全 文 ：热带亚热带植物学报　2013， 21(5)： 414 ~ 419
Journal of Tropical and Subtropical Botany
扇脉杓兰和无距虾脊兰的核型分析
钱鑫1, 连静静1, 李全健2, 刘芬3, 王彩霞1, 田敏1*
(1. 中国林业科学研究院亚热带林业研究所， 浙江 富阳 311400； 2. 中国科学院上海辰山植物园， 上海 201602; 3. 中国科学院华南植物园， 广州
510650)
摘要： 为了解扇脉杓兰(Cypripedium japonicum Thunb.)和无距虾脊兰(Calanthe tsoongiana T. Tang et F. T. Wang)的核型，采用
根尖压片法对扇脉杓兰和无距虾脊兰的染色体数目和核型进行了研究。结果表明，扇脉杓兰体细胞的染色体数为 22，核型公
式为 2n = 2x = 22 = 16m + 2sm + 2st + 2t，染色体相对长度组成为 2n = 22 = 2L + 6M2 + 12M1 + 2S，核不对称系数为 60.01%，核
型分类为 2B 型；而无距虾脊兰体细胞的染色体数为 40，核型公式为 2n = 2x = 40 = 28m + 10sm + 2st，染色体相对长度组成为
2n = 40 = 8L + 10M2 + 16M1 + 6S，核不对称系数为 59.84%，核型分类为 2B 型；两者核型都较为对称。其中，无距虾脊兰的核型
为首次报道。这为扇脉杓兰和无距虾脊兰的进化地位和种质保护提供了细胞学证据。
关键词： 扇脉杓兰； 无距虾脊兰； 染色体； 核型
doi: 10.3969/j.issn.1005–3395.2013.05.004
Karyotype Analysis of Cypripedium japonicum Thunb. and Calanthe
tsoongiana T. Tang et F. T. Wang
QIAN Xin1, LIAN Jing-jing1, LI Quan-jian2, LIU Fen3, WANG Cai-xia1, TIAN Min1*
(1. Research Institute of Subtropical Forestry, Chinese Academy of Forestry, Fuyan 311400, China; 2. Chenshan Shanghai Botanical Garden, Chinese
Academy of Sciences, Shanghai 201602, China; 3. South China Botanical Garden, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou 510650, China)
Abstract: The aim was to understand the karyotype of Cypripedium japonicum Thunb. and Calanthe tsoongiana T.
Tang et F. T. Wang. Their chromosome number and karyotype were studied by using fingertip squashing method.
The results showed that the chromosome number of Cypripedium japonium was 2n = 22, karyotype formula
was 2n = 2x = 22 = 16m + 2sm + 2st + 2t, constitution of relative length was 2n = 22 = 2L + 6M2 + 12M1 + 2S,
asymmetry index was 60.01%, karyotype type was classified as 2B; while the chromosome number of Calanthe
tsoongiana was 2n = 40, karyotype formula was 2n = 2x = 40 = 28m + 10sm + 2st, constitution of relative length
was 2n = 40 = 8L + 10M2 + 16M1 + 6S, asymmetry index was 59.84%, karyotype type also belonged to 2B.
Both of them have relatively symmetric karyotype. The karyotype of Calanthe tsoongiana was reported for the
first time. These provided some cytological evidences for evolutionary status and germplasm conservation of
Cypripedium japonicum and Calanthe tsoongiana.
Key words: Cypripedium japonicum; Calanthe tsoongiana; Chromosome; Karyotype
兰 科(Orchidaceae)是 被 子 植 物 的 第 二 大 科，
约有 700 多属 20000 多种，大多数分布于热带亚
热带地区，其中很多种类具有较高的观赏价值和
经济价值，是一类重要的植物资源[1]。扇脉杓兰
(Cypripedium japonicum Thunb.)(图 1: A)隶 属 于 杓
兰 亚 科(subfam. Cypripedioideae Lindl.)杓 兰 属，花
收稿日期： 2012–12–07　　　　接受日期： 2013–04–15
基金项目： 浙江省省院合作林业项目(2012SY02-3)资助
作者简介： 钱鑫，男，硕士研究生，主要从事兰科植物的保护生物学研究。E-mail: qianxin090@163.com
* 通讯作者 Corresponding author. E-mail: tmin115@163.com
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型奇特，唇瓣艳丽，是一种珍稀的地生兰，主要生长
于海拔 1000 ~ 2000 m 的林下、溪谷旁、隐蔽山坡
等湿润和腐殖质丰富的土壤上，中国是其主要分布
地[2]。无距虾脊兰(Calanthe tsoongiana T. Tang et F. T.
