现代生物学(植物学理论部分)：植物分类学与植物资源利用

植物分类学与植物资源利用——从山茶科植物谈起山茶科的系统分类山茶属的系统分类山茶属植物资源利用观赏植物资源油料植物资源茶叶植物资源山茶科的系统分类山茶科的分类特征：木本，除2属（紫茎属Stewartia和Pyrenaria)外，其余属种皆为常绿；多数具鳞芽，少数不具鳞芽的由叶柄变宽成为翅状对摺包裹芽；叶互生，无托叶；边缘常具胼胝质状的锯齿。花的最终形态是苞2，萼5，瓣5，雄蕊多数，子房5-3室，胚珠多数到少数，种子有胚乳或无胚乳。分类依据：果实的类型分亚科：果实为核果、蒴果属于山茶亚科Theoides；果实为干果状浆果的属于厚皮香亚科Ternstroemioides；种子的形态可以分属：有无胚乳，子叶形状，种子是否具翅，顶翅还是周翅；常绿或落叶可以作划分属的依据。山茶亚科属的分群种子硕大，具开裂的蒴果或不开裂的核果，种子无胚乳的有4属：山茶属Camellia：蒴果；种皮薄壳质；子叶半球形，种子萌发时子叶不扩大，不出土——山茶族Theeae石笔木属Tutcheria，核果茶属Pyrenaria，多瓣核果茶属Parapyrenaria：种皮厚硬骨质；子叶叶状，褶叠，种子萌发时子叶出土、扩大变成绿色——核果茶族Pyrenrieae石笔木属具蒴果，果成熟时果裂开，分果爿不在基部相连；核果茶属花柱分离到基部；多瓣核果茶，花柱基部连生种子小型，无胚乳，种子萌发子叶不扩大；全为蒴果，共有8属可以分为两个类群。种子具顶翅的有3属：北美大头茶Gordonia，南美大头茶Laplacea，和大头茶Polyspora——大头茶族Gordonieae北美大头茶具长花梗（4-8cm)，苞、萼分化，萼片宿存；雄蕊连合成不规则的花丝管；花粉粒具穴状小孔纹饰；花柱连生；南美大头茶花无梗或具不长于4cm的花梗，苞、萼分化，均脱落；花柱短，分离到基部；雄蕊高度连合；花粉粒具刺状纹饰；花柱短，分离到基部大头茶属苞、萼不分化并逐渐过渡，脱落；雄蕊基部连合；花粉粒具颗粒状纹饰；花柱单一，柱头分离；种子具周翅或残缺的翅，或退化至无翅，可以中轴的形态划分成两个类群：果实中轴顶端膨大成棒锤状——木荷族Schimeae，有：Franklinia：蒴果从上现时行室背开裂，又从下而上行室间开裂，种子非压扁状，具残缺的翅；木荷属Schima：蒴果室背开裂，种子具周翅；圆籽荷属Apterosperma：蒴果室背开裂，果爿易脱落；种子非压扁状，具残缺的翅或无翅。果实中轴锐尖，非为棒锤状——紫茎族Stewartieae，含2属，摺柄茶属Hartia叶常绿，无鳞芽；紫茎属Stewartia落叶，具鳞芽。厚皮香亚科的分类浆果；苞2，萼5，瓣5，苞、萼皆宿存；种子大型，胚弯曲成马蹄状——厚皮香族Ternstromieae，含2属：厚皮香属Ternstroemia：子房上位；茶梨属Anneslea：子房下位。种子小型，胚弯——杨桐族Adinandreae，含4属：花单性，雌雄异株的仅有柃属Eurya；花两性的有3属：猪血木属Euryodendron花梗长不足1cm；花梗长超过1cm的有2属，其中杨桐属Adinandra顶芽有毛；肖柃属Cleyera顶芽无毛。我国的山茶科植物石笔木红皮糙果茶木荷木荷木荷木荷洋木荷大头茶厚叶摺柄茶长毛摺柄茶长毛摺柄茶厚皮香茶梨岗柃光枝米碎花华南毛柃Euryasp米碎花岗柃肖柃猪血木杨桐山茶属的系统分类山茶属Camellia是东亚的特有属，全属约280余种，绝大部分分布在中国，只有20余种散见于印度支那，东南亚，以及朝鲜半岛及日本。山茶属属下分群原始山茶亚属（原始山茶组，实果茶茶，匹克茶组）山茶亚属（油茶组，糙果茶组，半宿萼茶组，瘤果茶组，短柱茶组，小黄花茶组，红山茶组）茶亚属（离蕊茶组，短蕊茶组，长柄茶组，金花茶组，管蕊茶组，茶组，超长柄茶组，秃茶组）后生茶亚属（连蕊茶组，毛蕊茶组）山茶属的系统分类山茶属系统发育体现了循序渐进、由较原始特征向较进化的特征过渡、螺旋式上升的过程。有无花梗；苞被是否分化；苞片数目，宿存或脱落；花瓣的数目及连合程度；雄蕊分离或连合；雌蕊分离或连合；子房室数及发育；种子的毛被。山茶属的分群及花各部分的系统演化如下图：山茶属内系统演化观赏山茶花的主要形态我国的山茶属植物资源观赏山茶植物资源观赏山茶分类红山茶组红花为主也有白花的大花资源：以山茶Camelliajaponica和滇山茶C.reticulata为代表；以金花茶组为主的黄色花资源；培育小型花（迷你型）观赏山茶；寻找香花山茶资源。观赏山茶花的形态红色花山茶植物资源滇山茶——云南凤庆高九米直径九十公分红山茶之王滇山茶滇山茶越南长叶山茶峨嵋红山茶峨嵋红山茶木果红山茶木果红山茶多齿红山茶多齿红山茶南山茶大果红山茶连山红茶张宏达山茶匹克茶白色花山茶植物资源大白山茶大苞白山茶西南白山茶西南白山茶斑枝毛蕊茶半宿萼茶长管连蕊茶长管连蕊茶川鄂连蕊茶四川毛蕊茶博白油茶越南油茶尖苞瘤果茶窄叶短柱茶黄色花山茶资源金花茶金花茶金花茶多瓣金花茶凹脉金花茶油用山茶植物资源油茶油茶博白油茶红皮糙果茶多齿红山茶红皮糙果茶香花山茶植物资源蒙自连蕊茶任善相茶任善相茶

