油茶生殖生物学及杂交育种研究进展

于钊妍 刘艳菊 徐玉芬 贾效成

（中国热带农业科学院椰子研究所 海南文昌 571339）

油茶（Camelliaspp.）是山茶属（Camellia）植物中种子含油率较高树种的统称，是我国重要的食用油料树种之一，被誉为“东方油橄榄”，与油棕（Elaeis quineensis）、油橄榄（Olea europaea）、椰子（Cocos nucifera）并称为世界四大木本油料树种[1]。我国现有油茶种植面积7 000万亩（1亩≈667 m2），以普通油茶（Camellia oleiferaAbel.）为主，其余具有一定栽培面积的油茶物种包括：小果油茶（C. meiocarpaHu.）、越南油茶（C.vietnamensisHuang.）、攸县油茶（C. yuhsienensisHu.）、浙江红山茶（C. chekiangoleosaHu.）等[2]。

生殖过程是生物延续的重要生命现象，与遗传、进化、乃至生命起源等密切关联[3]。油茶具有“抱子怀胎”的特点，落花落果现象严重，进行生殖生物学研究不仅有利于掌握其开花规律，提高产量，且有利于选择优良的杂交亲本，对新品种选育、品种配置方案制定与品种改良的开展产生积极的指导意义[4]。20世纪80年代以来，随着生殖生物学理论和实验手段的不断发展，有关油茶生殖生物学的研究在有性生殖过程、杂交育种以及生殖工程等方面取得了一定的进展。本文对油茶开花物候、传粉、受精、果实发育等生殖生物学特性及油茶杂交育种进展进行归纳总结，以期为今后相关研究工作提供参考。

1 油茶开花生物学研究

1.1 开花物候

油茶生命周期长，从花芽分化至果实生长发育历时一年之久，在果实成熟过程中落花落果现象严重，因此在生产中一直存在花多果少、坐果率低的现象。油茶这一特性，民间又称为“抱子怀胎”，由于其秋花秋实，通常果实成熟不久，下年的花期又到，这是油茶植物异于其它果树的一大特征[5]。遗传因子和气候因子是影响花期的重要因素，前者主要决定花期的类型，后者决定花期“入秋”早迟，进而影响次年产量。

普通油茶通常于5—6月初开始花芽分化，10月中下旬开花，11月为盛花期，花期一般有2～3个月[6-7]。油茶花期长短受品种、年份的影响而不同，当时气温和空气湿度也直接影响油茶开花周期和长短，高州油茶5月中旬至10月进行花芽分化，11月上旬开花；腾冲红花油茶（C. reticulataLindl.）则在翌年1月进入初花期，其中2019年比2018年进入初花期的时间更早[8-9]。气温低、空气湿度高，开花时间延长；反之则缩短。

1.2 花芽分化

营养生长减弱时，生殖作用才会发生，但是也需要一定的营养生长作为基础，因此油茶的花芽分化通常发生在春梢基本结束生长后。油茶花芽没有固定的着生模式，既存在单花芽，又存在混合花芽，既存在顶花芽，又存在腋花芽。

不同油茶种类花芽分化时间有所不同，且易受到光照和温度的影响。普通油茶花芽分化从5月上旬至9月中旬，长瓣短柱油茶（C. yuhsienensisHu.）花芽分化过程时间比普通油茶短7 d；广宁红花油茶（C. semiserrataChi.）4月下旬开始花芽分化，至9月下旬完成；高州油茶分化时期为5月中旬至10月中旬，花芽含水率经历下降、上升、下降的过程，养分含量变化较大，观察中发现，高州花芽分化是分批进行的，各单株花芽分化时间有差异[10-12]。袁德义[13]运用石蜡切片的方法，观察发现‘湘林1号’油茶花芽形态分化可分为前分化期、萼片形成期、花瓣形成期、雌雄蕊形成期、子房与花药形成期、雌雄蕊成熟期6个时期。可见花芽分化在油茶开花过程中起到至关重要的作用，直接影响开花的数量和质量，而开花数量直接影响坐果率[14-15]。

2 传粉生物学研究

2.1 花粉特性

花粉的形态特征受外界环境影响较小，主要由基因控制，因此具有很强的遗传稳定性。油茶花粉颜色为黄色或淡黄色，花粉形态多样，呈现椭圆形、三裂圆形及圆形等，多数花粉属于中等大小。不同油茶品种的花粉量存在一定的差异，不同品种的花粉形状也有一定的差异，其形状接近球形，主要有球形、近球形、长球形或超长球形等；另外，不同种类的油茶花粉外壁纹饰、花粉粒的大小以及赤道面观等也呈现不同的状态。普通油茶的花粉形态为近球形或者椭球形，为3孔沟形，大小中等，符合山茶属花粉的种属特征[16-19]。

