楊穎婕，黃家林，胡虹，張石寶

(1.中國科學(xué)院昆明植物研究所，云南 昆明 650201；2.玉溪師范學(xué)院，云南 玉溪 653100)

兜蘭屬(PaphiopedilumPfitz.)隸屬于蘭科(Orchidaceae)杓蘭亞科(Subfam.Cypripedioideae)，全世界約有80種[1-2]，分布于亞洲至太平洋島嶼的熱帶、亞熱帶地區(qū)。中國西南的云南、貴州和廣西是兜蘭屬植物的主要分布區(qū)。但是，大部分種類分布范圍均狹窄，具有一定的區(qū)域性[2-3]。中國位于兜蘭屬物種分布的北緣，特殊的地理分布成就了我國極具特色的兜蘭種質(zhì)資源。

兜蘭屬物種的唇瓣特化成拖鞋狀，因而被稱為拖鞋蘭或者仙履蘭(slipper orchid)。該屬物種因花形獨(dú)特、花朵碩大、花色艷麗、花期持久而聞名于世，在全世界擁有眾多的愛好者，是繼蝴蝶蘭(Phalaenopsisspp.)、大花蕙蘭(Cymbidiumspp.)、文心蘭(Oncidiumspp.)、石斛(Dendrobiumspp.)之后最具產(chǎn)業(yè)化前景的蘭花。雖然，兜蘭屬物種在全世界的人工栽培已經(jīng)有100多年的歷史，登記注冊的雜交種已超過27 000個(gè)，但是由于其繁殖和栽培困難、生產(chǎn)周期長等原因，兜蘭屬植物生產(chǎn)種植規(guī)模一直較小，其優(yōu)勢的種質(zhì)資源沒有得到充分利用。

因?yàn)楠?dú)特的觀賞價(jià)值、為數(shù)眾多的愛好者和人工栽培困難，兜蘭屬物種的非法采集和貿(mào)易嚴(yán)重。例如，杏黃兜蘭(P.armeniacum)和硬葉兜蘭(P.micranthum)曾多次獲得世界蘭花界的最高獎(jiǎng)，導(dǎo)致其常被大規(guī)模采挖和非法貿(mào)易[4]。由于兜蘭屬植物在野外通常表現(xiàn)為聚集生長，人為采集時(shí)很容易將整個(gè)種群的全部個(gè)體挖絕，從而導(dǎo)致局域性的絕滅[5]。此外，蘭科植物通常生長緩慢、繁衍周期長、自我更新能力差、短期內(nèi)極難依賴其自身恢復(fù)和擴(kuò)大種群。再加上兜蘭屬植物大多數(shù)種類的自然生境局限于生態(tài)環(huán)境脆弱的喀斯特地區(qū)，人類活動(dòng)很容易造成當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)退化和生境破壞，嚴(yán)重威脅其野生種群的生存和繁衍。

近年來，科研工作者圍繞兜蘭屬物種的保護(hù)和可持續(xù)利用，在品種選育、種苗繁育、生態(tài)適應(yīng)、人工栽培、花期調(diào)控、野外回歸等方面開展了大量的研究[6-11]，在資源保護(hù)和產(chǎn)業(yè)化栽培利用方面都取得了重要進(jìn)展。

1 資源保護(hù)

目前，所有的野生兜蘭種類均被列入《瀕危野生動(dòng)植物種國際貿(mào)易公約》附錄I被禁止交易[12]，是所有植物物種中極少數(shù)幾個(gè)被整屬列入附錄I的類群之一?！吨袊叩戎参锛t色名錄》收錄了26種兜蘭，其中杏黃兜蘭、白花兜蘭(P.emersonii)、綠葉兜蘭(P.hangianum)等8種兜蘭被評估為極危(CR)，卷萼兜蘭(P.appletonianum)、根莖兜蘭(P.areeanum)、小葉兜蘭(P.barbigerum)等11種兜蘭被評估為瀕危(EN)，同色兜蘭(P.concolor)、長瓣兜蘭(P.dianthum)、帶葉兜蘭(P.hirsutissimum)等7種兜蘭被評估為易危(VU)[13]。因此,兜蘭也被稱為“植物大熊貓”。

