全 文 :短柱茶组果实解剖特征研究及主成分分析
洪思思,张斯敏,楼 嘉,张 薇,吕洪飞,廖芳蕾* (浙江师范大学化学与生命科学学院,浙江金华 321004)
摘要 [目的]为山茶属(Camellia)短柱组(sect. Paracamellia)的系统分类获得新的系统学证据。[方法]对短柱茶组 10种植物进行了果
实解剖特征研究,并应用 MVSP软件对短柱茶组进行了主成分分析。[结果]外果皮很薄;中果皮宽广,为多列薄壁细胞,并有大量石细
胞;内果皮木质化,极易与种子分离。主成分分析表明,物种之间的距离较远,显示出物种之间的较远亲缘关系;不支持闵天禄将长瓣短
柱茶(C. grijsii)归并入攸县油茶(C. yuhsienensis),也不支持将陕西短柱茶(C. shensiensis)作为攸县油茶变种;小果短柱茶(C. confusa)与
落瓣短柱茶(C. kiss)之间差异很显著,将其合并是不自然的。[结论]为短柱茶组植物资源的开发和应用提供了理论依据。
关键词 山茶属;短柱茶组;果实解剖;分类;种质资源
中图分类号 S567 文献标识码 A 文章编号 0517 -6611(2011)18 -10775 -03
Fruit Anatomy of sect. Paracamellia with Reference to Their Significance of Germplasm Resources Exploitation
HONG Si-si et al (College of Chemistry and Life Sciences,Zhejiang Normal University,Jinhua,Zhejiang 321004)
Abstract [Objective]To utilize the germplast resources,new systematic evidence for the classification of sect. Paracamellia,genus Camellia was
found in this article.[Method]Fruit anatomy of 10 species representing sect. Paracamellia in genus Camellia was investigated. And the main
component of sect. Paracamellia in the genus Camellia was studied by MVSP software.[Result]The exocarp was thin;mesocarp was broad,hav-
ing a large number of stone cells;endocarp was lignified,and separated easily from seed. The principle components analysis suggested that the
distance between species was far,showing far relation;the current study did not support the formation of C. grijsii and C. yuhsienensis. C. shensien-
sis should not be recognized as a variety of C. yuhsienensis. In addition,it also proved Ming’s combining of C. confusa and C. kissi was unnatural.
[Conclusion]The study provided theoretical basis for the development and application of sect. Paracamellia in the genus Camellia.
Key words genus Camellia;sect. Paracamellia;Fruit anatomy;Classification;Germplasm resources
基金项目 金华市科技局一般项目(2009-2-020)。
作者简介 洪思思(1985 - ) ,女,浙江台州人,硕士,从事山茶分类与应
