贵州金花茶开花生物学特性研究

徐超然，张家才，龙海燕，陈菊艳，邓伦秀*

(1.贵州省林业科学研究院，贵州 贵阳 550005；2.贵州省赫章县林业局，贵州 赫章 553200)

贵州金花茶(CamelliahuanaT.L.Ming et W.J.Zhang)是山茶科(Theaceae)山茶属(CamelliaLinn.)金花茶组(Sect.Chrysantha)的常绿灌木。1993年，中国科学院昆明植物研究所闵天禄和张文驹先生以北京植物所曹子余先生1958年采自贵州省的标本为模式发表[1-2]。该种的发现，使金花茶组植物地理分布北缘从23°30′增加到越过北纬25°20′[3]，是金花茶组40余个种中除离蕊金花茶(CamellialiberofilamentaHung T.Chang et C.H.Yang)外又一分布在贵州境内的种，并且是最北缘种类，对研究金花茶组植物的系统演化及地理区系尤为重要。1995年10月，贵州省林科院的研究人员在罗甸县进行野外考察时，采集了野生贵州金花茶种子播种于林科院树木园内，经过20多年的栽培，已经开花结果。贵州金花茶是我国珍稀濒危特有种，具有一定的开发潜力[4]。

花的基本功能是繁殖，开花是被子植物繁殖的关键过程，花期、花粉活力、柱头可授粉性等开花生物学特性与植物结实密切相关[5-7]。开花生物学研究是植物栽培生理和遗传学研究的重要内容之一，研究植物的开花生物学特性，有助于准确掌握花期，及时进行花期管理，准确选择和选配杂交亲本，对植物遗传育种与品种改良等研究具有重要意义。

本文以贵州金花茶原产地的植株及贵州省林科院引种的植株为研究对象，通过定株调查、形态观察以及扫描电镜等研究方法，对比研究了不同地点的贵州金花茶，以全面了解其花期生物学特性，加强其基础生物学研究，也为开展丰产栽培、良种培育以及遗传转化等研究提供参考。

1材料与方法

1.1 材料来源地概况

1.1.1 原产地概况

原产地植株为当地人就地移栽多年的野生植株，已正常开花结实，树龄不清。观测及采样地点位于罗甸县大亭乡田坝村的小田坝，属于珠江流域上游红水河段的一级坡面，地理坐标为106°57′54.33″E，25°16′43.94″N；地貌为中山地貌，海拔约1054 m；气候属于南亚热带季风气候，年平均气温19 ℃，极端最高温度为40.5 ℃，极端最低温度为-3.5 ℃，年平均无霜期335 d，雨量充沛，年平均降雨量为1150 mm；成土母岩为三叠纪的细砂岩，土壤类型为砖红壤性红壤，厚度30 cm以上，植被类型为山地季雨林或沟谷季雨林。

1.1.2 引种地概况

引种地植株是从原生地采集的种子繁殖培育25 a的植株，已经正常开花结果多年。观测及采样地点位于贵阳市西南郊林科院内，地理位置为106°44′20″E，26°29′40″N；气候属于中亚热带季风气候，地貌属贵州高原中部丘陵，地势较平缓，海拔约1100 m；基岩为三叠纪石灰岩，土壤为山地黄壤，厚度80 cm以上；年平均气温15.2 ℃，极端最高气温37.5 ℃，极端最低气温-7.3 ℃，年平均降雨量1198.9 mm，年平均无霜期278 d。

1.2 研究方法

1.2.1 目标树选择

2019年2月选取原产地种群和引种地种群中发育正常、长势较好、具代表性的植株各7株作为研究对象，进行编号、挂牌和定位。

1.2.2 开花物候观察

在观测植株长势良好的花枝上分别选择标记10朵花进行开花物候期观察，记录单朵花期、单株花期和群体花期；观察花的开放进度，记录开花持续期，以植株的花开放率达25%为始花期、50%～75%为盛花期、75%后为末花期。并在开花期每隔2 h测定1次温度和湿度。

