呂梁山瀕危植物珊瑚蘭資源調(diào)查及形態(tài)解剖學(xué)研究

楊陽 曾令天 景夢岳

摘要：調(diào)查研究呂梁山野生珊瑚蘭生存現(xiàn)狀、資源分布及花芽分化的形態(tài)解剖學(xué)特征，為建立呂梁地區(qū)瀕危植物珊瑚蘭種植資源庫和保育性開發(fā)提供依據(jù)。采用野外調(diào)查、路線踏查并輔以典型樣地取樣的方法對呂梁山野生珊瑚蘭資源進(jìn)行實(shí)地保護(hù)性調(diào)查;并用常規(guī)實(shí)體解剖石蠟切片法，顯微觀察珊瑚蘭花芽分化及發(fā)育的過程。結(jié)果表明，野生珊瑚蘭分布于111°13′10″～111°13′15″E，37°5′37″～37°5′31″N之間，海拔高度影響野生珊瑚蘭分布。中性土壤和 9～20 cm土壤腐殖質(zhì)能夠?yàn)樯汉魈m植株生長提供一個(gè)穩(wěn)定的生長環(huán)境。珊瑚蘭的花芽形態(tài)特征與普通蘭花保持一致，即由3片外輪花被片、2片內(nèi)輪花被片、1個(gè)唇瓣、1個(gè)合蕊柱構(gòu)成，在合蕊柱頂端有花藥、蕊喙，底端為子房，特立中央胎座著生胚珠。研究發(fā)現(xiàn)，呂梁山有野生珊瑚蘭資源分布，海拔高度、土壤腐殖質(zhì)顯著影響野生珊瑚蘭居群分布。

關(guān)鍵詞：呂梁山;瀕危植物;珊瑚蘭;資源調(diào)查;形態(tài)解剖;花芽分化

中圖分類號： S682.310.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號：1002-1302（2021）16-0122-05

野生珊瑚蘭（Corallorhiza trifida Chat.）是蘭科珊瑚蘭屬植物，多年生腐生草本，非光合蘭花，瀕危（EN）級，保護(hù)等級Ⅱ級。在我國，珊瑚蘭主要分布在西北、四川等地區(qū)[1-2]。近年來，在北京門頭溝百花山發(fā)現(xiàn)有珊瑚蘭生長，成為北京新記錄的植物之一[3]。珊瑚蘭屬約有13個(gè)種，多數(shù)種原產(chǎn)于美洲，1個(gè)種原產(chǎn)于亞歐大陸[4]。珊瑚蘭是腐生植物，無葉，沒有葉綠素，無法像常見的綠色植物一樣進(jìn)行光合作用。它們依靠一些真菌進(jìn)行共生，以此來獲取土壤中的養(yǎng)分[5]。珊瑚蘭對土壤要求較高，要求腐殖質(zhì)豐富、沒有污染的林下環(huán)境或灌木環(huán)境[6-8]。珊瑚蘭作為一種腐生植物，生長方式較常見綠色植物大為不同，在增加植物多樣性方面有至關(guān)重要的作用[9]。珊瑚蘭在生長發(fā)育過程中，會與共生菌形成2個(gè)十分關(guān)鍵的時(shí)期，一是開花結(jié)果期，二是種子萌發(fā)及幼苗建成期，這2個(gè)時(shí)期共生菌極大地影響珊瑚蘭的生長情況。雖然其種子數(shù)量巨大，然而種子胚發(fā)育不完全，沒有胚乳，在自然條件下種子必須有特定真菌為其提供營養(yǎng)才能成功萌發(fā)，隨后建立穩(wěn)定的共生關(guān)系[10]，經(jīng)查閱文獻(xiàn)可知，珊瑚蘭對共生菌具有極高的特異性[2]。McKendrick等研究發(fā)現(xiàn)，珊瑚蘭有外生菌根真菌從其他植物中獲取營養(yǎng)并傳輸給珊瑚蘭供其生長[11]。蔣玉玲等對珊瑚蘭菌根真菌多樣性做過研究[2]，這為珊瑚蘭根的研究提供了一些研究基礎(chǔ)，但對于珊瑚蘭花芽的研究，鮮有報(bào)道。為研究珊瑚蘭的發(fā)育過程，須要對珊瑚蘭的花芽進(jìn)行解剖研究。采用石蠟切片法[12-13]，研究花芽的解剖結(jié)構(gòu)和花芽發(fā)育進(jìn)程，為研究珊瑚蘭提供形態(tài)解剖學(xué)依據(jù)。同時(shí)，珊瑚蘭作為瀕危植物，生存狀況極不樂觀，保護(hù)性研究刻不容緩。

