普洱茶的前世今生

普洱市第一中学 高源霖 高源莹

辅导教师：阮爱军 秦海 温江红

“宽叶木兰化石”与“普洱大叶种茶”的亲缘关系初探

该项目荣获第32届云南青少年科技创新大赛一等奖

项目摘要：

我们的家乡普洱栽培茶树的历史悠久，但是对于茶的起源问题还不是很清楚。通过对普洱市宽叶木兰化石的学习了解，查资料、书籍，实地调查、访问，专家辅导，化石与三个时期大叶种茶的形态和表皮特征实验对比分析，用GPS技术实地调查，绘制宽叶木兰化石分布带的区域，了解宽叶木兰化石的分布及现状，并进行深入探讨“推测认为的野生大茶树（普洱茶）是在第三纪特定的生态环境中由宽叶木兰演化而来”这一目前普遍流 传 的观点的科学性。

经过植物学形态对比，发现宽叶木兰化石的叶片边缘全圆，而野生大茶树的边缘有很多锯齿，叶脉和气孔特征也有明显区别。最新的分子生物学文献也表明木兰科和山茶科的亲缘关系相距甚远。因此，宽叶木兰并不一定是大叶种茶树的前身。

景谷宽叶木兰化石

对宽叶木兰化石提出以下创新点：

1、通过实验，获得气孔和表皮细胞等表皮结构特征，从结构特征和果实等特征和形态方面分析了宽叶木兰化石与普洱大叶种茶在特征方面的一些区别，首次提出宽叶木兰和普洱大叶种茶之间在形态特征上有较大差距，不能将宽叶木兰认为是普洱茶的祖先，为探寻真正普洱茶的祖先做了初探。

2、作为茶乡的青少年为如何保护好化石文物出谋划策，建议建立“景谷植物群青少年科普教育基地”。

调查背景：

我们兄妹俩平时对石头很感兴趣，有一次到普洱市博物馆参观，看到了化石，看说明是发掘于普洱景谷的化石——宽叶木兰，博物馆里陈列的这个化石是怎样形成的？它是茶叶的前身吗？这些化石说明了什么？它的科学意义何在？有人提出宽叶木兰与茶属植物相似，普洱博物馆对宽叶木兰的介绍也认为宽叶木兰是普洱茶的祖先，这个观点被广泛引用。我们利用课本上学到的一些植物学知识，初步对比了宽叶木兰化石和茶叶的形态特征。按照这一思路，对此进行相关的科学实验。

研究现状：

普洱黄桂枢专家在《云南景谷茶叶的历史文化底蕴 》一文中论述了茶叶始祖“宽叶木兰”化石在景谷的史事及野生大茶树、栽培大茶树茶叶的生长种植历史情况；孙雪梅、黄玫在《云南野生茶树的地理分布及形态多样性》中指出：云南是世界茶树的原产地和起源中心，通过野外调查与文献资料的整理，对云南野生茶树资源的地理分布和形态多样性进行了调查。云南省地矿局区域地质调查所何昌祥在《从木兰化石论茶树起源和原产地》一文中有“茶树叶片的形态、叶脉构造、侧脉对数及夹角大小、侧脉不达叶缘、叶尖形态等特征对比，与宽叶木兰和中华木兰古植物化石有较多的相似之处”的论述。

在查找资料和现有研究基础上，确定了技术路线图：

目前，国内专家对于宽叶木兰化石的研究，只限于宽叶木兰为主体的景谷植物群化石被中科院北京植物研究所和南京地质古生物研究所1978年发现并发表：古木兰是被子植物比较原始的一类。我们收集查找的文献资料仅只限于此。因此对化石与普洱大叶种茶之间的结构特征、角质层、果实等试验对比缺乏全面系统的调查，宽叶木兰化石的保护未见研究。

调查目的：

通过对普洱市宽叶木兰化石的了解，查阅资料、书籍，实地调查、访问，专家辅导，了解宽叶木兰化石的分布及现状，我们的目的不仅要研究茶叶的枝叶形态特征，而且还要通过实验获得表皮细胞等表皮结构特征，从形态、花朵、果实等大形态和角质层的微观结构两个方面证实宽叶木兰化石是不是普洱大叶种茶的前身，在公众中进行科学的宣传和普及。

调查的材料与方法、内容

实验中用到的设备和试剂：

化学试剂：浓硝酸，10%氢氧化钾母液、玻璃片

形态观察与拍照设备：5倍放大镜、生物学实验用显微镜

野外工具：GPS（三星I8510，S60智能手机，800万像素，Sirf star3GPS芯片）

研究方法：

资料查阅与整理。通过上网查阅参考文献的方式收集相关化石、茶叶历史文献资料。查阅植物学的专业资料并了解宽叶木兰植物和茶属植物的分类学知识。

实地考察。我们实地勘察，采集到30余块植物化石。在中科院西双版纳热带植物园古生态研究组的指导下，我们对采到的化石进行了编号、分析、比较，用厘米直尺测量采集到化石的长和宽，并观察化石叶子形态特征。利用GPS定位，记录化石地点的具体位置。