1.1 遷地保護(hù)

珍稀瀕危植物的保護(hù)主要有3種方法：就地保護(hù)、遷地保護(hù)和自然回歸[14]。目前，國內(nèi)主要是廣西雅長蘭科植物國家級自然保護(hù)區(qū)在開展兜蘭的就地保護(hù)。對于大部分珍稀植物而言，遷地保護(hù)是最實(shí)用的物種保護(hù)手段[14]。英國皇家植物園邱園在20世紀(jì)就已引種了60多個(gè)兜蘭屬原生種。我國對兜蘭屬植物的引種馴化和遷地保護(hù)的研究起步較晚，但近年來已取得突出成績。目前對國產(chǎn)兜蘭屬植物已有較為系統(tǒng)的資源調(diào)查，并在不破壞野生群落的基礎(chǔ)上開展了兜蘭屬植物的遷地保護(hù)；部分種類由于個(gè)體過少，也會采取直接在野外開花植株上進(jìn)行人工授粉，獲得種子后再進(jìn)行無菌播種獲得實(shí)生苗的方式對其進(jìn)行遷地保護(hù)。中國科學(xué)院昆明植物研究所和中國科學(xué)院華南植物園等科研單位都建立有專門的兜蘭屬種質(zhì)資源圃，黔西南州綠緣動(dòng)植物科技開發(fā)有限公司于2020年建成了國家級兜蘭屬種質(zhì)資源庫(貴州省興義市萬峰林街道辦納綠村綠緣園藝場)。

1.2 野外回歸

對于蘭科植物來說，由于它們在進(jìn)化過程中與真菌和昆蟲建立了緊密、甚至是高度專一的協(xié)同關(guān)系，因此其生存繁衍高度依賴生存環(huán)境，遷地保護(hù)的環(huán)境難以滿足它們的繁衍(如授粉昆蟲)需求，野外回歸可能是其更有效的保護(hù)策略[15-16]。然而，蘭科植物的回歸面臨著比其他植物更多的困難，首先需要解決回歸材料的擴(kuò)繁，同時(shí)還需要考慮回歸地的生境、共生真菌以及和其他動(dòng)植物之間的相互關(guān)系等，因此目前蘭科植物的回歸工作仍處于起步階段[16]。隨著兜蘭屬植物繁殖生物學(xué)、環(huán)境適應(yīng)性、菌根真菌等研究的不斷深入，以及對其種苗繁育技術(shù)的攻克，近年來國內(nèi)以中國科學(xué)院昆明植物研究所、中國科學(xué)院華南植物園、深圳市蘭科植物保護(hù)研究中心等單位開始嘗試開展兜蘭的野外回歸及相關(guān)研究工作，在杏黃兜蘭、硬葉兜蘭、帶葉兜蘭、白花兜蘭等種類中取得了階段性的成果[17-18]。未來還需在現(xiàn)有工作的基礎(chǔ)上，堅(jiān)持開展兜蘭野外重建種群的長期監(jiān)測，不斷優(yōu)化幼苗的回歸技術(shù)，擴(kuò)大其回歸的種類和數(shù)量。

