山茶花屬山茶科(Theaceae)山茶屬(Camellia)。是我國著名的傳統(tǒng)珍貴花卉，也是世界名貴花卉，為植物飲料、木本油料及藥用植物，在我國具有悠久的栽培歷史。自林奈首次命名了CamelliajaponicaL.和TheasinensisL.兩屬2種以來，新發(fā)表的山茶屬物種數(shù)量迅速增加，因而山茶屬植物專屬的系統(tǒng)分類被不斷訂正和完善。目前以Sealy、張宏達(dá)2和閔天祿為代表性三大分類系統(tǒng)中，雖然均采用了進(jìn)化分類學(xué)的方法，但因三者對建立亞屬一些形態(tài)特征的進(jìn)化意義、屬內(nèi)分組以及種的變異范圍大小界定存在不同的認(rèn)識，導(dǎo)致三個分類系統(tǒng)中關(guān)于物種數(shù)量、系統(tǒng)演化、起源及擴(kuò)散路徑等存在不同的結(jié)論。在后兩個系統(tǒng)中，對山茶屬中種類最多的紅山茶組植物的種類劃分、擴(kuò)散路徑、分化和進(jìn)化趨向等問題上存在的分歧尤其突出。
山茶屬植物化學(xué)分類為深入了解和完善紅山茶組植物的分類提供了新的佐證。在已經(jīng)應(yīng)用的分類指標(biāo)中有類黃酮色素、薄層色譜色素、精油成分等。早期通常以花瓣中的薄層色譜色素指標(biāo)來探討其系統(tǒng)發(fā)生和親緣關(guān)系。目前。借助于高效液相色譜(HPLC)、核磁共振(NMR)等先進(jìn)分析及鑒定技術(shù)解析其花瓣色素結(jié)構(gòu)。根據(jù)色素進(jìn)化和遺傳特征，對紅山茶組植物的起源、系統(tǒng)演化關(guān)系等進(jìn)行探討，解決了一些傳統(tǒng)分類學(xué)所不能解決的問題;另一方面，花瓣色素分析方法作為育種的輔助手段已在茶花花色新品種育種中嘗試應(yīng)用，并顯現(xiàn)出較大的應(yīng)用潛力。
1花色素類物質(zhì)及其類型
花色具有指示傳粉者和保護(hù)花器官的主要功能。同時也是觀賞植物最重要的觀賞特征之一。因此花色改良?xì)v來是重要的育種目標(biāo)。花色是一種復(fù)雜性狀，研究表明，花瓣色素的主要化學(xué)結(jié)構(gòu)大體可歸納為三大色素類群，即類黃酮(Flavonoids)、類胡蘿卜素(Carotenoids)和甜菜色素(Betalains)，其中類黃酮是主要色素類群。
1.1類黃酮色素
參與花色形成的類黃酮主要有類黃酮色素中的花色素和花黃色素(Anthoxanthin)，包括黃色的2.苯甲川基苯并呋喃酮和苯基苯乙烯酮(查爾酮)‘。類黃酮色素主要積累在花瓣表皮細(xì)胞的液泡內(nèi)，控制花的粉紅色、紅色、紫羅蘭色、藍(lán)色及中間色。不同的花色素及花色苷呈色不同，如花葵素產(chǎn)生橘紅色、花青素產(chǎn)生紅色、飛燕草色素產(chǎn)生藍(lán)色等，亦有報道綠絨蒿屬(Meconopsis)植物花的天藍(lán)色是由花青素(Cy.anidin)的花色苷產(chǎn)生的。目前已知的花色素約有2O多種，天然存在植物中的共有3類6種：天竺葵色素(Pelargonidin，Pg)、花青素色素(Cyanidin，Cy)和飛燕草色素(Delphinidin，Dp)3類花色素，其中花青素的3’羥基甲基化形成芍藥色素(Peonidin，Pn)，飛燕草色素的3’羥基甲基化形成牽牛花色素(Petunidin，Pt)，3’、5’同時甲基化形成錦葵色素(Malvidin，Mv)。自然條件下，游離的花色素(配基)在植物體內(nèi)以糖苷鍵與糖類結(jié)合而形成花色苷，以配糖體的形式積累在細(xì)胞液中。此外，還與有機(jī)酸結(jié)合形成其他復(fù)合體形式存在。因糖和花色素中羥基結(jié)合的位置、數(shù)量和種類不同，因而花色苷的種類十分豐富。己知天然存在的花色苷有250多種。
1.2其他兩類色素
