全 文 ：付亚娟，乔 洁，侯晓强． 珍稀濒危药用植物大花杓兰的研究现状［J］． 江苏农业科学，2015，43(10) :328 － 331．
doi:10． 15889 / j． issn． 1002 － 1302． 2015． 10． 107
珍稀濒危药用植物大花杓兰的研究现状
付亚娟，乔 洁，侯晓强
(廊坊师范学院生命科学学院 /河北省高校食药用菌应用技术研发中心，河北廊坊 065000)
摘要:大花杓兰是珍稀濒危药用植物，大花杓兰资源的保护和再生引起了国内外学者的广泛关注。为及时把握大
花杓兰的研究现状和最新研究成果，以 1997—2014 年国内外关于大花杓兰的研究论文为基础，对其基础生物学、繁殖
生物学、授粉生物学、植物菌根共生机制、濒危机制、保护策略等方面的研究成果进行总结与分析。
关键词:大花杓兰;人工繁殖;研究现状
中图分类号:S567． 23 + 9． 01 文献标志码:A 文章编号:1002 － 1302(2015)10 － 0328 － 04
收稿日期:2015 － 04 － 17
基金项目:国家自然科学基金(编号:31100314) ;河北省自然科学基
金(编号:C2012408007) ;廊坊师范学院博士基金 (编号:
LSLB201405) ;廊坊师范学院微生物学重点学科项目。
作者简介:付亚娟(1981—) ，女，河北赤城人，博士，讲师，主要从事兰
科菌根分子机制的研究。E － mail:fuyajuan501@ 163． com。
通信作者:侯晓强，博士，副教授，主要从事菌根生物学研究。
E － mail:xqhou1979@ 126． com。
大花杓兰(Cypripedium macranthos)是兰科杓兰属的多年
生草本植物。近年来，由于人为过度采挖及其生存环境的破
坏，致使大花杓兰野生种群的数量急剧减少，总体处于濒危状
态［1］。大花杓兰极具观赏价值和药用价值，其研究引起了国
内外学者的普遍关注。大花杓兰种子细小，缺乏为其萌发提
供营养的器官 －胚乳，在自然条件下很难萌发。只有在适宜
的温度、湿度等条件下，遇到特异的真菌并与之建立共生关系
才能促进种子萌发［2］。目前，大花杓兰种子的非共生萌发、
与真菌共生萌发、快速繁殖技术已取得一定进展，但仍处于少
量微繁殖(micropropagation)阶段，其原因在于原球茎诱导率
低、褐化死亡率高、幼苗生长缓慢、幼苗移栽成活率低。以
1997—2014 年国内外发表的研究论文为基础，对大花杓兰的
研究现状进行分析和评述，有助于及时了解和掌握我国大花
杓兰的研究水平、优势、不足，对丰富与拓展大花杓兰的研究
领域具有重要意义。
1 文献来源及方法
通过中文期刊数据库(CNKI) ，以“大花杓兰”为检索词
进行全文检索，获得 1997—2014 年关于大花杓兰的中文文
献;通过 NCBI PubMed、Science Direct、Springerlinker外文期刊
数据库，以“Cypripedium macranthos”为检索词检索 1997—
2014 年关于大花杓兰的外文文献，并去掉 3 个数据库中重复
的论文。采用 Excel软件进行文献相关的数据分析。
2 大花杓兰的研究概况及主要研究方向
自 1997—2014 年 18 年期间，国内外学者共发表大花杓
兰研究论文 31 篇，其中中文期刊论文 17 篇、SCI 收录论文 14
篇。研究论文发表数量较少，表明大花杓兰的研究刚刚起步，
基础较为薄弱。在 SCI论文中，日本学者发表多达 11 篇，中
国学者发表 2 篇，韩国学者仅发表 1 篇，表明大花杓兰的研究
主要以日本、我国为主，这与大花杓兰自然分布于俄罗斯、朝