任善相茶花精油中30种化学成分。其中含量最丰富的是苯乙醇，占精油中全部挥发性成分的45%以上。并初步确认了10种香气活性成分，其中FD-factor最高的是苯乙醇，其次是芳樟醇、反式－橙花叔醇等。品种相对含量/%苯乙醇苯甲醇苯甲醛芳樟醇C.forrestii81.826.13trace0C.trichoclada30.5811.726.121.69C.renshanxiangiea56.423.530.351.61香花糙果茶茶树资源利用研究我国野生茶树资源十分丰富，除了已经广泛栽培的茶Camelliasinensis和普洱茶C.assamica两种外，其余30种茶树植物尚未被加以利用。从目前我们的研究情况看，野生茶树蕴含着新、奇、特的重大资源，就我们已发现的含新的嘌呤碱的野生茶树看，我们有必要重新审视野生茶树资源，并对其进行利用方面的研究。

茶树植物在山茶属中的地位

茶树植物有32种，是山茶属下20个组中的一个组。除了茶和普洱茶以外，其余30种均是野生尚未加以利用的茶树，除了越南和缅甸各有1种外，28种都分布在中国。山茶属的分群及茶组植物在山茶属中的系统位置如下图：茶组植物花柄伸长，苞被已经分化化为小苞片和萼片，小苞片2~3，或至6，花瓣多于5，雄蕊多数，子房5室或3室。目前广泛栽培应用的茶和普洱茶都是子房3室的。茶组植物的组内分群如下图：栽培的茶和普洱茶属于茶系。茶组植物32种，有13种是子房5室，19种是子房3室的，子房5室的茶迄今尚未加以利用，子房3室的茶，也只利用了现今栽培的2种。大厂茶滇缅茶：云南凤庆。高9.8米，直径1.7米。堪称茶树之王。五室茶茶组植物的利用方向

