山茶属红山茶组植物花瓣色素及其应用的研究进展
山茶花属山茶科(Theaceae)山茶属(Camellia)。是我国著名的传统珍贵花卉，也是世界名贵花卉，为植物饮料、木本油料及药用植物，在我国具有悠久的栽培历史。自林奈首次命名了CamelliajaponicaL.和TheasinensisL.两属2种以来，新发表的山茶属物种数量迅速增加，因而山茶属植物专属的系统分类被不断订正和完善。目前以Sealy、张宏达2和闵天禄为代表性三大分类系统中，虽然均采用了进化分类学的方法，但因三者对建立亚属一些形态特征的进化意义、属内分组以及种的变异范围大小界定存在不同的认识，导致三个分类系统中关于物种数量、系统演化、起源及扩散路径等存在不同的结论。在后两个系统中，对山茶属中种类最多的红山茶组植物的种类划分、扩散路径、分化和进化趋向等问题上存在的分歧尤其突出。
山茶属植物化学分类为深入了解和完善红山茶组植物的分类提供了新的佐证。在已经应用的分类指标中有类黄酮色素、薄层色谱色素、精油成分等。早期通常以花瓣中的薄层色谱色素指标来探讨其系统发生和亲缘关系。目前。借助于高效液相色谱(HPLC)、核磁共振(NMR)等先进分析及鉴定技术解析其花瓣色素结构。根据色素进化和遗传特征，对红山茶组植物的起源、系统演化关系等进行探讨，解决了一些传统分类学所不能解决的问题;另一方面，花瓣色素分析方法作为育种的辅助手段已在茶花花色新品种育种中尝试应用，并显现出较大的应用潜力。
1花色素类物质及其类型
花色具有指示传粉者和保护花器官的主要功能。同时也是观赏植物最重要的观赏特征之一。因此花色改良历来是重要的育种目标。花色是一种复杂性状，研究表明，花瓣色素的主要化学结构大体可归纳为三大色素类群，即类黄酮(Flavonoids)、类胡萝卜素(Carotenoids)和甜菜色素(Betalains)，其中类黄酮是主要色素类群。
1.1类黄酮色素
参与花色形成的类黄酮主要有类黄酮色素中的花色素和花黄色素(Anthoxanthin)，包括黄色的2.苯甲川基苯并呋喃酮和苯基苯乙烯酮(查尔酮)‘。类黄酮色素主要积累在花瓣表皮细胞的液泡内，控制花的粉红色、红色、紫罗兰色、蓝色及中间色。不同的花色素及花色苷呈色不同，如花葵素产生橘红色、花青素产生红色、飞燕草色素产生蓝色等，亦有报道绿绒蒿属(Meconopsis)植物花的天蓝色是由花青素(Cy.anidin)的花色苷产生的。目前已知的花色素约有2O多种，天然存在植物中的共有3类6种：天竺葵色素(Pelargonidin，Pg)、花青素色素(Cyanidin，Cy)和飞燕草色素(Delphinidin，Dp)3类花色素，其中花青素的3’羟基甲基化形成芍药色素(Peonidin，Pn)，飞燕草色素的3’羟基甲基化形成牵牛花色素(Petunidin，Pt)，3’、5’同时甲基化形成锦葵色素(Malvidin，Mv)。自然条件下，游离的花色素(配基)在植物体内以糖苷键与糖类结合而形成花色苷，以配糖体的形式积累在细胞液中。此外，还与有机酸结合形成其他复合体形式存在。因糖和花色素中羟基结合的位置、数量和种类不同，因而花色苷的种类十分丰富。己知天然存在的花色苷有250多种。
1.2其他两类色素
类胡萝卜素色素是胡萝卜素(Carotenes)和叶黄素(Xanthophylls)的通称，难溶于水，以结晶或沉淀形式存在于细胞质的质体中，又称为质体色素，包括有红、橙、黄色素在内的色素类群，存在于花瓣的多为B.胡萝卜素和堇菜黄质。甜菜色素是一类与生物碱有关的水溶性色素，如甜菜碱、小菜碱、婴粟碱等，可以使植物呈现黄色到红色，但由于它们在含花青素类物质的植物中从未发现过，因而引起研究者的极大兴趣··。
2红山茶组植物花瓣色素种类
红山茶组植物是茶花品种起源的重要亲本。红色茶花花瓣的呈色物质主要是花青素系列色素，其作为一种重要的代谢产物，在一定代谢阶段(单花处于半开至完全盛开期)具有相对的稳定性和特征性意义，因而可以作为红山茶分类的化学分类指标。。
2.1山茶花的预处理与花色素的提取
山茶花瓣色素分析是对花瓣活体中含有的色素进行分析。色素易受环境条件影响而发生降解或变化。因此，材料的采集与预保存是保证色素分析正确性和准确性的关键环节。常用的预处理方法是：直接利用新鲜花瓣进行色素提取;2)真空冷冻干燥;3)用沸水处理新鲜花瓣3—48后凉干，干燥硅胶保存。其中第3种方法适用于远距离或野外条件下进行。花色素的提取，通常以盐酸化甲醇作为提取液。将半开至盛花期的花瓣切碎盾，冷浸提取，但通过此法得到的花色素通常以盐酸盐的形式存在，会破坏花色素的天然状态，不利于花色素结构的分析研究。近年来，对于红色系花瓣色素的提取通常以分离效果较好的改良提取液进行提取。
2.2花色素的分析与鉴定
