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兰生幽谷无人识?—— 也谈兰科植物多样性保护 精选

已有 4962 次阅读 2021-10-24 09:20 |个人分类:学术交流|系统分类:科普集锦

兰生幽谷无人识?—— 也谈兰科植物多样性保护

引言

但凡提到兰,人们多半会想到春兰、剑兰、蝴蝶兰和大花蕙兰。它们花型雅致或端庄,花色淡雅或艳丽,叶型碧绿修长。若问:吊兰、蜘蛛兰和君子兰也是兰吗?或许大部分人都会点点头。若再问:石斛是兰吗?也许你会稍有迟疑,说需要查查资料。若继续追问:天麻是兰花吗?你或许就会瞪大双眼:啊?!瞧它那肥厚的块茎,难道不应该和大洋芋(马铃薯)是一家(茄科)么?


图1: 百合科植物 —— 吊兰Chlorophytum comosum (Thunb.) Baker,花开时,雄蕊和雌蕊丝丝缕缕,清晰可辨。



图2:百合科植物 —— 蜘蛛兰Hymenocallis littoralis (Jacq.) Salisb.,又称水鬼蕉,开花时丁字着药的花丝清晰可见。


     在问与答,在摇头或颔首间,植物学家会肯定地告诉你:吊兰、文殊兰和君子兰都不是兰花!瞧,它们的花型周正方圆,花心里的六枚花丝历历在目,其头上顶着的紫红色或鲜黄色的花药清晰可见。这样的花形态结构特征就是百合科的分类学特征,百合花是该家族的“形象代言人”。然而,备受人们追捧的滋补品 —— 石斛和天麻,虽药食同源部位的块茎其貌不扬,与寻常的洋芋(马铃薯)多了几分相似之处,但却花开不同。花开时,石斛和天麻的花在植物学家眼里,都清晰地呈现出兰花的特征:花型两侧对称、一枚花瓣特化为唇瓣(俗称舌瓣),且雌蕊和雄蕊愈合为合蕊柱(俗称鼻头),因此被列席兰科家族毫无悬念。但马铃薯开花时,紫色的花冠辐射对称,与番茄、茄子、辣椒等蔬菜开的花毫无二致,同属于茄科家族。


图3:典型的兰花形态特征,以著名的观赏兰花——大花万代兰为例,注意:第2行小图依次为合蕊柱的正面、背面和侧面结构,第3行为合蕊柱顶部的花药帽背面(左)、揭开花药帽后露出的一对浅环裂的金黄色花粉团以及药床(中)、花药帽内部结构(右)。引自张锦等(2019)。



图4:传统滋补药材的原材料—— 天麻的块茎,像不像大洋芋?(图片来自网络)。


图5:天麻开花,花虽小,但在解剖镜下兰花特有的合蕊柱、唇瓣等关键分类学特征一样不少(图片来自网络)。


为什么要保护兰科植物多样性?

一、兰科植物多样性:种类繁多、分布较广

    兰花是兰科家族的统称。说起兰花,大家都认为极为罕见、较为珍稀。殊不知,除了人们常说的国兰外,兰科家族成员庞大,是植物界里仅次于菊科的第二大家族,拥有近3万种,约占全球300多个种子植物家族种类的近十分之一。它们分布广泛,除了南极、北极和沙漠地区外,几乎地球的每个角落都能见到兰花的踪影。

    按生长习性,洋洋大观的兰科家族,可分为三类:附生兰、地生兰和腐生兰。最常见的兰花是附生兰,约有两万余种,是兰科家族的主力军。它们喜欢温暖潮湿的热带和亚热带气候,常常附生在茂密树林的树干上、岩石上,构成了森林里鲜有的“空中花园”,诸如石斛属、万代兰属、蝴蝶兰属和指甲兰属。

    较为常见的是地生兰,是指在生长在高山草甸和亚高山林下的兰花。它们植株矮小、状如小草,但花开惊艳、花型奇特而备受兰花研究者关注。例如:唇瓣特化为兜状的兜兰和杓兰,统称为拖鞋兰。再譬如具有较高药用价值的独蒜兰,因其地下根茎状如独蒜而得名,又因其叶片只有一枚而被称为 “一叶兰”。

    最不常见的就是腐生兰,这是兰科家族里,极个别地完全异养的兰花。它们通体没有一丝绿,更不用说有叶片,不能自行光合作用,只能靠共生真菌提供营养。这样“好吃懒做”的兰花,喜欢长在林下腐化的土壤里,如天麻和虎舌兰等。它们数量稀少,又恍如地上精灵,一年四季几乎不见踪影,唯有留出个把月时间冒出地面,露出“真面目”,惹人注意。附生兰大多数通体浅黄褐色,冒出来只为开花结果,种子散落后,又悄然倒苗、潜入地下、养精蓄锐,大有一副行踪诡秘、来去无常之态。