2 開發(fā)利用

2.1 雜交育種

花卉具有很強(qiáng)的新奇屬性，品種創(chuàng)新是花卉產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心競爭力。兜蘭的雜交育種在國外已有150多年的歷史，第一個(gè)兜蘭人工雜交種P.harrisianum于1854年育成[19]，如今在英國皇家園藝學(xué)會(The Royal Horticultural Society，RHS)正式注冊登錄的兜蘭雜交種已超過27 000個(gè)。就種類而言，中國是世界上兜蘭屬植物最豐富的國家，可為兜蘭的育種工作提供充足的基礎(chǔ)材料。但中國的兜蘭雜交育種工作起步較晚，擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的新品種極其缺乏，尤其是缺少觀賞性好、開花率高、幼年期短的優(yōu)質(zhì)新品種。目前我國大陸花卉市場上種植的兜蘭品種主要是從歐美、中國臺灣等地進(jìn)口的標(biāo)準(zhǔn)型兜蘭(肉餅兜蘭Standard Type)和魔帝類雜交種(魔帝兜蘭Maudiae Type)以及少量原生種。近年來，國內(nèi)的兜蘭雜交育種開始迅速發(fā)展，通過對核心種質(zhì)資源的深入挖掘，現(xiàn)已對兜蘭雜交親本的親和性及性狀遺傳規(guī)律有了較清晰的認(rèn)識，培育出了100余個(gè)優(yōu)質(zhì)新品種。值得一提的是，目前兜蘭消費(fèi)市場的主力品系是由紫毛兜蘭(P.villosum)、波瓣兜蘭(P.insigne)等隸屬于兜蘭亞屬(Subgen.Paphiopedilum)的原生種經(jīng)過反復(fù)多代雜交而成的肉餅兜蘭，而利用具有中國特色的小萼亞屬(Subgen.Parvisepalum)和寬瓣亞屬(Subgen.Brachypetalum)作為親本進(jìn)行反復(fù)雜交育種的工作并不多。近年來，中國科學(xué)院昆明植物研究所以德氏兜蘭(P.delenatii)等小萼亞屬原生種類雜交獲得的新品種均具有花瓣顏色秀麗、株型優(yōu)美等優(yōu)點(diǎn)，且更適應(yīng)北亞熱帶、溫帶地區(qū)的冷涼氣候，具有較廣闊的市場前景。

不同時(shí)期的兜蘭品種選育重點(diǎn)都在發(fā)生變化。19世紀(jì)至20世紀(jì)初大多選育花色艷麗、花瓣和萼片大而圓整的肉餅兜蘭，隨后具有斑點(diǎn)的褐紅色魔帝型兜蘭成為育種的熱點(diǎn)[20]。隨著社會經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步，未來兜蘭的育種方向還會發(fā)生改變，整體而言是希望將盡可能多的優(yōu)良性狀集中到一個(gè)品種中，使其符合人們的審美情趣和市場需求，其中縮短生長期、拓展栽培適應(yīng)范圍、培育多花品種可能是以后品種改良的重點(diǎn)。

2.2 種苗繁殖

兜蘭屬植物種子數(shù)量眾多，但缺少胚乳，需要共生真菌提供必要的養(yǎng)分才能萌發(fā)，因此自然條件下其種子萌發(fā)十分困難[21]。人工繁殖可以通過無性(分株繁殖、無性克隆)和有性(種子無菌萌發(fā)、有菌萌發(fā))繁殖方式。分株繁殖是較為傳統(tǒng)的繁殖手段，但繁殖系數(shù)低、速度慢，難以滿足物種保護(hù)和商品生產(chǎn)的需求[22]。利用共生真菌促進(jìn)兜蘭屬植物種子萌發(fā)和幼苗生長的研究已有報(bào)道[23-24]，但針對共生真菌的分離操作較為繁瑣，很難找到合適的共生菌，因此種子共生萌發(fā)技術(shù)尚不能投入實(shí)際生產(chǎn)。目前兜蘭的商業(yè)化繁殖主要是通過無菌萌發(fā)來實(shí)現(xiàn)[25]。影響兜蘭屬植物種子非共生萌發(fā)的因素主要包括種子成熟度、預(yù)處理方法、培養(yǎng)基成分、培養(yǎng)方式和培養(yǎng)條件等[26]。除了外界因素外，也與自身基因型有關(guān)[27]，因此不同種類的無菌萌發(fā)所需的條件有異。隨著人工制種、培養(yǎng)條件及措施的不斷優(yōu)化，目前大部分兜蘭屬種類的無菌萌發(fā)技術(shù)已經(jīng)得以攻克[28-36]，具備了規(guī)?；姆N苗生產(chǎn)能力。有些兜蘭的種子無菌萌發(fā)非常困難(如虎斑兜蘭P.markianum)。姚林伶[37]研究發(fā)現(xiàn)，虎斑兜蘭啟動(dòng)萌發(fā)和完成萌發(fā)的時(shí)間都較早，但在分化階段生根較差，幼苗的長勢不佳，且在萌發(fā)階段原球莖褐變嚴(yán)重，這可能是虎斑兜蘭萌發(fā)及成苗困難的主要原因?，F(xiàn)通過對培養(yǎng)基成分的優(yōu)化，已建立高萌發(fā)率和植株再生率的虎斑兜蘭種子無菌萌發(fā)體系[37]。