鲜半岛、我国、日本［3］密切相关。自 2009 年后，我国学者在国
内外刊物发表大花杓兰研究论文的数量不断增加，目前为止
共发表论文 19 篇，其中 SCI 收录 2 篇，表明我国大花杓兰的
研究起步更晚，近 10 年才引起普遍关注并处于平稳发展时
期。华北和东北是我国大花杓兰的主要分布区［4］，因此我国
的研究以北京百花山、吉林长白山的大花杓兰为主。对 31 篇
论文的研究内容进一步分析表明，关于大花杓兰体外人工繁
殖的研究最多，约占论文总数的 39%;其次是关于大花杓兰
叶片、表皮、胚、珠被、种子、花粉的形态研究，约占论文总数的
19%;随着分子生物学的发展和大花杓兰研究的不断深入，关
于大花杓兰的遗传多样性、内生真菌多样性、植物 －菌根真菌
共生机制等方面的研究也日益广泛。
3 大花杓兰的研究进展
大花杓兰具有重要的观赏价值、药用价值、科学研究价
值，并具有广泛的应用潜力。本研究对大花杓兰的生物学、繁
殖生物学、传粉生物学、菌根共生机理、濒危机制、保护策略等
方面进行论述，以展示近年来大花杓兰的主要研究成果。
3． 1 基础生物学研究
我国学者对野生花卉、兰科植物资源、濒危保护植物资
源、观赏植物资源等进行野外调查时均有提及大花杓兰，主要
涉及其分布、生境、花色、数量、花期、果期等［5 － 11］。大花杓兰
是我国北方温带地生兰的典型代表物种，主要分布于高山草
甸、林下、林间草甸、林缘，因过度采集和生态环境的破坏，野
生资源几近枯竭，成零星状态分布。大花杓兰极具观赏价值，
花期为 6—7 月，通常为粉紫色或紫红色。经野外调查发现，
吉林长白山区天桥岭的大花杓兰花色多样性较高，具有纯黄
色、纯白色、从红色渐变为白色的多种花色。Sugiura 等对日
本 Ｒuben岛的大花杓兰进行野外调查时发现，Ｒuben 岛大花
杓兰基本为黄白色或白色，紫红色大花杓兰非常罕见［12］。
陈丽飞等对长白山地区大花杓兰的叶片表皮细胞、成熟
种子、花粉的微形态进行研究时发现，其叶片表皮细胞形状不
规则，细胞垂周壁呈深波状，圆形或近圆形气孔随机分布于下
—823— 江苏农业科学 2015 年第 43 卷第 10 期
表皮，叶片表皮有 4 节柔毛［13］;其种子呈长卵形，种皮表面有
浅褐色网状条纹，网纹多为矩形，网壁边缘粗糙或光滑［14］;其
花粉呈长球形，表面有圆形凹陷，凹陷内部有 1 个球形内容
物，未见明显萌发孔，花粉外壁有光滑的外壁纹饰［15］。张毓
等研究发现，授粉 6 周后的大花杓兰种胚发育至球形胚，之后
没有进一步分化，直至种子成熟仍保留球形胚形态，且成熟种
子具有内外双层种皮［16］。由此可见，致密干膜质内种皮可能
是大花杓兰对自然环境的一种保护性适应，也可能是造成其
成熟种子萌发困难的主要原因。
3． 2 繁殖生物学研究
大花杓兰具有克隆生长习性，可通过分株进行无性繁殖，
但 1 株大花杓兰成株每年只能长出为数不多的潜伏芽，繁殖
系数较低。此外，长期分株繁殖可能导致品种退化，抗病虫害
能力下降。人工繁殖、栽培、引种驯化等技术可以克服分株无
性繁殖的不足，并能在短时间内获得大量再生植株。
3． 2． 1 共生萌发及繁殖 国内外学者对大花杓兰种子 －真
菌共萌发技术展开研究并取得了一定进展。目前已证实，对
大花杓兰种子共生萌发有促进作用的菌根真菌均属于瘤菌根
菌属(Epulorhiza)。从 C． macranthos var． rebunense 成株分离
得到的菌根真菌 WO97、WO034、WC035 促萌发率最高，分别
为 21． 1%、20． 9%、24． 1%;从幼苗、原球茎分离得到的菌根
真菌促萌发率较低，为 0． 6% ～ 6． 6%;从 C． macranthos var．