此外，蘭科植物一般分布于溫暖、濕度大、通風(fēng)和具散射陽光的環(huán)境，蘭科植物的生境特點(diǎn)決定了我國蘭科植物地理分布不均勻，主要集中在長江流域及以南地區(qū)。比較而言，由于我國北方地區(qū)蘭科植物多樣性較低，科研人員開展調(diào)查和保護(hù)工作主要集中在蘭科植物的多樣性中心即西南地區(qū)，很少關(guān)注資源相對匱乏的北方地區(qū)。但對不同地區(qū)的蘭科植物開展調(diào)查和進(jìn)行多樣性保護(hù)研究，可以保護(hù)不同的基因型和變異，為蘭科植物種質(zhì)基因庫的建設(shè)提供更多選擇。呂梁地區(qū)位于華北地區(qū)山西省的中部西側(cè)，境內(nèi)有森林覆蓋率較高的山區(qū)，生物資源雄厚，符合蘭科植物的生境特點(diǎn)。但記錄該地區(qū)的野生蘭花的文獻(xiàn)資料較少，開展的相關(guān)工作匱乏，野生蘭花種質(zhì)資源總體分布狀況不明，特別是野生珊瑚蘭在呂梁地區(qū)的分布狀況幾無報(bào)道，所以盡快對呂梁地區(qū)瀕危植物珊瑚蘭種植資源進(jìn)行調(diào)查分析和保育性開發(fā)顯得尤為重要。

1 材料與方法

通過提前查閱資料確定呂梁地區(qū)交城縣龐泉溝、中陽縣上頂山和離石區(qū)吳城九鳳山等5個(gè)有代表性的，具備蘭科植物生境特點(diǎn)的樣地，采用野外調(diào)查、樣本采集與鑒定、整理、分類、編目相結(jié)合，選線與跑面相結(jié)合，專業(yè)踏察與當(dāng)?shù)厝罕娏私庠L問相結(jié)合的方式，根據(jù)不同地區(qū)、山體的生態(tài)條件、植被特征及其自然環(huán)境等狀況，采取路線踏查、抽樣調(diào)查、典型樣地調(diào)查等相組合的方法，進(jìn)行呂梁地區(qū)野生珊瑚蘭種質(zhì)資源調(diào)查。調(diào)查工作從2016年4月上旬開始，2019年7月結(jié)束。調(diào)查內(nèi)容包括居群分布情況、生長環(huán)境、生物學(xué)特征、生殖過程和種群發(fā)育情況等，并對調(diào)查結(jié)果進(jìn)行分析。

采樣分析生境、物候期特征和生殖生物學(xué)特征，包括伴生植物、坡度、土壤結(jié)構(gòu)、物候期（萌動、抽莖、花期、果期、枯萎）。野外用甲醛-乙酸-乙醇（FAA）固定液采樣，用4 ℃ 冰盒取回，通過固定—沖洗—脫水—透明—浸蠟—包埋—切片—粘片—烘片—染色封片，顯微鏡觀察珊瑚蘭的花芽分化及形態(tài)特征，其中切片厚度為7.5 μm。

2 結(jié)果與分析

2.1 野生珊瑚蘭居群分布情況分析

2016年4月至2019年7月經(jīng)過多次踏查，擬踏察的龐泉溝自然保護(hù)區(qū)的八水溝、八道溝、福祿溝，離石九鳳山、白馬仙洞景區(qū)等5個(gè)調(diào)查地均未發(fā)現(xiàn)野生珊瑚蘭種群。在地理位置為111°13′9″E、37°5′37″N的中陽縣上頂山發(fā)現(xiàn)有野生珊瑚蘭種群分布。

2017年4月開始對中陽縣上頂山野生珊瑚蘭居群分布情況進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查。按照不同的海拔高度和經(jīng)緯度，選取代表性區(qū)域作為典型樣地，每個(gè)樣地10 m2，重復(fù)3次記錄數(shù)據(jù)。隨海拔高度變化踏查，開始發(fā)現(xiàn)野生珊瑚蘭群落的海拔高度為 1 820 m，經(jīng)度為111°13′10″E，緯度為37°5′37″N。

由表1可知，上頂山野生珊瑚蘭群落分布于111°13′10″～111°13′15″E，37°5′31″～37°5′37″N，海拔高度為1 820～1 940 m，坡向?yàn)殛柶?。樣地野生珊瑚蘭植株根際附近土壤平均pH值為6.7～7.0，平均腐殖質(zhì)厚度為9～20 cm。土壤平均腐殖質(zhì)厚度由9 cm升高至20 cm時(shí)，植株數(shù)量由平均 60株/10 m2 升高至550株/10 m2;當(dāng)土壤平均腐殖質(zhì)厚度降低至9 cm時(shí)，植株數(shù)量下降至0株/10 m2?？梢钥闯?，海拔高度、土壤平均腐殖質(zhì)明顯影響野生珊瑚蘭居群分布。

