全 文 ：第 27卷第 5期　 　　　　　　　　　　　　　　　河池学院学报　　　　　　　　　　　　　　　　 Vol.27No.5
2007年 10月　　　　　　　　　　　　　JOURNALOFHECHIUNIVERSITY　　　　　 Oct.2007
三种国产兰属植物核型研究及其系统分类学意义
雷文瑾1 , 谢强 2 , 韦仕堂 2 , 卢柳燕 2 , 张海峰 2
(1.广州市轻工业中等专业学校 , 广东　广州　510650;2.广西师范大学　生命科学学院 , 广西　桂林　541004)
[摘　要 ] 　分析 3种国产兰属植物 ,即春兰 、春剑 、惠兰的核型 ,并结合已有的形态学及核型资料对其分类及
核型进化进行了初步的讨论 ,结果表明这 3种兰属植物的染色体数目比较保守 ,变异不大 , 并且核型也具有较高的
对称性。 3种兰属植物的染色体核型差异与形态差异具明显的对应相关关系 , 说明兰属植物的形态变化更多的与
遗传因素有关。
[关键词 ] 　兰属植物;染色体;核型分析;分类
[中图分类号 ] 　Q942.4　　　[文献标识码 ] 　A　　　[文章编号 ] 　1672-9021(2007)05-0065-04
[作者简介 ] 　雷文瑾(1957-),女 , 广西桂林人 ,广州市轻工业中等专业学校讲师 , 主要从事食品与化学专业
的教学与科研工作;谢强(1963 -), 男 , 广西玉林人 , 广西师范大学生命科学学院副教授 , 主要研究方向为植物
分类。
[基金项目 ] 　广西师范大学—武汉植物研究所基金资助项目。
我国已筹建或建立了一些对兰花资源保护起到积极作用的兰花样品园。如广东的 “墨兰样品园” 、云南
的 “莲瓣兰样品园 ”、福建的 “剑兰样品园 ”、广西乐业建立的 “兰花自然保护区 ”。我国兰花产业化崭露头
角 ,与此同时其研究也正在日益深入 ,然而对这些资源的分类 、鉴定和利用仍缺乏深入研究。兰花杂交育种
方法的繁琐(其种子发育不全 ,需进行无菌播种)及选育周期长(国兰播种苗从出瓶至开花需 5 ～ 7年的时
间),使得我国兰花育种工作的进展缓慢 ,影响了我国兰花的应用和推广。同时对其研究的困难在于:兰属
植物由于在自然界杂交的缘故 ,中间类型颇多 ,变异较大 ,种的界限不甚明确 。我国兰花的品种选育研究 ,仍
然主要依靠芽变筛选 ,对品种间的亲缘关系 、新品种的早期鉴定方法和芽变的规律性研究缺乏。对兰花染色
体进行核型分析 ,有利于对兰花进行分类鉴定 ,研究其遗传多样性 ,鉴定其品种间的亲缘关系 ,进而为兰花杂
交 、诱变和基因工程育种提供早期的辅助选择材料 。本文作者于 2005年着手开展了国产兰属植物的核型研
究 ,试图为兰属植物的系统与进化植物学研究进一步提供证据。
1　材料与方法
1.1　材料
三种国产兰花春兰(Cymbidiun.Aoeringi)、春剑(Cymbidiun.Longibracteatum)、惠兰(Cymbidiun.Faberi)
购自桂林市花卉市场 。
1.2　方法
(1)对春兰 、春剑 、惠兰的形态特征和生活习性特点进行观察。
(2)对春兰 、春剑 、惠兰的染色体制片并进行观察 。
①取材:取成熟植株新长出的根尖 ,冲洗干净后 ,用 8—羟基喹琳于 4 ℃预处理 2 h转入新鲜卡若氏液
(95%乙醇∶冰乙酸 ——— 3∶1)于冰箱中固定 4 ～ 20 h。
②制片:1mol/L盐酸于室温解离 5min,然后在 58 ～ 60℃解离 2 ～ 4 min,改良的石炭酸品红染色压片。
③观察:在 10×40倍光镜下 ,可观察到大量细胞的有丝分裂中期染色体。在 10×100倍油镜下挑出 10
个着丝粒清晰的有丝分裂中期染色体进行核型分析 。
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④染色体记数和组型分析:每种兰花取 5 ～ 10个植株的新生根尖。每种兰花的染色体数目 ,以统计细胞
85%以上具有恒定一致的染色体数来作为该种的染色体数目。每个类群取 5个细胞的核型平均值 ,染色体
相对长度 、臂比及类型按参考文献 [ 1]总结的方法进行计算。
2　结果与分析
2.1　春兰 、春剑 、惠兰的形态特征观察和生活习性特点
春兰:春兰有绿叶 ,自养植物 ,地生植物;叶片冬季常绿;花较小 ,花序顶端的一枚苞片比子房长;两侧对
称 ,唇瓣特化 ,子房下位。雄蕊 1 ～ 2枚 ,雄蕊与花柱连成合蕊柱。
春剑:春剑有绿叶 ,自养植物 ,地生植物;叶片冬季常绿;花较小 ,花序顶端的一枚苞片比子房长;两侧对
称 ,唇瓣特化 ,子房下位。雄蕊 1 ～ 2枚 ,雄蕊与花柱连成合蕊柱。
惠兰:惠兰为自养植物 ,地生植物;叶片冬季常绿;花较小 ,花序顶端的一枚苞片比子房短;两侧对称 ,唇
瓣特化 ,子房下位 。雄蕊 1 ～ 2枚 ,雄蕊与花柱连成合蕊柱 。
2.2　春兰 、春剑 、惠兰的染色体观察结果
3种兰花染色体的观察结果如图 1所示 。
　　　　　　　　A　春兰　　　　　　　　　　B　春剑　　　　　　　　　　C　惠兰