从早期的化学分析到20世纪40年代后逐步发展起来的纸色谱(PC)、光谱分析(SA)、薄层色谱(TLC)、柱色谱(CC)、气相色谱(GC)、HPLC等色谱技术，以及近年来NMR、质谱(MS)等手段的引入，极大地促进了花瓣色素类物质的研究。山茶属植物花瓣色素的研究始于20世纪30年代，迅速发展期是在20世纪80年代至90年代初。
以Sakata为主的多位学者通过对山茶属红山茶组植物，还包括其他茶组开红花的物种，如冬红短柱茶(C.hiemalis)、茶梅、春茶梅等杂交种和品种花瓣花色素的种类、含量及其结构进行定量分析和鉴定。初步确立了山茶花瓣花色素的HPLC分析方法，并检测出15种花色苷。
20世纪90年代后半期，由于大部分红山茶野生种的花瓣采集越来越困难，因此，山茶物种的花瓣花色素研究趋于停顿。21世纪初，新技术、新方法的应用使山茶花色素的研究达到了新的高度。2001年从茶树(C.sinensis)1个品种的叶子中提取了12种以E的花色苷的粗提物。通过TLC、紫外.可见光谱(uV.Vis)、快原子轰击质谱(FABMS)和电喷雾电离一飞行时间质谱(ESI—TOFMS)、核磁共振氢谱(1H.NMR)、双量子滤波化学位移相关二维谱(DQF—COSY)和NOE差光谱(DIFNOE)等方法确定出了其中3种花色苷的化学结构。迄今已从山茶属植物花瓣中检出18种主要花色素类物质，其中12种的化学结构已被鉴定。红山茶品种144个，短柄山茶品种38个，茶梅品种48个，春茶梅品种42个，滇山茶39个，怒江红山茶品种3个，其他品种11个，杂交种55个的检测结果汇总表1。
3花瓣色素在红山茶组植物系统演化上的应用
3.1存疑物种的起源
春茶梅品种群是一类重要的观赏品种群，但很久以来对其起源存有分歧。Sakatai通过分析其花瓣花色素成份，探讨其花瓣中花色素苷的结构和积聚以及不同品种中色素的变化幅度，从而进一步证实了该种为杂种起源观点，这类品种可能发生在山茶和茶梅之间的天然杂交。
3.2物种的系统发育途径
在我国云南和四川及其周边地区的物种中，其花色苷比来源于我国其他地方和日本的物种的花色苷更具化学复杂性，这与山茶物种的起源中心位于中国西南部的观点相符合。山茶花瓣中花青素生成是按照Cy3G5G系列>Cy3GG系列>Cy3pCG(Cy3pCGa)≥Cy3G(Cy3Ga)的优位性顺序，从复杂向简单进行，而色素结构所体现的进化顺序与之相反;花色素在山茶物种中是按照怒江红山茶>云南山茶>茶梅>红山茶这个优先顺序遗传生成的。
表1山茶属植物及其所含色素种类
根据花色苷进化与遗传的规律，提出了我国起源的几个红山茶组野生型物种的系统发育路线：1)向西，从怒江红山茶(起源中心)经云南野山茶到滇山茶;2)往东，从怒江红山茶经西南红山茶(原变种)到多齿红山茶到浙江红山茶(到山茶品种群)和南山茶(或者南山茶到香港红山茶);3)从多齿红山茶到南山茶到浙江红山茶到山茶品种群(或者南山茶到到香港红山茶)。该系统发育顺序，与闵天禄和津山尚从形态地理研究中得出的种间分化和地理替代系列顺序基本一致。
4花瓣色素在茶花花色辅助育种中的应用
当前茶花育种方向主要集中在花色、芳香、花期和抗性等几个方面，其中花色育种目标主要是培育深红、紫黑、深黄、蓝紫等特异花色品种。在了解杂交父母本双方色素生成的遗传背景和杂交亲和性，进行有目的地杂交，得到可能具有目标花色的杂种，从种内杂交到有目的性的种间杂交或者到组、属种间杂交(组间杂交)是世界上山茶花色育种现行的方向。
在蓝色茶花育种中，Parks曾通过杂交手段进行过尝试，但未成功。日本横井等认为，利用含有飞燕草色素系列色素的品种或物种作为杂交亲本是培育蓝色茶花的有效途径L3粥]。含有飞燕草色素苷的香港红山茶将是一个重要的蓝色育种亲本材料，用其与其他山茶进行种间杂交，飞燕草色素系列色素不断积累，朝着蓝色育种方向发展。茶花属于木本类花卉，育种周期较长，从杂交种子播种至开花需要4～5年。为避免盲目性、提高育种效率而进行有目的地杂交是必要的，因此需要进一步研究山茶种质资源的花色素组成以及其传递规律，才可能事半功倍地培育出理想的花色品种。
5展望
我国是山茶起源地和分布中心，有着丰富的山茶种质资源和众多的茶花品种。但对其中作为育种亲本的多数(尤其是具有红色系花瓣的红山茶组)物种的花瓣色素的化学特性和生物学机制了解甚少，对于花色较为复杂的茶花品种更是如此。迄今虽然其他国家的一些学者已测定了山茶属红山茶组中部分物种的花瓣色素，但研究仍极为有限。因此进一步系统地对红山茶组物种及重要品种，尤其对我国古老的传统茶花品种，以及对具有红色花瓣的糙果茶组(Sect.Furfuracea)、瘤果茶组(Sect.Tuberculata)、短柱茶组(Sect.Paracamellia)、油茶组(Sect.Oleiferrt)和茶组(Sect.Thea)等个别物种的花瓣花色素类物质进行分析研究，不仅将为目前山茶属植物分类中存在的一些有争议的焦点问题提供更广泛的佐证，而且是充分挖掘育种资源潜力，培育茶花新品种的重要辅助手段。