類胡蘿卜素色素是胡蘿卜素(Carotenes)和葉黃素(Xanthophylls)的通稱，難溶于水，以結(jié)晶或沉淀形式存在于細(xì)胞質(zhì)的質(zhì)體中，又稱為質(zhì)體色素，包括有紅、橙、黃色素在內(nèi)的色素類群，存在于花瓣的多為B.胡蘿卜素和堇菜黃質(zhì)。甜菜色素是一類與生物堿有關(guān)的水溶性色素，如甜菜堿、小菜堿、嬰粟堿等，可以使植物呈現(xiàn)黃色到紅色，但由于它們在含花青素類物質(zhì)的植物中從未發(fā)現(xiàn)過，因而引起研究者的極大興趣··。
2紅山茶組植物花瓣色素種類
紅山茶組植物是茶花品種起源的重要親本。紅色茶花花瓣的呈色物質(zhì)主要是花青素系列色素，其作為一種重要的代謝產(chǎn)物，在一定代謝階段(單花處于半開至完全盛開期)具有相對的穩(wěn)定性和特征性意義，因而可以作為紅山茶分類的化學(xué)分類指標(biāo)。。
2.1山茶花的預(yù)處理與花色素的提取
山茶花瓣色素分析是對花瓣活體中含有的色素進(jìn)行分析。色素易受環(huán)境條件影響而發(fā)生降解或變化。因此，材料的采集與預(yù)保存是保證色素分析正確性和準(zhǔn)確性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。常用的預(yù)處理方法是：直接利用新鮮花瓣進(jìn)行色素提取;2)真空冷凍干燥;3)用沸水處理新鮮花瓣3—48后涼干，干燥硅膠保存。其中第3種方法適用于遠(yuǎn)距離或野外條件下進(jìn)行。花色素的提取，通常以鹽酸化甲醇作為提取液。將半開至盛花期的花瓣切碎盾，冷浸提取，但通過此法得到的花色素通常以鹽酸鹽的形式存在，會破壞花色素的天然狀態(tài)，不利于花色素結(jié)構(gòu)的分析研究。近年來，對于紅色系花瓣色素的提取通常以分離效果較好的改良提取液進(jìn)行提取。
2.2花色素的分析與鑒定
從早期的化學(xué)分析到20世紀(jì)40年代后逐步發(fā)展起來的紙色譜(PC)、光譜分析(SA)、薄層色譜(TLC)、柱色譜(CC)、氣相色譜(GC)、HPLC等色譜技術(shù)，以及近年來NMR、質(zhì)譜(MS)等手段的引入，極大地促進(jìn)了花瓣色素類物質(zhì)的研究。山茶屬植物花瓣色素的研究始于20世紀(jì)30年代，迅速發(fā)展期是在20世紀(jì)80年代至90年代初。
以Sakata為主的多位學(xué)者通過對山茶屬紅山茶組植物，還包括其他茶組開紅花的物種，如冬紅短柱茶(C.hiemalis)、茶梅、春茶梅等雜交種和品種花瓣花色素的種類、含量及其結(jié)構(gòu)進(jìn)行定量分析和鑒定。初步確立了山茶花瓣花色素的HPLC分析方法，并檢測出15種花色苷。
20世紀(jì)90年代后半期，由于大部分紅山茶野生種的花瓣采集越來越困難，因此，山茶物種的花瓣花色素研究趨于停頓。21世紀(jì)初，新技術(shù)、新方法的應(yīng)用使山茶花色素的研究達(dá)到了新的高度。2001年從茶樹(C.sinensis)1個品種的葉子中提取了12種以E的花色苷的粗提物。通過TLC、紫外.可見光譜(uV.Vis)、快原子轟擊質(zhì)譜(FABMS)和電噴霧電離一飛行時間質(zhì)譜(ESI—TOFMS)、核磁共振氫譜(1H.NMR)、雙量子濾波化學(xué)位移相關(guān)二維譜(DQF—COSY)和NOE差光譜(DIFNOE)等方法確定出了其中3種花色苷的化學(xué)結(jié)構(gòu)。迄今已從山茶屬植物花瓣中檢出18種主要花色素類物質(zhì)，其中12種的化學(xué)結(jié)構(gòu)已被鑒定。紅山茶品種144個，短柄山茶品種38個，茶梅品種48個，春茶梅品種42個，滇山茶39個，怒江紅山茶品種3個，其他品種11個，雜交種55個的檢測結(jié)果匯總表1。
3花瓣色素在紅山茶組植物系統(tǒng)演化上的應(yīng)用
3.1存疑物種的起源