图 1　3种兰属植物的染色体形态图
2.3　3种兰属植物的核型
据春兰 、春剑 、惠兰的染色体形态图整理得 3种兰属植物的核型和核型模式图 ,如图 2和图 3所示 。
　
　
A春兰
　
　
　
　
B春剑
　
　
　
C惠兰
图 2　3种兰属植物的核型
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　A春兰
　
　
　
　
　
　B春剑
　
　
　
　
　C惠兰
图 3　3种兰属植物的核型模式图
2.4　3种兰属植物的染色体参数
据春兰 、春剑 、惠兰的染色体核型和核型模式图观测和统计可得 3种兰属植物的染色体参数(见表 1)。
表 1　3种兰属植物的染色体参数
植物名称 核型公式 平均臂比 最长 /最短 臂比 >2的比率 不对称系数 类型
春兰 2n=40=24m+10sm+4st+2t 2.18 2.16 35% 62.19 2B
春剑 2n=40=24m+10sm+6st 1.68 2.02 35% 61.91 2B
蕙兰 2n=40=30m+8sm+2st 1.51 2.22 15% 60.03 2B
2.5　3种兰属植物的检索表
据春兰 、春剑 、惠兰的形态特征观察和生活习性特点可编 3种植物的检索表(见表 2),据春兰 、春剑 、惠
兰的染色体核型公式可编 3种兰属植物的核型公式模拟检索表(见表 3)。
表 2　3种兰属植物的传统检索表
1、花序顶端的一枚苞片比子房长。
　2、叶较窄 , 约 0.5 cm-1.5 cm, 花色多样有香味 ,花期 12月至 3月
　　　　 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 春兰
　2、叶较宽 , 常为 1.3cm-1.8 cm;花苞片明显长于花梗与子房 ,花期 1至 3月
　　　　 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 春剑
1、花序顶端的一枚苞片比子房短 , 叶中脉明显;唇瓣上具发亮的小乳突。
　 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 惠兰
表 3　3种兰属植物的核型公式模拟检索表
1、 2n=40=24+10sm;
　2、 2n=40=24m+10sm+6st⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 春剑
　2、 2n=40=24m+10sm+4st+2t⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 春兰
1、 2n=40=30m+8sm+2st ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 惠兰
从表 1、表 2、表 3可以看到:春兰的核型公式为 2n=40=24m+10sm+4st+2t;春剑的核型公式为 2n=
40=24m+10sm+6st,说明它们的形态特征很相似或相近 ,而它们的形态的相似特征也恰好体现了这一点 ,
两者不同的形态特征是叶宽不同 ,花期不同而已。它们的核型公式的后面数据:即春兰为 4st+2t,春剑为
6st,二者的形态差异为核型公式的差异所标记。以惠兰与春兰和春剑相比较 ,惠兰的核型公式为:2n=40 =
30m+8sm+2st;春兰和春剑的核型公式分别为 2n=40=24m+10sm+4st+2t和 2n=40=24m+10sm+6st;
三者也都是 “2B”类型 ,前者与后两者不同的形态特征在于花序顶端的一枚苞片比子房短。从它们的核型公
式后面数据:即惠兰为 30m+8sm+2s;而春兰和春剑分别为 24m+10sm+4st+2t和 24m+10sm+6st。可
见 ,前者与后两者不同的形态差异也为核型公式的差异所标记。由此观察 ,很明显可以看出春兰和春剑的亲
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缘关系更密切 ,而惠兰与春兰和春剑均表现了亲缘关系相对较远。说明我们可以从染色体分析得出的核型公式 ,
以及核型公式模拟出检索表来鉴别不同植物并分析它们的亲缘关系极具系统分类学意义。此外 ,表 1中除了核
型公式外 ,其他染色体参数同样在不同程度上体现了 3种兰属植物的对应差异。
3　讨论
本研究表明此 3种兰属植物均为较对称的 “2B”型 ,它们体细胞染色体数均为 2n=40,其结构也主要由
中部和亚中部着丝粒染色体组成 ,核型具有较高的对称性 ,染色体主要由 m和 sm染色体组成 ,最长染色体
与最短染色体的比值均小于 4,在 1.57 ～ 2.91之间 ,臂比大于 2的比率均小于 50 ,在 5% ～ 35%之间 。由此
可见 ,兰属植物的染色体数目可能是比较保守的 ,变异不大 ,并且核型也具有较高的对称性。根据著名植物