2.2 野生珊瑚蘭伴生植物分析

伴生植物與野生珊瑚蘭分布有著緊密聯(lián)系，樣地調(diào)查中，隨著海拔高度的提升，野生珊瑚蘭伴生植物也發(fā)生了變化（表2）。海拔為1 400～1 800 m的區(qū)域，多為華北落葉松、白皮松、油松、白樺、野山楂、山荊子、杜梨、暴馬丁香、薔薇、車前、舞鶴草、玉竹、華北烏頭、藜蘆、瓣蕊唐松草、芍藥等。海拔為 1 820～<1 940 m的區(qū)域，喬灌木層可分為10～30 m 的大中型喬木，主要是糙皮樺、蒙古櫟;還有1.0～3.0 m的灌木，主要是野山楂、薔薇;草本層植物分布比較密集，主要包含了玉竹、鹿藥、華北耬斗菜、舞鶴草等。海拔為1 940～1 960 m的區(qū)域，喬木層植物主要為山楊樹、糙皮樺，蒙古櫟幾乎沒有，草本層植物有高山野罌粟、東方草莓、水楊梅等。

2.3野生珊瑚蘭生物學(xué)特征

野生珊瑚蘭為總狀花序，植株平均高度為10.43～13.41 cm，花葶高度為10～13 cm，每株小花數(shù)量平均4～7朵。海拔高度影響株高和小花數(shù)量。海拔為1 880～< 1900、1 900～<1 920 m的區(qū)域，野生珊瑚蘭平均株高分別為12.07、13.41 cm，明顯高于其他海拔的植株;平均小花數(shù)量為7朵，也明顯高于其他海拔的植株（表3）。

野生珊瑚蘭植株根狀莖，直徑為1.5～3.0 mm，呈珊瑚狀，白色，多分枝[14]。海拔為1 860～<1 900 m的區(qū)域，野生珊瑚蘭平均根狀莖直徑為3.0 mm，明顯高于其他海拔的植株（圖1）。

2.4 野生珊瑚蘭花芽分化及解剖結(jié)構(gòu)分析

野生珊瑚蘭成年以后，在呂梁山特殊環(huán)境因素的影響下完成成花誘導(dǎo)，形成花器官原基，由營養(yǎng)生長期進(jìn)入生殖生長期[15]。本試驗(yàn)研究其花芽分化及解剖結(jié)構(gòu)，為蘭科植物種質(zhì)資源保護(hù)工作奠定基礎(chǔ)。

試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，珊瑚蘭的花器官形態(tài)符合典型蘭花形態(tài)標(biāo)準(zhǔn)，由內(nèi)到外依次為合蕊柱、內(nèi)輪花被片、外輪花被片，內(nèi)外輪花被片均為3片，其中一片內(nèi)輪花被片特化為唇瓣，這也是蝴蝶蘭[16]、寒蘭、文心蘭[17]等蘭花的特有現(xiàn)象。珊瑚蘭的花蕾呈梭形，外由花萼包被，長3～6 mm，寬1.0～1.5 mm。花被下方有綠色梭形鼓囊，外有長條形棱，是珊瑚蘭花的子房，長2～6 mm，直徑為1.5～2.5 mm。花被片長度與子房長度基本符合1 ∶ 1的長度比例。

珊瑚蘭花芽分化開始于珊瑚狀根狀莖生長點(diǎn)，花序原基最先分化，生長點(diǎn)突起，花原基伸長，細(xì)胞質(zhì)濃，細(xì)胞?。▓D2-1）?；ㄐ蛟^續(xù)分化，進(jìn)入頂花芽花被原基分化期。頂花芽在雄蕊原基分化期，分化出雄蕊原基，整體明顯向外突出，由內(nèi)到外依次為雄蕊、花被、苞片（圖2-2、圖2-3）。還分化出雌蕊原基，由內(nèi)到外依次為雌蕊、花柱、雄蕊、2層花被、花苞（圖2-4、圖2-5）。

