基础，通过显微镜观察研究叶片解剖微观结构[5]。浙江农业大学茶学系童启庆和日本名城大学桥本实等学者(1984),利用扫描电镜观察了中国佛手种和日本皋芦种两个茶树品种叶片的形态结构，得出结论中国佛手种和日本皋芦种两个茶树品种间无明显差异[6]。陈荣冰(1989),通过对43种不同品种茶树及野生茶树成熟叶片的解剖结构观察茶树叶片显微结构，研究表明茶树品种的叶片解剖结构与茶类适制性及茶叶品质关系密切，且根据各品种的叶片解剖结构可预测茶树的抗寒性。同时还讲述叶片解剖结构与生态环境条件密切关系，即使是同一品种在不同生态环境条件下,其叶片解剖结构有所差异[7]。束际林、徐颖等也曾运用显微解剖学，观察研究了蓝山苦茶、安远苦茶等的超微结构[3]。

大量研究表明：茶树叶片的解剖结构与茶树的抗逆性、适制性、品质、产量等特性特征密切相关。因此可根据茶树叶片的解剖结构初步鉴定茶树的抗逆性、适制性及生产力等。如：观察茶树叶片解剖结构中的角质层厚度、上表皮厚度、栅栏组织厚度以及全叶厚度等相关指标可看出茶树的抗逆性能力[8]。叶片及其栅栏组织，会随海拨的升高而逐渐加厚[2]；茶树叶片角质化程度越高，栅栏组织层数越多、厚度越大、细胞排列紧密、栅栏组织厚度与海绵组织厚度的比越大，茶树抗寒性越强[3]；抗旱性强的品种，角质层发达、表皮细胞外壁加厚、深陷的气孔、蜡质层、表皮毛等，可降低蒸腾作用，减少叶片水分散失，从而达到抗旱的效果[9]；抗病虫性强的品种，叶片下表皮较厚、叶片厚、栅栏组织和角质层较厚，可作为间接鉴定抗性强弱的解剖结构指标[4]；单位长度内栅栏组织的细胞个数及厚度与光合作用的强度有密切关系。因此栅栏组织的发达程度可用于初步鉴定茶叶品种的潜在生产力[3]。

在茶树试制性方面：茶树叶片中液泡主要成分为茶多酚，因此，叶片中海绵组织的发达程度可用于初步鉴定品种的适制性，通常海绵组织厚度不小于145μm，叶片厚度大于245μm，海绵组织与栅栏组织厚度的比值大于2.5的品种适制红茶或红、绿茶兼制[3]。在我国良种基础上，采用逆光等适当的栽培技术，是有可能选育出适制蒸青茶的良种[1]。不同的茶叶品种试制不同的茶类，不同茶叶品种的叶片结构存在着差异，因此，可根据叶片的结构判断品种制造相应的茶类。一层栅栏组织的大叶种适制红碎茶滋味浓度强。一层栅栏组织的中、小叶种适制绿茶、青茶，香气足、滋味好[10]。叶片厚250―380μm，上表皮厚32―35μm，栅栏组织厚75―125μm等这些性状指标与乌龙茶的成茶品质有关[11]。

1.3 研究目的与意义

茶树叶片是茶树的重要器官，是主要收获部分，也是茶树生理代谢活动的主要组织。茶树叶片的外部与内部形态特征共同作用于茶树的产量、品质、抗逆性、适制性等相关特性，茶树的内部形态特征可以从茶树的解剖结构中体现。因此想要培育优良茶树品种，对茶树叶片的显微解剖研究是必不可少的。

2 材料与方法

2.1 材料

采集武夷学院一期茶山安吉白茶、福安大白、福鼎大白、福云六号、黄旦、龙井43、平阳特早、霞浦春波绿、政和大白等茶叶品种的四叶成熟叶片作为研究材料。

2.2 试验仪器与药剂

2.2.1 主要仪器与设备

本研究试验主要仪器设备有电子分析天平、ZFD-A5040A恒温箱、HH-4数显恒温水浴锅、KD202A转轮式切片机、染色缸、50ml小烧杯、麦克奥迪/BA310光学显微镜等。

