普洱市第一中學(xué) 高源霖 高源瑩

輔導(dǎo)教師：阮愛軍 秦海 溫江紅

“寬葉木蘭化石”與“普洱大葉種茶”的親緣關(guān)系初探

該項目榮獲第32屆云南青少年科技創(chuàng)新大賽一等獎

項目摘要：

我們的家鄉(xiāng)普洱栽培茶樹的歷史悠久，但是對于茶的起源問題還不是很清楚。通過對普洱市寬葉木蘭化石的學(xué)習(xí)了解，查資料、書籍，實地調(diào)查、訪問，專家輔導(dǎo)，化石與三個時期大葉種茶的形態(tài)和表皮特征實驗對比分析，用GPS技術(shù)實地調(diào)查，繪制寬葉木蘭化石分布帶的區(qū)域，了解寬葉木蘭化石的分布及現(xiàn)狀，并進行深入探討“推測認(rèn)為的野生大茶樹（普洱茶）是在第三紀(jì)特定的生態(tài)環(huán)境中由寬葉木蘭演化而來”這一目前普遍流 傳 的觀點的科學(xué)性。

經(jīng)過植物學(xué)形態(tài)對比，發(fā)現(xiàn)寬葉木蘭化石的葉片邊緣全圓，而野生大茶樹的邊緣有很多鋸齒，葉脈和氣孔特征也有明顯區(qū)別。最新的分子生物學(xué)文獻也表明木蘭科和山茶科的親緣關(guān)系相距甚遠。因此，寬葉木蘭并不一定是大葉種茶樹的前身。

景谷寬葉木蘭化石

對寬葉木蘭化石提出以下創(chuàng)新點：

1、通過實驗，獲得氣孔和表皮細胞等表皮結(jié)構(gòu)特征，從結(jié)構(gòu)特征和果實等特征和形態(tài)方面分析了寬葉木蘭化石與普洱大葉種茶在特征方面的一些區(qū)別，首次提出寬葉木蘭和普洱大葉種茶之間在形態(tài)特征上有較大差距，不能將寬葉木蘭認(rèn)為是普洱茶的祖先，為探尋真正普洱茶的祖先做了初探。

2、作為茶鄉(xiāng)的青少年為如何保護好化石文物出謀劃策，建議建立“景谷植物群青少年科普教育基地”。

調(diào)查背景：

我們兄妹倆平時對石頭很感興趣，有一次到普洱市博物館參觀，看到了化石，看說明是發(fā)掘于普洱景谷的化石——寬葉木蘭，博物館里陳列的這個化石是怎樣形成的？它是茶葉的前身嗎？這些化石說明了什么？它的科學(xué)意義何在？有人提出寬葉木蘭與茶屬植物相似，普洱博物館對寬葉木蘭的介紹也認(rèn)為寬葉木蘭是普洱茶的祖先，這個觀點被廣泛引用。我們利用課本上學(xué)到的一些植物學(xué)知識，初步對比了寬葉木蘭化石和茶葉的形態(tài)特征。按照這一思路，對此進行相關(guān)的科學(xué)實驗。

研究現(xiàn)狀：

普洱黃桂樞專家在《云南景谷茶葉的歷史文化底蘊 》一文中論述了茶葉始祖“寬葉木蘭”化石在景谷的史事及野生大茶樹、栽培大茶樹茶葉的生長種植歷史情況；孫雪梅、黃玫在《云南野生茶樹的地理分布及形態(tài)多樣性》中指出：云南是世界茶樹的原產(chǎn)地和起源中心，通過野外調(diào)查與文獻資料的整理，對云南野生茶樹資源的地理分布和形態(tài)多樣性進行了調(diào)查。云南省地礦局區(qū)域地質(zhì)調(diào)查所何昌祥在《從木蘭化石論茶樹起源和原產(chǎn)地》一文中有“茶樹葉片的形態(tài)、葉脈構(gòu)造、側(cè)脈對數(shù)及夾角大小、側(cè)脈不達葉緣、葉尖形態(tài)等特征對比，與寬葉木蘭和中華木蘭古植物化石有較多的相似之處”的論述。

