廣西野生茶樹葉片橫切結(jié)構(gòu)及特性分析

鄧慧群，全 程，張炎生，潘林艷，韋柳花

（1廣西壯族自治區(qū)茶葉科學(xué)研究所，廣西 桂林 541004；2梧州市食品藥品檢驗(yàn)所，廣西 梧州 543000；3梧州高級(jí)中學(xué)，廣西 梧州 543000）

0 引言

廣西是中國(guó)野生茶樹資源種類和面積最多的地區(qū)之一。境內(nèi)生長(zhǎng)和保存有大量的野生茶樹、古茶樹，茶樹資源類型豐富，遺傳性狀多樣化，內(nèi)含主要成分差異顯著，有高茶多酚的扶綏野生茶、低咖啡堿的德保野生茶等珍稀特異野生茶，但未能進(jìn)行有效的開發(fā)利用。有研究表明，茶葉的產(chǎn)量、品質(zhì)及茶樹種質(zhì)資源的抗逆性與茶樹葉片的橫切結(jié)構(gòu)存在一定的相關(guān)性[1]。因此，通過茶樹葉片橫切結(jié)構(gòu)分析野生茶樹的抗旱、抗寒以及抗病蟲害等特性，對(duì)廣西茶樹資源的快速鑒定與新品種選育具有一定研究意義。近年來，有關(guān)葉片橫切結(jié)構(gòu)特征作為鑒定和評(píng)價(jià)茶樹抗逆性、茶葉產(chǎn)量、品質(zhì)的研究越來越受到重視，成為茶樹工作者研究的熱點(diǎn)。如陳席卿[2]研究了茶樹葉片橫切結(jié)構(gòu)與抗寒性的關(guān)系，束際林[3]研究了茶樹葉片橫切結(jié)構(gòu)鑒定的原理與技術(shù)，房用等[4]研究了茶樹葉片的橫切結(jié)構(gòu)，覃秀菊等[5]研究了廣西茶樹葉片橫切結(jié)構(gòu)特征與特性關(guān)系，李鳳英等[6]研究了廣西茶樹葉片橫切結(jié)構(gòu)與抗逆性的關(guān)系，陳佳等[7]對(duì)廣西桂中野生茶樹葉片解剖結(jié)構(gòu)進(jìn)行了觀察與分析。這些研究成果對(duì)茶樹的優(yōu)良品種的選育和生產(chǎn)起到了重要的作用。目前還未見對(duì)廣西不同區(qū)域野生茶樹葉片橫切結(jié)構(gòu)特征特性對(duì)比的研究報(bào)道，尚處于空白狀態(tài)。筆者對(duì)廣西隆林縣、八步區(qū)、蒼梧縣、龍勝縣、三江縣、凌云縣和金秀縣等7個(gè)縣（區(qū)）的21個(gè)株系野生茶樹葉片的解剖結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察分析，比較這些茶樹種質(zhì)資源的抗旱、抗寒及抗病蟲害能力，旨在為廣西野生茶樹種質(zhì)資源的鑒定育種和資源的保護(hù)利用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)材料于2019年10月采自廣西7個(gè)縣（區(qū)），共有21個(gè)野生茶樹株系（表1）。

表1 實(shí)驗(yàn)材料及采集地點(diǎn)

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

選取正常生長(zhǎng)植株的成熟葉片，采用改良石蠟切片法制片。各取葉片樣品3～5個(gè)，沿葉脈兩側(cè)切成5 mm×5 mm左右的小塊，分別放在FAA固定液中固定2～3天；然后用1%番紅-70%酒精染色3～5天；接著用85%、95%、100%的酒精由低濃度到高濃度逐級(jí)脫水，各級(jí)浸泡時(shí)間為1 h(30 min+30 min)；再用1/2無水乙醇+1/2松節(jié)油、松節(jié)油逐級(jí)透明（每個(gè)梯度1 h）；1/2松節(jié)油+石蠟和全蠟透蠟。將透好蠟的材料用石蠟包埋，待石蠟冷卻后用德國(guó)產(chǎn)的萊卡切片機(jī)橫向切片，切片厚度為8～16 μm。用顯微鏡鏡檢，選取較好的蠟帶，用阿拉伯樹膠溶液粘片，粘好的片放在36～40℃恒溫箱烘干，將烘干的片脫蠟、復(fù)水、固綠染色、再脫水、透明，最后用加拿大樹膠封片制成永久裝片[8]。