2.2.2 主要试剂

本研究试验主要试剂有冰醋酸、福尔马林、二甲苯、番红染色剂、固绿染色剂、明胶、石蜡、加拿大中性树胶、乙醇（70%、75%、80%、90%、95%、100%浓度）。

2.3 实验方法

于春季采集安吉白茶、福鼎大白等9份茶树品种的新梢芽下无病害、虫害及冻害的第四叶为材料。每片叶片沿主脉两侧各取一小片长约1cm、宽约0.5cm的矩形样品后，立即放入事先准备好的FAA液中（70%酒精：冰醋酸：甲醛18：1：1），放入冰箱冷藏保存3天以上的时间，且后期需长时间在低温条件下保存。用石蜡切片法对以上样品进行处理，具体操作为：不同浓度梯度的酒精（70%、75%、80%、85%、90%、95%、100%）脱水→二甲苯透明→制成石蜡切片→番红及固绿染色→加拿大树胶封片（注意：用加拿大树胶封片后要进行低温保存。待树胶风干后才可进行观察拍片），最后，将制作好的石蜡切片置于电子生物学显微镜（麦克奥迪/BA310）下对叶片组织结构进行观察。每个解剖片上需随机选取10个清晰的视野进行观察、拍照，测量（Motic Images Advanced 3.2测量软件）角质层厚度、上表皮厚度、下表皮厚度、栅栏组织厚度、海绵组织厚度、全叶厚、400μm长度内第一层栅栏组织细胞数、栅栏组织细胞层数等指标。最终每个品种获取10张解剖图片，测量要求每张图片测量两次，导出两组数据，最终，芽下四叶每项指标各获取20个数据。

2.4 统计方法

采用Excel（2003）数据处理软件进行数据处理分析。最后将所测得的数据用Excel等软件进行比较、分析处理。其中抗寒性得分Y计算公式[3]：Y=5.47X-1.78（注：式中Y为抗寒性强弱，X为栅栏组织厚与海绵组织厚的比值，X与抗寒性相关系数为R=0.85）。茶叶生产力指数N公式[11]：N=400μm长度内第一层栅栏组织细胞数×栅栏组织细胞厚度。

表2-1 供试材料四叶叶片解剖结构测定结果

3 结果与分析

3.1 不同武夷名丛抗性比较

3.1.1 抗寒性比较

茶树的生长环境一般在6℃到18℃[8]。我国大多数地区最低温度不适合茶叶的生长，因此，对于茶树叶片解剖结构的研究对于一些地区的茶树选育与引种有着至关重要的作用，避免盲目引种导致茶树遭受冻害，影响茶树产量与质量。据研究，茶树叶片解剖结构抗寒性鉴定的主要部位是角质层、栅栏组织、海绵组织等叶肉组织，需对几项指标进行综合分析[12]。角质层厚度越大，栅栏组织厚度越大，层次越多，细胞排列越紧密；栅栏组织厚度与海绵组织厚度的比值越大等，茶树的抗寒性越强[3]。实验表明，上表皮细胞厚度20μm以上，栅栏组织与海绵组织厚度的比值在0.6以上，上表皮细胞与海绵组织厚度的比值在0.18以上，栅栏组织层数在2层以上，400μm长度内第一层栅栏组织细胞数达52以上的茶树品种为抗寒性强的标志[3]。

（1）角质层组织与茶树抗寒性。角质层位于叶肉细胞表面，是茶叶叶片防范外界不利因素的第一道防线，与茶树抗寒密切相关，角质化程度越高，对茶树叶表皮细胞受冻与解冻的缓冲作用越明显，因而，抗寒性越高[3]。对所选的9份茶树品种的角质层厚度数据进行分析比较 ，其角质层厚度的平均值为（2.25μm）。最大厚度是平阳特早，角质层厚度为（2.74μm），福云六号角质层厚度为（2.61μm）次之，最小厚度是政和大白（1.94μm），与平阳特早相差0.8μm。所有选测品种的角质层厚度由大到小排序为：平阳特早（2.74μm）＞福云六号（2.61μm）＞龙井43（2.39μm）＞安吉白茶（2.25μm）＞黄旦（2.23μm）＞福鼎大白（2.04μm）＞福安大白（2.03μm）＞霞浦春波绿（2.01μm）＞政和大白（1.94μm）。

