蠟梅科植物研究進(jìn)展

蠟梅科植物研究進(jìn)展

陳俊宇，著名園林花卉學(xué)者，中國(guó)工程院學(xué)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(dǎo)我走入了園林這個(gè)大家庭,是他堅(jiān)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(dāng)陳先生來(lái)到華中農(nóng)業(yè)大學(xué)首次講述《花卉品種分類學(xué)》的時(shí)候,我就被先生淵博的學(xué)識(shí)、豁達(dá)的為人以及強(qiáng)烈的愛(ài)國(guó)心所感染。1989年,當(dāng)中國(guó)梅花蠟梅協(xié)會(huì)成立以及首屆全國(guó)梅花蠟梅展覽在北京舉辦之際,我有幸參加此次盛會(huì),并且將我碩士期間對(duì)于長(zhǎng)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(huì)上進(jìn)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(duì)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(shí),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(jī)會(huì)聆聽(tīng)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(guó)花卉種質(zhì)資源豐富但利用不足時(shí)的憂慮,介紹其研究的金花茶、地被菊、梅花等我國(guó)特有資源時(shí)的自豪,談?wù)搰?guó)花時(shí)的無(wú)奈,頂著烈日帶著我一起到苗圃地進(jìn)行地被菊的觀測(cè)與新品種選育時(shí)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(shí)地的作風(fēng),在當(dāng)今浮躁的社會(huì)顯得尤其寶貴!感謝陳先生,在我論文選題的過(guò)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(shí)施中,也給了我很大的自由,也正因?yàn)槿绱?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(wú)論是在讀期間還是工作后,先生總能給予學(xué)生持久的關(guān)注與指導(dǎo),他既是嚴(yán)師又是慈父,無(wú)論是在人生還是科研的道路上,他的指導(dǎo)、談話,總能使人有撥云見(jiàn)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(yuǎn)懷念他!謹(jǐn)以此文獻(xiàn)給可親可敬的導(dǎo)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(gè)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(zhēng)議,但目前比較認(rèn)可的觀點(diǎn)是,夏蠟梅屬有美國(guó)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(guó)東海岸與西海岸。該屬另一種夏蠟梅(C.chinensis)為我國(guó)特有,僅分布于浙江省大明山、順溪縣和天臺(tái)縣等地,分布面積小,屬國(guó)家二級(jí)珍稀瀕危植物。蠟梅屬植物為我國(guó)特有屬,雖然關(guān)于其種類存在爭(zhēng)議,但得到公認(rèn)的有4個(gè)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(lái)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(yáng)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(gè)變種更為適宜研究,僅分布于江西安遠(yuǎn)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(gè)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(gè)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(biāo)準(zhǔn)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(kāi)期花被張開(kāi)情況、花香等性狀作為分類標(biāo)準(zhǔn);趙天榜等在《中國(guó)蠟梅》里采用了三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的分類體系,整理出4個(gè)蠟梅品種群、12個(gè)蠟梅品種型、165個(gè)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(gè)性狀確立了蠟梅的四級(jí)分類標(biāo)準(zhǔn),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(jí)分類標(biāo)準(zhǔn);趙凱歌等根據(jù)Q型聚類將原16個(gè)性狀主成分歸納為6個(gè),并提出用中輪花被片長(zhǎng)度代替花徑來(lái)度量花的大小,并將花大小作為蠟梅品種分類的第1級(jí)分類標(biāo)準(zhǔn)。由于蠟梅無(wú)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(duì)來(lái)說(shuō),內(nèi)被片的顏色變化更為明顯,易于應(yīng)用,而且在實(shí)際生產(chǎn)中,也多以此來(lái)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(guó)際栽培植物命名法規(guī)》的規(guī)定。我國(guó)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(gè);孫欽花調(diào)查記載南京蠟梅品種87個(gè);謝貴霞調(diào)查整理武漢蠟梅品種89個(gè)。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(gè)。但總體來(lái)說(shuō),目前記載標(biāo)準(zhǔn)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(lái)看,品種選育主要利用實(shí)生選種、芽變以及雜交的方式。就遠(yuǎn)緣雜交來(lái)看,夏蠟梅屬取得了突破,Lasseigne等成功將夏蠟梅與美國(guó)蠟梅進(jìn)行雜交并從子代中育出一個(gè)優(yōu)良品種,并將其命名為‘HartlageWine’。Ranney和Eaker從夏蠟梅與美國(guó)蠟梅、夏蠟梅與西美蠟梅的雜交后代進(jìn)行雜交而育出新品種‘Venus’,該品種花盛開(kāi)時(shí)大如玉蘭,外被片白色,內(nèi)被片黃紫交錯(cuò),帶有草莓、檸檬等水果香。在美國(guó)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(chǔ)藏期發(fā)芽試驗(yàn)蠟梅科植物的實(shí)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(duì)不同儲(chǔ)藏年限的蠟梅種子作發(fā)芽試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)藏期長(zhǎng),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(chǔ)藏,少數(shù)拌濕沙露天層積儲(chǔ)藏。但干藏的種子應(yīng)避免失水過(guò)多,因?yàn)檫^(guò)于干燥會(huì)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(chǔ)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(dá)90%。春播的時(shí)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(qiáng),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(duì)上述3個(gè)種的生根有較好的促進(jìn)作用,但是距商業(yè)生產(chǎn)還有差距。美國(guó)蠟梅‘Venus’可通過(guò)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(dǎo)生根效果。