無菌萌發(fā)技術(shù)的成熟應(yīng)用可以基本滿足市場對兜蘭種苗的需求，解決了對野生資源的依賴，但無法解決優(yōu)良性狀維持、縮短營養(yǎng)期等問題。無性克隆可以快速獲得整齊且能保留親本優(yōu)良性狀的種苗，是花卉大規(guī)模繁殖的理想方式，蝴蝶蘭和大花蕙蘭等蘭科植物都是以組織培養(yǎng)方式進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)[38]。但兜蘭屬植物的無性克隆難度極大，雜交種的無性克隆比原生種相對容易，原因主要是外植體易受細(xì)菌和真菌污染、自身生長緩慢、培養(yǎng)中容易褐化等[39-40]。國外雖已有幾例利用試管苗組織培養(yǎng)成功的報(bào)道[41-43]，尚未有利用無性克隆大規(guī)模生產(chǎn)的報(bào)道。近期，中國科學(xué)院華南植物園和中國科學(xué)院昆明植物研究所在魔帝類、肉餅類等雜交種的組織培養(yǎng)方面獲得了初步成功[22,33,37]，但還需要進(jìn)一步對技術(shù)進(jìn)行熟化研究。

2.3 人工栽培

大部分蘭科植物生長較為緩慢，從幼苗到開花需要通常3～4 a[44]，甚至更長。營養(yǎng)期過長也一直是制約兜蘭產(chǎn)業(yè)化開發(fā)的重要難題之一。中國科學(xué)院昆明植物研究所通過對兜蘭屬植物環(huán)境適應(yīng)性的系統(tǒng)研究，發(fā)現(xiàn)兜蘭屬植物大多生長在喀斯特地區(qū)，經(jīng)常會面臨水分的虧缺。為了適應(yīng)這種特殊生境，該屬植物衍生出較厚的葉片和角質(zhì)層、下陷的氣孔和缺失葉綠體的保衛(wèi)細(xì)胞等葉片結(jié)構(gòu)特征[45-47]，這種特殊的葉片構(gòu)造有助于植株最大化地保存自身水分，但也明顯增加了葉片內(nèi)CO2的擴(kuò)散阻力，導(dǎo)致兜蘭的光合能力普遍較低[47-48]。此外，兜蘭屬植物對光強(qiáng)和氮營養(yǎng)需求較低，對零上低溫敏感[47-50]。通過這些研究，優(yōu)化了兜蘭的栽培技術(shù)，縮短了兜蘭從幼苗到開花的時(shí)間，目前部分種類從幼苗出瓶到開花的時(shí)間可縮短為26～30個(gè)月。目前，有近20種(或者品種)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)規(guī)?；娜斯ぴ耘?，但是對兜蘭規(guī)?；耘嗉夹g(shù)的掌握遠(yuǎn)不如蝴蝶蘭和大花蕙蘭成熟，仍需要進(jìn)一步深化研究。