专家访问。普洱市博物馆书记汤新华老师对我们进行辅导，并亲自带领我们参观了普洱市博物馆的植物化石及普洱茶展览。请教了云南省地质博物馆馆长杨正纯教授，他指导我们观察化石的方法。得到了中科院西双版纳热带植物园古生态研究组的苏涛博士等人在古生物化石及植物分类学方面的专业指导和帮助。

实验比对叶片测量。先对化石和现代普洱大叶种茶进行一些叶片大小的测量，然后用直尺测量三种不同时期的普洱大叶种茶叶子的长和宽。

植物表皮特征实验：化石、邦威过渡型大茶叶、现代大叶种茶叶特征对比。

通过类似的实验方法获得邦威过渡型大茶叶、普洱大叶种茶叶的形态特征和表皮细胞等结构特征显微镜照片，对其进行对比。

研究过程：

2014年8月，我们对景谷的地理环境进行了实地及资料考察，对采集到的化石进行了分析、比较，用厘米直尺测量采集到的化石的长和宽，并在老师的指导下观察化石叶子形态、用放大镜观察叶形轮廓、侧脉对数等特征，并记录下数据，见表1、表2。

邦威过渡型大茶树

景迈栽培型古茶园

表1：宽叶木兰化石发掘地及周边调查表

采到的化石

表2：化石调查表（单位/厘米）

回环煤矿发现化石的地层

研究结果与分析

根据调查分析得出宽叶木兰植物群化石分布特点：一是化石产出点海拔较高，在993-1400米之间；二是分布集中，目前主要集中在思茅的景谷县境内，主要分布在北纬23°30′-26′，东经100°44′-42′呈南北走向分布，基本在北回归线两侧，并横跨澜沧江，其他地区目前未见宽叶木兰化石踪迹。

大叶种老茶叶与化石比较

现代大叶种茶叶与化石比较

宽叶木兰化石与古茶树、现代大叶种茶树形态比较：

将采到的景迈古茶叶、现代台地茶叶做成了标本，与宽叶木兰化石进行比对。

为进一步考察宽叶木兰化石与野生古茶树、栽培型茶树的区别，2014年10月4日，我们来到澜沧帮崴考察有一千多年的过渡型茶树，古茶树生长在海拔1900米的邦崴村新寨家，采摘了少量叶子标本进行对比。

利用学校5倍放大镜，在张老师指导下对化石及采摘回来的古茶叶、现代大叶种茶叶观察、比对、记录、分析。

现代大叶种茶叶（左）与化石（中）、大叶种老茶叶（右）比较。

澜沧帮崴过渡型茶树与化石比较

表3：宽叶木兰化石、古大叶种茶叶、现代大叶种茶叶对比表（单位/厘米）

叶子对比： 大叶种茶叶、木兰科 。

花朵对比：大叶种茶花、木兰科缅桂花、白玉兰花 。

叶脉对比：茶叶、玉兰。

果实对比：大叶种茶花果、木兰科玉兰花果实 。

图1

图2

在西双版纳植物研究园的帮助下制成的透明叶，主要用于比较叶脉，纹路清晰。可看出茶叶叶脉相连，叶脉二级脉形成环节脉序，而玉兰的侧叶脉不相连，间脉明显。

区别：木兰科玉兰花大美丽，多为白、红、黄等，有的芳香。而大叶种茶花小且白色，五花瓣，花蕊多，黄色。

木兰科玉兰花果实为蓇葖果，成串果实多；茶果为核果，单个五瓣开裂。

从形态上看有区别，且很明显。

在2015年10月至11月，在生物老师秦海的指导下进行实验：获得气孔和表皮细胞等表皮结构特征，从结构方面分析。

根据了解的方法，用解剖针轻轻挑起化石植物的叶片，从中选取较大的叶片碎片，很难获得化石碎片（图1未成功）。所以我们采用把带化石的较小石块（容易判断是否有化石），直接放在烧杯中，加入浓硝酸，将烧杯放入通风处。