珊瑚蘭花芽由外到內(nèi)，依次是花被片、唇瓣、合蕊柱;其中花被片包括萼片和花瓣，蕊柱頂端著生1

個(gè)花藥，1個(gè)花藥里有2個(gè)花粉塊，觀察顯微圖（圖2-5）可知，花粉塊密度明顯大于周圍組織，花粉塊下部有蕊喙、花柱、子房?；ū黄苍诨ㄑ康淖钔鈧?cè)，外輪花被片日后發(fā)育成為3片萼片，內(nèi)輪花被片則發(fā)育成為2片花瓣。

唇瓣位于合蕊柱之上，花被片之下，呈芭蕉葉狀扣在花藥頂部。附著點(diǎn)在合蕊柱側(cè)面，由2～3層細(xì)胞構(gòu)成，細(xì)胞排列緊密均勻。

合蕊柱位于花芽正中，周圍由花被片包覆，頂端是有2個(gè)花粉塊的花藥，往下依次是蕊喙、花柱、子房。其中，花粉塊的細(xì)胞密度明顯大于周圍組織，十分容易分辨。其次花粉塊下方有1個(gè)略向上伸的突起，此處為蕊喙，別稱小喙，是蘭科植物的蕊柱前面舌狀突起的部分。在柱頭的3個(gè)裂片中，2個(gè)形成柱頭，不結(jié)實(shí)性的1個(gè)即變成這種蕊喙（圖2-5）。

子房在整個(gè)花結(jié)構(gòu)處于靠下部分，中空，子房內(nèi)壁上附著很多圓卵形小體，稱為胚珠，受精后發(fā)育成種子，胚珠附著在子房中的胎座上。

胚珠是一種受精后發(fā)育成種子的結(jié)構(gòu)，被稱為種子的前體。子房內(nèi)，胚珠包被，通過珠柄著生于子房內(nèi)壁的胎座上（圖2-6、圖2-7）。

3 結(jié)論與討論

呂梁山野生珊瑚蘭資源分布于111°13′10″～111°13′15″E，37°5′31″～37°5′37″N;4月上旬開始萌動，4月下旬至5月下旬為開花期，6月中下旬種子成熟;中性土壤和9～20 cm土壤腐殖質(zhì)能夠?yàn)樯汉魈m植株生長提供一個(gè)穩(wěn)定的生長環(huán)境;海拔高度、土壤平均腐殖質(zhì)明顯影響野生珊瑚蘭居群分布。海拔為1 820～1 940 m的區(qū)域，野生珊瑚蘭主要的伴生植物喬木層為10～30 m的大中型喬木，主要是糙皮樺、蒙古櫟;1.0～3.0 m的灌木，主要是野山楂、薔薇;草本層植物主要半生植物為舞鶴草、鮮有玉竹、鹿藥、華北耬斗菜。

通過觀察珊瑚蘭的花芽發(fā)現(xiàn)，珊瑚蘭的花芽形態(tài)特征與普通蘭花保持一致，即由3片外輪花被片、2片內(nèi)輪花被片、1個(gè)唇瓣、1個(gè)合蕊柱構(gòu)成，在合蕊柱頂端有花藥、蕊喙，底端為子房，特立中央胎座著生胚珠。常規(guī)實(shí)體解剖石蠟切片法觀察珊瑚蘭花芽分化依次為花序原基分化期、花被原基分化期、雄蕊原基分化期、雌蕊原基分化期、胚珠形成期。

關(guān)于呂梁山瀕危植物珊瑚蘭資源調(diào)查的工作由2016年4月開始，歷經(jīng)3年，在前期充分查閱資料制定了交城縣龐泉溝、中陽縣上頂山和離石區(qū)吳城九鳳山等5個(gè)有代表性的，具備蘭科植物的生境特點(diǎn)的樣地，但是在踏查的過程中文獻(xiàn)記錄龐泉溝自然保護(hù)區(qū)八水溝、八道溝、福祿溝有野生珊瑚蘭居群分布，但在調(diào)查過程中，通過3次調(diào)查均未發(fā)現(xiàn)有珊瑚蘭居群分布，分析原因可能因?yàn)辇嬋獪献匀槐Ｗo(hù)區(qū)旅游和礦業(yè)開發(fā)破壞了珊瑚蘭生境，具體原因還需要進(jìn)一步調(diào)查才能確定。中陽縣上頂山屬呂梁山關(guān)帝山脈，自然生態(tài)保護(hù)較好，但是在發(fā)現(xiàn)野生珊瑚蘭居群分布后，筆者所在課題組又?jǐn)U大范圍對該地區(qū)野生珊瑚蘭資源進(jìn)行了調(diào)查，但是遺憾的是除了本研究范圍，其他地方均未發(fā)現(xiàn)珊瑚蘭。珊瑚蘭自身無法進(jìn)行光合作用，只能由其共生的菌類供給營養(yǎng)。此前有學(xué)者研究，珊瑚蘭的共生真菌有較強(qiáng)的專一性，要滿足珊瑚蘭及其共生菌能夠同時(shí)良好地生長，對環(huán)境的要求必然是較為嚴(yán)格的。目前關(guān)于珊瑚蘭的研究很少，野生珊瑚蘭外形奇特，花期較長，有很大的開發(fā)價(jià)值，現(xiàn)今野生種群數(shù)量呈明顯下降趨勢。由于種群數(shù)量較少，繁殖生境要求嚴(yán)格，直接導(dǎo)致種群擴(kuò)散緩慢，保護(hù)和恢復(fù)該植物種群的結(jié)構(gòu)和數(shù)量顯得格外重要[18-20]。