speciosum分离得到的菌根真菌也能促进 C． macranthos var．
rebunense种子萌发，但萌发率较低，仅为 1． 1% ～ 4． 2%;其他
兰科植物的共生真菌 Ｒhizoctonia repens 对 C． macranthos var．
rebunense种子萌发没有任何促进作用［17］。在不同生长发育
阶段，宿主植物与其共生真菌对种子的促萌发能力存在明显
差异，并具有种属特异性。张毓等从吉林长白山野生大花杓
兰的根中分离得到 1 株瘤菌根菌属的真菌 Cm － J － Ｒ － 2，并
证实该菌株能很好地促进大花杓兰种子萌发，平均萌发率为
29． 34%［18］。大花杓兰与共生真菌之间有很高的专一性，且已
证实对大花杓兰种子有促萌发作用的菌根菌均为瘤菌根菌属
真菌，共生真菌对种子的促萌发率基本稳定在 20% ～30%。
3． 2． 2 非共生无菌萌发及繁殖 非共生无菌萌发是目前兰
花种子人工繁育中最为常用的方式。Miyoshi 等研究发现，将
NaClO或 Ca(ClO)2 处理、4 ℃冷处理打破种子休眠、细胞分
裂素 Kinetin(1 μM)三者有效结合可使大花杓兰成熟种子的
萌发率达到 60% ～ 70%［19］。Shimura 等成功建立了 C． mac-
ranthos var． rebunense 的微繁殖技术:成熟种子经 1% NaClO
消毒 30 ～ 60 min后播种于含有 1 μmol /L NAA 和 BA 的培养
基中;4 ℃冷处理 3 个月以解除种子休眠;转至 20 ℃继续培
养，直至种子萌发形成类原球茎的愈伤组织;每个直径为
5 mm的类原球茎每年可再生约 10 株幼苗;幼苗经低温驯化
(10 ℃ 1 个月，4 ℃ 2 个月)后移栽到花盆中(栽培基质为粗
火山灰和黏土) ，约 80% 幼苗能较好地发育并长出新叶
子［20］。Taniguchi等研究发现，C． macranthos var． rebunense未
成熟种子萌发的最适培养基为 T 培养基或 MS 培养基［21］。
适宜的人工培养条件(温度、湿度、培养成分、光照) ，加上种
子和幼苗数次 4 ℃冷处理，使人工繁殖的 C． macranthos var．
rebunense第 1 朵花在温室里盛开，从种子萌发到开花历时 7
年。王艳丽等以移栽 2 年的野生大花杓兰未开裂的黄绿色蒴
果种子进行组织培养与快速繁殖，种子在 Harvais、VWD 培养
基上萌发形成白色原球茎，原球茎分化诱导出芽、根后，选择
高度 1． 5 cm 以上、根系发达、长势良好的幼苗移入移栽基质
(珍珠岩、蛭石、草炭灰、树叶的比例为 1 ∶ 1 ∶ 1 ∶ 1)中，精心
呵护 1 个月后幼苗成活率达 70%以上［22］，但种子萌发率、原
球茎诱导分化率、幼苗生长率、是否开花结实均未提及。张毓
等研究发现，大花杓兰未成熟绿荚种子(种胚发育形成球形
胚，但内种皮未形成干膜前)在 VW 改良培养基(2． 0 mg /L
6 － BA)上培养，萌发率高达 60． 54%［23］。邓莲等研究发现，
大花杓兰(北京百花山)授粉后 6 ～ 8 周，种子萌发率明显高
于幼嫩或成熟种子;在 VWD改良培养基上培养，种子萌发率
高达 68%;1． 2 mg /L KT是既能促进大花杓兰种子萌发，又能
维持原球茎低褐化率的适宜激素浓度;有机添加物(如
100 mL /L椰乳或马铃薯)有利于大花杓兰种子的萌发［24］。
朴仁哲等对吉林长白山移栽 2 年的野生大花杓兰进行人工辅
助授粉，并以授粉 13 周后的半成熟种子为试验材料，从种子
处理、培养基、生长激素等方面探讨大花杓兰无菌萌发。研究