用研究,E-mail:xihanlianzicao@ 126. com。* 通讯作者,讲
师,博士,从事植物生殖生物学研究,E-mail:fangleiliao@
zjnu. cn。
收稿日期 2011-04-25
山茶属(genus Camellia)是山茶科(Theaceae)中种类较
多、系统上较原始的一个属。其中 80% ~95%的种类分布在
我国[1]。分类学家对山茶属的物种系统分类分歧较大,主要
存在于 Sealy[2]、张宏达系统[3 -4]和闵天禄[1]系统。很多学者
通过解剖学[5 -8]、细胞学[9 -10]、地理学[11 -13]、分子生物学[14]
等手段进行了论证,虽然在一定程度上澄清、解决了一些系
统学上的问题,但未解决的、遗留的问题仍然相当突出。
短柱茶组(sect. Paracamellia)是一类有重要经济意义的
作物。攸县油茶(C. yuhsienensis)是一个珍稀短柱茶组物种,
原野生,现只在湖南攸县有较多的分布和栽培,浙江有少量
引种[15]。由于其具有抗病、早实丰产、产油率高和特有的保
健作用,短柱茶(C. brevistyla)、钝叶短柱茶(C. obtusifolia)和
窄叶短柱茶(C. fluviatilis)等长期作为油料作物加以栽培,供
食用和工业用油[1]。加速扩大这个优良短柱茶组物种资源
是当前的重要研究课题。但对短柱组的系统分类存在较大
分歧,生产生活上存在物种名混用的情形,给短柱茶组植物
种质资源开发利用带来了极大不便。张宏达基于“苞、萼不
分化是该属植物的原始性状”观点,在种的界定上将一些广
泛的形态特征上的差异界定为种间的差异[3 -4]。闵天禄系统
基于“花是变态的枝条”观点,在种的界定上将一些广泛的形
态特征上的差异界定为种间的连续或不连续的联系,提出了新
的山茶属系统大纲,合并了大量的种[1]。例如,将陕西短柱茶
(C. shensiensis)和长瓣短柱茶(C. grijsii)合并为攸县油茶。
Shen等[16]通过红外光谱(FTIR)技术探讨了山茶组(sect. Ca-
mellia)和短柱茶组存在的歧义。敖成齐等[17 -18]对短柱茶组花
粉形态进行了研究。林秀艳等[19]通过叶解剖特征研究了山茶
组和短柱茶组的组间关系。因此,作为木本食用油主要来源材
料,有必要对短柱茶组的分类进行深入研究。
张宏达和闵天禄系统都是从经典分类学的角度,即以植
物的宏观形态指标作为主要分类依据主观地对短柱茶组种
类进行鉴定和系统学研究,很大程度上限制和影响了短柱茶
组植物的分类和种质资源的利用发展。因此,研究中寻找新
的分类学依据已成为迫在眉睫的工作。果实作为被子植物
特有的繁殖器官,其细胞内的遗传物质较稳定,形态指标不
易受环境因素的影响。基于此,笔者按照张宏达系统,选取
山茶属短柱茶组 10 种植物进行了果实解剖特征研究,并应
用 MVSP软件对短柱茶组进行了主成分分析,旨在为短柱茶
组植物资源的开发和应用提供理论依据。
1 材料与方法
1. 1 材料 选取浙江省金华国际山茶物种园(International
Camellia Species Garden,ICSG,29° 7'N,119° 35'S,海拔40 m)
山茶属短柱茶组共 10 个种为试验材料。每种选取 3 ~ 5 个
果实进行重复试验。分类群按照张宏达分类系统[4]排列。
凭证标本存放于浙江师范大学标本馆(表 1)。
表 1 凭证标本
Table 1 The vouchers of studied sect. Paracamellia species
序号
Order
短柱茶组
sect. Paracamellia
标本编号
No.
日期
Date
1 钝叶短柱茶 C. obtusifolia J. B. Shen 200701122701 2007-11
2 琉球短柱茶 C. miyagii J. B. Shen 200701123001 2007-11
3 长瓣短柱茶 C. grijsii J. B. Shen 200701122001 2007-11
4 小果短柱茶 C. confusa J. B. Shen 200612232201 2006-12
5 落瓣短柱茶 C. kissi J. B. Shen 200701122302 2007-11
