全 文 ：兜兰属植物及其研究现状＊
龙　波① 　龙春林②
①硕士研究生 ,中国科学院昆明植物研究所 昆明 650204;中国科学院研究生院 , 北京 100039
②教授 ,博士生导师 , 中国科学院昆明植物研究所 ,昆明 650204
＊国家科技基础条件平台项目(No.2004DKA30430 &2005DK21006),云南省自然科学基金(2005C0053M)资助项目
关键词　兜兰　组织培养　保护生物学　分子生物学
　　兜兰属植物是兰科中的珍品 ,被《华盛顿公约》列为 Ⅰ级珍稀濒危物种 ,有许多种是极具观赏价值的世界级花卉
名品;其花期长 ,花色庄重素雅 ,花型奇特 ,其唇瓣状如拖鞋 ,故有“拖鞋兰”之称 。杏黄兜兰是世界上非常罕见的黄花
种类 ,和硬叶兜兰并称为“金童玉女” ,在国际兰花展中屡获金奖 。本文概述了近 20 年来国内外对兜兰属植物的研
究 ,着重介绍了兜兰属植物在组织培养 、保护生物学 、分子生物学 、生理生态学等方面的研究进展 ,并指出在杂交育
种、种质保存及基因工程等方面均有待于对其进行深入研究 。
1 兜兰属植物的概况
兜兰 ,又称“女士拖鞋兰” 、“仙履兰” ,是兰科兜兰属
(Paphioped il um)植物的统称。在拉丁语中 ,兜兰的属
名 Paphiopedilum 由爱神Paphos 和鞋子 Pedilon 组合
而成 ,即爱神之鞋 ,以其唇瓣的形状而得名。
兜兰是兰科植物中最具特色的一个类群 ,也是最奇
特的观赏兰花[ 1 , 2] 。本属植物的花形十分奇特 ,唇瓣呈
兜状 ,酷似旧时欧洲淑女的拖鞋;背萼特别发达 ,具有艳
丽的花纹。兜兰与其他兰花明显不同的地方是 , 2 枚能
育雄蕊着生在蕊柱的两侧;发达的背萼呈扁圆形或倒心
形 ,在各瓣中最显著 。因此 ,兜兰以其独特魅力和许多
优异特性而备受世界花卉爱好者的钟爱 。
全世界约有兜兰属植物 66种 ,近年来发表了 10余
个新种 ,总数增加到 80 余种[ 3] ,主要分布于热带和亚热
带地区 ,其中 1/3以上分布于中国。
杏黄兜兰自传入欧美后 ,获得近百个美国兰展奖
项 ,热潮至今未衰。硬叶兜兰曾勇夺世界兰展全场总冠
军 ,惊艳兰坛。杏黄兜兰和硬叶兜兰被并称为“金童玉
女” ,是兰花中的珍品 ,备受世人的关注 。
然而受盛名之累 ,中国的兜兰属植物虽然丰富 ,但
由于过度采集 、走私出境猖獗以及生境破坏等原因 ,近
十几年来野生兜兰的数量急剧减少 ,分布区逐渐萎缩 ,
不少种类已经到了灭绝的边缘 。针对野生兜兰受到掠
夺性采挖和贸易而导致该类群植物迅速减少甚至灭绝
的状况 , 《华盛顿公约》(即《濒危野生动植物种国际贸易
公约》 , Convention on Int ernational Trade in Endan-
gered Species of Wild Fauna and Flora ,CITES)把所有
兜兰属植物列入其附录一名录 ,等同于大熊猫的保护等
级 ,受到国际社会的严格保护 。
2 研究进展
由于兜兰属植物的奇特性和巨大的观赏价值 ,不少
国内外学者开展了兜兰属的分类学 、形态学 、细胞学 、地
理学 、栽培和杂交育种的工作 ,并出版了一些专著[ 4-12] 。
现从以下 8 个方面对兜兰属植物的研究状况进行简要
概述:
2.1 形态学和细胞生物学
唐沢耕司[ 4]对几十种兜兰进行了形态学的观察和
核型分析 ,并在此基础上进行了分类上的讨论 ,将兜兰
属划分成六个亚属 。Braem G J[ 12] 对兜兰属的分类与唐
沢耕司的基本一致 。
任玲等对兜兰(P .godefroyae Stein)有性生殖全过
程曾有过详细的研究 。结果表明兜兰胚珠具一层珠被 ,
胚囊发育为葱型 ,胚乳具二核 。种子成熟时胚柄及胚乳
核都消失 。成熟种子只具单层细胞的种皮和一个未分
化的球形胚 。单粒分散的花粉包裹于黄色粘性物质中 。