离析处理：

①化石植物叶片的离析

观察浸泡的化石变化，大约3天后观察到化石由原来的黑色转化为黄褐色浮块，用吸管将其取出，放在盛有清水的培养皿中，小心多次冲洗，经pH试纸检测到中性为止。

用10%氢氧化钾溶液滴在黄褐色的叶片上，1～2分钟后有深褐色丝状物渗出（图2）。用水小心清洗，经pH试纸检测到中性为止。

②普洱大叶种茶植物的离析

将校园内栽培的普洱大叶种茶的叶片用5%，10%和15%三种浓度三氧化铬的水溶液离析，放在通风处（图3）。3天后发现叶片变半透明，以10%浓度效果最好。用吸管将其取出，放入培养皿中，小心多次清水冲洗，经pH试纸检测到中性为止（图4）。

制作装片：

将离析得到的几乎透明的宽叶木兰化石植物表皮碎片和现代茶叶表皮分别放在滴有甘油的载玻片上，盖上盖玻片，制成临时装片（图5）。

图3

图4

图5

化石植物和现代茶叶植物、景迈古茶叶、邦崴野生茶叶（都为大叶种茶）分别观察。将制好的装片放在显微镜（10×40倍）下观察表皮特征并照相（图6、7）。

化石与大叶种茶不同时期茶叶对比：

邦威过渡型古茶叶、景迈栽培型古茶叶、现代茶叶特征对比。

利用生物实验室的XSP-06普通光学显微镜放大400倍后，用手机对显微图像拍摄，图像清晰。

根据观察显微镜下表皮特征，比较得出：

化石标本的叶表皮细胞较大，细胞壁较直。细胞壁上面纹孔不明显。气孔较少，为椭圆形，且气孔长轴的方向和叶片及表皮细胞竖轴的方向一致（图8）。

邦威过渡型古茶叶的保卫细胞和表皮细胞大，气孔明显，数量变多（图9）。

景迈古茶叶的保卫细胞和表皮细胞变小，排列紧密，气孔明显，气孔较多（图10）。

现代大叶种茶鲜叶剥离叶表皮细胞排列紧密，形状不规则，细胞壁不直，上面的纹孔明显。其中保卫细胞和气孔更加明显，数量更多。气孔清晰可见。叶片上表面的气孔分布多：气孔椭圆形，长轴的方向和叶片及表皮细胞竖轴的方向一致（图11）。

图6

图7

图8 化石标本叶表皮细胞

通过比较、分析，发现：

现代茶叶幼枝和幼叶被细柔毛。叶革质，椭圆形或倒卵状长圆形，长4～8厘米，宽1.8～4.5厘米。

图9

图10

景迈古茶树与现代大叶种茶树形态上没有太大差异，但叶片更厚且较小，叶脉较多，叶缘锯齿状更明显。宽叶木兰化石叶片的形态叶形大，倒卵形，叶缘无锯齿状。长6.4～11厘米，宽3.4～5厘米，顶端缺失，但从叶形轮廓看为纯圆，基部楔形收缩状。

表4：宽叶木兰化石、古大叶种茶叶、现代大叶种茶叶对比表（单位/厘米）

图11

建议：

1.植物化石，不仅对生命的进化和植物的演变有着重要的意义，对于地球环境的演变也有重要的意义，是一部认识自然的万卷书。应该把景谷化石植物群建设成为普洱地区青少年认识自然的一个科普基地。

2.研究表明，宽叶木兰化石与大叶种茶在形态特征上有较大差别，相同演化的关系也比较远，如果把宽叶木兰认作是普洱茶的祖先，既不科学，也会干扰我们对普洱茶真正祖先的探寻。

创新点：

通过对宽叶木兰化石发现地点的调查，以及化石和古大叶种茶叶、过渡型茶叶，普洱栽培型大叶种茶的宏观和微观形态进行了对比分析。从古木兰化石与现代茶叶表皮特征对比显示：在云南西南部的野生大茶树中，并不是像目前公众认为的那样起源于宽叶木兰，这种说法是不严谨，欠科学的。此次调查研究的创新点如下：

1.通过认真的科学实验，我们获得气孔和表皮细胞等表皮结构特征，从结构和形态方面分析了宽叶木兰化石与普洱大叶种茶形态和角质层结构、花卉果实几个方面分析宽叶木兰化石与大叶种茶的差别。

2.宽叶木兰化石和茶叶的形态特征差别很大，进一步的文献资料查阅说明，木兰科和山茶科的亲缘关系相距甚远。

3.作为茶乡的青少年为如何保护好化石文物出谋划策，建议建立“景谷植物群青少年科普教育基地”。

由于学生的时间有限，更由于能力和水平、知识结构的限制，该课题存在一些问题，比如边疆条件的限制，我们的研究手段还不是很先进，请教一些问题，专家离我们很远。因此在现有条件下，在前人研究的基础上，若有时间和能力我们还将继续探究化石的知识，希望我们的努力能引起更多人重视，让更多的人了解云南普洱茶的前生今世。