蠟梅科植物研究進展

蠟梅科植物研究進展

陳俊宇，著名園林花卉學者，中國工程院學者。我作為先生培養(yǎng)的博士之一,回首往事,歷歷在目,是他引導我走入了園林這個大家庭,是他堅定了我選擇蠟梅作為主要的研究方向之一的決心,并將之作為畢生奮斗的事業(yè)。1987年,當陳先生來到華中農(nóng)業(yè)大學首次講述《花卉品種分類學》的時候,我就被先生淵博的學識、豁達的為人以及強烈的愛國心所感染。1989年,當中國梅花蠟梅協(xié)會成立以及首屆全國梅花蠟梅展覽在北京舉辦之際,我有幸參加此次盛會,并且將我碩士期間對于長江三峽地區(qū)蠟梅種質(zhì)資源調(diào)查的結(jié)果整理成了一篇論文,在會上進行了交流并得到了先生的肯定,展覽期間,先生旺盛的精力以及對于推廣傳統(tǒng)名花——梅花、蠟梅的拳拳之心給我留下深刻印象,就在那時,我下定決心要考先生的博士研究生,幾經(jīng)蹉跎,直到1995年,我才正式成為先生的博士研究生,因而有機會聆聽先生的教誨,感受他的人格魅力!博士在讀期間,陳先生闡述我國花卉種質(zhì)資源豐富但利用不足時的憂慮,介紹其研究的金花茶、地被菊、梅花等我國特有資源時的自豪,談論國花時的無奈,頂著烈日帶著我一起到苗圃地進行地被菊的觀測與新品種選育時的飽滿熱情,至今還深深地刻在我腦海里,他高屋建瓴的思考、腳踏實地的作風,在當今浮躁的社會顯得尤其寶貴!感謝陳先生,在我論文選題的過程中,讓我繼續(xù)蠟梅方面的研究,并從宏觀方面給了我很多建議,在具體實施中,也給了我很大的自由,也正因為如此,使我能把自己的思考灌注到我的研究中,正是博士期間的研究基礎(chǔ)奠定了我以后的研究方向。無論是在讀期間還是工作后,先生總能給予學生持久的關(guān)注與指導,他既是嚴師又是慈父,無論是在人生還是科研的道路上,他的指導、談話,總能使人有撥云見日的豁朗感,他的去世,使我們失去了一位良師,也使我們失去了一位益友!我們永遠懷念他!謹以此文獻給可親可敬的導師——陳俊愉院士,并作為此文的引言!1蠟梅屬copose蠟梅科(Calycanthaceae)植物有2個屬,分布于亞洲東部和美洲北部,為典型的東亞—北美間斷分布。雖然關(guān)于其分類存在爭議,但目前比較認可的觀點是,夏蠟梅屬有美國蠟梅(CalycanthusFloridus)、西美蠟梅(C.occidentalis)及變種光葉紅(C.floridusvar.oblongifolius),自然分布于美國東海岸與西海岸。該屬另一種夏蠟梅(C.chinensis)為我國特有,僅分布于浙江省大明山、順溪縣和天臺縣等地,分布面積小,屬國家二級珍稀瀕危植物。蠟梅屬植物為我國特有屬,雖然關(guān)于其種類存在爭議,但得到公認的有4個種,其中蠟梅(Chimonanthuspraecox)自然分布于湖北西部、四川東部、湖南西北部及貴州等地區(qū),近年來在陜西南部、河南南部和浙江西北部等地也發(fā)現(xiàn)了野生資源。山蠟梅(C.nitens)自然分布于湖北宜昌,湖南新寧、江華,廣西陽朔、江西南部、福建武夷山及浙江等地。柳葉蠟梅(C.salicifolius)分布于安徽東南部及江西大部分地區(qū)、浙江中南部等山區(qū)。西南蠟梅(C.campanulatus)自然野生分布于云南祿勸、麻栗坡及貴州南部等地。而從目前看,突托蠟梅(C.nitensvar.grammatus)作為一個變種更為適宜研究,僅分布于江西安遠地區(qū)。