（2）上表皮细胞厚度与抗寒性。上表皮与角质层相连，上表皮的厚薄，是判断茶叶抗寒性强弱的表现[3]。对所选的9份茶树品种的上表皮厚度数据分析比较，发现上表皮细胞的厚度平均值为（19.28μm），低于抗寒性强的指标。最大为福云六号（23.72μm），福鼎大白（19.92μm）次之，最低的为平阳特早（16.74μm），与福云六号相差6.98μm。所选品种的上表皮厚度由大到小排序为：福云六号（23.72μm）＞福鼎大白（19.92μm）＞政和大白（19.50μm）＞龙井43（19.46μm）＞福安大白（18.81μm）＞安吉白茶（18.72μm）＞黄旦（18.57μm）＞霞浦春波绿（18.04μm）＞平阳特早（16.74μm）。

数据显示，耐寒性强的茶树品种其上表皮厚度在20μm以上[3]，所选的9种茶树品种中仅福云六号的上表皮厚度高于20μm，福鼎大白接近20μm，其余品种的上表皮厚度皆小于20μm，可见福云六号具有较强的抗寒性。

（3）栅栏组织厚度与海绵组织厚度的比值与抗寒性。根据实验所得数据分析比较可知，在所选试的9种茶树品种中，栅栏组织与海绵组织厚度的比值的平均值为0.5，其中大于抗寒性指标0.6的有福鼎大白（0.61）和平阳特早（0.6），其余品种皆小于0.6，最小的为霞浦春波绿（0.31），按照从大到小排序为：福鼎大白(0.61)＞平阳特早(0.6)＞黄旦(0.58)＞龙井43(0.55)＞政和大白(0.49)＞安吉白茶(0.48)＞福安大白(0.46)＞福云六号(0.4)＞霞浦春波绿(0.31)。

研究显示，耐寒性强的茶树品种其栅栏组织与海绵组织厚度的比值为0.6以上[11]。故而，从栅栏组织与海绵组织厚度的比值上面分析，福鼎大白与平阳特早皆达到抗寒指标，具有较强的抗寒性。

（4）400μm长度内第一层栅栏组织的细胞个数与茶树抗寒性。根据实验数据分析比较可知，所选试的9份茶树品种第一层栅栏组织400μm内细胞个数中细胞数平均值为31.06个，最高为政和大白（35.13个），最低为霞浦春波绿（28.13个），都低于52个，按照大小排序为：政和大白(35.13)＞福鼎大白(34.70)＞龙井43(33.03)＞黄旦(32.20)＞安吉白茶(32.00)＞福安大白(31.60)＞福云六号(29.33)＞平阳特早(28.25)＞霞浦春波绿(28.13)。

研究显示，剖面上400μm范围内第一层栅栏组织细胞数目在52个以上，具有强抗寒性[11]。综合以上分析，可以预测，所选测的9份茶树品种的抗寒性均低于抗寒性指标。

（5）上表皮细胞与海绵组织厚度的比值与茶树抗寒性。通过对所采集的9份测试品种数据的比较分析，其平均值为0.15，最大值为福鼎大白和福云六号，均为0.19，最小值为福安大白0.12。按照大小排序为：福鼎大白=福云六号（0.19）＞黄旦=龙井43（0.17）＞政和大白（0.15）＞霞浦春波绿=安吉白茶（0.14）＞平阳特早（0.13）＞福安大白（0.12）。

