蜡梅科植物研究进展

蜡梅科植物研究进展

陈俊宇，著名园林花卉学者，中国工程院学者。我作为先生培养的博士之一,回首往事,历历在目,是他引导我走入了园林这个大家庭,是他坚定了我选择蜡梅作为主要的研究方向之一的决心,并将之作为毕生奋斗的事业。1987年,当陈先生来到华中农业大学首次讲述《花卉品种分类学》的时候,我就被先生渊博的学识、豁达的为人以及强烈的爱国心所感染。1989年,当中国梅花蜡梅协会成立以及首届全国梅花蜡梅展览在北京举办之际,我有幸参加此次盛会,并且将我硕士期间对于长江三峡地区蜡梅种质资源调查的结果整理成了一篇论文,在会上进行了交流并得到了先生的肯定,展览期间,先生旺盛的精力以及对于推广传统名花——梅花、蜡梅的拳拳之心给我留下深刻印象,就在那时,我下定决心要考先生的博士研究生,几经蹉跎,直到1995年,我才正式成为先生的博士研究生,因而有机会聆听先生的教诲,感受他的人格魅力!博士在读期间,陈先生阐述我国花卉种质资源丰富但利用不足时的忧虑,介绍其研究的金花茶、地被菊、梅花等我国特有资源时的自豪,谈论国花时的无奈,顶着烈日带着我一起到苗圃地进行地被菊的观测与新品种选育时的饱满热情,至今还深深地刻在我脑海里,他高屋建瓴的思考、脚踏实地的作风,在当今浮躁的社会显得尤其宝贵!感谢陈先生,在我论文选题的过程中,让我继续蜡梅方面的研究,并从宏观方面给了我很多建议,在具体实施中,也给了我很大的自由,也正因为如此,使我能把自己的思考灌注到我的研究中,正是博士期间的研究基础奠定了我以后的研究方向。无论是在读期间还是工作后,先生总能给予学生持久的关注与指导,他既是严师又是慈父,无论是在人生还是科研的道路上,他的指导、谈话,总能使人有拨云见日的豁朗感,他的去世,使我们失去了一位良师,也使我们失去了一位益友!我们永远怀念他!谨以此文献给可亲可敬的导师——陈俊愉院士,并作为此文的引言!1蜡梅属copose蜡梅科(Calycanthaceae)植物有2个属,分布于亚洲东部和美洲北部,为典型的东亚—北美间断分布。虽然关于其分类存在争议,但目前比较认可的观点是,夏蜡梅属有美国蜡梅(CalycanthusFloridus)、西美蜡梅(C.occidentalis)及变种光叶红(C.floridusvar.oblongifolius),自然分布于美国东海岸与西海岸。该属另一种夏蜡梅(C.chinensis)为我国特有,仅分布于浙江省大明山、顺溪县和天台县等地,分布面积小,属国家二级珍稀濒危植物。蜡梅属植物为我国特有属,虽然关于其种类存在争议,但得到公认的有4个种,其中蜡梅(Chimonanthuspraecox)自然分布于湖北西部、四川东部、湖南西北部及贵州等地区,近年来在陕西南部、河南南部和浙江西北部等地也发现了野生资源。山蜡梅(C.nitens)自然分布于湖北宜昌,湖南新宁、江华,广西阳朔、江西南部、福建武夷山及浙江等地。柳叶蜡梅(C.salicifolius)分布于安徽东南部及江西大部分地区、浙江中南部等山区。西南蜡梅(C.campanulatus)自然野生分布于云南禄劝、麻栗坡及贵州南部等地。而从目前看,突托蜡梅(C.nitensvar.grammatus)作为一个变种更为适宜研究,仅分布于江西安远地区。2基于“二元分类”的蜡梅品种分类研究宋·范成大曾在《梅谱》中记载‘狗蝇’‘磬口’和‘檀香’梅这3个品种,北宋·苏轼还曾在《次履常蜡梅韵》中提到‘玉蕊和’和‘檀心’2个品种。近代黄岳渊在《花经》中根据花被片的颜色将蜡梅分为素心种和晕心种,归纳了花型的圆瓣、尖瓣、磬口、翻口等变化。在黄岳渊首次提出品种分类体系后,品种分类的标准几经变化。