6 陕西短柱茶 C. shensiensis J. B. Shen 200701122901 2007-11
7 大姚短柱茶 C. tenii X. Y. Lin 200701283102 2007-12
8 褐枝短柱茶 C. phaeoclada J. B. Shen 200701123602 2007-11
9 攸县油茶 C. yuhsienensis J. B. Shen 200701122102 2007-11
10 窄叶短柱茶 C. fluviatilis X. Y. Lin 200701282401 2007-12
安徽农业科学,Journal of Anhui Agri. Sci. 2011,39(18):10775 - 10777,10810 责任编辑 乔利利 责任校对 况玲玲
DOI:10.13989/j.cnki.0517-6611.2011.18.199
1. 2 方法 常规石蜡制片法制片,在 Motic数码显微镜下观
察果实解剖特征并照相。选取总果皮、外果皮、中果皮和内
果皮厚度、细胞形系数[20],外果皮角质层有无等 19个性状作
为研究特征。定性性状以 0(无)或 1(有)表示,定量性状取
重复平均值。使用 MVSP对 10个样品进行主成分分析。
2 结果与分析
2. 1 在光学显微镜下的果实解剖特征 成熟果实横切面观
察(图 1)显示,山茶属短柱茶组果实细胞排列紧密,可明显
分为外果皮、中果皮和内果皮 3 层,每个物种的厚度不同。
其外果皮很薄,钝叶短柱茶、琉球短柱茶、陕西短柱茶、大姚
短柱茶和褐枝短柱茶均由 1层略扁平的外果皮细胞构成,其
余由 2层细胞构成。除了褐枝短柱茶和攸县油茶的外果皮
外存在蜡质层,其他物种均不具有该结构。中果皮宽广,为
多列薄壁细胞,大小不一。大量薄壁细胞膨大,有 2 种膨大
方式:一种是靠近石细胞周围的薄壁细胞纵向膨大幅度大,
横向较小,形成维管束鞘;另一种是远离石细胞的薄壁细胞
膨大后成椭球形。成熟的短柱茶组物种中果皮有大量石细
胞,石细胞是通过细胞壁次生加厚形成的厚壁细胞,厚壁细
胞细胞壁继续加厚,细胞内容物消失,形成实心体。石细胞
在陕西短柱茶中分布较疏,在琉球短柱茶、小果短柱茶、大姚
短柱茶和攸县油茶中分布密度一般,在其他物种中分布较
密。短柱茶组物种石细胞的大小和形状与薄壁细胞存在显
著差异。石细胞多为等径或略为伸长的细胞,有些具不规则
的分枝成星芒状,也有的较细长。横切面还常见有维管束。
内果皮也称为果皮的远轴表皮层,木质化,在果实成熟时它
通常与果肉分离。种子与内果皮不相连,极易分离。
注:图中材料序号同表 1。EX.外果皮;IX.内果皮;V.维管束;SC.石细胞;PA.薄壁组织。标尺 =50 μm。
Note:The assigned codes are the same as in Table 1. EX. epicarp;EN. Endocarp;V. vascular bundle;SC. stone cells;PA. parenchyma. Scale bar =50
μm.
图 1 山茶属短柱茶组果实横切面观
Fig. 1 Cross sections of fruits of sect. Paracamellia,genus Camellia
图 2 基于 19个果实解剖性状的 10种短柱茶组植物 PCA排序
Fig. 2 PCA scatter diagram of 10 species representing sect. Pa-
racamellia based on 19 fruit anatomical characters
2. 2 基于果实解剖学结构特征的主成分分析 对短柱茶组
10种植物进行了主成分分析(表 2) ,短柱茶组物种在主成分
分析图中的分布较为分散,物种之间的距离较远(图 2) ,显
示出物种之间的较远亲缘关系。不支持闵天禄对短柱茶组
部分物种的合并。
3 讨论
3. 1 短柱茶组植物种的合并及其种质资源开发意义 闵天
禄[1]根据陕西短柱茶、长瓣短柱茶和攸县油茶下表皮有腺点
分布,将长瓣短柱茶归并入攸县油茶,将陕西短柱茶作为攸
县油茶变种。根据 Vijayan等[21]对山茶属 nrITS序列的分子
研究,陕西短柱茶与攸县油茶遗传距离较大,不应该将陕西
短柱茶与攸县油茶合并。该研究结果表明,三者外果皮细
胞、内果皮细胞结构、石细胞密度以及果皮厚度均有明显不