综上所述，从上表皮厚度与海绵组织厚度的比值这单一指标来看其抗寒性，所选品种中，只有福鼎大白、福云六号达到抗寒性标准。其余均未完全达到抗寒标准。

3.1.2 抗旱性分析

水分是生物生存的重要因素之一，不仅是生物体内重要的物质组成部分，同时生物诸多生理活动都需要水分的参与。在干旱环境下，水分是限制植物生长的重要因素之一，植物的叶片是对逆境威胁最敏感的部位，为适应常常会形成特殊的形态特征，干旱环境下的植物叶片往往有较小细胞体积，单位面积的气孔数目较多，叶脉网密集，绒毛厚且密，角质层和蜡质层加厚，栅栏组织发达，海绵组织较不发达[9]。

（1）角质层与茶树抗旱性分析。角质层中的蜡质可以防止植物体内水分的散失,同时，角质层的脂肪性也可以减少植物体内的水分蒸腾，所以,角质层厚度也作为抗旱性的叶片解剖结构鉴定指标[9、13]。所选试9份茶树品种中，其角质层厚度的平均值为（2.25μm）。最大厚度是平阳特早，角质层厚度为（2.74μm），福云六号角质层厚度为（2.61μm）次之，最小厚度是政和大白（1.94μm）与平阳特早相差0.8μm。所有选测品种的角质层厚度由大到小排序为：平阳特早（2.74μm）＞福云六号（2.61μm）＞龙井43（2.39μm）＞安吉白茶（2.25μm）＞黄旦（2.23μm）＞福鼎大白（2.04μm）＞福安大白（2.03μm）＞霞浦春波绿（2.01μm）＞政和大白（1.94μm）。

（2）栅栏组织厚度与茶树抗旱性分析。研究显示，栅栏组织厚度也是抗高温干旱的重要鉴定指标之一，栅栏组织厚度越大，抗性越强[9]。对所选试的9份茶树品种的上表皮厚度数据分析比较，发现上表皮细胞的厚度平均值为（19.28μm），低于抗旱性强的指标。最大为福云六号（23.72μm），福鼎大白（19.92μm）次之，最低的为平阳特早（16.74μm）与福云六号相差6.98μm。所选品种的上表皮厚度由大到小排序为：福云六号（23.72μm）＞福鼎大白（19.92μm）＞政和大白（19.50μm）＞龙井43（19.46μm）＞福安大白（18.81μm）＞安吉白茶（18.72μm）＞黄旦（18.57μm）＞霞浦春波绿（18.04μm）＞平阳特早（16.74μm）。

（3）叶片总厚度与茶树抗旱性。植物叶片厚度也常作为植物抗性的一个指标，叶片厚度越大，起储水能力越强，抗旱能力越强[14]。从叶片总厚度比较分析，所选试的9个茶树品种叶片总厚度的平均值为223.97μm，其中最厚的为福安大白255.05μm，最低的为福鼎大白206.61μm。根据从大到小排列为：福安大白（255.05μm）＞安吉白茶（238.40μm）＞政和大白（236.96μm）＞平阳特早（235.45μm）＞龙井43（215.00μm）＞福云六号（210.85μm）＞霞浦春波绿（210.54）＞黄旦（206.90μm）＞福鼎大白（206.61μm）。

3.1.3 抗病虫性比较

茶树的叶片作为茶树主要收成部分，也是茶树病虫害的多发部位，因此，茶树抗病虫害的能力尤为重要。据研究显示，茶树的抗病虫性与茶树叶片的下表皮和栅栏组织的发达程度密切相关。

（1）角质层与茶树抗病虫性的分析。角质层位于叶片表面，由角质和蜡质构成，叶片表面不易吸附水分，病虫害的病原体得不到水分，无法生长发育。其次，角质层也可作为屏障阻止病虫入侵，因此认为，角质层厚是抗病虫性强的标志[3]。