冯菊恩以花期、内被片颜色、花径大小、花被颜色、盛开期花被张开情况、花香等性状作为分类标准;赵天榜等在《中国蜡梅》里采用了三级标准的分类体系,整理出4个蜡梅品种群、12个蜡梅品种型、165个蜡梅品种;陈龙清等以花的大小、花被片的伸展方式及被片形状的花型、花被片颜色和内被片紫纹4个性状确立了蜡梅的四级分类标准,而后,又基于“二元分类”确立了新二元分类体系,以种型、花的大小和花内被片紫红色斑纹状况的三级分类标准;赵凯歌等根据Q型聚类将原16个性状主成分归纳为6个,并提出用中轮花被片长度代替花径来度量花的大小,并将花大小作为蜡梅品种分类的第1级分类标准。由于蜡梅无论是花型、花色、内被片的颜色以及花大小均存在连续变异,但相对来说,内被片的颜色变化更为明显,易于应用,而且在实际生产中,也多以此来辨别蜡梅品种,因而将蜡梅品种分为素心蜡梅品种群(ConcolorGroup)、晕心蜡梅品种群(IntermediusGroup)以及红心蜡梅品种群(PatensGroup)更为适宜,这也符合《国际栽培植物命名法规》的规定。我国蜡梅品种资源较丰富,鄢陵记载有‘金莲花’蜡梅、‘虎蹄’蜡梅、‘夹心’蜡梅等;卢毅军等调查了杭州市的品种,记载品种50个;孙钦花调查记载南京蜡梅品种87个;谢贵霞调查整理武汉蜡梅品种89个。本文作者与上海蜡梅研究所合作调查了嘉定区的蜡梅品种,记载了蜡梅品种83个。但总体来说,目前记载标准不统一,同物异名、同名异物的现象仍然存在,亟需整理。从目前的研究来看,品种选育主要利用实生选种、芽变以及杂交的方式。就远缘杂交来看,夏蜡梅属取得了突破,Lasseigne等成功将夏蜡梅与美国蜡梅进行杂交并从子代中育出一个优良品种,并将其命名为‘HartlageWine’。Ranney和Eaker从夏蜡梅与美国蜡梅、夏蜡梅与西美蜡梅的杂交后代进行杂交而育出新品种‘Venus’,该品种花盛开时大如玉兰,外被片白色,内被片黄紫交错,带有草莓、柠檬等水果香。在美国蜡梅中,还选育了‘Athens’(花黄色,花香)、‘MichaelLindsey’(花紫红色,花香)及叶背紫红色的‘Purpureus’等品种。3蜡梅科植物的繁殖3.1不同储藏期发芽试验蜡梅科植物的实生播种,可采取即播和春播2种方式。即播也就是随采随播,发芽率明显高于春播,出土期比春播快10倍左右。吴健忠对不同储藏年限的蜡梅种子作发芽试验,发现储藏期长,发芽力明显降低。如需采用春播的方法,种子可于室温干燥环境储藏,少数拌湿沙露天层积储藏。但干藏的种子应避免失水过多,因为过于干燥会影响种皮的透水性致使不易萌发或失去发芽力。为打破蜡梅种子的休眠,还可在储藏期间采用20℃处理12周加5℃处理8周的方式,之后播种于23℃的环境中发芽率将高达90%。春播的时间以次年3月中旬为宜,播种前可用清水浸种11~12h,夏蜡梅播种前可用温水浸种24h以保证较高的出芽率。3.2插难以生根的种类和培养培养基包括传统的嫁接、扦插、分株等繁殖方式和以组织培养为手段的离体培养快繁技术。柳叶蜡梅和山蜡梅生根能力强,适用于扦插繁殖,而蜡梅、夏蜡梅、西南蜡梅扦插繁殖难以生根,张若惠发现用生根粉对上述3个种的生根有较好的促进作用,但是距商业生产还有差距。美国蜡梅‘Venus’可通过茎扦插生根的方式繁殖,5000~10000ppm吲哚基丁酸的处理有良好的诱导生根效果。对于这些扦插难以生根的种类,以分株法、压条法、嫁接法应用较多,其中嫁接法是主要的繁殖手段,也是制作盆景的重要方法。颜景惠通过多年的研究成功采用嫩枝腹接的方法将夏蜡梅的嫩枝嫁接倒蜡梅实生苗上,成活率达53%。杜永芹等以上海外冈的优良切花蜡梅品种为材料,研究了枝接的切接法和芽接嵌芽接法2种嫁接方法,切接法的成活率高达66.2%。通过组织培养建立快繁体系取得了很多进展。