2基于“二元分類”的蠟梅品種分類研究宋·范成大曾在《梅譜》中記載‘狗蠅’‘磬口’和‘檀香’梅這3個品種,北宋·蘇軾還曾在《次履常蠟梅韻》中提到‘玉蕊和’和‘檀心’2個品種。近代黃岳淵在《花經(jīng)》中根據(jù)花被片的顏色將蠟梅分為素心種和暈心種,歸納了花型的圓瓣、尖瓣、磬口、翻口等變化。在黃岳淵首次提出品種分類體系后,品種分類的標準幾經(jīng)變化。馮菊恩以花期、內(nèi)被片顏色、花徑大小、花被顏色、盛開期花被張開情況、花香等性狀作為分類標準;趙天榜等在《中國蠟梅》里采用了三級標準的分類體系,整理出4個蠟梅品種群、12個蠟梅品種型、165個蠟梅品種;陳龍清等以花的大小、花被片的伸展方式及被片形狀的花型、花被片顏色和內(nèi)被片紫紋4個性狀確立了蠟梅的四級分類標準,而后,又基于“二元分類”確立了新二元分類體系,以種型、花的大小和花內(nèi)被片紫紅色斑紋狀況的三級分類標準;趙凱歌等根據(jù)Q型聚類將原16個性狀主成分歸納為6個,并提出用中輪花被片長度代替花徑來度量花的大小,并將花大小作為蠟梅品種分類的第1級分類標準。由于蠟梅無論是花型、花色、內(nèi)被片的顏色以及花大小均存在連續(xù)變異,但相對來說,內(nèi)被片的顏色變化更為明顯,易于應用,而且在實際生產(chǎn)中,也多以此來辨別蠟梅品種,因而將蠟梅品種分為素心蠟梅品種群(ConcolorGroup)、暈心蠟梅品種群(IntermediusGroup)以及紅心蠟梅品種群(PatensGroup)更為適宜,這也符合《國際栽培植物命名法規(guī)》的規(guī)定。我國蠟梅品種資源較豐富,鄢陵記載有‘金蓮花’蠟梅、‘虎蹄’蠟梅、‘夾心’蠟梅等;盧毅軍等調(diào)查了杭州市的品種,記載品種50個;孫欽花調(diào)查記載南京蠟梅品種87個;謝貴霞調(diào)查整理武漢蠟梅品種89個。本文作者與上海蠟梅研究所合作調(diào)查了嘉定區(qū)的蠟梅品種,記載了蠟梅品種83個。但總體來說,目前記載標準不統(tǒng)一,同物異名、同名異物的現(xiàn)象仍然存在,亟需整理。從目前的研究來看,品種選育主要利用實生選種、芽變以及雜交的方式。就遠緣雜交來看,夏蠟梅屬取得了突破,Lasseigne等成功將夏蠟梅與美國蠟梅進行雜交并從子代中育出一個優(yōu)良品種,并將其命名為‘HartlageWine’。Ranney和Eaker從夏蠟梅與美國蠟梅、夏蠟梅與西美蠟梅的雜交后代進行雜交而育出新品種‘Venus’,該品種花盛開時大如玉蘭,外被片白色,內(nèi)被片黃紫交錯,帶有草莓、檸檬等水果香。在美國蠟梅中,還選育了‘Athens’(花黃色,花香)、‘MichaelLindsey’(花紫紅色,花香)及葉背紫紅色的‘Purpureus’等品種。3蠟梅科植物的繁殖3.1不同儲藏期發(fā)芽試驗蠟梅科植物的實生播種,可采取即播和春播2種方式。即播也就是隨采隨播,發(fā)芽率明顯高于春播,出土期比春播快10倍左右。吳健忠對不同儲藏年限的蠟梅種子作發(fā)芽試驗,發(fā)現(xiàn)儲藏期長,發(fā)芽力明顯降低。如需采用春播的方法,種子可于室溫干燥環(huán)境儲藏,少數(shù)拌濕沙露天層積儲藏。但干藏的種子應避免失水過多,因為過于干燥會影響種皮的透水性致使不易萌發(fā)或失去發(fā)芽力。