1.2.3 花器形态结构观察

在两地的观测植株中分别随机选取盛花期的10朵花，记录花的形态特征，包括花瓣形状、花瓣颜色、花萼颜色、花药颜色、子房着生位置等。进一步解剖花的各个部分并统计花梗长度、花直径、苞片大小、花萼大小、花瓣大小、花丝长度、花药大小、子房大小等数据。通过差异显著性分析，以及与地理因子(经度、纬度、海拔)间的相关性分析对比不同来源的植株在花形态上的差异。

1.2.4 花开放动态观察

在花蕾期，对编号植株标明序号，花朵开放前每日观察1次植株的生长情况，以免错过花期；开花当天和第2天7—17点，每隔2 h观察记录一次；开花第3天起每日固定观察1次，直到花朵脱落。注意观测记录群体从第一朵花开到最后一朵花谢的时间、单株从第一朵花开到最后一朵花谢的时间、日开花数量以及单花开放持续时间等信息。

1.2.5 TTC检测法测定花粉活力

(1)试剂制备：称取0.5 g的TTC，蒸馏水定容至100 ml。

(2)实验步骤：取少数花粉于载玻片上，加1至2滴TTC溶液，盖上盖玻片；将制片置于35 ℃恒温箱中15 min，然后在低倍显微镜下观测；每个样做3个平行视野玻片，每玻片选取花粉粒分布均匀且数目不少于50粒的视野进行统计；被染红的显示活力强，淡红次之，无色为没有活力的花粉或不育花粉。

花粉活力=红色花粉/观察花粉总数×100%

2 结果与分析

2.1 开花物候

通过对两地植株的观察(表1)，原产地种群花期为34 d；引种地种群花期为20 d。两地花期存在明显差异，原产地提前20 d左右进入始花期，并提前一周进入末花期，整个花期时间相差近半个月。

表1 贵州金花茶原产地与引种地开花物候期

2.2 花形态结构特征

两地贵州金花茶的花瓣颜色均为淡黄色，形状为椭圆形，花萼颜色为浅红色，花药颜色为金黄色，子房上位，雌蕊在基部分离。原产地植株花的苞片、花萼及花药的长和宽、花瓣与花丝的宽以及花药与花丝数量等特征明显大于或多于引种地植株，仅花瓣和花丝的长略低于引种地植株(表2)。

表2 贵州金花茶原产地与引种地花器官性状比较

2.3 花开放动态分析

从单株来看，原产地单株从第一朵花开放到最后一朵花凋谢，持续时间为16～34 d不等，单株开花数最多日为81朵；引种地单株开放时间为12～17 d不等，单株开花数最多日为24朵，单株花期持续时间一般因植株的生长状况及其花朵数目多少而异，且每个植株上花朵的开放无特定顺序(表3)。原产地植株的开花时间长，数量上呈现典型的单峰型曲线，高峰出现在花期的中期。引种地植株的开花时间比原产地的短，数量上虽然变化并不明显，但整体呈现双峰型曲线，第一次较为明显的高峰集中在花期的前期，第二次变化曲线较小的高峰在花期的后期(图1)。