推测此粘液可能是花粉鞘类物质 ,它使得传粉效率更
高 ,但这种花粉团块的结构在兜兰属中是否普遍 ,在兰
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科植物系统发育上有何意义 ,还需要进一步的比较和观
察[ 13] 。
孙安慈[ 14]对兰科植物的兰属 、兜兰属及石斛属 16
个种的叶片及其横断面进行了扫描电镜的观察 。观察
发现兜兰属的各个种上下表皮细胞均为多边形 ,花叶类
上表皮细胞表面明显呈乳突状 ,叶肉有分化;绿叶类呈
龟背状隆起 ,叶肉不分化 。叶表皮细胞形状 、表面的突
起和纹饰、叶肉分化与否等反映了各属的特征。叶片形
态结构特征也反映了各个种的生长习性 ,对生长环境的
适应 。因此 ,认为叶片的形态特征可以作为种 、属分类
的参考 。
2.2 组织培养
利用组织培养的方法进行大规模克隆繁殖 ,无疑可
以减轻对野生兜兰植物的采集压力 。由于兜兰原生种
的组织培养较难 ,杂交种的组织培养相对较易 ,因此利
用杂交种进行组织培养是国外兜兰商品化种苗生产的
主要方式。兜兰与大多数洋兰一样 ,由于种子的胚发育
不完全 ,在自然状况下需与真菌共生才有极少数的
萌发 。
国内外对兜兰菌根的研究发展缓慢。李明[ 15] 曾采
用根组织切片法从杏黄兜兰根内分离到 13 株真菌 ,其
中以镰刀菌和组丝核菌为优势菌 。将组丝核菌 JF74 ,
JF75 , JF80制成菌剂 ,施入杏黄兜兰根部 ,对杏黄兜兰产
生了一定的促进生长的效果 。但是镰刀菌对杏黄兜兰
是有益还是有害及其作用机理还待进一步研究 。
目前的组织培养研究着重于优化培养条件 ,如外植
体的取材、培养基成分和激素的选择试验。研究发现用
杂交种兜兰的外植体诱导类原球茎较易获得成功[ 16-22] ,
而采用无菌种子萌发技术 ,已成功地获得多种兜兰的无
性克隆个体[ 23-27] 。但无论是在国内还是国外 ,兜兰属植
物的花药培养 、原生质体培养等尚未见报道 。
随着人口增长、环境变化 、滥伐森林和耕地沙漠化 ,
一些珍稀的物种以及具有抗虫、病、毒 、不良环境潜能的
地方栽培品种已经灭绝或濒于绝种 。此外 ,因植物育种
技术的发展 ,高产品种单一化趋势日益明显 ,植物遗传
基础越来越窄。因此 ,利用植物组织和细胞保存种质 ,
所占空间小 ,基因型稳定 ,受外界影响小 ,同时也便于种
质交换和转移 ,防止有害病虫的人为传播。然而 ,在兜
兰属植物的种质资源保存技术方面国内外仍然是空白 。
2.3 传粉生物学
Hans Bänziger从 1990到 1994 年共花了 224 小时
持续在泰国常绿林里观察紫毛兜兰 ,发现其周围大约有
100种双翅目食蚜蝇 ,在 15个实验对象中有效花粉传播
者主要为雌性的Episyrphus alternans , Syrphus f ulvi fa-
cies , Betasyrphus serarius 。紫毛兜兰靠花色和散发出类
似尿素的味道来吸引远距离的昆虫 ,退化雄蕊(可能是
模拟一滴蜜汁或露水)引诱近距离昆虫 。当昆虫被吸引
时 ,便着陆于中央一突疣(伪装成栖木),因控制不住而
滑入兜内 。为了防止昆虫飞出 ,唇瓣形成囊状 ,所以昆
虫只能擦过柱头 ,粘上花药逃出去 。粘稠的花药至少可
以持续 8 周的生活力 ,但只有 8%的植株可以产生蒴
果[ 28] 。
刘可为等对杏黄兜兰的传粉生物学进行研究 ,结果
发现杏黄兜兰的繁育系统是兼具异交和自交的混合交
配系统。杏黄兜兰是一种食源性欺骗的植物 ,它模仿食
源性植物黄花香。此外 ,通过检测还发现杏黄兜兰的花
粉为脂质;花粉活力和柱头可授性在花朵开放期内具有
同步性 ,而花粉在柱头凋落后仍具活力 ,去除了雄蕊可
明显延长花朵开放时间[ 29] 。
2.4 保护生物学
罗毅波等在了解了国际兰科植物研究和保育的最