    进一步说,别看腐生兰其貌不扬,但天生练就了一番“化腐朽为神奇”之力。在我国天麻的主产区 —— 滇东北小草坝,流传着这样一首歌谣:“天麻天麻,天生之麻,老天爷播种,土地爷发芽,人要种它,那是白搭”。这是在尚未实现人工种植天麻前的一种初浅认识,因为当地人认为天麻长有一双神仙脚,种下几个月都不见动静,令人深感纳闷,成为不解之谜。直到上世纪七八十年代,我国“天麻之父”— 周铉,花了近20多年时间,带领团队深入深山老林,扎根研究,清楚准确地揭示了天麻的生活史,成功地分离出与天麻共生的蜜环菌,这才澄清了人们对天生之麻的迷惑。



图7:扎根深山、倾心天麻,精神矍铄的92岁高龄天麻之父,九三楷模 —— 周铉。 (引自网络,2016)采访“天麻之父”周铉:半小时难寻访谈地https://4g.dahe.cn/mip/edu/20160822107366998

     —— “我是一名知识分子,我的技术应无偿奉献给社会,如果我身体好,以后每年都要来彝良一个月,让我们共同努力,把彝良天麻年产值做到50至100亿元。”平凡而朴实的话语,道出了这位老科学家一生的承诺和坚守。(引自网络,2016,周铉:情牵天麻 耕耘深山----中国科学院  http://www.cas.cn/kx/kpwz/201611/t20161110_4580967.shtml?from=singlemessage)


二、兰科植物身价的轻与重?

          长期以来,数量庞大的兰科植物家族具有较高的观赏和药用价值,在我国民间也流传着“天价兰花”或“绿色银行”等世俗传说。

     从观赏角度而言,观赏兰有国兰和洋兰之分。前者是指那些碧叶修长、花小雅致、色泽清雅、香味清幽的兰花,例如:春兰、蕙兰、朵香、剑兰、大雪素和小雪素等。它们常出现在琴棋书画古玩物中,备受历代文人浓墨重彩,寄托着“气若兰兮长不改,心若兰兮终不移”的高洁志向!反之,洋兰通常是花型硕大、花色鲜艳的蝴蝶兰、卡特兰、石斛等,以及花型独特的拖鞋兰和猴面兰等,传达着兰花的另外一面:多姿多彩、异彩纷呈。

     在药用兰花资源里,最有名的当数冠有“中华九仙草之首”的铁皮石斛。它所在的石斛属是兰花家族里的第二大属,全世界有1400多种,我国有近100种,可入药的多达50余种,例如:金钗石斛、细茎石斛、齿瓣石斛和鼓槌石斛等,因富含丰富的石斛多糖,具有滋补作用而受人欢迎。此外,大家耳熟能详的天麻、小白及、冰球子(独蒜兰)、金线莲等,也都属于兰科家族成员。

    然而,正如大家所认识的那样,兰花是稀罕之物,不为一般人所常见。虽“幽兰生于谷”有着其脱离世俗之清新,但又恰恰因具有较高观赏和药用价值,备受人们蜂拥而至、上山采摘兰草的陋习而困扰,面临着野生资源枯竭的威胁。

    面对人们滥摘乱采、竭泽而渔式地不合理利用方式,世界自然保护联盟(IUCN)系统地评估了全球野生兰花物种的自然状态,分为:灭绝、极度濒危、易危、渐危等级别,为其保护和合理开发利用提供保驾护航。世界野生动植物种国际贸易公约(CITES)把所有野生兰科植物列入保护名单,约占所有野生植物保护物种的90%以上,被誉为保护物种里的“旗舰种”。

    在我国,2021年7月颁布的《国家野生植物重点保护名录》里,把349种兰花列入法律保护范畴,包括了杓兰属、石斛属、独蒜兰属、金线兰属和兰属等价值较高、资源较为稀缺的类群。此外,在国家级和省级自然保护区,野生兰科植物资源都是重点保护对象。我国还设有兰科专属自然保护区,如广西雅长兰科植物自然保护区等。

    随着国内外各级政府部门的高度重视,同时伴随着兰科保护生物学研究的广泛深入,兰科,这个世界上第二大植物家族,正逐渐被揭开头上的面纱,慢慢地走入公众视野,益发得到人们重视。