制片首先要用雙目顯微鏡鏡檢以及標(biāo)記，然后用Nikon 50i生物研究級(jí)顯微鏡進(jìn)行觀察和拍照，最后用Image-Pro Plus（簡(jiǎn)稱IPP）6.0測(cè)量。測(cè)量其葉脈、葉片厚度，上下表皮角質(zhì)層、細(xì)胞厚度，柵欄組織和海綿組織厚度等，每個(gè)測(cè)量項(xiàng)目取10組數(shù)據(jù)的平均值。計(jì)算柵欄組織與海綿組織的比值，上表皮細(xì)胞與海綿組織的比值以及葉脈厚度與葉片厚度的比值等。

2 研究結(jié)果

從葉片橫切面上觀察，21個(gè)株系的野生茶樹葉片橫切結(jié)構(gòu)均由表皮、葉肉和葉脈組成（圖1）。廣西7個(gè)縣（區(qū)）的21個(gè)株系野生茶樹葉片橫切結(jié)構(gòu)特征見表2～3。

2.1 表皮橫切結(jié)構(gòu)

從橫切面看，所選21個(gè)株系的上、下表皮都是由一層細(xì)胞構(gòu)成（圖1a），且都是長(zhǎng)方形、方形或者近圓形，細(xì)胞之間排列緊密。此外，外壁均覆蓋有較厚的角質(zhì)層（圖1b）。上表皮細(xì)胞的平均厚度在14.83～30.17 μm之間，其中六堡02最大，龍勝02最?。ū?）。上表皮角質(zhì)層的平均厚度在1.63～4.21 μm之間，開山茶01最大，沙里29最小。下表皮角質(zhì)層厚度較上表皮小，下表皮角質(zhì)層平均厚度為1.14～2.96 μm，白牛02最大，沙里29號(hào)最小。

表2 廣西21個(gè)株系野生茶樹葉片橫切結(jié)構(gòu)特征

圖1 廣西野生茶樹葉片橫切結(jié)構(gòu)圖

2.2 葉肉橫切結(jié)構(gòu)

野生茶樹葉為背腹葉，其葉肉組織發(fā)達(dá)，分化為柵欄組織和海綿組織?？拷媳砥さ膶儆跂艡诮M織（圖1c），多數(shù)由2層長(zhǎng)柱型的薄壁細(xì)胞構(gòu)成（少數(shù)為1層或3層），第一層的細(xì)胞一般比第二層長(zhǎng)，柵欄組織細(xì)胞染色較淺，體內(nèi)的葉綠體豐富；海綿組織（圖1d）靠近下表皮，同樣由薄壁細(xì)胞組成，細(xì)胞排列不規(guī)則，也含有大量葉綠體[9]。

葉片平均厚度在221.11～392.12 μm，其中白牛01最大，沙里29最?。ū?）。柵欄組織平均厚度在49.92～131.54 μm，柵欄組織厚度最大是白牛01，最小是龍勝01（表3）。海綿組織平均厚度在112.32～220.83 μm，其中最大是白牛01，最小的是白牛02。柵欄組織厚度與海綿組織厚度比值在0.31～1.04，最大是白牛02，最小為龍勝02。

表3 廣西21個(gè)株系野生茶樹葉肉結(jié)構(gòu)特征及其比值

2.3 葉脈橫切結(jié)構(gòu)

葉脈（圖1e）由貫穿在葉肉內(nèi)的維管束或維管束及其外圍的機(jī)械組織組成，在維管束（圖1f）周圍有幾層厚壁細(xì)胞組成的維管束鞘，其細(xì)胞染色較深。在維管束的外周有豐富的薄壁細(xì)胞，在這些薄壁組織中分布有含晶細(xì)胞（圖1g），以及少量杈狀的石細(xì)胞（圖1h）。

主脈厚度最大的是沙里48(1585.91 μm)，最小的是六堡02(527.57 μm)（表2）。葉脈與葉片厚度的比值在1.62～7.06之間，最大的是沙里48，最小的是六堡02（表2）。

3 實(shí)驗(yàn)分析

張興旺等[10]研究表明，葉的橫切結(jié)構(gòu)及其生理功能與周圍環(huán)境存在著密切的聯(lián)系，野生茶樹葉對(duì)干旱、寒冷和病蟲害等因素會(huì)產(chǎn)生一定的反映。因此，野生茶樹葉片具有一定的抗旱、抗寒、抗病蟲的特性。

3.1 抗旱葉片橫切結(jié)構(gòu)