新进展和发展趋势的基础上 ,提出国内关于兰科植物保
育的研究与国际同类工作相比存在不小的差距[ 30] 。他
们认为兰科植物由于其单个果实内具有成千上万颗种
子 ,因而利用种子进行大规模繁殖就成为兰科植物迁地
保护的重要手段。特别是对兜兰属植物来说 ,目前组织
培养等方法还未取得突破 ,种子繁殖就成为唯一的规模
繁殖的方法[ 3] 。
刘仲健等[ 31] 对梧桐山野生的紫纹兜兰进行了观察 ,
研究了当地的气候、植被 、土壤和其他环境因素与紫纹
兜兰之间的关系。观察结果表明 ,梧桐山地区的紫纹兜
兰在次生阔叶林下生长良好;大多数开花的紫纹兜兰均
能结果。因此认为 ,紫纹兜兰生存所面临的主要威胁应
该是其生境亦即森林的破坏 ,而不是其自身存在的生物
学缺陷。
居群遗传学的研究可以解释植物的遗传变异水平
及其空间结构 ,为制定原地保护策略提供基本数据 。李
昂采用空间自相关分析方法对硬叶兜兰(Paphiopedi-
l um micran thum)和独花兰(Changnienia amoena)4 个
天然群体的小尺度空间遗传结构进行了研究 ,以探讨两
种兰科植物群体内遗传变异的分布特征及其形成机制 。
结果表明 ,适时的迁地保护对硬叶兜兰是必要的 。上述
研究结果有助于进一步了解物种的进化历程和濒危机
制 ,并且能为制定有效的保护策略和措施提供科学依
据[ 32] 。
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2.5 分子生物学
分子标记技术应用于兰科植物的分类鉴定和品种
鉴别 ,为兰花的分类提供了分子水平的证据 ,也为兰花
保护策略和措施的制定提供了理论基础。但至今为止 ,
国内外用此技术研究兜兰属遗传多样性的报道并不
多见 。
Antony V Cox等[ 33] 应用核 rDNA 的 ITS核苷酸序
列数据 ,研究杓兰属 、兜兰属、美洲兜兰属、碗兰属 、墨西
哥兰属的 150 ～ 170 个种之间的亲缘关系 ,其中兜兰属
的研究包括了中国兜兰属的 15 个原生种。研究认为
section Parvisepalum 应从短瓣亚属 subgenus Brachyp-
etalum 中划出另立一亚属 subgen Parvisepalum ;而 sec-
tion Coryoped il um 和 sect ion Pardalopetalum 应归为一
个组 section Pardalopetalum 。 ITS树状图明确了 5 个
属和各属内种间的亲缘关系 ,兜兰属的划分与 Cribb 的
传统分类基本一致。
国内也有应用分子标记的报道 ,孙彩云曾利用
RAPD和同工酶分子标记技术来分析中国兜兰种间亲
缘关系 。研究结果显示 ,RAPD和同工酶两种手段对种
间亲缘关系的划分与传统分类大致吻合 ,同工酶比
RAPD的结果更接近传统分类 。兜兰亚属需进一步分
组 ,彩云兜兰 、卷萼兜兰 、紫纹兜兰及其变种云南虎皮应
自成一个组 ,白花兜兰和同色兜兰的真正的分类学位置
应如何确定尚需进一步研究[ 34] 。
2.6 系统演化和生态地理
王英强[ 35]分析了国产兜兰属植物的生态地理分布
特点和发展趋势 ,以及兜兰属植物的系统演化趋势与生
态地理环境的关系 。国产兜兰主要分布于热带过渡地
区(南亚热带),主产于西南各省区;大多数种类生长于
石灰岩山地 ,多为半附生兰 ,呈丛生生长;国产兜兰属中
最原始的短瓣亚属绝大部分种类仅分布在滇东南地区
与贵州、广西连成一片的岩溶地貌的石灰岩地区 ,而兜
兰属中较进化的兜兰亚属大部分种类在本区皆有分布 。
这说明滇东南的石灰岩地区可能是兜兰属的起源中心
和演化中心 ,中国的南亚热带地区是兜兰属植物的生态
多样性中心 。
2.7 生理生态
Gehring[ 36] 发现茉莉酸会使 P .supersuk 和P .ton-