图8:高山上的拖鞋兰 ——西藏杓兰Cypripedium tibeticum King ex Rolfe(摄影:段涵宁)


图9:喉红石斛Dendrobium christyanum Rchb. f.  (摄影:张锦)


三、不为人所知的兰花生存智慧

 从干热河谷到冰川边缘,从热带雨林到温带针叶林,兰花遍布地球的各个角落,靠的不仅仅是美丽的外表,在植物的世界里,兰花的生存智慧无与伦比。传粉意味着受精,受精意味着孕育新生命。花开果座,果熟籽落,落地生根,种子萌芽,开启新的生命历程。在植物的生活史里,传粉是繁衍后代进程的启动键。开什么样的花,结什么样的果;长什么样的花,吸引什么样的传粉昆虫。千姿百态的植物世界,隐藏着哪些不为人所知的秘密呢?

栖息在高山或密林中的兰花,既远又近,像极了身边熟悉的陌生人。古人用“空谷幽兰”意喻君子志向高洁,但研究发现,为了传粉完成生息繁衍,兰花也有自己巧妙的生存智慧,也难逃世俗的尘埃。瞧,为了避免自花授粉,金线莲花开雅致、憨厚老实,以充足的蜜源汇报昆虫;毛瓣杓兰诡计多端,巧用色香味等模拟手段吸引扁足蝇。倘若资源有限,多花脆兰也会自力更生,启用自花授粉模式,座果结籽。现在,就让我们走近各种各样的兰花,感受大自然的神奇造化吧!

1、金线莲和菜粉蝶的故事

 大部分兰花多以花型独特,花色艳丽,花香迷人而备受青睐。在传粉生物的眼里,盛开的兰花准备了多少蜜糖呢?金线兰是一种传统药用植物,镶金线的紫红叶片,清雅秀丽的花朵,它释放的信号会吸引谁呢?瞧,阳光下,一只菜粉蝶翩然而至,在花瓣上停留。它打开纤细的口器,对准蜜腺结构,开始吸食花蜜,“吸饱喝足”后,又翩然起飞去找寻下一朵,对自己沾满花粉的触角浑然不觉,更不晓得花丛中的忙碌已为金线莲的繁衍后代帮了大忙。这样的你情我愿、投桃报李的双赢合作,在兰花世界中不足为奇。


图10:菜粉蝶与金线莲(第1行)和银带虾脊兰(第2行)的故事,引自张洪芳等(2010)。

2、毛瓣杓兰的锦囊妙计

 令人咋舌的是,有的兰花为吸引传粉昆虫,但又拿不出充足的蜜源回报传粉者,于是眉头一皱,计上心来,使出浑身解数,从形、色、味方面模拟出目标传粉者喜好的花色形态和味道,有模有样地实施起欺骗行为。

 在滇西北高山草甸,生长着一种花和叶片都带有雀斑的兜兰,名曰“毛瓣杓兰”。它有一对舒展宽大的肉质叶片,相拥着一朵鹅黄色的小花。这样一朵带有纵纹的小花,为何还雀斑点点?其貌不扬的它又有着怎样的传粉机制?科学家数天的野外跟踪调查发现,毛瓣杓兰是兰花欺骗性传粉里的高手。它巧妙地利用扁足蝇“护犊心切”的心理需求,在花叶上演化成类似于真菌菌斑的黑褐斑,吸引它们前来此产卵,为即将孵化的幼虫提供充足的口粮。更令人大跌眼镜的是,花开时,这些斑点竟然还散发出与真菌类似的气味,再次吸引着扁足蝇的光临。



图10:毛瓣杓兰 和扁足蝇之间的故事,引自Ren et al.(2011)


3、多花脆兰和小雨滴

 除了上述提供花蜜和模拟产卵完成异花授粉的兰花外,热带雨林中还有一种仰天开放的兰花,叫做多花脆兰。甭看它带“脆”,在充沛的雨水冲刷下,早就演变出一副杠杠的硬朗气息。瞧,长叶片厚实坚硬,连带有横条纹的花瓣也质地厚实,多少有些虎斑的咄咄逼人。与其他兰花一样,多花脆兰的成熟花粉会凝聚成团,名曰花粉团,有一对,呈金黄色球形,由带有弹性的花粉团柄黏连着黏盘,帮助其完成传粉双受精的家族使命。