兰伟以夏蜡梅当年嫩枝为外植体,应用改良MS培养基进行组织培养,取得了良好的效果。顾福根筛选出了夏蜡梅嫩枝最佳配比的增殖培养基为MS培养基附加6-BA2.0mg/L和NAA0.1mg/L,而生根培养基则是1/2MS加IBA0.5mg/L较为适宜。Kozomara等以蜡梅春芽为试验材料,进行组织培养研究发现,增殖培养基应采用含有0.5mg/L的6-BAMS培养基,2.0mg/L的IBA则对生根有最佳促进作用,并且0.1%的活性炭可以明显改良实验结果。陈丹维等以春季和夏季蜡梅基部萌条的顶芽、茎尖、茎段为外植体,选用含6-BA2.0mg/L和ZT0.5mg/L的MS培养基进行初代培养、含6-BA1.0mg/L和IBA0.1mg/L的1/2MS培养基进行继代培养,含IBA0.1mg/L的1/2MS培养基进行生根培养,从而建立了蜡梅快繁体系。4在蜡梅科植物化学成分分析中4.1挥发油成分测定蜡梅花香馥郁,开发前景广阔。美国蜡梅花香成分含蒎烯、桉树脑、龙脑、乙酸龙脑酯、水杨酸、芳樟醇,其中桉树脑是主要成分。蜡梅属植物含有叶蒎烯、桉叶素、柠檬烯、芳樟醇、樟脑、龙脑、异龙脑,其中蜡梅的花香挥发物主要成分有水杨酸甲酯、芳樟醇、苯甲醇、榄香醇、石竹烯和榄香烯等。蜡梅科植物的果和叶中也存在着大量挥发物。Akhlaghi从光叶红蜡梅叶精油中鉴定出来13种成分,主要成分为前盖介烯B、异龙脑甲基乙酸乙酯、醋酸冰片酯和莰烯等。Wang等对蜡梅果和叶的挥发物进行了提取和分离鉴定,得到了5种倍半萜,2种苯丙氨酸化合物。詹忠根从山蜡梅的叶挥发油中主要含萜类化合物,以桉叶醇含量最高。史小娟等发现柳叶蜡梅叶挥发油主要含黑蚁素、桉树脑等。夏蜡梅叶精油中存在挥发物质,其中倍半萜类含量最高,如香叶醇乙酸酯、萜品醇、榄香烯等,还有较多的含氮化合物。曹耀等以蜡梅花蕾为材料,利用2种不同萃取条件的超临界CO2分离并鉴定其中45种化学成分,并发现不同萃取条件下蜡梅花蕾挥发油成分差异明显。Li等测定了不同花期的挥发物成分,发现其含量会随花期的不同而改变,如芳樟醇,水杨酸甲酯的含量在花芽期最大并随着花的开放而减少,乙酸苄酯的含量则是在开花末期含量最高。舒任庚等(2010)对山蜡梅挥发油成分进行测定,发现采收时间对成分含量影响较大,而提取方法对成分组成有一定的影响。4.2花青苷类化合物蜡梅科植物的非挥发性成分有生物碱、香豆素类、黄酮类等,其中黄酮类是花色合成物质的重要组成部分。目前对蜡梅科植物花色色素的研究报道不多,初步鉴定分析,其主要成分是类黄酮类和花青素类物质。美国蜡梅花被片色素成分含花青苷类化合物,蜡梅和山蜡梅花中被片主要含类黄酮,内被片含花青苷和类黄酮的混合物。其中花青苷为:矢车菊素3-O-葡萄糖苷和矢车菊素3-O-芸香糖苷;黄酮醇为:槲皮素3-O-芸香糖苷、山奈酚3-O-芸香糖苷和槲皮素苷元。蜡梅科植物因富含丰富的生物碱、香豆素而大多被作为药用植物。例如,美国蜡梅属与蜡梅属植物含美洲蜡梅碱和蓝肌醇,柳叶蜡梅和西南蜡梅的叶含桉叶素、龙瑙及茨烯,山蜡梅的叶含有蜡梅碱、槲皮素、山萘酚,蜡梅种子中含蜡梅碱(D-Calycanthine)和叶坎生(L-folicanthine),果和叶中含多种聚胺类生物碱、配糖类生物碱,还有根含东莨菪素和东莨菪苷。5酶技术在蜡属研究中的应用5.1种群遗传分化研究陈龙清利用RAPD对蜡梅属的11个自然居群进行遗传多样性分析,发现蜡梅居群间分化不明显,居群间基因交流频率较其他种更为频繁,其变异主要来自居群内,而在山蜡梅、柳叶蜡梅以及西南蜡梅中则不一样。赵冰和张启翔对7个蜡梅野生种群进行AFLP分析,结果表明蜡梅不同种群间有一定的基因交流,种群间出现一定程度的遗传分化,种群内遗传变异大于种群间遗传变异。