Wang)(图 1: B)，隶属于兰亚科(subfam. Orchidoideae)
虾脊兰属，花型似虾，色彩鲜艳，生长于海拔 450 ~
1450 m 的山坡林下、路边和阴湿岩石上，是中国特
有物种[3]。
染色体的数目和形态是研究植物遗传进化与
系统发育的基本信息，但是由于大多数兰科植物生
境较为苛刻，难以驯化，兰花种子在自然状态下难
以萌发，不易获得可用于核型分析的幼嫩材料；而
且兰科植物种类繁多，染色体数目变化较大(2n =
10 ~ 240)，数目普遍偏多，目前已进行核型分析的
兰科植物只有不到 10%[4]。本文以分布于浙江天目
山的扇脉杓兰和无距虾脊兰野生植株为研究对象，
分析了这两种兰科植物的核型，进一步丰富了兰科
植物的细胞学资料，同时也为今后对其系统演化、
分类鉴定、资源评价与保护等方面的研究提供必要
的参考依据。
1 材料和方法
1.1 实验材料
扇脉杓兰(Cypripedium japonicum Thunb.)与无
距虾脊兰(Calanthe tsoongiana T. Tang et F. T. Wang)
的根尖材料均采自浙江省临安市境内的天目山国
家级自然保护区内的野生植株，两者分布的地理坐
标分别为119°25′ E，30°21′ N和119°27′ E，30°19′ N，
取材时间为 2012 年 9 月上旬的上午 9 : 00 – 10 : 00
之间。凭证标本 CJ. Li120912 和 CT. Lian120906，存
放于中国林业科学研究院亚热带林业研究所植物
细胞实验室内。
1.2 染色体制片
剪取扇脉杓兰和无距虾脊兰成熟植株新长出
的幼嫩根尖 2 ~ 5 mm，蒸馏水冲洗干净后用对二氯
苯-α-溴萘混合液于 4℃冰箱中处理 24 h，然后用现
配的卡诺固定液(95% 乙醇 : 冰醋酸 = 3 : 1)于 4℃
冰箱中处理 10 h，2.5% 的纤维素-果胶混合酶液
于室温下处理 30 min，然后用 1 mol L–1 的盐酸在
60℃下解离 10 min，蒸馏水中室温低渗 30 min，用
改良的卡宝品红染色压片，镜检并统计染色体的
数目，最后选择染色体形态好又分散开的细胞在
Olympus CX41 显微镜下拍照。
1.3 核型分析方法
染色体数目的确定和核型分析按照第一届全
国植物染色体学术讨论会上李懋学和陈瑞阳[5]建议
的标准，每个材料各选 5 ~ 10 株，每株选取 3 ~ 5 个
染色体分散良好的细胞进行统计，其中 85% 以上
的细胞具一致的染色体数即可视为该种植物的染
图 1 扇脉杓兰(A)和无距虾脊兰(B)植株
Fig. 1 Cypripedium japonicum (A) and Calanthe tsoongiana (B)
钱鑫等：扇脉杓兰和无距虾脊兰的核型分析
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色体数。核型不对称系数按照 Arano[6]的方法，比
值越小越对称。核型分类按照 Stebbins[7]的标准划
分，1A 型最对称，4C 型最不对称。
2 结果和分析
扇脉杓兰的体细胞染色体数为 2n = 22，二倍
体，核型公式为 2n = 2x = 22 = 16m + 2sm + 2st +
2t，其中端部着丝粒染色体是第 11 对染色体，占
9.09%，近端部着丝粒染色体为第 10 对，占 9.09%，
近中部着丝粒染色体为第 9 对，占 9.09%，其余的
都为中部着丝粒染色体，占 72.73%，未观察到随体。
染色体相对长度系数组成为 2n = 22 = 2L + 6M2 +
12M1 + 2S。 核 不 对 称 系 数 为 60.01%，臂 指 数 为
40，最长染色体与最短染色体的比值为 2.03，臂比
大于 2 的染色体百分率为 18%，所以核型分类属于
对称的 2B 型。核型参数见表 1；染色体核型图与
核型模式图见图 2。
表 1 扇脉杓兰的核型参数
Table 1 Karyotype parameters of Cypripedium japonicum
序号 No. 相对长度 Relative length (%) 相对长度系数 Coefficient of relative length 臂比 Arm ratio 着丝点位置 Kinetochore position
1 6.46 + 6.09 = 12.55 1.38 (L) 1.06 m
2 6.29 + 4.99 = 11.28 1.24 (M2) 1.26 m
3 6.28 + 4.95 = 11.23 1.24 (M2) 1.28 m
4 5.23 + 4.38 = 9.61 1.06 (M2) 1.19 m