為打破蠟梅種子的休眠,還可在儲藏期間采用20℃處理12周加5℃處理8周的方式,之后播種于23℃的環(huán)境中發(fā)芽率將高達90%。春播的時間以次年3月中旬為宜,播種前可用清水浸種11~12h,夏蠟梅播種前可用溫水浸種24h以保證較高的出芽率。3.2插難以生根的種類和培養(yǎng)培養(yǎng)基包括傳統(tǒng)的嫁接、扦插、分株等繁殖方式和以組織培養(yǎng)為手段的離體培養(yǎng)快繁技術(shù)。柳葉蠟梅和山蠟梅生根能力強,適用于扦插繁殖,而蠟梅、夏蠟梅、西南蠟梅扦插繁殖難以生根,張若惠發(fā)現(xiàn)用生根粉對上述3個種的生根有較好的促進作用,但是距商業(yè)生產(chǎn)還有差距。美國蠟梅‘Venus’可通過莖扦插生根的方式繁殖,5000~10000ppm吲哚基丁酸的處理有良好的誘導生根效果。對于這些扦插難以生根的種類,以分株法、壓條法、嫁接法應用較多,其中嫁接法是主要的繁殖手段,也是制作盆景的重要方法。顏景惠通過多年的研究成功采用嫩枝腹接的方法將夏蠟梅的嫩枝嫁接倒蠟梅實生苗上,成活率達53%。杜永芹等以上海外岡的優(yōu)良切花蠟梅品種為材料,研究了枝接的切接法和芽接嵌芽接法2種嫁接方法,切接法的成活率高達66.2%。通過組織培養(yǎng)建立快繁體系取得了很多進展。蘭偉以夏蠟梅當年嫩枝為外植體,應用改良MS培養(yǎng)基進行組織培養(yǎng),取得了良好的效果。顧福根篩選出了夏蠟梅嫩枝最佳配比的增殖培養(yǎng)基為MS培養(yǎng)基附加6-BA2.0mg/L和NAA0.1mg/L,而生根培養(yǎng)基則是1/2MS加IBA0.5mg/L較為適宜。Kozomara等以蠟梅春芽為試驗材料,進行組織培養(yǎng)研究發(fā)現(xiàn),增殖培養(yǎng)基應采用含有0.5mg/L的6-BAMS培養(yǎng)基,2.0mg/L的IBA則對生根有最佳促進作用,并且0.1%的活性炭可以明顯改良實驗結(jié)果。陳丹維等以春季和夏季蠟梅基部萌條的頂芽、莖尖、莖段為外植體,選用含6-BA2.0mg/L和ZT0.5mg/L的MS培養(yǎng)基進行初代培養(yǎng)、含6-BA1.0mg/L和IBA0.1mg/L的1/2MS培養(yǎng)基進行繼代培養(yǎng),含IBA0.1mg/L的1/2MS培養(yǎng)基進行生根培養(yǎng),從而建立了蠟梅快繁體系。4在蠟梅科植物化學成分分析中4.1揮發(fā)油成分測定蠟梅花香馥郁,開發(fā)前景廣闊。美國蠟梅花香成分含蒎烯、桉樹腦、龍腦、乙酸龍腦酯、水楊酸、芳樟醇,其中桉樹腦是主要成分。蠟梅屬植物含有葉蒎烯、桉葉素、檸檬烯、芳樟醇、樟腦、龍腦、異龍腦,其中蠟梅的花香揮發(fā)物主要成分有水楊酸甲酯、芳樟醇、苯甲醇、欖香醇、石竹烯和欖香烯等。蠟梅科植物的果和葉中也存在著大量揮發(fā)物。Akhlaghi從光葉紅蠟梅葉精油中鑒定出來13種成分,主要成分為前蓋介烯B、異龍腦甲基乙酸乙酯、醋酸冰片酯和莰烯等。Wang等對蠟梅果和葉的揮發(fā)物進行了提取和分離鑒定,得到了5種倍半萜,2種苯丙氨酸化合物。詹忠根從山蠟梅的葉揮發(fā)油中主要含萜類化合物,以桉葉醇含量最高。史小娟等發(fā)現(xiàn)柳葉蠟梅葉揮發(fā)油主要含黑蟻素、桉樹腦等。夏蠟梅葉精油中存在揮發(fā)物質(zhì),其中倍半萜類含量最高,如香葉醇乙酸酯、萜品醇、欖香烯等,還有較多的含氮化合物。