67701 安徽农业科学 2011 年
同,因此不支持将这三者合并。且主成分分析结果也表明,
陕西短柱茶、长瓣短柱茶和攸县油茶三者距离较大,将三者
合并是不合理的。陕西短柱茶、长瓣短柱茶和攸县油茶从染
色体数目研究上看,从二倍体到六倍体均有[22],因此也无法
从细胞学方面获得支持。攸县油茶是理想的油料作物,不能
将陕西短柱茶、长瓣短柱茶当成攸县油茶大面积种植,这可
能会影响到农民的经济效益。陕西短柱茶、长瓣短柱茶果实
的含油量、脂肪酸的组成、碘值和皂化值等生化指标还需要
进一步测定。
闵天禄[1]认为小果短柱茶与落瓣短柱茶的区别仅在于
小果短柱茶叶片较宽大,花也较大,无论从形态特征和分布
规律来看,其作为一个种的证据不足,将小果短柱茶作为落
瓣短柱茶的变种。林秀艳等[19]研究了小果短柱茶和落瓣短
柱茶的叶片解剖特征,两者在叶片总厚度、上下表皮厚度占
叶片厚度的比例、叶柄是否有毛等特征上都存在差异,不支
持两种的合并。该研究结果表明,小果短柱茶与落瓣短柱茶
之间差异很显著,将 2个物种合并是不自然的。市场上存在
着将 2个物种混用的情况,笔者建议应将两者区分开,各自
评价其可供开发利用的价值。
表 2 用于主成分分析的数据矩阵
Table 2 The data matrix used PCA
类群
Taxon
果皮总厚
度∥mm
外果皮
层数∥层
外果皮
厚度∥mm
中果皮
厚度∥mm
内果皮厚
度∥mm
最大石细
胞纵长∥mm
最大石细胞
径长∥mm
最大石细胞
周长∥mm
最大石细
胞面积∥mm2
最大石细
胞石径纵比
1 52 1 0. 8 56. 4 3. 0 13. 3 3. 2 31. 3 11. 8 0. 23
2 64 1 0. 7 60. 9 3. 0 22. 7 3. 9 54. 7 14. 0 0. 17
3 71 2 2. 0 58. 7 10. 9 16. 6 4. 0 32. 9 10. 3 0. 24
4 89 2 1. 7 64. 8 2. 2 31. 0 4. 1 63. 0 19. 4 0. 13
5 73 2 2. 2 64. 7 2. 1 27. 6 8. 3 71. 9 17. 7 0. 30
6 94 1 2. 5 78. 2 5. 2 16. 4 4. 9 36. 6 47. 1 0. 29
7 103 1 0. 7 85. 7 3. 4 22. 5 4. 8 36. 6 25. 8 0. 21
8 100 1 1. 5 75. 5 6. 6 37. 8 4. 7 49. 8 29. 5 0. 13
9 110 1 2. 1 96. 4 14. 1 53. 0 4. 3 121. 0 24. 4 0. 08
10 114 2 1. 6 90. 0 5. 9 26. 4 4. 0 58. 2 21. 0 0. 15
类群
Taxon
最大石细胞
石细胞形系数
薄壁细胞最
大径长∥mm
薄壁细胞最
大纵长∥mm
薄壁细胞最
大周长∥mm
薄壁细胞最
大面积∥mm2
薄壁细
胞径纵比
薄壁细胞细
胞形系数
石细胞密度
(密 0,一般 1,疏 2)
外果皮角质层
有无(无 0,有 1)
1 0. 19 2. 7 5. 0 13. 1 1. 8 0. 55 0. 16 0 0
2 0. 08 3. 1 5. 7 14. 2 1. 9 0. 55 0. 15 1 0
3 0. 15 2. 9 4. 7 12. 1 1. 7 0. 61 0. 18 0 0
4 0. 08 4. 4 4. 7 15. 9 1. 6 0. 94 0. 10 1 0
5 0. 05 2. 9 6. 7 16. 7 1. 6 0. 43 0. 09 0 0
6 0. 56 5. 2 9. 5 26. 0 1. 0 0. 55 0. 02 2 0
7 0. 31 4. 4 6. 8 19. 6 1. 0 0. 65 0. 04 1 0
8 0. 19 4. 6 7. 2 20. 4 1. 3 0. 64 0. 05 0 1
9 0. 03 4. 2 7. 0 18. 9 1. 3 0. 60 0. 06 1 1
10 0. 10 4. 5 5. 8 17. 0 1. 8 0. 78 0. 10 0 0
注:图中材料序号同表 1。
Note:The numbers of taxon are corresponding to those in Table 1.