据束际林（1995）研究表明：叶片的上表皮角质层厚度达2.0μm以上是抗病虫性强的标志。从角质层厚度比较分析，除政和大白外，其余品种皆达到抗病虫性强的标准。

（2）下表皮细胞厚度与茶树抗病虫性的分析。下表皮能够阻碍刺吸式害虫[15]。同时，在植物下表皮部分分布着大量气孔，其厚度也影响茶树水分和气体间的交换，厚度越大，气体与水分交换越畅通，且茶树适应环境能力越强[16]。对数据的分析比较可知，下表皮的厚度平均值为15.04μm，最大值为霞浦春波绿（15.64μm），最小值为龙井43（14.67μm），根据其大小排序为：霞浦春波绿（15.64μm）＞安吉白茶（15.48μm）＞福鼎大白（15.47μm）＞福云六号（15.43μm）＞福安大白（15.25μm）＞政和大白（15.03μm）＞黄旦（14.45μm）＞龙井43（14.37μm）＞平阳特早（14.26μm）

综上所述，对茶树抗病虫性进行初步判定，福云六号的抗病虫性相对比较强。其余抗病虫性处于中等水平。

3.2 不同武夷名丛茶树种质资源的适制性研究

根据研究表示，茶叶品种的栅栏组织层数越多、栅栏组织与海绵组织厚度的比值越高越适制绿茶和乌龙茶，其香气更好、滋味更醇[10]。且栅栏组织内的叶绿体贮藏着胡萝卜素、叶黄素，分解后可产生香气物质。栅栏组织层次多、栅海比值高的品种制出的茶叶香气高，适制绿茶和乌龙茶[14]。栅栏组织发达不仅抗性好，制出的成茶品质优异。

通过对9份选试的茶叶品种所测得的数据进行分析比较可得，大部分品种的栅栏组织层数均为2层，除福云六号、霞浦春波绿外。栅栏组织与海绵组织厚度的比值方面，平均值为0.5，比值最大为福鼎大白（0.61）、平阳特早（0.6）次之，最小的为霞浦春波绿（0.31）。

海棉组织是薄壁细胞构成，液泡储存在海绵组织当中，而液泡中含有茶多酚等有机物，海绵组织越发达，茶多酚含量越高，所以海绵组织发达程度与红茶的品质密切相关[17]。当叶肉厚度大于245μm，海绵组织厚度大于145μm，海绵组织与栅栏组织厚度的比值大于2.5的品种适制红茶或红、绿茶兼制[2]。

叶肉厚度方面，所选试的9个茶树品种叶片总厚度的平均值为223.97μm，其中最厚的为福安大白255.05μm，最低的为福鼎大白206.61μm。按大小排序：福安大白（255.05μm）＞安吉白茶（238.40μm）＞政和大白（236.96μm）＞平阳特早（235.45μm）＞龙井43（215.00μm）＞福云六号（210.85μm）＞霞浦春波绿（210.54）＞黄旦（206.90μm）＞福鼎大白（206.61μm）。

海绵组织方面，平均厚度为125.79μm，最大厚度为福安大白150.79μm，最小厚度为福鼎大白104.45μm，按大小排序为：福安大白（150.79μm）＞安吉白茶（137.85μm）＞政和大白（133.02μm）＞霞浦春波绿（132.9μm）＞平阳特早（126.79μm）＞福云六号（121.87μm）＞龙井43（115.86μm）＞黄旦（108.63μm）＞福鼎大白（104.45μm)。

海绵组织与栅栏组织厚度的比值方面，平均值为2.1，比值最大为霞浦春波绿3.21，最小为福鼎大白1.64，根据大小的排序为霞浦春波绿(3.21)＞福云六号(2.51)＞福安大白(2.18）＞安吉白茶（2.1）＞政和大白（2.03）＞龙井43（1.81）＞黄旦（1.73）＞平阳特早（1.67）＞福鼎大白（1.64）。