2.4 花期調(diào)控

花卉消費(fèi)的時(shí)令性強(qiáng)，兜蘭屬植物的單朵花期較長，通?？梢蚤_放30～60 d，觀賞期持久是其作為商品盆花的一項(xiàng)重要指標(biāo)及優(yōu)勢。除此之外，開花盛期與消費(fèi)旺季匹配也是生產(chǎn)者關(guān)注的重要問題。該屬植物的單個(gè)物種通常1 a只開1次花，且自然開花期變化較大，全年都可能有不同種類的兜蘭開花，大致可分為春季開花和秋季開花兩類。以往對兜蘭屬植物花芽的發(fā)育過程及成花誘導(dǎo)的機(jī)制都缺乏認(rèn)識，難以人為干預(yù)開花時(shí)間，導(dǎo)致其常常錯(cuò)過消費(fèi)旺季。皮秋霞等[10,51]、夏倩等[52]研究發(fā)現(xiàn)，兜蘭的花芽分化過程大致可以分為6個(gè)階段：未分化期、花序原基分化期、花原基分化期、花萼原基分化期、花瓣原基分化期和合蕊柱分化期。不同兜蘭種類的發(fā)芽分化啟動(dòng)時(shí)間基本一致，而花芽分化時(shí)間的差異是導(dǎo)致不同種類兜蘭花期分化的主要原因。此外，研究還發(fā)現(xiàn)適度增溫可以促進(jìn)兜蘭的花芽啟動(dòng)和發(fā)育。中國科學(xué)院昆明植物研究所基于對兜蘭屬植物花芽發(fā)育過程的掌握，形成了春季開花種類的花期調(diào)控技術(shù)。目前主要通過調(diào)節(jié)夜間溫度、輔以施加赤霉素(GA3)和6-芐基嘌呤(6-BA)，能使部分兜蘭比自然花期提前或推遲30～60 d整齊開花，催花率可達(dá)90.5%?；ㄆ谡{(diào)控技術(shù)的突破實(shí)現(xiàn)了兜蘭在“春節(jié)”“元旦”及“五一”等重要節(jié)日的批量供花，這對于其產(chǎn)業(yè)化開發(fā)具有重要意義，有助于最大化獲得市場收益。后續(xù)還需進(jìn)一步熟化現(xiàn)有技術(shù)，擴(kuò)大調(diào)控范圍，尤其需要針對秋季開花種類進(jìn)行花期調(diào)控的技術(shù)攻關(guān)。

3 研究展望

無論從觀賞性還是資源狀況來看，兜蘭屬植物都是特色鮮明、產(chǎn)業(yè)前景廣闊的野生花卉種質(zhì)資源。隨著種苗擴(kuò)繁、生產(chǎn)栽培、花期調(diào)控等技術(shù)的突破，人工批量生產(chǎn)的兜蘭種苗能夠基本滿足市場需求，也可用于遷地保護(hù)和野外回歸，這對于兜蘭種質(zhì)資源的有效保護(hù)和合理開發(fā)具有突出貢獻(xiàn)。雖然兜蘭的產(chǎn)業(yè)化開發(fā)已經(jīng)邁出了實(shí)質(zhì)性的步伐，但目前的栽培規(guī)模及市場份額還遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于大花蕙蘭、蝴蝶蘭和石斛等蘭花，重要原因是兜蘭的商業(yè)化生產(chǎn)依然存在一些技術(shù)瓶頸，營養(yǎng)期長、種苗繁殖效率低、自主研發(fā)的良種缺乏等問題導(dǎo)致其生產(chǎn)效率欠佳，生產(chǎn)成本較高，難以實(shí)現(xiàn)訂單式生產(chǎn)。此外，目前兜蘭的品種選育仍然主要依靠傳統(tǒng)的雜交育種手段，無法克服遠(yuǎn)緣雜交不親和的問題，育種效率也相對較低，將分子育種等現(xiàn)代化生物技術(shù)應(yīng)用到兜蘭的種質(zhì)創(chuàng)新中是后續(xù)值得開拓的研究方向。未來，組織培養(yǎng)技術(shù)的突破、生產(chǎn)技術(shù)的優(yōu)化以及種質(zhì)創(chuàng)新仍是兜蘭產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)攻關(guān)方向。