2.2 花粉活力及柱头可授性

花粉活力及柱头可授性是开花植物有性生殖的基础，花粉活力对植物的坐果率有很大影响，花粉活力高、花粉量大，植物坐果率高。检测花粉活力的方法多样，主要有I-KI法、MTT法、过氧化氢酶法、TTC法、离体萌发法、统计坐果率法等。不同测定方法对花粉生活力的测定结果也有一定的影响。袁德义等[20]选取7种油茶种花粉为材料，得出花粉生活力的最佳方法为TTC法、FDA荧光染色法及离体萌发法，这3种方法也可用于检测山茶属花粉活力。

在杂交中，如果亲本花期相差时间较长，则需要储藏花粉以备授粉，要求花粉保持较高的生活力。低温干燥有利于油茶花粉的贮藏，普通油茶花粉经过烘干脱水后，含水量在15%以下时，超低温条件下可保存一年左右，且活力无显著降低；短期贮藏可4℃低温干燥保存[21-22]。

柱头可授性也是开花植物有性生殖过程的研究基础，在生殖过程中常常会由于亲本生殖发育最佳时期难相遇而影响杂交。通过全面了解亲本之间的物候规律，掌握好最佳授粉时间，从而提高授粉坐果率。长林53号油茶柱头的可授期共有6 d，为开花前3 d至开花后3 d；其中开花前2 d和开花后2 d为最佳可授期[23]。普通油茶和小果油茶开花时，花粉就具活力，活力最高时为花后1 h；花后1～4 d是最佳传粉期，此时花粉能保持较高活力。开花前2 h，柱头就具可授性，开花后3～4 h可授性达最高，花后4 d开始下降，至6 d柱头枯萎，与两者开花进程相同。2种油茶柱头从开花至枯萎一般需5～6 d，其中柱头可授性最强的时间在开花后的2 d之内，随后开始柱萎[24]。

3 有性生殖过程研究

3.1 小孢子和雄配子体的发生与发育

油茶花粉壁从外至里分别为表皮层、纤维层、中层和绒毡层4层，绒毡层分泌胼胝质酶使小孢子分离，合成识别蛋白并释放到花粉外壁。绒毡层在小孢子形成时开始解体，花粉粒成熟时只剩残迹[14]。

即使同一立地条件下的同一油茶植株，其不同花之间进入减数分裂的时间差可达45 d[25]。不同花之间，同一花的不同花药之间，发育也不同步，母细胞处于减数分裂时，花药为乳白略带淡黄；花粉进入四分体时期时，花药呈黄色。四分体解体后释放单个的小孢子，油茶小孢子经过2次有丝分裂，形成花粉[26-28]。

3.2 大孢子和雌配子体的发生与发育

油茶雌蕊由3～5心皮组成，子房3～5室，每室着生倒生胚珠3～10枚，一般为5～6枚。油茶胚珠珠柄极短，由于胚珠在生长过程中形状各有不同，因此在子房中的位置也不同[29]。

大孢子母细胞由孢原细胞直接发育而来，经减数分裂形成二分体，二分体先后经过3次连续分裂，最后形成成熟的八核胚囊，即雌配子体[30]。

3.3 油茶授粉受精过程研究

油茶花粉粒传到柱头上后，被柱头液粘附，花粉粒吸收柱头液而膨胀，几个小时便能从萌发孔处萌发出花粉管，穿入柱头通向子房[26]。花粉管进入子房，从胚珠穿入胚囊，一个精细胞与卵细胞结合，形成合子，后发育成胚；另一个精细胞与次生核受精，形成胚乳，完成受精全过程，油茶受精最适宜温度为20℃。油茶胚囊在发育过程中，有少数形成多卵，多个卵细胞受精后，单粒种子中不止一个胚，称为多胚现象[31]。

3.4 果实与种子发育

未受精的子房在花后一周内脱落，受精的子房翌年发育为果皮，胚珠形成种子，每个子房室最终只有1～6个胚珠形成种子[30]。油茶受精卵的分化多在翌年3—5月进行，3月初以前子房开始膨大，形成幼果；自3月起至8月下旬，果实生长迅速，8月后体积不再增加，油脂开始积累。8—9月，子叶吸收所有的胚乳，种子内部再无游离胚乳存在，外种皮变为黄褐色，10月份外种皮转为黑褐色，子叶脆硬，幼胚具发芽能力，果实成熟。

8—9月是油茶果实中油脂的形成与积累期，9月下旬至采收前，油脂含量大量增加，因此过早采收会大大降低果实含油量。油茶油脂形成的过程，也受多种外界因素的影响，温度和湿度尤为重要，可制订合理技术措施提高种子产量和产油量。

3.5 植物生长调节剂对油茶生殖生长的调控

植物生长调节剂可以有效调节林木的生长发育，达到增产、增强抗逆性、提高品质的目的，在油茶中多用于花器官喷施。有学者认为，CTK促进油茶开花，高水平IAA、GAs、ABA促进花的凋落，ABA/CTK、ABA/GAs有利于花芽的形态建成，喷施复硝酚钠可以提高普通油茶花芽中的ZR、IAA、GA3，从而提高坐果率[32-33]。随后，通过对不同品种油茶花器官发育的调控研究发现，低浓度的赤霉素、多效唑有助于油茶成花，赤霉素和细胞分裂素的交互作用是促进油茶提前开花的关键因子；同时，花芽分化期喷施赤霉素能显著提高油茶果实品质[34-37]。刘林秀等[38]发现，适宜浓度的6-BA、GA、ABA可促进油茶花粉管生长。胡潇[39]发现，内源乙烯是导致油茶落果的重要激素，其中ACS1、ACO1、ACO2等7个基因可能是油茶落果过程中的关键基因[40]。