在查找資料和現(xiàn)有研究基礎(chǔ)上，確定了技術(shù)路線圖：

目前，國內(nèi)專家對于寬葉木蘭化石的研究，只限于寬葉木蘭為主體的景谷植物群化石被中科院北京植物研究所和南京地質(zhì)古生物研究所1978年發(fā)現(xiàn)并發(fā)表：古木蘭是被子植物比較原始的一類。我們收集查找的文獻資料僅只限于此。因此對化石與普洱大葉種茶之間的結(jié)構(gòu)特征、角質(zhì)層、果實等試驗對比缺乏全面系統(tǒng)的調(diào)查，寬葉木蘭化石的保護未見研究。

調(diào)查目的：

通過對普洱市寬葉木蘭化石的了解，查閱資料、書籍，實地調(diào)查、訪問，專家輔導(dǎo)，了解寬葉木蘭化石的分布及現(xiàn)狀，我們的目的不僅要研究茶葉的枝葉形態(tài)特征，而且還要通過實驗獲得表皮細胞等表皮結(jié)構(gòu)特征，從形態(tài)、花朵、果實等大形態(tài)和角質(zhì)層的微觀結(jié)構(gòu)兩個方面證實寬葉木蘭化石是不是普洱大葉種茶的前身，在公眾中進行科學(xué)的宣傳和普及。

調(diào)查的材料與方法、內(nèi)容

實驗中用到的設(shè)備和試劑：

化學(xué)試劑：濃硝酸，10%氫氧化鉀母液、玻璃片

形態(tài)觀察與拍照設(shè)備：5倍放大鏡、生物學(xué)實驗用顯微鏡

野外工具：GPS（三星I8510，S60智能手機，800萬像素，Sirf star3GPS芯片）

研究方法：

資料查閱與整理。通過上網(wǎng)查閱參考文獻的方式收集相關(guān)化石、茶葉歷史文獻資料。查閱植物學(xué)的專業(yè)資料并了解寬葉木蘭植物和茶屬植物的分類學(xué)知識。

實地考察。我們實地勘察，采集到30余塊植物化石。在中科院西雙版納熱帶植物園古生態(tài)研究組的指導(dǎo)下，我們對采到的化石進行了編號、分析、比較，用厘米直尺測量采集到化石的長和寬，并觀察化石葉子形態(tài)特征。利用GPS定位，記錄化石地點的具體位置。

專家訪問。普洱市博物館書記湯新華老師對我們進行輔導(dǎo)，并親自帶領(lǐng)我們參觀了普洱市博物館的植物化石及普洱茶展覽。請教了云南省地質(zhì)博物館館長楊正純教授，他指導(dǎo)我們觀察化石的方法。得到了中科院西雙版納熱帶植物園古生態(tài)研究組的蘇濤博士等人在古生物化石及植物分類學(xué)方面的專業(yè)指導(dǎo)和幫助。

實驗比對葉片測量。先對化石和現(xiàn)代普洱大葉種茶進行一些葉片大小的測量，然后用直尺測量三種不同時期的普洱大葉種茶葉子的長和寬。

植物表皮特征實驗：化石、邦威過渡型大茶葉、現(xiàn)代大葉種茶葉特征對比。

通過類似的實驗方法獲得邦威過渡型大茶葉、普洱大葉種茶葉的形態(tài)特征和表皮細胞等結(jié)構(gòu)特征顯微鏡照片，對其進行對比。

研究過程：

2014年8月，我們對景谷的地理環(huán)境進行了實地及資料考察，對采集到的化石進行了分析、比較，用厘米直尺測量采集到的化石的長和寬，并在老師的指導(dǎo)下觀察化石葉子形態(tài)、用放大鏡觀察葉形輪廓、側(cè)脈對數(shù)等特征，并記錄下數(shù)據(jù)，見表1、表2。

邦威過渡型大茶樹

景邁栽培型古茶園

表1：寬葉木蘭化石發(fā)掘地及周邊調(diào)查表

采到的化石

表2：化石調(diào)查表（單位/厘米）

回環(huán)煤礦發(fā)現(xiàn)化石的地層

研究結(jié)果與分析

根據(jù)調(diào)查分析得出寬葉木蘭植物群化石分布特點：一是化石產(chǎn)出點海拔較高，在993-1400米之間；二是分布集中，目前主要集中在思茅的景谷縣境內(nèi)，主要分布在北緯23°30′-26′，東經(jīng)100°44′-42′呈南北走向分布，基本在北回歸線兩側(cè)，并橫跨瀾滄江，其他地區(qū)目前未見寬葉木蘭化石蹤跡。