结果表明，经 0． 5% NaClO 处理 160 min 的种子萌发率最高，
可达 68%以上;最适培养基为 Harvais 培养基，最适 pH 值为
5． 5 ～ 5． 8;6 － BA对种子的促进萌发效果明显优于 KT;添加
马铃薯、苹果均可促进大花杓兰种子的无菌萌发，但马铃薯的
促萌发效果更为明显［25］。
NaClO浓度、作用时间、低温预处理、培养基、培养温度、
激素、有机添加物对大花杓兰种子的无菌萌发均有一定影响，
但低温预处理、有机添加物并非无菌萌发所必需的。成熟种
子和未成熟种子均可在实验室条件下进行无菌萌发，且萌发
率高达 60%左右，明显高于萌发率仅为 20% ～30%的共生萌
发。种子的无菌萌发也有一定局限性，未成熟的种子不耐储
存，采摘后须立即试验，1 年只有 1 次试验机会，且未成熟种
子的最佳采摘时期不易把握。
3． 3 传粉生物学研究
Sugiura等对日本 Ｒuben 岛分布的大花杓兰进行野外资
源调查时发现，熊蜂的蜂王是大花杓兰唯一的传粉者，同时也
是马先蒿(Pedicularis schistostegia)的传粉者;大花杓兰与马先
蒿花色相同，且花期重叠，在野外生境混生，但大花杓兰出现
的频率相对较低;觅食的熊蜂有时会混淆大花杓兰和马先蒿;
大花杓兰和马先蒿在空间分布上有很大程度的重叠，临近 2
个植物的植株高度基本一致;大花杓兰和马先蒿的淡黄色、白
色花朵恰在大黄蜂的可见光谱范围内［12，26］。上述研究发现
表明，C． macranthos var． rebunense 通过拟态伴生植物马先蒿
来引 诱 熊 蜂 传 粉，其 传 粉 机 制 完 全 不 同 于 杓 兰［27］
(Cypripedium calceolus)等杓兰属的其他种类，这可能是适应
环境变化的一种进化机制。
3． 4 菌根共生机理
菌根真菌与兰科植物的关系十分密切，兰科植物的种子
萌发、幼苗生长、植株形成都离不开菌根真菌。在自然条件
下，大花杓兰种子不易萌发，需依赖真菌的侵染并与其建立共
生关系，才能促进种子的萌发。目前，大花杓兰与菌根菌的共
生机制尚不明确，似乎与其他陆生植物和菌根菌之间的互惠
共生关系不同，而是生与死(life － and － death)的斗争关
系［28］。Shimura等从大花杓兰幼苗中分离鉴定了 2 种抗菌活
—923—江苏农业科学 2015 年第 43 卷第 10 期
性物质 lusianthrin和 chrysin，并证实 lusianthrin在大花杓兰种
子与真菌共生萌发过程中起着重要作用，而 chrysin作为植物
抗毒素保护大花杓兰免受病原菌侵害［28］。开花成株的大花
杓兰菌根真菌分离率明显高于其幼苗和原球茎，且成株分离
到的菌根真菌更能有效促进种子萌发［17］。张亚平对吉林地
区大花杓兰不同生长发育阶段的内生真菌分布进行调查，发
现开花植株在萌芽期、展叶期的内生真菌分离率分别为
34． 52%、55． 95%，而开花期内生真菌分离率仅为 4． 00%左
右［29］。可能是生境上的差异造成了大花杓兰不同的共生营
养模式，从而造成二者结果的差异。张亚平首次报道，分离鉴
定的 3 株鸡油菌目(Cantharellales)内生真菌均能极显著提高
原球茎的花芽分化率，并能降低褐化死亡率，促进大花杓兰原
球茎的生长和发育。在整个生命周期中，大花杓兰可能与不
同真菌建立共生关系并产生多种抗菌活性物质，有些抗菌活
性物质将参与大花杓兰种子与真菌的共生萌发。上述研究结
果为大花杓兰菌根共生的分子机理研究奠定了基础。
3． 5 濒危机制及保育策略
大花杓兰的野生种群逐渐衰退，数量急剧减少，处于濒危
状态。大花杓兰濒危的主要原因并非其对现有自然环境的不