周明芹、李响等利用AFLP、RAPD等对山蜡梅复合体的遗传多样性进行了研究,发现种群间遗传分化较明显。范楚川等对夏蜡梅的3个居群进行RAPD分析,发现夏蜡梅的遗传多样性情况与蜡梅、山蜡梅居群相似,变异主要来自于居群内,居群间也出现了一定程度的分化,并分析了其濒危原因,提出了保育策略。对于蜡梅种质资源的遗传多样性研究也取得进展。赵凯歌等首次利用ISSR与RAPD分子标记对不同地域的蜡梅种质进行了分析,聚类结果表明蜡梅花色、花大小和被片形状与分子标记间关联没有规律,发现了某些品种的特异性带和特异性缺失带,说明利用分子技术鉴定蜡梅品种有可行性。周明芹等利用AFLP标记对不同栽培区的蜡梅种质进行分析也得到了相似的结果。对于浙江蜡梅(C.zhejiangensis)和突脱蜡梅的分类一直存在争议。结合形态以及分子标记分析结果显示,叶被有无白粉和叶形大小这2个性状还不足以成为新种成立的依据,支持将后两者归并入山蜡梅。5.2对相关基因组织的调控蜡梅基因的分子克隆研究近年来发展迅速,向林等克隆出了花香关键基因倍半萜类化合物前体法呢基焦磷酸的合成酶CpFPPS和水杨酸羧基位转移酶CpSAMT,为研究蜡梅科植物花香散发机理、生物合成以及品种选育改良提供基础。眭顺照等克隆获得了与抗蚜和抗蛞蝓相关蜡梅凝集素基因,并鉴定出9条与抗寒相关的候选基因片段、11条花发育相关的候选基因片段。此外,Wang等克隆得到了开花时期和器官发育的调控基因CpAGL6,ZhangS.H.等克隆了生长发育和抗冻害相关的质基丁质酶基因CpCHT1,ZhangL.H.克隆了抗旱相关的硫酯酶基因CpFATB等。为了获得大量的候选基因片段序列,杨楠等以研究蜡梅花香花色为目的,采用转录组测序技术,对蜡梅花发育不同时期、不同部位进行高通量测序,对序列进行组装拼接获,建立起蜡梅花瓣转录组数据库,鉴定出花香萜烯类物质合成相关Unigene286个,花色代谢合成相关的Unigene105个,生物碱类合成相关Unigene123个,为后期花香花色关键基因的克隆分离鉴定指明了方向。为了探寻未知的关键基因,陈丹维等以研究花色、花香和花型为目的,通过对目的性状差异较大的2个基因型进行杂交,构建拟侧交F1代作图群体,从而获得了第一张蜡梅遗传连锁框架图谱,作为后期实验精细作图、QTL分析、关键基因分子克隆的重要基础。6工艺参数对茶酒的影响近年来,将蜡梅专类园的建设与产业示范、休闲观光相结合成为热点,成都的幸福梅林、上海的外冈蜡梅园等均发展迅速。在蜡梅盆景开发方面,雍来云、章永萍等按照画梅技法和盆栽观赏要求培育出的盆景树冠枝疏且壮,着花小而稀,颇受人们喜爱,在河南鄢陵、湖北保康、重庆、成都等地每年都有大量的盆景或桩景出售。每2年一度的梅花蜡梅节会展出许多来自全国各地的蜡梅盆景。蜡梅花茶是我国特产的稀有花茶类别,有关蜡梅花茶加工技术的研究已有30年的历史。重庆市茶叶研究所以生产的春季针形名优绿茶“永川秀芽”一级为素坯,配以适量的蜡梅花,加工工艺包括鲜花采收和处理、茶花拼和、通风散热、起花复火、续窨提花、匀堆装箱6道工序。庞晓莉等对窨制工艺中的4个因素对蜡梅花品质的影响进行了研究,得出工艺参数的最优组合为:茶坯含水量11.00%、配花量43.10%、窨制温度11~12℃、窨制时间31.30h,其中配花量对花茶品质的影响最大。在蜡梅花材的选择上,则以素心盛开期的蜡梅花为佳。感官审评结果表明,盛开期的素心蜡梅和乔种蜡梅鲜花酿制的花茶鲜灵、幽香持久而且滋味鲜醇,而红心品种则不适用于蜡梅花茶的生产。蜡梅也是极佳的香精、精油和香水的原料,在保健、美容、农业和食品工业等方面具有开发潜力。蜡梅精油的提取方法较多采用水蒸气蒸馏法、有机溶剂萃取法、蒸馏溶剂同时萃取法。除此以