茶树花芽分化解剖与形态学研究

施雁飞，　游新才，　张　逸，　吕天航，　张今今*

(1　陕西师范大学　生命科学学院，秦巴山区可持续发展协同创新中心，陕西　西安　710119；

2　陕西省紫阳县茶叶研究所，　陕西　紫阳　725300)



茶树花芽分化解剖与形态学研究

施雁飞1，游新才2，张逸1，吕天航1，张今今1*

(1陕西师范大学生命科学学院，秦巴山区可持续发展协同创新中心，陕西西安710119；

2陕西省紫阳县茶叶研究所，陕西紫阳725300)

摘要：以陕西地方茶树紫阳群体种中的代表性种质‘紫阳槠叶种’为材料，采用石蜡切片法对花芽形成和分化过程进行解剖观察。结果表明：‘紫阳槠叶种’花芽分化始于5月中旬，至6月下旬结束，10月中旬达到盛花期；花芽分化过程可分为：花芽分化初期、萼片原基形成期、花瓣原基形成期、雄蕊原基形成期和雌蕊原基形成期等五个时期。

关键词：茶树；花芽分化；解剖结构

茶树[Camelliasinensis(L.)O.Kuntze]为山茶科山茶属植物，是我国重要的叶用经济作物。茶树花芽大多是每年5月下旬在当年或隔年生枝条的叶腋间陆续分化，10—11月进入盛花期，次年果实成熟。从花芽分化到种子成熟，花、蕾、果共存时间长达15~16个月[1]。茶树这种全年持续的生殖生长必然会争夺过多的光合产物和能量，大量消耗根部吸收的无机养分，对叶片的营养生长造成不必要的竞争[2]。因此，有必要对茶树的花芽分化及花发育规律加以研究。目前对茶树花的研究虽已达到分子水平[3-6]，但是对花芽分化及花器官发育过程的形态学研究仅见江昌俊、郭元超、严学成等[7-9]，仍缺乏茶树花芽分化及花器官发育过程的解剖结构及花芽形态特征等方面详尽的数据。

本研究以陕西地方茶树紫阳群体种中的代表种质‘紫阳槠叶种’(Camelliasinensiscv.Ziyangzhong)为材料[10-11]，针对茶树芽体包裹紧实、难以透蜡的特点，采用改进的石蜡切片法结合花发育过程形态特征研究，掌握茶树花芽分化规律和特征，以期为茶树的系统分类学、花发育分子调控机制及花发育基因的克隆和分子进化提供准确的解剖结构和形态学依据。

1材料和方法

1.1　供试材料

供试材料为紫阳群体中的代表性种质‘紫阳槠叶种’，采自陕西省安康市紫阳县茶叶研究所种质资源圃。该地区终年温暖湿润，属北亚热带季风湿润气候。年平均气温15.1℃，≥10℃积温为4691.8℃，有霜期历年平均仅31.2d，极端最低气温-7.6℃，年平均降水量1127.8mm，年平均日照1606.8h。

选取长势良好、无病虫害发生的5年生植株，在当年生新梢上随机选取8~10个大小相似、发育时期一致的花芽。从5月起开始采样，至花芽外部形态明显膨突后，每3d采样一次，至9月中旬花蕾露白后停止。用游标卡尺测量芽头直径，记录花芽的外部形态特征后均立即用FAA固定液(70%乙醇∶福尔马林∶冰醋酸=90∶5∶5)保存。

1.2　实验方法

将材料带回实验室后立即用真空泵抽气处理，采用常规石蜡切片法制片[12]，并针对茶树芽体包裹紧实、难以透蜡的特点加以改进：材料脱水之前用20%盐酸软化24h，流水冲洗1~2d后制作石蜡切片，切片厚10μm，番红-固绿染色法染色，加拿大中性树胶封片，LEICADM5000B显微镜观察并照相。

2结果与分析

2.1　花芽形成及分化时期

茶树花为两性花，春梢生长停止后开始萌发出花芽。在未分化期，属于营养生长阶段，此时茎尖生长点顶端较尖呈锥形(图1a)。进入生殖生长阶段后，根据茶树茎尖生长锥形态变化及各轮花器原基形成特点，将茶树花芽形成和分化过程分为五个时期。