茶树是在中国西周以前就已经发现并加以利用的，茶树的栽培和饮茶的历史至少也已有2500年的历史。人们饮茶，主要是茶叶中含有咖啡碱，和茶多酚，茶氨酸等有用物质，咖啡碱能兴奋神经，提高工作效率，而茶多酚能清除人体中的自由基，对心血管病有治疗作用。几千年来从我们的祖先以来，喝的就是含咖啡碱的茶。茶叶中的嘌呤碱，以咖啡碱占优势，也含有少量的可可碱，微量的茶叶碱。这和嘌呤环的甲基数目和位置有关。茶树植物除了含咖啡碱的茶外，也有含可可碱为主的茶。已经发现滇缅茶C.irrawadii含0.5%的可可碱，而我们在野生茶树中发现了纯含可可碱的可可茶C.ptilophylla，含可可碱约为4.5%，不含咖啡碱；也发现了以1,3,7,9-四甲基尿酸占优势的苦茶C.kucha。对于茶树嘌呤碱的结构和类型，我们可以下面的化学结构式来表示。

目前在茶树植物中发现的可可碱，茶叶碱属于二甲基黄嘌呤，咖啡碱属于三甲基黄嘌呤，1,3,7,9-四甲基尿酸属于四甲基黄嘌呤。可可碱和茶叶碱属于同分异构体，但在药理性质上有很大的不同。1,3,7,9-四甲基尿酸的药理作用目前在研究上还是空白。

含特殊生物碱野生茶树研究概况长期以来我们对野生茶树资源进行了不懈的研究，从上世纪80年代初，我们全面调查了我国的野生茶树，发现了多个不同于栽培茶树的野生茶树，其中就包括了可可茶。可可茶的研究从最初发现它含有特殊的不同于栽培茶可可碱，我们一直朝把它驯化成为新的栽培茶树的目标推进。可可茶的药理作用研究表明可可茶在某些方面表现出了与传统茶不同的特性，主要是它没有兴奋神经的作用，具有一定的强心作用，能够提高机体的血红蛋白和动态耐力，具有抗疲劳的作用，降低血清总胆固醇，提高高密度脂蛋白的作用等。这意味着喝可可茶，不会兴奋神经，却可以通过增强心肌的搏动提高工作效率。经过持续20余年的工作，我们通过化学筛选，在纯种无性系的基础上，进行品种对比，初步选出了10余个品种，作为进一步发展的对象。目前得到的若干品种，制作乌龙茶，展示了良好的口感和香气。最主要的是可可茶毒性试验也表明它和传统茶叶一样可作为日常饮用的安全饮料。通过栽培后的可可茶的品质与野生可可茶相比有了著的提高。这些研究结果预示了这一新的茶叶资源的重大贡献经济意义。从可可茶多酚提取分离得到儿茶素，经核磁共振（NMR）等测定化学结构，确认其中有三种在传统茶叶含量很少或很难检测出的儿茶素：gallogatechin-gallate（GCG）、1,3,4,6-tetragalloyl-glucose（1,3,4,6-GA-glc）及gallogatechin-3,5-digallate（GC-35diGA）。左侧为EGCG的结构式右侧为gallogatechin-gallate(GCG)的结构式，传统茶主要含有EGCG1,3,4,6-tetragalloyl-glucose(1,3,4,6-GA-glc)结构式gallogatechin-3,5-digallate(GC-3,5-diGA)的结构式对可可茶嘌呤碱的体内生物合成和代谢进行了同位素示踪研究，表明了可可茶在体内合成可可碱后，由于体内缺少甲基转移酶把可可碱进一步合成为咖啡碱，因而引起了可可碱的积累，这和传统栽培茶树中占第二位的可可碱的积累是由咖啡碱降解的结果是不同。可可茶可以按照现有茶叶加工方法，制作成红茶，绿茶，乌龙茶，黄茶等茶类，其口感，风味和香气均属正常，仅滋味略为苦涩，随着选育种的成功，将进一步推动可可茶的加工研究。下表是可可茶经栽培后，其化学成分已被大大改善。样品水浸出物游离氨基酸水溶性糖茶多酚儿茶素类花青素可可碱咖啡碱栽培

