（植物营养学专业论文）海南兰科植物种子生物学初步研究.pdf

l 海南大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。 除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。 对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人 承担。 论文作者签名彳司囝r 匀 日期：劢降钿f 日 学位论文版权使用授权说明 本人完全了解海南大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有 关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权海南大学可以将本学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和 汇编本学位论文。本人在导师指导下完成的论文成果，知识产权归属海南大学和中国热带农业科学 院。 保密论文在解密后遵守此规定。 论文作者签名：f 珂哦锄 日期：如f 。年月归 导师签名猖 日期：抑。年厶 本人已经认真阅读“c a l i s 高校学位论文全文数据库发布章程”，同意将本人的学位论文提交 “c a l l s 高校学位论文全文数据库”中全文发布，并可按“章程”中规定享受相关权益。回童途塞 握銮压溢厦j 旦兰生；旦= 生；旦三生蕉查。 糍轹德霪褂日 日期：矽f 夕年石月牛日 一名：奄跑年知夕日 摘要 兰科是被子植物最大科之一，兰科植物具有巨大的观赏价值和经济价值。在 利益的驱使下，人类过度地采挖，加上兰科植物对生境的苛刻要求以及复杂的繁 育系统，许多兰科植物受到严重的破坏，特别是热带地区的兰科植物。全世界所 有野生兰科植物均被列入濒危野生动植物种国际贸易公约( c i t e s ) 的保护 范围。由于兰科植物繁殖都是靠传统形式的分株繁殖，周期长、繁殖率低，不能 满足国内外市场的需求。而兰科植物种子数量庞大，对其生物学特性进行研究将 成为保护兰科种质资源的重要手段之一。 本文以海南野生兰科植物种子为研究对象，进行形态分析、活力测定和超低 温保存研究试验。主要结论如下： 1 种子形态观察 对1 5 种兰科植物种子进行形态分析。兰科种子在不同的属或者种间，种子 的颜色、形状和大小等有所不同，颜色从白色透明到褐色变化，大部分属于纺锤 形，中间宽两边小。而虎舌兰属于棒状；地生兰美冠兰属的黄花美冠兰和美冠兰 的种子形态相似，细胞都比较长、种皮透明、气腔所占比率高，胚为白色，可能 是同属间种子具有相同的遗传特征。 2 兰科种子活力测定 以五唇兰为材料，建立了一种兰科种子活力鉴定方法。以5 的c a ( c 1 0 ) 2 溶液 ( 含0 8 土温8 0 ) ，预处理3 0m i n 后，蒸馏水浸泡2 4h ，l 的t t c 溶液在黑暗条 件下染色2 4h ，染色率与种子萌发率相近，适合作为兰科种子活力测定的一种方 法。 3 兰科种子超低温保存 本文采用了快速冷冻法和p v s 2 ( 玻璃化液) 预处理玻璃化法超低温保存束花 石斛及五唇兰种子，经过p v s 2 处理4 5m i n 的束花石斛种子存活率最高，处理 五唇兰最佳时间为6 0m i n 。3 0d 的五唇兰种子无超低温耐性，从4 5d 开始种子 获得3 0 存活率。超低温耐性随胚龄的增长而增强。玻璃化法( v i t r i f i c a t i o n ) 超低 温保存效果优于快速冷冻法( r a p i df r e e z i n g ) 。 4 五唇兰繁育体系的建立 五唇兰的花为总状花序，本研究采用四种方式授粉：白花自交、同花序不同 花自交、同克隆植株自交、异株杂交。五唇兰繁育是属于混合交配系统，自交和 异交均具有一定亲和性。而最适的繁殖方式为异株杂交，这种授粉方式可获得 9 0 以上的结实率，其种子有胚率高。授粉9 0d 以上种子可获得较高的萌发能力。 胚龄越长种子的萌发率越高。 关键词：兰科植物；超低温保存；活力；种子形态 a b s t r a c t o r c h i d a c e a ei so n eo ft h el a r g e s tf a m i l i e so fa n g i o s p e r m sw h i c hh a st r e m e n d o u s o r n a m e n t a la n de c o n o m i cv a l u e e x c e s s i v ec o l l e c t i o nb yh u m a na n do r c h i d s d e m a n d i n gh a b i t a t s ，a d d i t i o n a li t sc o m p l e xb r e e d i n gs y s t e m ，m a n yo r c h i d sn e a r l y e x t i n c t ，p a r t i c u l a r l yt h et r o p i co r c h i d s a l lw i l do r c h i d si nt h ew o r l dw e r ec a t a l o g u e d i nt h e c o n v e n t i o no ni n t e r n a t i o n a lt r a d ei ne n d a n g e r e