參考文獻(xiàn)：

[1]侯天文. 四川黃龍溝優(yōu)勢蘭科植物菌根真菌多樣性研究[D]. 北京：北京林業(yè)大學(xué)，2010.

[2]蔣玉玲. 遼寧省內(nèi)九種蘭科植物菌根真菌多樣性研究[D]. 沈陽：沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)，2018.

[3]沐先運(yùn)，劉 曉，林秦文，等. 北京百花山自然保護(hù)區(qū)蘭科植物多樣性及保護(hù)評價(jià)[J]. 北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，32（增刊1）：14-17.

[4]石昌魁. 甘肅省蘭科植物系統(tǒng)分類與區(qū)系地理[D]. 蘭州：甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)，2008.

[5]侯天文. 四川黃龍溝優(yōu)勢蘭科植物菌根真菌多樣性研究[D]. 北京：北京林業(yè)大學(xué)，2010.

[6]冉景丞，魯成巍. 茂蘭自然保護(hù)區(qū)蘭科植物資源現(xiàn)狀及保護(hù)利用途徑[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009，37（11）：5209-5211.

[7]孫 悅，李 標(biāo)，郭順星. 腐生型蘭科植物研究進(jìn)展[J]. 廣西植物，2017，37（2）：191-203.

[8]董建新，朱毓永，李鐵軍，等. 小五臺山野生蘭科植物研究[J]. 承德民族師專學(xué)報(bào)，2009，29（2）：54-55.

[9]孫曉穎. 五種野生兜蘭植物菌根真菌多樣性研究[D]. 北京：北京林業(yè)大學(xué)，2014.

[10]孫曉穎，張武凡，劉紅霞. 帶葉兜蘭種子原地共生萌發(fā)及有效菌根真菌的分離與鑒定[J]. 熱帶亞熱帶植物學(xué)報(bào)，2015，23（1）：59-64.

[11]McKendrick S L，Leake J R，Taylor D L，et al. Symbiotic germination and development of myco-heterotrophic plants in nature：ontogeny of Corallorhiza trifida and characterization of its mycorrhizal fungi[J]. The New Phytologist，2000，145（3）：523-537.

[12]劉桂芝. 石蠟切片標(biāo)本的制作過程[J]. 通化師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2004（11）：90-91.

[13]李淑嫻. 墨蘭成花機(jī)理及花期調(diào)控技術(shù)研究[D]. 福州：福建農(nóng)林大學(xué)，2016.

[14]王長寶，徐增奇，王 鶴，等. 瀕危植物珊瑚蘭（Cypripedium macranthos SW.）地下器官的形態(tài)解剖學(xué)研究[J]. 東北師大學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2015，47（3）：111-115.

[15]龔 湉. 寒蘭成花機(jī)理及花期調(diào)控研究[D]. 福州：福建農(nóng)林大學(xué)，2015.

[16]韋 莉. 蝴蝶蘭花芽分化的解剖學(xué)觀察及成花機(jī)理研究[D]. 南京：南京林業(yè)大學(xué)，2010.

[17]彭 芳. 文心蘭花芽形態(tài)分化及其生理生化的研究[D]. 南寧：廣西大學(xué)，2011.

[18]董林水. 晉西基巖山地與黃土丘陵區(qū)生態(tài)過渡帶植被特征及生態(tài)恢復(fù)機(jī)理研究[D]. 北京：中國林業(yè)科學(xué)研究院，2005.

[19]李忠超，王武源. 瀕危藥用植物八角蓮生態(tài)生物學(xué)特征[J]. 熱帶亞熱帶植物學(xué)報(bào)，2006，14（3）：190-195.

[20]張 毓，張啟翔，趙世偉，等. 瀕危植物大花杓蘭胚與珠被發(fā)育的研究[J]. 園藝學(xué)報(bào)，2010，37（1）：72-76.