春茶梅品種群是一類重要的觀賞品種群，但很久以來對其起源存有分歧。Sakatai通過分析其花瓣花色素成份，探討其花瓣中花色素苷的結(jié)構(gòu)和積聚以及不同品種中色素的變化幅度，從而進(jìn)一步證實了該種為雜種起源觀點，這類品種可能發(fā)生在山茶和茶梅之間的天然雜交。
3.2物種的系統(tǒng)發(fā)育途徑
在我國云南和四川及其周邊地區(qū)的物種中，其花色苷比來源于我國其他地方和日本的物種的花色苷更具化學(xué)復(fù)雜性，這與山茶物種的起源中心位于中國西南部的觀點相符合。山茶花瓣中花青素生成是按照Cy3G5G系列>Cy3GG系列>Cy3pCG(Cy3pCGa)≥Cy3G(Cy3Ga)的優(yōu)位性順序，從復(fù)雜向簡單進(jìn)行，而色素結(jié)構(gòu)所體現(xiàn)的進(jìn)化順序與之相反;花色素在山茶物種中是按照怒江紅山茶>云南山茶>茶梅>紅山茶這個優(yōu)先順序遺傳生成的。
表1山茶屬植物及其所含色素種類
根據(jù)花色苷進(jìn)化與遺傳的規(guī)律，提出了我國起源的幾個紅山茶組野生型物種的系統(tǒng)發(fā)育路線：1)向西，從怒江紅山茶(起源中心)經(jīng)云南野山茶到滇山茶;2)往東，從怒江紅山茶經(jīng)西南紅山茶(原變種)到多齒紅山茶到浙江紅山茶(到山茶品種群)和南山茶(或者南山茶到香港紅山茶);3)從多齒紅山茶到南山茶到浙江紅山茶到山茶品種群(或者南山茶到到香港紅山茶)。該系統(tǒng)發(fā)育順序，與閔天祿和津山尚從形態(tài)地理研究中得出的種間分化和地理替代系列順序基本一致。
4花瓣色素在茶花花色輔助育種中的應(yīng)用
當(dāng)前茶花育種方向主要集中在花色、芳香、花期和抗性等幾個方面，其中花色育種目標(biāo)主要是培育深紅、紫黑、深黃、藍(lán)紫等特異花色品種。在了解雜交父母本雙方色素生成的遺傳背景和雜交親和性，進(jìn)行有目的地雜交，得到可能具有目標(biāo)花色的雜種，從種內(nèi)雜交到有目的性的種間雜交或者到組、屬種間雜交(組間雜交)是世界上山茶花色育種現(xiàn)行的方向。
在藍(lán)色茶花育種中，Parks曾通過雜交手段進(jìn)行過嘗試，但未成功。日本橫井等認(rèn)為，利用含有飛燕草色素系列色素的品種或物種作為雜交親本是培育藍(lán)色茶花的有效途徑L3粥]。含有飛燕草色素苷的香港紅山茶將是一個重要的藍(lán)色育種親本材料，用其與其他山茶進(jìn)行種間雜交，飛燕草色素系列色素不斷積累，朝著藍(lán)色育種方向發(fā)展。茶花屬于木本類花卉，育種周期較長，從雜交種子播種至開花需要4～5年。為避免盲目性、提高育種效率而進(jìn)行有目的地雜交是必要的，因此需要進(jìn)一步研究山茶種質(zhì)資源的花色素組成以及其傳遞規(guī)律，才可能事半功倍地培育出理想的花色品種。
5展望
我國是山茶起源地和分布中心，有著豐富的山茶種質(zhì)資源和眾多的茶花品種。但對其中作為育種親本的多數(shù)(尤其是具有紅色系花瓣的紅山茶組)物種的花瓣色素的化學(xué)特性和生物學(xué)機(jī)制了解甚少，對于花色較為復(fù)雜的茶花品種更是如此。迄今雖然其他國家的一些學(xué)者已測定了山茶屬紅山茶組中部分物種的花瓣色素，但研究仍極為有限。因此進(jìn)一步系統(tǒng)地對紅山茶組物種及重要品種，尤其對我國古老的傳統(tǒng)茶花品種，以及對具有紅色花瓣的糙果茶組(Sect.Furfuracea)、瘤果茶組(Sect.Tuberculata)、短柱茶組(Sect.Paracamellia)、油茶組(Sect.Oleiferrt)和茶組(Sect.Thea)等個別物種的花瓣花色素類物質(zhì)進(jìn)行分析研究，不僅將為目前山茶屬植物分類中存在的一些有爭議的焦點問題提供更廣泛的佐證，而且是充分挖掘育種資源潛力，培育茶花新品種的重要輔助手段。