3. 2 果实解剖特征在系统分类和种质资源开发意义 山茶
属植物类群具有非常相似的外部性状,且性状之间连续性较
强,有时又有性状的交叉情况。张宏达因“具有花小、果小、
雄蕊短”等特征建立短柱茶组[4]。在现有的山茶属分类系统
中描述较模糊,种间界限不清晰,所以在实际标本鉴定中不
易准确把握“种”概念的尺度,错误鉴定的情况较频繁,这为
短柱茶组种质资源的合理开发利用带来了难度。短柱茶组
果实在果皮、中果皮、内果皮、石细胞等特征方面具有一定差
异,可作为短柱茶组植物区分种的参考性状之一。因此,补
充和丰富山茶属植物类群的解剖分类性状很有必要。该研
究肯定果实的解剖学特征对于种间亲缘关系探讨具有一定
意义,同时也为短柱茶组的油料作物开发提供了理论依据。
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(下转第 10810页)
7770139卷 18期 洪思思等 短柱茶组果实解剖特征研究及主成分分析
ley275质谱图库进行鉴定。
1. 2. 4 定量分析方法。通过 HPMSD 化学工作站数据处理
系统,按峰面积归一化法进行定量分析,分析得到各化学成
分在假野菰粘液中的相对含量。
2 结果与分析
2. 1 假野菰粘液的化学成分分析结果 通过对假野菰粘液
进行 GC-MS 分析,共检测到 4 种挥发性成分,鉴定出 2 个。
其成分分析结果见表 1,粘液总离子流图谱见图 2。在鉴定
出的 2 种化合物中,2-(2-丁氧基乙氧基)乙醇相对含量为
36. 6%,正丁基甲基亚砜相对含量为 9. 3%。
图 2 假野菰粘液总离子流图
Fig. 2 Total chromatogram of mucilage in Christisonia hookeri
3 结论与讨论
植物粘液是由细胞壁的纤维素等成分变化而产生的,所
以其主要成分是多糖类。试验结果表明,假野菰粘液挥发油
类成分很少,只检测出 2-(2-丁氧基乙氧基)乙醇和正丁基甲
基亚砜两种,因此今后对于假野菰粘液化学成分的研究应着
重于多糖类物质。
2-(2-丁氧基乙氧基)乙醇被广泛用于工业和基础研
究[3],可应用于环境监测[4]或作为表面活性剂[5]等;正丁基
甲基亚砜属于亚砜化合物,可用于提炼金属[6 -7]或制备杀菌
剂、除草剂和抗肿瘤药物等[8]。试验结果表明假野菰粘液可
作为以上两种化合物的提取原料。
目前有关植物粘液生理功能的研究,主要集中在保护性
和抗逆性上,如保护根冠[9]、维持根系和土壤的接触[10]、保
护脆弱种子不受摩擦损害,有利扎根和固结幼苗[11]、逃避捕
食[12]、适应干旱和贫瘠的生态环境[13 -15]和提高抗冻能力[16]
等。假野菰生长于竹林下或潮湿处,粘液的形成应与抗旱无
关,为进一步探明其生理功能,今后可从抗冻,抵抗竹根化感
作用,为幼胚提供养料,抵御捕食,隔绝空气等 5个方面展开
研究。
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01801 安徽农业科学 2011 年