ds p e c i e so fw i l df a u n aa n d f l o r a ( c i t e s ) a st h et r a d i t i o n a lr e p r o d u c t i o no fo r c h i dn e e d sl o n gp e r i o d ，a n dt h e r e p r o d u c t i v er a t ei sl o w i tc a r ln o ts a t i s f ym a r k e td e m a n d h o w e v e r , o r c h i df r u i th a v e l a r g en u m b e ro fs e e d s ；s t u d yo nt h e i rb i o l o g i c a lc h a r a c t e r i s t i c sw i l lb ea ni m p o r t a n t w a y t op r o t e c to r c h i dg e r m p l a s mr e s o u r c e s t h es e e d so fw i l do r c h i dw e r ei n v e s t i g a t e d ，i n c l u d i n gm o r p h o l o g i c a la n a l y s i s ， a c t i v i t ya s s a ya n dc r y o p r e s e r v a t i o nt e s t ，t h ec o n c l u s i o n sa r ea sb e l o w s ： 1 s e e d sm o r p h o l o g y w es t u d y15k i n d so fo r c h i ds e e d sm o r p h o l o g yi nh a i n a n ，i n c l u d i n g4t e r r e s t r i a l a n d11e p i p h y t i ct y p e s t h es e e do re m b r y os i z e ，t e s t ac o l o r , a n ds e e ds h a p ew e r ev a r y a m o n gg e n e r aa n ds p e c i e s t h e s ed a t ac a nb eu s e da st h ep a r a m e t e rf o rt h et a x o n o m y o fo r c h i d a c e a e 2 o r c h i ds e e dv i a b i l i t yt e s t e s t a b l i s ho n em e t h o df o ro r c h i ds e e dv i a b i l i t yt e s tt a k e nd o r i t i sp u l c h e r r i m aa s m a t e r i a l p r e t r e a t m e n tb y2 m lo f5 ( w v ) c a ( c 1 0 ) 2s o l u t i o n ( c o n t a i n i n g0 8 t w e e n 8 0 ) 30m i n ，t h e ns o a k e db yd i s t i l l e dw a t e r2 4h ，a tl a s ti t t c ( w v ) t r e a t e d2 4hi n d a r ku n d e r3 09 cc o n d i t i o n s t a i n i n gr a t ei ss i m i l a rt og e r m i n a t i o nr a t e t h i sm e t h o di s s u i t a b l ef o ro r c h i ds e e dv i a b i l i t yt e s t 3 c r y o p r e s e r v a t i o no fo r c h i ds e e d i nt h i sp a p e r , w ec r y o p r e s e r v et h es e e d so fd e n d r o b i u mc h r y s a n th u ma n d d o r i t i sp u l c h e r r i m al b yr a p i dc o o l i n go rv i t r i f i c a t i o nw i mp v s 2 ( p l a n tv i t r i f i c a t i o n s o l u t i o n2 ) p r e t r e a t m e n t t h eo p t i m a lp e r i o di s4 5m i na n d6 0r a i nr e s p e c t i v e l y t h e r ei sn ou l t r a l o wt e m p e r a t u r et o l e r a n c ef o r3 0do ft h ed o r i t i sp u l c h e r r i m al s e e d s ，a n d3 0 s u r v i v