對(duì)于這些扦插難以生根的種類,以分株法、壓條法、嫁接法應(yīng)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(guò)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(shí)生苗上,成活率達(dá)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(dá)66.2%。通過(guò)組織培養(yǎng)建立快繁體系取得了很多進(jìn)展。蘭偉以夏蠟梅當(dāng)年嫩枝為外植體,應(yīng)用改良MS培養(yǎng)基進(jìn)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(yàn)材料,進(jìn)行組織培養(yǎng)研究發(fā)現(xiàn),增殖培養(yǎng)基應(yīng)采用含有0.5mg/L的6-BAMS培養(yǎng)基,2.0mg/L的IBA則對(duì)生根有最佳促進(jìn)作用,并且0.1%的活性炭可以明顯改良實(shí)驗(yàn)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(jìn)行初代培養(yǎng)、含6-BA1.0mg/L和IBA0.1mg/L的1/2MS培養(yǎng)基進(jìn)行繼代培養(yǎng),含IBA0.1mg/L的1/2MS培養(yǎng)基進(jìn)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(xué)成分分析中4.1揮發(fā)油成分測(cè)定蠟梅花香馥郁,開(kāi)發(fā)前景廣闊。美國(guó)蠟梅花香成分含蒎烯、桉樹(shù)腦、龍腦、乙酸龍腦酯、水楊酸、芳樟醇,其中桉樹(shù)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(lái)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(duì)蠟梅果和葉的揮發(fā)物進(jìn)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(shù)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(xué)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(cè)定了不同花期的揮發(fā)物成分,發(fā)現(xiàn)其含量會(huì)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(kāi)放而減少,乙酸芐酯的含量則是在開(kāi)花末期含量最高。舒任庚等(2010)對(duì)山蠟梅揮發(fā)油成分進(jìn)行測(cè)定,發(fā)現(xiàn)采收時(shí)間對(duì)成分含量影響較大,而提取方法對(duì)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(duì)蠟梅科植物花色色素的研究報(bào)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(guó)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(guó)蠟梅屬與蠟梅屬植物含美洲蠟梅堿和藍(lán)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(yīng)用5.1種群遺傳分化研究陳龍清利用RAPD對(duì)蠟梅屬的11個(gè)自然居群進(jìn)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(lái)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(duì)7個(gè)蠟梅野生種群進(jìn)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(duì)山蠟梅復(fù)合體的遺傳多樣性進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)種群間遺傳分化較明顯。范楚川等對(duì)夏蠟梅的3個(gè)居群進(jìn)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(lái)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(duì)于蠟梅種質(zhì)資源的遺傳多樣性研究也取得進(jìn)展。趙凱歌等首次利用ISSR與RAPD分子標(biāo)記對(duì)不同地域的蠟梅種質(zhì)進(jìn)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(biāo)記間關(guān)聯(lián)沒(méi)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(shuō)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(biāo)記對(duì)不同栽培區(qū)的蠟梅種質(zhì)進(jìn)行分析也得到了相似的結(jié)果。對(duì)于浙江蠟梅(C.zhejiangensis)和突脫蠟梅的分類一直存在爭(zhēng)議。結(jié)合形態(tài)以及分子標(biāo)記分析結(jié)果顯示,葉被有無(wú)白粉和葉形大小這2個(gè)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(duì)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(lái)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(jī)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(kāi)花時(shí)期和器官發(fā)育的調(diào)控基因CpAGL6,ZhangS.H.等克隆了生長(zhǎng)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(cè)序技術(shù),對(duì)蠟梅花發(fā)育不同時(shí)期、不同部位進(jìn)行高通量測(cè)序,對(duì)序列進(jìn)行組裝拼接獲,建立起蠟梅花瓣轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)庫(kù),鑒定出花香萜烯類物質(zhì)合成相關(guān)Unigene286個(gè),花色代謝合成相關(guān)的Unigene105個(gè),生物堿類合成相關(guān)Unigene123個(gè),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(guò)對(duì)目的性狀差異較大的2個(gè)基因型進(jìn)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(shí)驗(yàn)精細(xì)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(duì)茶酒的影響近年來(lái),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(diǎn),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(kāi)發(fā)方面,雍來(lái)云、章永萍等按照畫(huà)梅技法和盆栽觀賞要求培育出的盆景樹(shù)冠枝疏且壯,著花小而稀,頗受人們喜愛(ài),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(huì)展出許多來(lái)自全國(guó)各地的蠟梅盆景。蠟梅花茶是我國(guó)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(jí)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(fēng)散熱、起花復(fù)火、續(xù)窨提花、勻堆裝箱6道工序。龐曉莉等對(duì)窨制工藝中的4個(gè)因素對(duì)蠟梅花品質(zhì)的影響進(jìn)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(shí)間31.30h,其中配花量對(duì)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(kāi)期的蠟梅花為佳。感官審評(píng)結(jié)果表明,盛開(kāi)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(kāi)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(jī)溶劑萃取法、蒸餾溶劑同時(shí)萃取法。除此以