从单花来看，原产地和引种地完全盛开至自然凋谢脱落时间为4～5 d。

表3 贵州金花茶的植株大小及其开花特征

续表3

贵州金花茶的植株大小及其开花特征

图1 贵州金花茶原产地(左)和引种地(右)开花数量散点图

从表4可知，贵州金花茶各性状的平均变异系数为54.14%，变异幅度为20.07%～131.15%，其中，花朵数量的变异系数最大(131.15%)，树冠体积(81.95%)和冠幅(44.22%)的变异系数也较大，地径(38.78%)和开花时间(34.58%)的变异系数次之，植株、树冠长、宽的变异系数分别为20.07%、24.53%、28.82%，变异相对较小。这一情况说明贵州金花茶的植株形态在原产地和引种地之间均发生较大的变异，其中以花朵数量变异最大，稳定性差，说明引种后严重影响贵州金花茶的开花数量；其次，影响的是树冠体积，再次是分株数、冠幅、地径和开花时间，植株、树冠长、宽的变异幅度相对较小，稳定性高。原产地和引种地变异系数分别为33.28%、26.24%，表明种群内变异系数也较高，且原产地种群内变异系数高于引种地变异系数，引种地种群的表型多样性程度较低；原产地种群的变异系数最高，其表型多样性较丰富。

表4 贵州金花茶的植株形态表型性状的变异系数

从表5可知，地径、树冠宽、树冠体积、开花时间、花朵数量均与经度呈极显著正相关；地径、树冠宽、树冠体积、开花时间、花朵数量均与纬度和海拔间呈极显著负相关。

表5 贵州金花茶植株形态表型性状与地理因子间的相关性

2.4 花粉活性分析

本研究选取原产地贵州金花茶3个平行玻片的不同视野(表6)，在不同开花状态下，花粉存活率差异显著(图2)。花蕾期(即花苞待开状态下)花粉活力较低，平均值为34%；开花后，花粉活力迅速上升，在花朵完全盛开1 d活性最强，平均值达62%；随后呈现出降低趋势，在花朵完全盛开2 d时，花粉逐渐散去，但花粉仍保持一定的活性，只是活力稍低。花粉存活率随花逐渐开放呈先上升后下降的趋势，即花粉存活率距离花朵完全开放的时间越近越高，说明花粉活力与单花发育进程密切相关。

表6 原产地贵州金花茶不同开花状态下花粉存活率

图2 原产地贵州金花茶不同开花状态下花粉存活率动态特征

3 结论与讨论

通过研究发现，原产地种群于2月26日开始开花，花期为34 d；引种地种群比原产地延迟半个多月开花，花期为20 d。原产地单株开放时间为16～34 d不等，引种地单株开放时间为12～17 d不等。从单花来看，原产地和引种地完全盛开至自然凋谢脱落时间均为4～5 d。通过生境对比，发现温度对开花时间及花期持续时间有一定影响，提示在生产中可进行调控栽培温度，达到延长花期，形成不同花期的目的。

在形态结构方面，贵州金花茶原产地植株的苞片、花萼、花药的长和宽、花瓣的宽、花丝的长、以及花药与花丝数量等特征明显大于或多于引种植株，只有花瓣和花丝的长略低于引种植株。原产地花各个部分的形态明显大于引种地，究其原因，应该是原生地的气候条件更适合其生长发育。因此，在今后的引种栽培研究中，可探讨通过水肥管理、控温湿设施栽培等方法促进生长，提高其生物量。

表型多样性是遗传多样性与环境多样性的综合体现，既具有稳定性又具有变异性，是遗传多样性研究的重要内容，利用表型性状研究植物的遗传变异是最直接、简便易行的方法，因此通常依据植物表型性状进行种植资源的分类、鉴定及育种材料选择。对贵州金花茶2个种群14个单株的20朵花性状的变异分析发现，该种植株性状变异丰富，原产地和引种地变异系数分别为33.28%、26.24%，表明种群内变异系数也较高，且原产地种群内变异系数高于引种地变异系数，引种地种群的表型多样性程度较低；原产地种群的变异系数最高，其表型多样性较丰富。此外，贵州金花茶2个种群14个单株花性状与经度、纬度和海拔有不同程度的相关性，单株花朵数量与植株形态大小不具有明显相关性。

通过花粉活力的实验发现，贵州金花茶花朵完全盛开的当天及第二天，其花粉能保持较高的存活率，这个阶段也是昆虫进行传粉的最佳时期，因此在人工授粉作业时，要在单花盛开的1～2 d内采集花粉和授粉，以保证授粉成功率，达到预期的效果。