可

可

茶147.172.134.4237.3325.490.394.36nd244.222.784.2730.9423.300.104.38nd347.482.073.1338.3725.980.214.46nd447.252.263.8635.5922.700.304.54nd551.112.004.0441.0129.590.474.75nd650.442.154.2840.4229.940.474.28nd749.012.354.5136.8428.160.404.32nd847.362.164.1135.2623.800.394.52nd948.032.444.3336.5327.690.224.90nd1048.812.194.0937.9125.780.284.92nd平均含量48.09±1.932.25±0.234.10±0.3937.02±2.8426.24±2.550.32±0.124.54±0.24nd野生可可茶40.231.02－33.267.38－4.70nd传统茶30～472～44～518～3510～25约0.01约0.052～4中国有含咖啡因的茶，也有含可可碱的茶。还有更为特殊的苦茶，它含1,3,7,9-四甲基尿酸为主，也含有咖啡碱。我们可以期待在不久的将来，在市场上可以同时出现含咖啡因的茶、不含咖啡因的茶和其它特殊的茶，生活情趣的多样化，也应该有更多的茶的种类可以供人们选择。目前，我们对可可茶的开发已经到了关键时刻，遇到的最大困难是繁殖育种苗关，繁殖的系数不高，育种速度慢；我们希望会有台湾业界人士参加我们对野生茶树的开发研究。普洱茶茶普洱茶可可茶可可茶苦茶山茶属Camellia与茶组植物CamelliaSect.TheaDyer山茶属Camellia与茶组植物CamelliaSect.TheaDyer

茶组植物是一群苞被已经分化为小苞片和萼片，小苞片常为2~3，表现为脱落性，萼5~6，宿存，花瓣7~8枚，基部短连合，雄蕊几分离，子房5-3室，花柱单一，先端5~3裂。

茶组植物与秃茶组CamelliaSect.GlaberrimaChang与超长柄茶组CamelliaSect.LongissimaChang具有最近的亲缘关系。茶组植物茶组植物共有32种，除2种外，其余种类全产中国。依据张宏达教授的分类系统，茶组植物再划分成4个系：五室茶系Ser.QuinquelocularesChang五柱茶系Ser.PentastylaeChang秃房茶系Ser.GymnogynaeChang茶系Ser.SinensesChang五室茶系与五柱茶系以子房五室为特征，秃房茶系与茶系以子房3室为特征。茶树的栽培利用作为茶树栽培的种类限于茶C.sinensis和普洱茶C.assaimca，这两个种全部来自茶系。除茶和普洱茶外的种类仍然处于野生状态中，大多数的野生种类所含的嘌呤生物碱量低而无利用价值，但也有一些种类含有特殊的嘌呤碱种类正被开发利用。野生的可可茶与苦茶可可茶C.ptilophyllaChang芽叶含4%左右的可可碱，对它从基础研究到应用研究已经有20年的时间，目前已成功地选育出有栽培价值的无性系。一种不含咖啡碱而含可可碱、不干扰睡眠而具有强心作用的新型茶即将问世。苦茶C.assamicavar.kuchaChangetWang是近几年才发现的含特殊的四甲基尿酸的珍贵茶树资源。它的芽叶含高达3%的1,3,7,9-四甲基尿酸，这一化合物的生理活性和药理作用迄今尚未进行过研究，因而对于它的开发利用也尚未进行。茶组植物嘌呤生物碱的化学亲缘茶叶的化学成分包括以咖啡碱为主的嘌呤生物碱，茶叶多酚类物质，儿茶素，茶叶氨基酸，茶红素，茶黄素，糖，蛋白质，钾，镁，铝，锰等金属元素300余种化学成分。嘌呤碱、茶多酚、茶叶氨基酸通常称为茶叶表征性的化学成分。没有这些成分存在的不能称之为茶。嘌呤碱的结构表现在甲基的数目、位置，从嘌呤碱的结构看，我们在国产的茶组植物中已找到了含优势咖啡碱的种类、含优势可可碱的种类、含优势四甲基尿酸的种类。从嘌呤碱的分子结构上可以清楚的发现这一点。茶叶的嘌呤生物碱

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1,3-dimethylxanthine

(theophylline)

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C

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CH3

1,3,7,9-tetramethyluricacid

(theacrine)

C

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(caffeine)

1,3,7-trimethylxanthine

N

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O

O

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3,7-dimet