分类和进化学家 Stebbins(1971)的观点:高等植物核型进化的基本趋势是由对称向不对称方向发展的 ,系统
演化上处于比较古老或原始的植物 ,往往具有较对称的核型 ,不对称的核型通常出现在较进化或特化的植物
中 [ 2] 。根据此种观点 ,具有这样对称核型的 3种兰属植物 ,在整个系统演化至少是兰科植物的系统演化中应
该处于相对原始的地位。但形态学的研究却又表明:兰属植物和大多数兰科植物一样 ,为适应虫媒传粉 ,花
部的所有特征都表现出高度适应和特化(花两侧对称 ,唇瓣特化 ,结构复杂 ,基部常形成具蜜腺的囊或距 ,雄
蕊数目减少与花柱合生成蕊柱)。因此 ,目前兰科植物几乎被所有植物学家公认为代表单子叶植物中最为
进化的类群 [ 3] 。
杨涤清等在对兰科植物中比较原始的类群 ———头蕊兰属的金兰(alantheraerecta)和银兰(C.falcata)的
核型研究中也观察到 ,兰科植物中 ,与百合科的某些代表种很相近 、形态上也较原始的头蕊兰属植物中 ,竟出
现了不对称程度较高的核型类型 。金兰 、银兰的染色体主要有 sm和 st染色体组成 ,核型均属较不对称的 “3
C”型 ,且为二型式核型 ,即 1 ～ 3对为大型染色体 ,而 4 ～ 17却为小型染色体 [ 4] 。
综上所述 ,从目前已被研究的兰科植物来看 ,核型进化的方式似乎与高等植物核型进化的一般方向相
悖 。这种现象在已知的某些科 、属内 ,如罗汉松科 、苏铁科等[ 5]的研究也有发现 ,是不是兰科植物的核型进
化也属于这种情况呢 ?当然 ,生物的进化是复杂的 、多方向的和多样性的 。单凭几个种 、一个属的染色体资
料并不能揭示它们的进化和起源关系 ,但随着研究的深入 ,更多属兰科植物染色体资料 、胚胎学 、发育学以及
分子生物学资料的获得 ,无论对兰属植物分类学研究本身 ,还是对整个兰科植物的进化以及核型不对称性与
物种起源及进化的关系研究来说都具有重要的意义 。
参考文献:
[ 1]李懋学,陈瑞阳.关于核型分析的标准化问题 [ J].武汉植物学研究 , 1985, 3(4):297-302.
[ 2]张宏达.植物学 [ M] .北京:人民教育出版社 , 1979.254-259.
[ 3]吴应祥.中国兰花 [ M] .北京:中国林业出版社 , 1992.67-71.
[ 4]杨涤清,朱燮俘.银兰和金兰的核型研究 [ J].植物分类学报 , 1989, 27(2):114- 117.
[ 5]洪德元.植物细胞分类学 [ M] .北京:科学出版社 , 1990.92-119.
StudyontheChromosomalKaryotypeofThreeCymbidiumSpeciesfrom
ChinaandItsTaxonomicSingneficance
LEIWen-jin1 , XIEQiang2 , WEIShi-tang2 , LULiu-yan2 , ZHANGHai-feng2
(1.GuangzhouTechnicalSecondarySchoolofLightindustry, Guangzhou, Guangdong510650;
2.ColegeofLifeScience, GuangxiNormalUniversity, Guilin, Guangxi541004 , China)　　
[ Abstract] 　ThispaperanalyzestheChromosomalKaryotypeofthreeCymbidiumspeciesfromChina:C.Ao-
eringi, C.LongibracteatumandC.Faberi, thendiscussestheirclassificationandkaryotypicevolution, combining
themorphologyandnuclear-classifiedinformation.TheresultsshowsthatthechromosomenumbersofthreeCym-
bidiumspeciesfromChinaweremoreconservativeandlitlevariating, andkaryotypesembracealsohighersymme-
try.Theobviouscorelationbetweentheirkaryotypicdiferencesandthemorphologicaldiferencesshowsthatthe
morphologicalchangesofChromosomalKaryotypesaremainlyrelatedwithgeneticfactors.
[ Keywords] 　cybidiumspecies;cromosome;Karyotypeanalysis;clasification
收稿日期　2007-06-20
[责任编辑　刘景平 ]
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