2.1.1分化初期5月上旬到中旬为花芽分化初期，顶端分生组织开始向生殖生长转变。在分化初期前期，生长点细胞进行纵向分裂，顶端分生组织逐渐扩展变宽，生长锥为略向上突出的平滑圆弧形，基部生长有最后一次分裂活动产生的舌状叶原基(图1b,c)。到分化初期后期，生长锥已拓展较宽，高度较小，两侧分生组织生长较快，中央部位呈凹陷形(图1d)。

图1　　‘紫阳槠叶种’叶芽与花芽分化过程Fig.1　Foliar　bud　and　the　process　of　floral　bud　differentiationa.　‘紫阳槠叶种’叶芽，×100；b、c.分化初期前期，×100，×200；d.分化初期后期，×200；e、f.萼片原基形成期，×200，×100；g、h.花瓣原基形成期，×200，×100；i、j.雄蕊原基形成期，×200，×200；k、l.雌蕊原基形成期，×200，×200(a、b、f、h示整体外观图)。V：生长锥；LP：叶原基；SE：萼片原基；PE：花瓣原基；ST：雄蕊原基；PI：雌蕊原基。

2.1.2萼片原基形成期5月下旬至6月上旬进入萼片原基形成期，由于生长锥外层细胞分裂速度较快，促使生长锥外围形成突起，形成萼片原基(图1e)，随后萼片原基伸长并向内弯曲，生长锥继续加宽(图1f)。处于萼片原基形成期的生长锥相对较小，细胞染色较深。

2.1.3花瓣原基形成期6月上旬到中旬，萼片原基进一步伸长生长的同时，萼片内侧生长点开始分化形成新一轮突起，发育成为花瓣原基(图1g)。在花瓣原基形成期中，生长锥持续加宽，中央部位略向下凹陷(图1h)。

2.1.4雄蕊原基形成期6月中旬到下旬，萼片和花瓣继续向上伸长，生长锥持续加宽，在生长锥外侧的生长点形成大而宽、顶端浑圆完整的雄蕊原基(图1i)，随后雄蕊原基顶部由内向外纵向分裂为2~3个突起，呈同心圆状排列(图1j,k)。

2.1.5雌蕊原基形成期6月下旬随着雄蕊原基逐层分裂，在第一层分裂的内侧开始形成较宽大的突起，即雌蕊原基。雌蕊原基形成后快速分化生长，高度很快超过逐层分裂的雄蕊原基(图1l)。雌蕊原基形成后，花芽分化过程完成，进入花器官发育阶段。

2.2　茶树花器官发育过程

雄蕊原基和雌蕊原基形成后，萼片和花瓣持续伸长，顶端相互叠压形成膨大的圆球形花芽。雄蕊各层形态变化为柱形，雄蕊群初期形态形成(图2a,b)。同时，雄蕊顶部膨大，为花药原基，下部细短，为花丝原基。整个雄蕊原基呈棒槌状(图2c)，高度低于雌蕊(图2c,d)。随着下部花丝伸长，雄蕊群头部膨大，发育成为花药(图2f,h)。雌蕊原基逐渐伸长，基部形成子房原基的小室，心皮顶端合拢后，向上分化出分离的花柱(图2e)，花柱逐渐伸长，到达花瓣内侧顶部时，向两侧分开，同时子房内形成倒生胚珠，每室两枚(图2g)。

图2　‘紫阳槠叶种’花芽发育过程Fig.2　Further　development　and　maturity　of　floral　organs

a.雌蕊向上合拢生长，×100；b.心皮形成，×50；c.心皮和雄蕊形态，×200；d.心皮合拢，×50；e.合拢后花柱和花药的分化，×50；f.花柱进一步伸长，×50；g.倒生胚珠及雌雄蕊发育完成，×50；h.花粉粒结构，×100。PI：雌蕊；OP：胚珠原基；A：花药；T：花丝。2.3茶树成熟花结构特征

花芽内部各部分花器官继续发育、成熟(图3)。‘紫阳槠叶种’的花为完全花，由花柄、花托、花萼、花冠、雄蕊群和雌蕊等结构组成。花柄呈褐绿色，略微向下弯曲；花托圆平，其上着生花萼、花瓣、雄蕊群和雌蕊；花萼5片，基部联合，呈绿褐色；花冠白色，共7片呈覆瓦状排列，基部稍有联合；雄蕊200~300枚，由花药和花丝构成；雌蕊位于雄蕊群中央，分子房、