大葉種老茶葉與化石比較

現(xiàn)代大葉種茶葉與化石比較

寬葉木蘭化石與古茶樹、現(xiàn)代大葉種茶樹形態(tài)比較：

將采到的景邁古茶葉、現(xiàn)代臺地茶葉做成了標(biāo)本，與寬葉木蘭化石進行比對。

為進一步考察寬葉木蘭化石與野生古茶樹、栽培型茶樹的區(qū)別，2014年10月4日，我們來到瀾滄幫崴考察有一千多年的過渡型茶樹，古茶樹生長在海拔1900米的邦崴村新寨家，采摘了少量葉子標(biāo)本進行對比。

利用學(xué)校5倍放大鏡，在張老師指導(dǎo)下對化石及采摘回來的古茶葉、現(xiàn)代大葉種茶葉觀察、比對、記錄、分析。

現(xiàn)代大葉種茶葉（左）與化石（中）、大葉種老茶葉（右）比較。

瀾滄幫崴過渡型茶樹與化石比較

表3：寬葉木蘭化石、古大葉種茶葉、現(xiàn)代大葉種茶葉對比表（單位/厘米）

葉子對比： 大葉種茶葉、木蘭科 。

花朵對比：大葉種茶花、木蘭科緬桂花、白玉蘭花 。

葉脈對比：茶葉、玉蘭。

果實對比：大葉種茶花果、木蘭科玉蘭花果實 。

圖1

圖2

在西雙版納植物研究園的幫助下制成的透明葉，主要用于比較葉脈，紋路清晰?？煽闯霾枞~葉脈相連，葉脈二級脈形成環(huán)節(jié)脈序，而玉蘭的側(cè)葉脈不相連，間脈明顯。

區(qū)別：木蘭科玉蘭花大美麗，多為白、紅、黃等，有的芳香。而大葉種茶花小且白色，五花瓣，花蕊多，黃色。

木蘭科玉蘭花果實為蓇葖果，成串果實多；茶果為核果，單個五瓣開裂。

從形態(tài)上看有區(qū)別，且很明顯。

在2015年10月至11月，在生物老師秦海的指導(dǎo)下進行實驗：獲得氣孔和表皮細胞等表皮結(jié)構(gòu)特征，從結(jié)構(gòu)方面分析。

根據(jù)了解的方法，用解剖針輕輕挑起化石植物的葉片，從中選取較大的葉片碎片，很難獲得化石碎片（圖1未成功）。所以我們采用把帶化石的較小石塊（容易判斷是否有化石），直接放在燒杯中，加入濃硝酸，將燒杯放入通風(fēng)處。

離析處理：

①化石植物葉片的離析

觀察浸泡的化石變化，大約3天后觀察到化石由原來的黑色轉(zhuǎn)化為黃褐色浮塊，用吸管將其取出，放在盛有清水的培養(yǎng)皿中，小心多次沖洗，經(jīng)pH試紙檢測到中性為止。

用10%氫氧化鉀溶液滴在黃褐色的葉片上，1～2分鐘后有深褐色絲狀物滲出（圖2）。用水小心清洗，經(jīng)pH試紙檢測到中性為止。

②普洱大葉種茶植物的離析

將校園內(nèi)栽培的普洱大葉種茶的葉片用5%，10%和15%三種濃度三氧化鉻的水溶液離析，放在通風(fēng)處（圖3）。3天后發(fā)現(xiàn)葉片變半透明，以10%濃度效果最好。用吸管將其取出，放入培養(yǎng)皿中，小心多次清水沖洗，經(jīng)pH試紙檢測到中性為止（圖4）。