5 5.17 + 3.77 = 8.94 0.98 (M1) 1.37 m
6 4.69 + 3.67 = 8.36 0.92 (M1) 1.28 m
7 4.43 + 3.88 = 8.31 0.91 (M1) 1.14 m
8 4.88 + 3.32 = 8.20 0.90 (M1) 1.47 m
9 4.87 + 2.82 = 7.69 0.85 (M1) 1.73 sm
10 6.05 + 1.60 = 7.65 0.84 (M1) 3.78 st
11 5.66 + 0.52 = 6.18 0.68 (S) 10.88 t
图 2 扇脉杓兰的中期染色体(A)、核型图(B)和核型模式图(C)。标尺： A = 20 µm；B = 10 µm
Fig. 2 Metaphase chromosome (A), karyogram (B) and ideogram (C) of Cypripedium japonicum. Bars: A = 20 µm; B = 10 µm
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无距虾脊兰的体细胞染色体数为 2n = 40，二
倍体，核型公式为 2n = 2x = 40 = 28m + 10sm + 2st，
主要由中部着丝粒染色体和近中部着丝粒染色体
组成，其中近端部着丝粒染色体为第 4 对，占 5%，
第 1、2、3、15、20 对为近中部着丝粒染色体，
占 25%，其余的都为中部着丝粒染色体，占 70%，缺
乏端部着丝粒染色体类型，未观察到随体结构。染
色体相对长度系数组成为 2n = 40 = 8L + 10M2 +
16M1 + 6S，核不对称系数为 59.84%，臂指数为 78，
最长染色体与最短染色体的比值为 2.08，臂比大于
2 的染色体百分率为 15%，所以核型分类属于 2B
型，较为对称。核型参数见表 2；染色体核型图与核
型模式图见图 3。
3 讨论
3.1 杓兰属种间的染色体数目变化
染色体作为遗传物质的载体，其数目在种内
是相对恒定的。Flelix[8]通过计算生长于巴西的 11
属 41 种地生兰科植物的染色体数，并结合前人的
研究结果，得出除了杓兰亚科(Cypripedioideae)和
香荚兰亚科(Vanilloideae)之外，其余的多数地生兰
的染色体基数是 x = 7 或 7 的倍数或者在此基础
上 ± 1 的结论。本研究结果表明，扇脉杓兰(2n =
22)与无距虾脊兰(2n = 40)的染色体数符合这个假
说。国外报道的其它杓兰属植物染色体数目大多
为 2n = 20，如紫点杓兰(Cypripedium guttatum)、高
山杓兰(C. himalaicum)、宝岛杓兰(C. segawai)、大花
杓兰(C. macranthum)、欧洲杓兰(C. pubescens)、C.
yatabeanum、C. fasciculatum、雅致杓兰(C. elegans)
和对叶杓兰(C. debile)等[9–11]，其他数目在杓兰属中
较为罕见。Hoffmann[12]和 Pace[13]曾报道皇后杓兰
(C. spectabile)、C. candidum 与 C. parviflorum 的染
色体数目为 2n = 22，说明杓兰属的染色体数目大
体较为稳定(2n = 20，22)。杓兰种间水平的多样性
主要是由染色体形态结构多样性引起的。
表 2 无距虾脊兰的核型参数
Table 2 Karyotype parameters of Calanthe tsoongiana
序号 No. 相对长度 Relative length (%) 相对长度系数 Coefficient of relative length 臂比 Arm ratio 着丝点位置 Kinetochore position
1 4.34 + 2.43 = 6.77 1.35 (L) 1.79 sm
2 4.79 + 1.89 = 6.68 1.34 (L) 2.53 sm
3 4.62 + 1.86 = 6.48 1.30 (L) 2.48 sm
4 3.31 + 3.14 = 6.45 1.29 (L) 1.05 m
5 3.33 + 2.61 = 5.94 1.19 (M2) 1.28 m
6 2.82 + 2.50 = 5.32 1.06 (M2) 1.13 m
7 3.04 + 2.20 = 5.24 1.05 (M2) 1.38 m
8 2.96 + 2.26 = 5.22 1.04 (M2) 1.31 m
9 2.65 + 2.56 = 5.21 1.04 (M2) 1.04 m