图3　‘紫阳槠叶种’成熟花器官Fig.3　Mature　flowers　of　C.　sinensis　cv.　Ziyangzhonga.正面观；b.雄蕊群及雌蕊；c.背面观。花柱、柱头三个部分，花柱分裂数为3。

2.4　茶树花芽生长特性

3月上旬，茶树叶芽开始萌动生长，萌芽期约持续1个月，3月中下旬开始展叶和抽发春梢，春梢生长于4月下旬开始减缓或基本停止，随后春梢叶腋间的芽开始生长发育。5月中旬，着生在叶芽基部的花芽开始生长，肉眼即可将其与基部较大而顶部细尖呈锥形的叶芽区分开。5月下旬到6月上旬，花芽由苞片包裹紧实，上部呈球形，端部随着花芽分化，持续不断膨大，直到6月下旬，花芽膨大处的直径达到3mm左右，花芽分化过程完成。6月下旬至8月下旬，各轮花器官进一步生长发育。

3讨论

茶树花芽分化是复杂的生理生化和形态分化过程。茶树的芽在5月上旬花芽分化开始前，仍属于营养生长阶段，此时茎尖分生组织顶端较尖呈锥形、高度大于宽度(图1a)。进入生殖生长阶段后，生长点细胞纵向分裂生长，生长锥基部加宽,逐渐扩展为中部略向上突出的平滑圆弧形，生长锥宽度大于高度(图1b、c)，为花芽开始分化的标志。

以往对茶树花芽分化的解剖结构研究仅见江昌俊[7]对福鼎大白茶花芽分化过程的报道，认为茶树花芽分化过程分为萼片、花瓣和雌雄蕊形成三个时期。本研究与江昌俊的研究结果有两处较大的差别：第一，在花芽形成之后(图1e)，顶端分生组织呈平滑的圆弧形态，并在稍后中间略向下凹陷(图1c,d)，在萼片原基突起之前(图1e)，此为明显的分化初期；其二，江昌俊认为雄、雌蕊原基同时在生长锥顶端突起，而本研究中明显可见顶端浑圆完整的雄蕊原基首先突起(图1i)，随后雄蕊原基顶部由内向外出现纵裂分层(图1j)，之后，雌蕊原基在雄蕊最内分层的里侧形成突起(图1k)，随即快速分化生长，高度很快超过逐层分裂的雄蕊原基(图1l)。王湘南等[13]和袁德义等[14]在对同科同属的近缘种油茶花芽分化的解剖结构研究中，认为油茶花芽发育也有分化初期这一阶段，这一结论与本研究一致；但雌雄蕊原基是同时发生的。总之，茶树花芽形态分化过程可能因品种差异各有不同[7]，但从显微结构的结果可见，本研究更准确地细化和区分了茶树花芽分化的各个阶段。

植物花芽内部的发育阶段与外部形态之间有相对稳定的时序性对应关系，因此可以通过花芽的外部形态和大小对内部的发育进程进行初步判断。一般认为，花芽分化开始的标志是芽体积的膨大和顶端形状的改变，本研究的结果与此观点相符。结合解剖结构的研究，在陕西省紫阳县‘紫阳槠叶种’的花芽形成和分化始于5月中旬，分化初期花芽与叶芽在外形上无明显差异；萼片原基形成期花芽略微膨大，至雌蕊原基形成期，花芽直径可达约3mm，此结果与江昌俊的花芽直径在3mm左右时结束花芽分化的结论相符合[7]。‘紫阳槠叶种’从5月下旬到8月中旬花芽可持续分化，因此可以根据花芽外部形态变化和直径范围，采集不同分化时期的花芽。

4结论

茶树花期从5月中下旬开始到10月达到盛花期，长达六个月左右，次年果实才能成熟，这种持续的生殖生长对光和产能全年持续的竞争，势必会影响到茶树芽叶的产量和质量。因此本研究以‘紫阳槠叶种’为材料，依据花芽解剖结构的变化，认为在陕南茶区，茶树花芽分化始于5月下旬，至6月下旬结束，至10月中旬达到盛花期。整个过程分为分化初期，萼片原基形成期，花瓣原基形成期，雄蕊原基形成期和雌蕊原基形成期共五个时期。

这些结论的获得丰富了对茶树花芽分化和花器官形态建成的认识，为山茶科植物系统发育和进化关系的研究提供了新的资料。同时，对花芽外部形态特征与内部结构分化进程的规律性探讨，也为进一步开展茶树花发育功能基因的克隆及基因表达调控机制等研究提供了可靠的形态学依据。

参考文献：

[1]叶乃兴,刘金英,饶耿慧.茶树的开花习性与茶树花产量[J].福建茶业,2008(4):16-18.