sum 这两种兜兰的保卫细胞关闭 。在5 ～ 15 min 内茉莉
酸导致细胞内的酯化上升 0.5 个 pH 单位 。茉莉酸引起
的酯化通常会使气孔关闭 ,而丙酸会抑制茉莉酸引起的
气孔关闭 。Gehring认为 ,茉莉酸导致细胞内的酯化与
保卫细胞的运动有关 。
Zeiger [ 37]发现在兜兰属里 ,绿光不但刺激了光敏色
素反应 ,还引起了蓝 —绿光可逆性反应 。实验表明红光
可以使气孔张开 ,且在远红光下是可逆的 。这个实验结
果与 Zeiger等[ 38]的观点有差别 ———导致兜兰气孔张开
的是蓝光而不是红光 。气孔开度与红光速率成反比 ,另
外保卫细胞质体会影响叶黄素循环组合 ,在蓝光照射下
玉米黄质的含量增加 。Zeiger 对保卫细胞叶绿体的研
究作了展望 ,认为进一步的研究应当是关于在完整的叶
片保卫细胞叶绿体中 ,通过光合作用固碳 ,能产生多少
渗透性的活性糖;用缺失了保卫细胞所有钾离子通道的
突变体来阐明 ,作为保卫细胞的渗透剂 ,蔗糖是否可以
完全替代钾离子。
2.8 基因工程研究
兰科植物表现有高度特异的形态、结构和生理特
性 ,是研究花着色机理和子房发育的理想对象 。兰花具
有特异的查尔酮合成酶(CHS)和二氢叶酸还原酶
(DFR)等可控制花色素合成的基因。其他的如 DOH1
基因控制石斛兰花芽的形成和提早开花 , PHAL.039 基
因和 ACC合成酶基因在蝴蝶兰授粉后的子房发育中起
着重要的调控作用 。由于兰科植物对根癌农杆菌或发
根农杆菌不敏感 ,并且一些直接转移的方法如 PEG 介
导和电激法成功率低 ,使得兰花基因工程的研究进展缓
慢 。目前只有蝴蝶兰属、大花蕙兰 、石斛兰属、文心兰
属 、五唇兰属和万代兰属等几种兰科植物有转基因研究
进展方面的报道 ,主要以原球茎为材料采用基因枪或农
杆菌法转化 ,部分研究获得了转化植株[ 39] 。
3 展　望
到目前为止 ,对兜兰的研究已取得一些成果 ,但与
蝴蝶兰、大花蕙兰 、石斛等其他的观赏性兰花相比 ,还有
很大的空间。最近发展了新的组织培养技术———薄层
切片(Thin Cross Section)培养和薄层细胞(Thin Cell
Layers)培养 ,此类技术能高效地获得再生小植株 ,但也
尚未在兜兰上应用 。由于兰花杂交育种方法繁琐 ,选育
周期长 ,不光是兜兰 ,整个兰科的育种工作进展缓慢 ,这
势必影响我国兰花的发展 。以组织培养为基础开展综
合育种 ,包括种属间杂交、诱变育种 ,远缘杂交同时结合
转基因技术 ,将为兜兰育种研究带来希望 。
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(2006年 5月 8日收到)
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①　Long Chun-l in②
① Graduate Stud ent , Kunming Ins ti tute o f Botany , Chinese Acad-
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cademy of Sciences , Bei jing 100039
② Professor , Kunming Ins ti tute of Botany , Chinese Academy of
Sciences , Kunming 650204
Key words　Paphiopedilum , t issue cul tur e , conserv at ion biology ,
molecular biology
(组稿:林凤生;责任编辑:丁嘉羽)
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