3.1.1 角質(zhì)層與柵欄組織厚度 角質(zhì)層由表皮細(xì)胞內(nèi)的原生質(zhì)體分泌形成，含角質(zhì)和蠟質(zhì)2種物質(zhì)，蠟質(zhì)透水性弱，能夠降低蒸騰，有效防止水分的散失，從而減少葉片的萎蔫現(xiàn)象[11]；此外，角質(zhì)層也有機(jī)械支撐作用，角質(zhì)層越厚則機(jī)械支撐作用越強(qiáng)，可以避免茶樹葉片在供水不足的情況下立即枯萎[12]。因此，角質(zhì)層成為植物抗旱性的一項(xiàng)重要指標(biāo)，厚度越大，抗旱性越強(qiáng)。21個(gè)野生茶樹株系中，上表皮角質(zhì)層厚度為1.63～4.21 μm，除龍勝01、三江02、沙里29和圣堂山01外，其余的都達(dá)到2.00 μm以上（表2），表現(xiàn)出強(qiáng)抗旱性，從采集材料地點(diǎn)來看，圣堂山所處的地理環(huán)境屬大瑤山原始深林地區(qū)，較少產(chǎn)生干旱氣候，空氣相對(duì)潮濕，故葉片結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出相應(yīng)特征，與其生長(zhǎng)環(huán)境相適應(yīng)。

柵欄組織厚而富含葉綠體，可以提高葉片的光合能力[5]。排列緊密的長(zhǎng)柱形柵欄細(xì)胞，在干旱時(shí)有利于防止水分過多蒸騰，避免強(qiáng)烈光照對(duì)葉內(nèi)灼傷，在水分適宜時(shí)有利于吸收光能增強(qiáng)光合作用效率，促進(jìn)自身生長(zhǎng)與強(qiáng)壯來抵御干旱環(huán)境因子的脅迫。柵欄組織厚度越大，抗旱性越強(qiáng)。在廣西21個(gè)野生茶株系中，柵欄組織的厚度為49.92～131.54 μm，差異較大，其中白牛01最大，抗旱性最強(qiáng)，其次是六堡02、開山茶02、開山茶01、白牛02、白牛03和六堡01，均達(dá)到110.00 μm以上（表3），相對(duì)較弱的是圣堂山02(57.29 μm)，而龍勝01柵欄組織厚度最小，抗旱性最差。

3.1.2 葉脈與葉片厚度 葉脈顯著和葉片厚也是野生茶樹抗旱的重要指標(biāo)。因?yàn)槿~脈中發(fā)達(dá)的維管系統(tǒng)可以彌補(bǔ)水分的損失，減少葉片所受的損害[13]；葉片厚有利于水分的儲(chǔ)存，增強(qiáng)耐旱能力。廣西21個(gè)野生茶株系的葉脈平均厚度為527.57～1585.91 μm，均表現(xiàn)出一定的抗旱性。葉片平均厚度為221.11～392.12 μm，均比較厚，說明它們都具有較強(qiáng)的抗旱性，其中抗旱性最強(qiáng)的是白牛01和白牛03，分別為392.12 μm和382.61 μm，其次是六堡02和開山茶01，最差的是沙里29和沙里48。

此外，茶樹葉脈以及葉片當(dāng)中含有較多晶細(xì)胞，加強(qiáng)了葉片的機(jī)械支持作用和滲透吸水能力，在一定程度上提高了葉片抵御干旱的能力[14]。

葉的角質(zhì)層厚度、柵欄組織厚度、葉脈和葉片厚度等是反映植物抗旱能力的重要指標(biāo)[15]。本試驗(yàn)的比較分析結(jié)果表明，角質(zhì)層厚度、柵欄組織厚度和葉脈與葉片的厚度均顯示白牛01的抗旱性最強(qiáng)，其次是六堡02、開山茶02、開山茶01、白牛02、白牛03和六堡01，具有較強(qiáng)的抗旱性，其余株系的抗旱性一般或較弱。

3.2 抗寒葉片橫切結(jié)構(gòu)