制作裝片：

將離析得到的幾乎透明的寬葉木蘭化石植物表皮碎片和現(xiàn)代茶葉表皮分別放在滴有甘油的載玻片上，蓋上蓋玻片，制成臨時裝片（圖5）。

圖3

圖4

圖5

化石植物和現(xiàn)代茶葉植物、景邁古茶葉、邦崴野生茶葉（都為大葉種茶）分別觀察。將制好的裝片放在顯微鏡（10×40倍）下觀察表皮特征并照相（圖6、7）。

化石與大葉種茶不同時期茶葉對比：

邦威過渡型古茶葉、景邁栽培型古茶葉、現(xiàn)代茶葉特征對比。

利用生物實驗室的XSP-06普通光學(xué)顯微鏡放大400倍后，用手機對顯微圖像拍攝，圖像清晰。

根據(jù)觀察顯微鏡下表皮特征，比較得出：

化石標(biāo)本的葉表皮細胞較大，細胞壁較直。細胞壁上面紋孔不明顯。氣孔較少，為橢圓形，且氣孔長軸的方向和葉片及表皮細胞豎軸的方向一致（圖8）。

邦威過渡型古茶葉的保衛(wèi)細胞和表皮細胞大，氣孔明顯，數(shù)量變多（圖9）。

景邁古茶葉的保衛(wèi)細胞和表皮細胞變小，排列緊密，氣孔明顯，氣孔較多（圖10）。

現(xiàn)代大葉種茶鮮葉剝離葉表皮細胞排列緊密，形狀不規(guī)則，細胞壁不直，上面的紋孔明顯。其中保衛(wèi)細胞和氣孔更加明顯，數(shù)量更多。氣孔清晰可見。葉片上表面的氣孔分布多：氣孔橢圓形，長軸的方向和葉片及表皮細胞豎軸的方向一致（圖11）。

圖6

圖7

圖8 化石標(biāo)本葉表皮細胞

通過比較、分析，發(fā)現(xiàn)：

現(xiàn)代茶葉幼枝和幼葉被細柔毛。葉革質(zhì)，橢圓形或倒卵狀長圓形，長4～8厘米，寬1.8～4.5厘米。

圖9

圖10

景邁古茶樹與現(xiàn)代大葉種茶樹形態(tài)上沒有太大差異，但葉片更厚且較小，葉脈較多，葉緣鋸齒狀更明顯。寬葉木蘭化石葉片的形態(tài)葉形大，倒卵形，葉緣無鋸齒狀。長6.4～11厘米，寬3.4～5厘米，頂端缺失，但從葉形輪廓看為純圓，基部楔形收縮狀。

表4：寬葉木蘭化石、古大葉種茶葉、現(xiàn)代大葉種茶葉對比表（單位/厘米）

圖11

建議：

1.植物化石，不僅對生命的進化和植物的演變有著重要的意義，對于地球環(huán)境的演變也有重要的意義，是一部認(rèn)識自然的萬卷書。應(yīng)該把景谷化石植物群建設(shè)成為普洱地區(qū)青少年認(rèn)識自然的一個科普基地。

2.研究表明，寬葉木蘭化石與大葉種茶在形態(tài)特征上有較大差別，相同演化的關(guān)系也比較遠，如果把寬葉木蘭認(rèn)作是普洱茶的祖先，既不科學(xué)，也會干擾我們對普洱茶真正祖先的探尋。

創(chuàng)新點：

通過對寬葉木蘭化石發(fā)現(xiàn)地點的調(diào)查，以及化石和古大葉種茶葉、過渡型茶葉，普洱栽培型大葉種茶的宏觀和微觀形態(tài)進行了對比分析。從古木蘭化石與現(xiàn)代茶葉表皮特征對比顯示：在云南西南部的野生大茶樹中，并不是像目前公眾認(rèn)為的那樣起源于寬葉木蘭，這種說法是不嚴(yán)謹(jǐn)，欠科學(xué)的。此次調(diào)查研究的創(chuàng)新點如下：

1.通過認(rèn)真的科學(xué)實驗，我們獲得氣孔和表皮細胞等表皮結(jié)構(gòu)特征，從結(jié)構(gòu)和形態(tài)方面分析了寬葉木蘭化石與普洱大葉種茶形態(tài)和角質(zhì)層結(jié)構(gòu)、花卉果實幾個方面分析寬葉木蘭化石與大葉種茶的差別。

2.寬葉木蘭化石和茶葉的形態(tài)特征差別很大，進一步的文獻資料查閱說明，木蘭科和山茶科的親緣關(guān)系相距甚遠。

3.作為茶鄉(xiāng)的青少年為如何保護好化石文物出謀劃策，建議建立“景谷植物群青少年科普教育基地”。

由于學(xué)生的時間有限，更由于能力和水平、知識結(jié)構(gòu)的限制，該課題存在一些問題，比如邊疆條件的限制，我們的研究手段還不是很先進，請教一些問題，專家離我們很遠。因此在現(xiàn)有條件下，在前人研究的基礎(chǔ)上，若有時間和能力我們還將繼續(xù)探究化石的知識，希望我們的努力能引起更多人重視，讓更多的人了解云南普洱茶的前生今世。