适应，而是人类活动导致的生态环境破坏以及非法滥采乱挖
所致［30］。林大影通过对北京濒危植物的分布及其生存群落
特征的研究，计算出大花杓兰的生态位宽度为 0． 024，表明适
于其生存的生境较少，急需优先保护［31］。为更好地保护、研
究、开发利用大花杓兰植物资源，国内外学者对其开展了人工
繁殖、引种驯化及相关的基础性研究，并提出一些保育策略:
加强植物生境的保护;制定和完善相关法律法规，加强宣传教
育，提高社会公众保护生物多样性的自觉意识;建立植物资源
数据库，开展就地保护和监测;注重科研院所与高校合作研
究，加强科研攻关，进行大花杓兰植物传粉、种子扩散等机理
研究，从而提供合理的保护措施;迁地保护或离体保护;人工
辅助进行种子原位就地播种［8，10，32 － 34］。
3． 6 其他方面
随着分子生物学技术的发展，大花杓兰的研究领域得以
不断拓展。Izawa等应用等位酶标记技术对日本 Ｒuben 岛分
布的大花杓兰野生种群进行遗传多样性研究，发现 C． mac-
ranthos var． rebunense 比其他植物类群具有更高的遗传多样
性［34］。蒋明等克隆并分析了 10 种杓兰属植物的 ITS 序列，
序列长度为 522 ～ 572 bp，变异位点十分丰富，其中高山杓兰
和大花杓兰的 ITS片段缺失现象尤为明显［35］。2014 年，大花
杓兰叶绿体基因组(登录号:KF92543)的测序工作已完成，丰
富了兰科植物叶绿体基因组的多样性［36］。这些研究结果为
兰科植物遗传多样性、分子系统发育的研究奠定了理论基础，
对制定合理的大花杓兰保护策略具有指导意义。另外，秦瑀
研究证实了大花杓兰的水提醇液具有利尿作用［37］，但其药用
化学成分的分离纯化与结构鉴定有待进一步深入研究。
4 展望
目前，国内外学者对大花杓兰人工繁殖及其应用的研究已
取得一定进展，但由于其褐化率死亡率高、幼苗生长缓慢等研
究瓶颈尚未突破，致使大花杓兰人工繁殖至今仍处于少量微繁
殖阶段。大花杓兰是珍稀濒危国家重点保护野生植物，其研究
材料的相对匮乏导致国内外对大花杓兰内生菌多样性、菌根真
菌的生理生化特性，尤其是大花杓兰 －菌根真菌共生分子机理
的认识十分有限，一定程度上限制了大花杓兰菌根化应用技术
的发展。近年来，随着分子生物学技术的发展，ITS和 DNA 条
形码技术等已被应用于大花杓兰遗传多样性的研究中［38］，为
今后大花杓兰的原地或迁地保育提供理论基础。
从国内外发表的大花杓兰期刊论文来看，大花杓兰的研究
起步较晚且发展缓慢，很多领域有待进一步深入研究。鉴于我
国大花杓兰的研究现状、应用价值、开发利用前景，对我国未来
大花杓兰的研究提出如下建议:全面开展大花杓兰植物资源的
现状调查，系统了解其分布、生境、数量、生长及繁殖状况，深入
开展生态学、居群生物学等基础性研究，为制定合理、有针对性
的保育策略提供理论基础。应用 mＲNA 差异显示技术、ＲT －
PCＲ、ＲACE方法等强有力的技术手段，筛选参与共生萌发的关
键候选基因，为深入研究大花杓兰植物菌根共生的分子机理提
供科学线索。建立优良菌株的筛选、培养、评价体系，筛选能有
效促进大花杓兰植物种子萌发、原球茎分化、幼苗生长发育的
菌根真菌，为应用菌根共生技术实现大花杓兰植物资源的保护
和规模化繁殖奠定基础。结合 DNA 条形码技术、野外生态学
开展人工繁殖大花杓兰“回归自然”的相关研究，这是缓解大
花杓兰濒危程度、恢复其野生种群最为直接有效的技术手段，
也是深入开展其他研究工作的重要基础。
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—133—江苏农业科学 2015 年第 43 卷第 10 期