曹耀等以蠟梅花蕾為材料,利用2種不同萃取條件的超臨界CO2分離并鑒定其中45種化學成分,并發(fā)現(xiàn)不同萃取條件下蠟梅花蕾揮發(fā)油成分差異明顯。Li等測定了不同花期的揮發(fā)物成分,發(fā)現(xiàn)其含量會隨花期的不同而改變,如芳樟醇,水楊酸甲酯的含量在花芽期最大并隨著花的開放而減少,乙酸芐酯的含量則是在開花末期含量最高。舒任庚等(2010)對山蠟梅揮發(fā)油成分進行測定,發(fā)現(xiàn)采收時間對成分含量影響較大,而提取方法對成分組成有一定的影響。4.2花青苷類化合物蠟梅科植物的非揮發(fā)性成分有生物堿、香豆素類、黃酮類等,其中黃酮類是花色合成物質(zhì)的重要組成部分。目前對蠟梅科植物花色色素的研究報道不多,初步鑒定分析,其主要成分是類黃酮類和花青素類物質(zhì)。美國蠟梅花被片色素成分含花青苷類化合物,蠟梅和山蠟梅花中被片主要含類黃酮,內(nèi)被片含花青苷和類黃酮的混合物。其中花青苷為:矢車菊素3-O-葡萄糖苷和矢車菊素3-O-蕓香糖苷;黃酮醇為:槲皮素3-O-蕓香糖苷、山奈酚3-O-蕓香糖苷和槲皮素苷元。蠟梅科植物因富含豐富的生物堿、香豆素而大多被作為藥用植物。例如,美國蠟梅屬與蠟梅屬植物含美洲蠟梅堿和藍肌醇,柳葉蠟梅和西南蠟梅的葉含桉葉素、龍瑙及茨烯,山蠟梅的葉含有蠟梅堿、槲皮素、山萘酚,蠟梅種子中含蠟梅堿(D-Calycanthine)和葉坎生(L-folicanthine),果和葉中含多種聚胺類生物堿、配糖類生物堿,還有根含東莨菪素和東莨菪苷。5酶技術(shù)在蠟屬研究中的應用5.1種群遺傳分化研究陳龍清利用RAPD對蠟梅屬的11個自然居群進行遺傳多樣性分析,發(fā)現(xiàn)蠟梅居群間分化不明顯,居群間基因交流頻率較其他種更為頻繁,其變異主要來自居群內(nèi),而在山蠟梅、柳葉蠟梅以及西南蠟梅中則不一樣。趙冰和張啟翔對7個蠟梅野生種群進行AFLP分析,結(jié)果表明蠟梅不同種群間有一定的基因交流,種群間出現(xiàn)一定程度的遺傳分化,種群內(nèi)遺傳變異大于種群間遺傳變異。周明芹、李響等利用AFLP、RAPD等對山蠟梅復合體的遺傳多樣性進行了研究,發(fā)現(xiàn)種群間遺傳分化較明顯。范楚川等對夏蠟梅的3個居群進行RAPD分析,發(fā)現(xiàn)夏蠟梅的遺傳多樣性情況與蠟梅、山蠟梅居群相似,變異主要來自于居群內(nèi),居群間也出現(xiàn)了一定程度的分化,并分析了其瀕危原因,提出了保育策略。對于蠟梅種質(zhì)資源的遺傳多樣性研究也取得進展。趙凱歌等首次利用ISSR與RAPD分子標記對不同地域的蠟梅種質(zhì)進行了分析,聚類結(jié)果表明蠟梅花色、花大小和被片形狀與分子標記間關(guān)聯(lián)沒有規(guī)律,發(fā)現(xiàn)了某些品種的特異性帶和特異性缺失帶,說明利用分子技術(shù)鑒定蠟梅品種有可行性。周明芹等利用AFLP標記對不同栽培區(qū)的蠟梅種質(zhì)進行分析也得到了相似的結(jié)果。對于浙江蠟梅(C.zhejiangensis)和突脫蠟梅的分類一直存在爭議。結(jié)合形態(tài)以及分子標記分析結(jié)果顯示,葉被有無白粉和葉形大小這2個性狀還不足以成為新種成立的依據(jù),支持將后兩者歸并入山蠟梅。