3.2.1 柵欄組織以及與海綿組織厚度比值 寒冷會(huì)使葉片形成強(qiáng)烈的旱生結(jié)構(gòu)[16]，抗旱力強(qiáng)的葉片結(jié)構(gòu)同時(shí)也具有強(qiáng)的抗寒能力。因此，葉片角質(zhì)層與柵欄組織的發(fā)育程度也是反映植物抗寒能力的重要標(biāo)志。房用等[17]研究茶樹抗寒性的研究進(jìn)展，結(jié)果表明，抗寒性強(qiáng)的茶葉的結(jié)構(gòu)特征為茶樹葉肉發(fā)達(dá)，分化程度高，柵欄組織厚度大，層數(shù)多。束際林[3]研究表明，柵欄細(xì)胞層為2層以上，細(xì)胞排列緊密，柵欄組織/海綿組織厚度比值大于0.6，是抗寒性強(qiáng)的標(biāo)志。在所提供的21個(gè)野生茶樹株系中，柵欄組織的層數(shù)不一，除龍勝01、龍勝02、沙里18、沙里29、沙里33、沙里48、圣堂山02只有1層外，其余的均為2層或以上（表3）；柵欄組織/海綿組織厚度比值在0.31～1.04之間，大于0.6的有7個(gè)，最大是白牛02為1.04，最小是龍勝01和龍勝02，分別為0.32和0.31（表3）。由此可見，柵欄細(xì)胞層數(shù)以及柵欄組織/海綿組織厚度比值均達(dá)到強(qiáng)抗寒性標(biāo)志的有白牛02、六堡02、沙里13、開山茶02、六堡01、八科58和開山茶01 7個(gè)株系，其余株系的抗寒性較強(qiáng)或一般。從采集材料地點(diǎn)來看，六堡茶樹具有強(qiáng)的抗寒性主要是因?yàn)榉N植于海拔高的石山頂，云霧繚繞，氣溫較低。

3.2.2 上表皮結(jié)構(gòu)及其細(xì)胞厚度與海綿組織比值 王棟[18]對(duì)茶樹抗寒性研究表明，角質(zhì)化程度高，則對(duì)細(xì)胞受凍與解凍的緩沖效果好，因此，上表皮角質(zhì)層厚度與抗寒性有一定的關(guān)聯(lián)。在21個(gè)株系野生茶中，上表皮角質(zhì)層的厚度為1.63～4.21 μm。除龍勝01、三江02、沙里29和圣堂山01外，其余的都達(dá)到2.00 μm以上（表2），表現(xiàn)出強(qiáng)抗寒性，其中開山茶01和白牛01的上表皮角質(zhì)層厚度分別為4.21 μm和3.81 μm，其次為沙里12、白牛03。根據(jù)研究表明，上表皮細(xì)胞厚度在20 μm以上，上表皮細(xì)胞/海綿組織厚度比值大于0.18，為抗寒性強(qiáng)的標(biāo)志[3]。21個(gè)株系野生茶上表皮細(xì)胞厚度為14.83～30.17 μm，厚度最大的是六堡02，為30.17 μm。除八科01、龍勝01、龍勝02、沙里12、沙里18號(hào)、沙里29號(hào)、沙里33號(hào)和沙里48號(hào)為14.83～19.93 μm（表2），沒有達(dá)到20 μm外，其余株系均達(dá)到20 μm以上，具有強(qiáng)的抗寒能力。上表皮細(xì)胞/海綿組織厚度比為0.08～0.21（表3），大于0.18的有六堡01、六堡02和白牛02。

綜合上表皮結(jié)構(gòu)、柵欄組織厚度以及柵欄組織、細(xì)胞厚度和海綿組織的比例，六堡01、六堡02和白牛02 3個(gè)株系的抗寒性最強(qiáng)，其次較強(qiáng)的是開山茶02、開山茶01、沙里13和八科58 4個(gè)株系。最弱的是龍勝01和龍勝02，它們的柵欄組織厚度和柵欄組織、細(xì)胞厚度和海綿組織的比例等均較低。

3.3 抗病蟲害葉片橫切結(jié)構(gòu)

3.3.1 上表皮角質(zhì)層厚度 劉奕清等[19]對(duì)葉表面的形態(tài)特征研究表明，角質(zhì)層有能力抵御病蟲害。王慶森等[20]研究也證實(shí)角質(zhì)層越厚抵御病蟲害能力越強(qiáng)。覃秀菊等[5]研究表明，上表皮角質(zhì)層厚度大于2 μm是一個(gè)強(qiáng)的抗病蟲性指標(biāo)。在所觀察的21個(gè)野生茶株系中，上表皮角質(zhì)層厚度為1.63～4.21 μm，除龍勝01、三江02、沙里29和圣堂山01厚度為1.63～1.98 μm，未達(dá)到強(qiáng)抗病蟲性標(biāo)志2.0 μm外，其余株系均具有較強(qiáng)的抗病蟲害能力，其中開山茶01為4.21 μm，抗病蟲害能力最強(qiáng)，其次是白牛01、沙里12和白牛03，為3.73～3.81 μm。

3.3.2 葉片厚度 張貽禮等[21]研究認(rèn)為，茶樹葉片越厚，葉質(zhì)越硬，蟲口密度越小，說明葉片越厚其抗病蟲害能力越強(qiáng)。21個(gè)野生茶株系中葉片平均厚度為221.11～392.12 μm，均比較厚，說明它們都具有較強(qiáng)的抗病蟲性，其中抗病蟲性最強(qiáng)的是白牛01和白牛03，分別為392.12 μm和382.61 μm，其次是六堡02和開山茶01，最差的是沙里29和沙里48。