[2]杨昌云,朱永兴.茶树生殖生长的影响因素及控制方法[J].中国茶叶,1999(5):6-7.

[3]YeAihua,YuMei,JiangChangjun.TranscriptionalprofilingbycDNA-AFLPanditsmodifiedcDNA-AFLPtechniquerevealsgeneexpressionofteaduringflowerbuddevelopmentstage[J].激光生物学报,2008,17(6):733-738.

[4]陈暄,汤茶琴,房婉萍.茶树花发育相关的一个钙依赖蛋白激酶基因的克隆与表达分析[J].茶叶科学,2009,29(1):47-52.

[5]余梅,江昌俊.茶树花蕾14-3-3蛋白基因的分子克隆及差异表达分析[J].中国农业科学,2008,41(10):2983-2991.

[6]FangWanping,JiangChangjun,YuMei,etal.Differentiallyexpressionoftua1,atubulin-encodinggene,duringfloweringofteaplantCamelliaSinensis(L.)O.KuntzeusingcDNAamplifiedfragmentlengthpolymorphismtechnique[J].ActaBiochimicaetBiophysicaSinica2006,38(9):653-662.

[7]江昌俊.茶树的花芽分化[J].安徽农学院学报,1988(2):48-49.

[8]郭元超.茶树花器形态分类研究[J].茶叶科学简报,1990(4):8-15.

[9]严学成.茶树形态结构与品质鉴定[M].北京：中国农业出版社,1990.

[10]王镇恒,王广智.中国名茶志[M].陕西卷.北京：中国农业出版社,2000.

[11]程良斌.紫阳富硒茶文集[M].西安:陕西科学技术出版社,2001.

[12]李桂琴.植物显微技术[M].哈尔滨:东北农业大学出版社,2002.

[13]王湘南,蒋丽娟.油茶花芽分化的形态解剖学特征观测[J].中南林业科技大学学报,2011,31(8):22-27.

[14]袁德义,周峰.油茶花芽分化及雌雄配子体发育的研究[J].中南林业科技大学学报,2011,31(3):65-70.

〔责任编辑王勇〕

第一作者：陈琳，女，硕士研究生，研究方向为天然产物化学。E-mail:1172038287@qq.com

Anatomyandmorphologicalobservationonflower

buddifferentiationofCamelliaSinensis

SHIYanfei1,YOUXincai2,ZHANGYi1,LYUTianghang1,ZHANGJinjin1*

(1SchoolofLifeSciences,Co-InnovationCenterforQinbaRegionsSustainableDevelopment，

ShaanxiNormalUniversity,Xi′an710119,Shaanxi,China;

2ZiyangTeaResearchStation,Ziyang725300,Shaanxi,China)

Abstract:TheearlydevelopmentoftheflowerofCamelliaSinensiswasdescribedfrominitiationtotheformationoftheflowerbud.Themorphogenesisandgrowthrateoffloralorganswererecordedindetailusingparaffinsectioning.ThetimeofflowerbuddifferentiationconcentratesontheendofMaytotheendofJune,untilmid-October,alargenumberofflowerbudsreachesintothefloweringstageinZiyang,Shaanxi.Flowerbuddevelopmentcouldbedividedintoearlystageofdifferentiation,formativestageofsepalprimordium,formativestageofpetalprimordium,formativestageofstamenprimordiumandformativestageofpistilprimordium.Thefivestagesincludeaseriesoflandmarkevents.Aftertheprocessofflowerbuddifferentiationitentersintothedevelopmentoffloralorgan.

Keywords:CamelliaSinensis;flowerbuddifferentiation;externalmorphology

通信作者：*郝长春，男，讲师，博士。E-mail:haochangchun@snnu.edu.cn

基金项目：国家自然科学基金资助项目(21402114);陕西省自然科学基础研究计划(2012JQ1002);中央高校基本科研业务费专项资金项目(GK201402010)

收稿日期：2014-10-18

doi:10.15983/j.cnki.jsnu.2015.02.226

文章编号：1672-4291(2015)02-0074-05

中图分类号：Q944-33

文献标志码：A