5.2對相關(guān)基因組織的調(diào)控蠟梅基因的分子克隆研究近年來發(fā)展迅速,向林等克隆出了花香關(guān)鍵基因倍半萜類化合物前體法呢基焦磷酸的合成酶CpFPPS和水楊酸羧基位轉(zhuǎn)移酶CpSAMT,為研究蠟梅科植物花香散發(fā)機理、生物合成以及品種選育改良提供基礎(chǔ)。眭順照等克隆獲得了與抗蚜和抗蛞蝓相關(guān)蠟梅凝集素基因,并鑒定出9條與抗寒相關(guān)的候選基因片段、11條花發(fā)育相關(guān)的候選基因片段。此外,Wang等克隆得到了開花時期和器官發(fā)育的調(diào)控基因CpAGL6,ZhangS.H.等克隆了生長發(fā)育和抗凍害相關(guān)的質(zhì)基丁質(zhì)酶基因CpCHT1,ZhangL.H.克隆了抗旱相關(guān)的硫酯酶基因CpFATB等。為了獲得大量的候選基因片段序列,楊楠等以研究蠟梅花香花色為目的,采用轉(zhuǎn)錄組測序技術(shù),對蠟梅花發(fā)育不同時期、不同部位進行高通量測序,對序列進行組裝拼接獲,建立起蠟梅花瓣轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)庫,鑒定出花香萜烯類物質(zhì)合成相關(guān)Unigene286個,花色代謝合成相關(guān)的Unigene105個,生物堿類合成相關(guān)Unigene123個,為后期花香花色關(guān)鍵基因的克隆分離鑒定指明了方向。為了探尋未知的關(guān)鍵基因,陳丹維等以研究花色、花香和花型為目的,通過對目的性狀差異較大的2個基因型進行雜交,構(gòu)建擬側(cè)交F1代作圖群體,從而獲得了第一張蠟梅遺傳連鎖框架圖譜,作為后期實驗精細作圖、QTL分析、關(guān)鍵基因分子克隆的重要基礎(chǔ)。6工藝參數(shù)對茶酒的影響近年來,將蠟梅專類園的建設(shè)與產(chǎn)業(yè)示范、休閑觀光相結(jié)合成為熱點,成都的幸福梅林、上海的外岡蠟梅園等均發(fā)展迅速。在蠟梅盆景開發(fā)方面,雍來云、章永萍等按照畫梅技法和盆栽觀賞要求培育出的盆景樹冠枝疏且壯,著花小而稀,頗受人們喜愛,在河南鄢陵、湖北?？?、重慶、成都等地每年都有大量的盆景或樁景出售。每2年一度的梅花蠟梅節(jié)會展出許多來自全國各地的蠟梅盆景。蠟梅花茶是我國特產(chǎn)的稀有花茶類別,有關(guān)蠟梅花茶加工技術(shù)的研究已有30年的歷史。重慶市茶葉研究所以生產(chǎn)的春季針形名優(yōu)綠茶“永川秀芽”一級為素坯,配以適量的蠟梅花,加工工藝包括鮮花采收和處理、茶花拼和、通風散熱、起花復火、續(xù)窨提花、勻堆裝箱6道工序。龐曉莉等對窨制工藝中的4個因素對蠟梅花品質(zhì)的影響進行了研究,得出工藝參數(shù)的最優(yōu)組合為:茶坯含水量11.00%、配花量43.10%、窨制溫度11~12℃、窨制時間31.30h,其中配花量對花茶品質(zhì)的影響最大。在蠟梅花材的選擇上,則以素心盛開期的蠟梅花為佳。感官審評結(jié)果表明,盛開期的素心蠟梅和喬種蠟梅鮮花釀制的花茶鮮靈、幽香持久而且滋味鮮醇,而紅心品種則不適用于蠟梅花茶的生產(chǎn)。蠟梅也是極佳的香精、精油和香水的原料,在保健、美容、農(nóng)業(yè)和食品工業(yè)等方面具有開發(fā)潛力。蠟梅精油的提取方法較多采用水蒸氣蒸餾法、有機溶劑萃取法、蒸餾溶劑同時萃取法。除此以