4 油茶的杂交育种研究

4.1 自交不亲和性研究

自交不亲和是植物在受精过程中发生真的识别和拒绝自交花粉的机制[41]。80年代以来，国内学者对油茶品种间杂交亲和性进行了研究，结果表明：影响杂交亲和性的因素有很多，如参与杂交的父本与母本亲缘关系的远近、花粉与柱头的识别、花粉的质量、花粉母细胞在减数分裂过程中染色体的配对行为、花粉在柱头及子房中的萌发行为等[42-43]。

高超等[41]以‘华硕’为试材，通过解剖学结果发现，自交花粉管生长速度明显低于异交花粉管，且大部分未到达子房就生长停滞，明确油茶为自交不亲和性植物。廖婷等[44]发现，油茶异交授粉座果率、果实品质等均优于自交和自然条件授粉，属后期自交不亲和。

油茶自交结实率低，实际生产中，选择亲和性较高的油茶为主栽品种，加之品种配置种植，配栽品种通常为5～10个。杨小胡等[45]以‘华金’为试材，发现人工辅助授粉坐果率明显高于自然授粉；在高产良种中，筛选出品种配置的良好组合为：湘林5作为父本，湘林67、湘林3号作为母本。在此基础上，刘慧敏等[46]通过调查60个湘林系列无性系品种，建立了湘林系列油茶栽培的品种配置模式。长林系列油茶品种配置试验表明，父本对子代的坐果率和种子含油率具显著影响[47]。赣州油茶品种配置时，应优先考虑花期一致、花粉活力强、亲和性高的品种[48]。

4.2 杂交育种方法和亲本选择

在现阶段油茶育种方式主要为杂交育种，包括种内、种间杂交育种[49-50]。油茶杂交育种能否取得成功的关键之一，是正确地选择杂交亲本。选择的父母本都要具有较多的优点，且没有突出的缺点，其中一方对当地的环境条件应有良好的适应性，花期要一致等。一般情况下，父、母本的开花期至少要有1/2～1/3重叠。在油茶杂交育种中，通常选择开花量较大的母本，在盛花期，花蕾全白含苞欲放时进行去雄，去雄后1～2 d内，柱头上分泌出黏液时，是授粉最适宜时间。用毛笔蘸取花粉，涂在柱头上，授粉完毕后立即套袋挂牌标记。授粉后7～10 d，观察到花瓣凋谢，柱头干枯时，即可去袋[14]。

陈雅等[50]用攸县油茶与‘华硕’进行种间杂交，子代育性良好，回交结实率高。陈永忠等[51]通过杂交育种选育的子代，产量大幅升高。不同品种间杂交亲和性不同导致油茶花粉管的生长速度不同[52]。江西省林业科学院进行油茶远缘杂交育种试验，发现杂交后代均表现出果大、皮薄、出籽率高、含油率高的特点[53-54]。

5 展望

2022年中央一号文件《中共中央国务院关于做好2022年全面推进乡村振兴重点工作的意见》提出“支持扩大油茶种植面积，改造提升低产林”，2022年海南省一号文件《中共海南省委海南省人民政府关于做好2022年全面推进乡村振兴重点工作的实施意见》（琼发〔2022〕1号）提出“推广种植油茶、沉香、花梨、特色花卉”和“扩大椰子、油茶、沉香、咖啡等种植规模”。发展油茶产业已上升为国家和海南省的战略性部署，种植油茶已成为农民脱贫致富和乡村振兴的重要途径。扩大油茶种植面积以及提高单位面积产量，将油茶培育成为食用油的重要来源，潜力巨大。

我国具有丰富的油茶实生资源和品种资源，为适应油茶育种工作的需要，在开花生物学、花粉储藏和胚胎学等方面都进行了大量研究，并取得不少有价值的材料，但研究方法还比较传统，油茶落花落果问题长期未得到解决，有性生殖尚未形成系统的理论体系。自然条件下，油茶各品种的自交不亲和程度差异巨大，今后的研究方向中，油茶自交不亲和的机制、各品种间不亲和强度差异的原因及如何克服自交不亲和性或将成为重要内容[26,55]。

目前，油茶基因组已经破译，实现了油茶从传统育种向基因组育种的跨越，也为开花调控、果实发育等相关机制解析，关键功能基因的挖掘奠定了良好基础。油茶育种年限长，新品种选育缓慢，选育速度无法满足产业发展需求，严重阻碍了油茶产业的发展。通过分子辅助育种，开展重要经济性状的分子标记辅助精准预测，有望缩短油茶育种周期，提高油茶育种效率[56]。