 夏天的雨林,茂盛的丛林下层,顺着高达乔木叶片流淌下来的雨滴落在多花脆兰身上。偏巧,多花脆兰从不躲避雨水的敲打,它的花冠就那样朝天绽放,齐刷刷仰着脸,畅快地感受着滴水的清凉。滴答,滴答,又滴答,上层丛林滴下来的雨水,敲打着它的叶片,也敲打着敞开心扉的花药帽,一滴雨把花药帽打开了,再一滴落在黏盘柄上,水滴的落下的势能帮助黏盘柄快速弹起,如跷跷板一样,把上端的花粉团越过挡板结构的蕊喙巧妙地落在下方的柱头腔里。多花脆兰的花粉团落在何处?自然是蕊喙下方的深凹的柱头腔,避开了蕊喙阻隔,再次回到了饱受诟病的近亲结婚的自花授粉模式。

 比起“无后为大”的风险,多花脆兰选择了一种完成繁衍的保底策略,也是可以理解的。毕竟充沛的雨水,哪有什么风雨兼程的传粉昆虫?


图14:多花脆兰(Acampe rigida P. F. Hunt),热带雨林里,夏天静静盛开的兰花,其花瓣质地较为坚硬的兰花,喜欢小雨滴! (摄影:田琴)。


 当然,自然界的大部分植物还是以异花授粉为主,才得以繁衍演化成今天地球上丰富多彩的生物多样性。兰花也不例外,在漫长的演化历程中,它们独特而丰富的唇瓣特征,正是旗帜鲜明地竖起异花授粉的招牌。

 凭借巧妙高效的授粉机制,兰花的族群遍布全球各个角落。兰科植物的果实都不大,但小小的果荚中却藏着几万、十几万甚至上百万颗种子。这些种子细如尘土,有点微风,就能飘荡到离母株很远的地方。但是,因为它们太细小,以至于没有空间来容纳胚乳或子叶这类储藏营养的结构,这些种子的萌发,必须依靠消化真菌的菌丝为自身生长提供营养。

 因此,纵观兰花的一生,充满了艰辛,又极其漫长。瞧,从种子萌发到幼苗生长,需要1-2年,还必需真菌相伴;从幼苗成长到开花,得花上3-4年;从开花授粉需要特定的传粉生物机制,极为不易;从结果到种子成熟,还要2-3年。如此几个轮回的春华秋实,兰花的生命周期滚动到可长达5-9年。漫长的周期,充满了生长的风险,任何一个环节出错,都会带来一步错,全盘皆输之局面。这比起大白菜顺顺溜溜的3个月生命周期而言,是不是就艰难多了。所以,时间积累了财富,也沉淀着生命的价值!当然,许多人嗟叹兰花难养,实际上是真的难,因为你能采到它的植株,但它土生土长的共生真菌根系土壤环境,平常人无法模拟培养!

 诚然,野生条件下兰花生长不易,但如果碰到合适的人工培育条件,加上越来越多的兰花育种专家在繁育技术方面的突破,那么野生兰科植物的保护和可持续利用就会大放光彩,将会把兰花的美丽带到千家万户!


杓唇扁石斛.png

图15:杓唇扁石斛 Dendrobium chrysocrepis Parish & Rchb.f.ex Hook.f  


主要参考文献

1、张锦, 张辉, 李璐,等,2019. 珍稀濒危植物大花万代兰的花粉团发育及其分类学意义[J]. 西北植物学报,  39(7):1143-1153.

2、张洪芳, 李利强, 刘仲健, 罗毅波,2010. 菜粉蝶对两种迁地保护的兰科植物传粉和繁殖成功的作用[J]. 生物多样性, 18: 11-18. 

3、Ren ZX, Li DZ, Bernhardt P, Wang H. 2011. Flowers of Cypripedium fargesii (Orchidaceae) fool flat-footed flies (Platypezidae) by faking fungus-infected foliage. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America,108: 7478-7480.

4、Fan X L , Barrett S , Lin H , et al., 2012. Rain pollination provides reproductive assurance in a deceptive orchid. Annals of Botany, 110(5):953-958.

   注:本文内容已发表在2021年《人与自然》第10期,《生物多样性公约》缔约方大会第十五次会议(COP15)特刊,发表时部分文字和图片略有改动。

      本文部分内容已被云南省生态环境厅和云南广播电视台联合拍摄的制作的科普节目《专家讲述生物多样性科普故事》,发布在七彩云端APP,更多内容可以点击链接:https://mtydazzle.yunshicloud.com/pages/details/details.html?companyId=ysxw&productId=320D3AAAE13D4813B3B256FE4B9E8C56&docid=BAE7E87FBB4842E894880E6D3EBA722A&isNew=yes&downloadTips=true&jumpCode=QCYD&type=news&articleType=1



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