10 2.50 + 2.37 = 4.87 0.97 (M1) 1.05 m
11 2.56 + 2.24 = 4.80 0.96 (M1) 1.11 m
12 2.49 + 2.21 = 4.70 0.94 (M1) 1.14 m
13 2.95 + 1.72 = 4.67 0.93 (M1) 1.72 m
14 3.77 + 0.89 = 4.66 0.93 (M1) 4.24 st
15 2.96 + 1.61 = 4.57 0.91 (M1) 1.84 sm
16 2.48 + 1.88 = 4.36 0.87 (M1) 1.32 m
17 2.16 + 1.62 = 3.78 0.76 (M1) 1.33 m
18 1.99 + 1.53 = 3.52 0.70 (S) 1.30 m
19 2.02 + 1.48 = 3.50 0.70 (S) 1.36 m
20 2.10 + 1.16 = 3.26 0.65 (S) 1.81 sm
钱鑫等：扇脉杓兰和无距虾脊兰的核型分析
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3.2 扇脉杓兰居群间染色体数目的变化
Karasawa 和 Hoshi 等[14–15]曾报道分布于日本
的扇脉杓兰染色体数为 2n = 20，与本实验结果并
不一致。这种分布于不同地域或不同居群的同一
物种染色体数目发生变化的现象同样存在于同属
植物杓兰(Cypripedium calceolus)中(2n = 20, 22)[16]，
另外，在青甘韭(Allium przewalskianum)[17]、雅江点
地梅(Androsace yargongensis)[18]、鱼腥草(Houttuynia
cordata)[19]和石蒜(Lycoris radiata)[20]等植物中也有
报道。薛春迎等[17]认为生境的异质性可能是造成
不同居群染色体数变异的原因之一，但其具体机制
还不十分明确。
3.3 无距虾脊兰属种间染色体数目变化
目前，国内对虾脊兰属核型的报道有三褶虾
脊 兰(Calanthe triplicata)[21] (2n = 38)和 虾 脊 兰(C.
discolor)[22] (2n = 40)，国外对该属植物染色体数目
的报道主要有泽泻虾脊兰(C. alismaefolia) (2n = 44)、
二 裂 虾 脊 兰(C. biloba) (2n = 38)、肾 唇 虾 脊 兰(C.
brevicorum) (2n = 48)、C. chloroleuca (2n = 56)、
西南虾脊兰(C. herbacea) (2n=44)、长距虾脊兰(C.
masuca) (2n = 52)、镰萼虾脊兰(C. puberula) (2n =
42)、三棱虾脊兰(C. tricarinata) (2n = 42)、钩距虾
脊 兰(C. striata) (2n = 40)以 及 二 列 叶 虾 脊 兰(C.
yushuni) (2n = 40)等[10,23–24]。可见虾脊兰属种间染
色体数目变异范围较大。Cox 等[9]的研究表明兜兰
属植物存在着同样的现象，并指出这种属内的染色
体数目的多样性现象可能是由于染色体在核型进
化过程发生了罗伯逊变化(Robertsonian change)，从
而导致新染色体的产生。染色体数目进化的趋势
主要是由于中部着丝粒型染色体和端部着丝粒型
染色体在异染色质集中的着丝粒或靠近着丝粒的
不稳定部位发生了染色体断裂或融合，从而使得染
色体数目发生变化，且一般来说属内染色体数目较
多的属于更进化类型。造成染色体这种进化趋势
的具体原因目前还不是很清楚，环境的选择压力可
能是重要的原因之一。Cozzolino 等[25]通过对地中
海的一些兰花染色体数目和不对称系数的研究表
明，染色体变化程度较大的种类往往是所处的生境
较为恶劣且是孤立的小种群，可能这种数目的变化
造成的基因重组的多样化有利于增加其遗传多样
性，从而提高对生存环境的适应能力。所以推测无
距虾脊兰在虾脊兰属中可能属较原始类型，但还需
要发育学和分子生物学等方面的证据进一步验证。
图 3 无距虾脊兰的中期染色体(A)、核型图(B)和核型模式图(C)。标尺： A = 20 µm；B = 10 µm
Fig. 3 Metaphase chromosome (A), karyogram (B) and ideogram (C) of Calanthe tsoongiana. Bars: A = 20 µm; B = 10 µm
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