结合以上数据分析可得，所选试的9个茶树品种均适合做绿茶，其中福安大白、安吉白茶适合做红茶或红、绿兼制。霞浦春波绿、福云六号也是适合做红茶或红、绿兼制。

3.3 不同武夷名丛茶树种质资源的生产力指数比较

由于植物体光合作用的主要场所在叶绿体，叶绿体的数量越多，植物进行光合作用的强度就越大，植物中所积累的有机物就越多，植物的生产力就越强。因此，根据栅栏组织的发达程度可以初步预测茶树种质资源的生产力[2]。茶树光合速率与栅栏组织厚度、栅栏组织与海绵组织的比值呈正相关，与叶片的总厚度呈负相关[16]。 根据叶片解剖结构特征间接鉴定光合产量指标,通常是用生产力指数(N)，即剖面上400μm范围内第一层栅栏细胞数与栅栏组织厚度(μm)之积来表示[3]。对所选9份茶树品种的生产力指数分析发现，生产力指数的平均值为1961.45，最大值为2302.29，最小值为1163.15，生产力指数根据大小排列为：政和大白（2302.29）＞福鼎大白（2204.22）＞福安大白（2183.74）＞平阳特早（2141.24）＞龙井43（2112.02）＞安吉白茶（2100.76）＞黄旦（2022.66）＞福云六号（1422.97）＞霞浦春波绿（1163.15）

当品种在不同季节，其不同叶位的生产力指数均达到或高于2000，则表明该品种生产力达到中等或偏上水平[17]。综合上述分析，所选试9个品种的生产力水平，除福云六号、霞浦春波绿外，其余品种的生产力指数皆高于2000，由此可见，政和大白、福鼎大白、福安大白、平阳特早、龙井43、安吉白茶、黄旦等六个品种的生产力水平达到中等或中等偏上水平，福云六号、霞浦春波绿的生产力水平处于中等偏下。

4 结论

茶树种质资源优异性的重要指标是茶树抗逆性强弱、茶树品种的适制性以及茶树品种的生产力水平高低。通过对茶树叶片解剖结构分析比较，可以有效研究预测茶树品种的抗逆性、适制性、生产水平等特性。本实验对9份茶树品种的叶片解剖结构分析，初步得出9份茶树品种的相关特性特征。

从抗寒性方面来看，可预测9份茶树品种的抗寒性表现均处于中等或中等偏下水平，根据抗寒性得分Y计算公式[11]：Y=5.47X-1.78（注：式中Y为抗寒性强弱，X为栅栏组织厚与海绵组织厚的比值，X与抗寒性相关系数为R=0.85）。其中，以福鼎大白、平阳特早的抗寒性相对突出，由于所选品种多为南方品种，南方天气温和，所选品种的抗寒性相对较弱，通过茶树叶片解剖结构分析所得结果与实际大致相符，由此可见，茶树品种的抗寒性可通过茶树叶片解剖结构来做初步判断。

通过茶树叶片解剖结构分析茶树叶片的角质层、上下表皮层、栅栏组织、海绵组织等各项指标数据，发现福云六号有较强的抗旱性和抗病虫性，所选试的9个茶树品种均有较强的抗病虫性。

适制性方面，预测所选9份茶树品种均适合用于制作绿茶；其中福安大白、安吉白茶适合做红茶或红、绿兼制。霞浦春波绿、福云六号也是适合做红茶或红、绿兼制。

生产力指数方面，所选试的9个品种的生产力水平，政和大白、福鼎大白、福安大白、平阳特早、龙井43、安吉白茶、黄旦等六个品种的生产力水平达到中等或中等偏上水平，福云六号、霞浦春波绿的生产力水平处于中等偏下。

附录A 图版目录及图版

图1 安吉白茶叶片解剖结构图（光镜），10×10 图2 福安大白叶片解剖结构图（光镜），10×10

图3 福鼎大白叶片解剖结构图（光镜），10×10 图4 福云六号叶片解剖结构图（光镜），10×10

图5 黄旦叶片解剖结构图（光镜），10×10 图6 龙井43叶片解剖结构图（光镜），10×10

图7 平阳特早叶片解剖结构图（光镜），10×10 图8 霞浦春波绿叶片解剖结构图（光镜），10×10

图9 政和大白叶片解剖结构图（光镜），10×10