上表皮角質(zhì)層厚度和葉片厚度均表明，除龍勝01、三江02、沙里29、沙里48和圣堂山01 5個(gè)株系達(dá)不到強(qiáng)抗病蟲性外，其余株系均表現(xiàn)出強(qiáng)抗病蟲性。

4 結(jié)論與討論

植物葉片厚度、角質(zhì)層厚度和柵欄組織厚度越厚，葉片表面的表皮毛越多，抗逆性越強(qiáng)[22-25]。這是因?yàn)槿~表面角質(zhì)層是疏水脂類物質(zhì)，可阻止水分通過，同時(shí)可以反射太陽(yáng)光，降低葉面溫度，因此在一定程度上可減少蒸騰作用，提高葉片的保水能力.發(fā)達(dá)的柵欄組織既可以提高單位葉面積的光合效率，又可以減少干旱時(shí)水分蒸騰，葉片表面表皮毛具有避免葉片表面溫度劇烈變化，減少水分蒸騰及減少病蟲害的作用。本試驗(yàn)對(duì)廣西隆林縣、八步區(qū)、蒼梧縣、龍勝縣、三江縣、凌云縣和金秀縣等7個(gè)縣（區(qū)）的21個(gè)株系野生茶樹葉片的解剖結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察分析，結(jié)果表明，各野生茶株系間的葉片結(jié)構(gòu)特征和數(shù)值存在一定差異，其中葉片平均厚度221.11～392.12 μm，其中白牛01最大、沙里29最??；海綿組織平均厚度112.32～220.83 μm，其中最大是白牛01、最小的是白牛02；葉脈平均厚度527.57～1585.91 μm，主脈厚度最大的是沙里48(1585.91 μm)、最小的是六堡02(527.57 μm)；柵欄組織/海綿組織厚度比值在0.31～1.04之間；上表皮細(xì)胞厚度14.83～30.17 μm；上表皮角質(zhì)層厚度1.63～4.21 μm。綜合各項(xiàng)指標(biāo)得出，六堡01和六堡02的綜合抗逆性好，具有強(qiáng)抗旱性、強(qiáng)抗寒性和強(qiáng)抗病蟲性，其次是白牛01、開山茶01和開山茶02，其余株系的綜合抗性一般或較弱。

廣西區(qū)內(nèi)21個(gè)野生茶株系葉片具有明顯的旱生結(jié)構(gòu)特征，均表現(xiàn)出較強(qiáng)的抗旱、抗寒和抗病蟲的結(jié)構(gòu)特征，這與適應(yīng)機(jī)制在很大程度上是一致的，這是由保水、保暖和堅(jiān)固度密切相關(guān)的物理學(xué)效應(yīng)所決定的，與史剛榮[26]對(duì)闊葉常綠植物葉的研究結(jié)果相同。根據(jù)茶樹葉片解剖結(jié)構(gòu)鑒定原理，以葉片單位長(zhǎng)度內(nèi)柵欄細(xì)胞數(shù)及柵欄組織厚度之積間接鑒定光合產(chǎn)量指標(biāo)，即是生產(chǎn)力指數(shù)，生產(chǎn)力指數(shù)越大，產(chǎn)量越高[3]。本研究的材料有桂東（開山、六堡）、桂西（八科、沙里）、桂北（龍勝）、桂中（三江、白牛、圣堂山），其中桂東野生茶樹生產(chǎn)力指數(shù)2864.0～3916，桂西野生茶樹生產(chǎn)力指數(shù)1581～3956，桂北野生茶樹生產(chǎn)力指數(shù)1374～1414，桂中野生茶樹生產(chǎn)力指數(shù)1490～3631。其中每份桂北野生茶樹生產(chǎn)力指數(shù)均低于其他地區(qū)，這一結(jié)果與李鳳英等[1]的研究結(jié)果一致，高寒山區(qū)的野生茶生產(chǎn)力指數(shù)相對(duì)較低。其他地區(qū)的野生茶生產(chǎn)力指數(shù)值波動(dòng)較大，難以判斷桂東、桂西、桂中間的生產(chǎn)力指數(shù)大小。另外，本研究中尚未涉及桂南野生茶資源，為了更準(zhǔn)確鑒定及比較分析廣西各地區(qū)野生茶葉片解剖結(jié)構(gòu)及其特征特性，需要完善鑒定指標(biāo)，收集更多研究材料。