a lr a t ef o r4 5ds e e d s t h es u r v i v a lr a t ei n c r e a s ew i t ht h ea g eo f e m b r y o v i t r i f i c a t i o ni sb e t t e rt h a nr a p i dc o o l i n g 4 e s t a b l i s h m e n tb r e e d i n gs y s t e mo fd d r 订西p “纪办p ，f 朋口l d o r i t i sp u l c h e r r i m ali sr a c e m e t h i ss t u d yu s e df o u rw a yo fp o l l i n a t i o n ： s e l f - p o l l i n a t i o n ，d i f f e r e n t f l o w e r s s e l f i n g p o l l i n a t i o n o ft h es a m ei n f l o r e s c e n c e ， g e i t o n o g a m ya n dc r o s s p o l l i n a t i o n d o r i t i sp u l c h e r r i m ali sm i x e dm a t i n gs y s t e m ；a l l i i t h e p o l l i n a t i o n m e t h o d ss h o wac e r t a i na f f i n i t y c r o s s - p o l l i n a t i o ni s t h eb e s t p o l l i n a t i o nm e t h o dw i t hm o r et h a n 9 0 f r u i ts e ta n dh i g h e s te m b r ) ，or a t e t h e g e r m i n a t i o nc a p a c i t yi sh i g ha f t e r9 0dp o l l i n a t i o n g e r m i n a t i o nr a t ei n c r e a s e sw i t h e m b r ) r oa g e k e yw o r d s ：o r c h i d ；c r y o p r e s e r v a t i o n ；v i a b i l i t y ；s e e dm o r p h o l o g y i i i 目录 摘要】【 a b s t r a c t 。i i 前言1 1月u置“ 1 绪论3 1 1 兰科植物研究现状3 1 1 1 分类与系统学3 1 1 2 传粉生物学3 1 1 3 区系地理学3 1 1 4 形态学4 1 1 5 栽培与繁殖学4 1 2 兰科植物种子生物学研究4 1 2 1 兰科植物种子的形态特征5 1 2 2 兰科植物种子萌发6 1 2 3 兰科植物种子活力测定8 1 2 4 兰科种子保存9 1 3 选题依据1 2 1 4 研究目的和意义1 2 1 5 研究内容与技术路线1 3 1 5 1 研究内容1 3 1 5 2 技术路线1 3 2 研究区域概况1 4 2 1 海南岛区域概况1 4 2 1 1 地理位置1 4 2 1 2 气候植被1 4 2 2 自然保护区1 4 2 2 1 霸王岭国家级自然保护区1 5 2 2 2 尖峰岭国家级自然保护区1 5 2 2 3 五指山国家级自然保护区j 1 5 3 兰科植物种子形态学对比研究1 6 3 1 材料和方法1 6 3 1 1 材料1 6 3 1 2 采集时间与地点1 6 3 1 3 种子采集方法1 7 3 1 4 种子形态观察1 7 3 2 结果与分析1 7 3 2 1 地生兰种子形态1 7 3 2 2 附生兰种子形态19 3 2 3 种子形态测量分析2 3 3 3 讨论- - 2 3 i v 3 3 1 种子结构构成2 3 3 3 2 种子颜色2 4 4 兰科种子活力测定2 6 4 1 材料和方法2 6 4 1 1 材料2 6 4 1 2 次氯酸钙处理2 6 4 1 3t t c 浓度对种子染色效果的影响2 7 4 1 4 数据处理2 7 4 2 结果与分析2 7 4 2 1 次氯酸钙不同处理时间对种子染色率的影响2 7 4 2 2 不同浓度的次氯酸钙浓度对种子染色率的作用2 8 4 2 3t t c 浓度对种子染色率的作用2 9 4 3 讨论2 9 5 兰科种子超低温保存3 1 5 1 材料和方法3 l 5 1 1 材料3 1 5 1 2 快速冷冻法超低温保存3 1 5 1 3 玻璃化法超低温保存3 l 5 1 4 种子萌发3 1 5 1 5 数据处理3 2 5 2 结果与分析3 2 5 2 1p v s 2 对超低温种子超低温保存的保护作用3 2 5 2 2 发育时期对种子萌发和超低温保存的影响3 3 5 2 3 不同杂交方式的种子超低温保存3 4 5 3 讨论3 4 5 3 1p v s 2 对种子超低温保存的影响3 4 5 3 2 种子发育对萌发的影响3 5 6 繁育系统3 6 6 1 材料与方法3 6 6 1 1 材料3 6 6 1 2 授粉过程3 6 6 1 3 结实率统计和种子采集3 6 6 1 4 有胚率的统计3 6 6 1 5 数据处理3 6 6 2 结果与分析3 6 6 2 1 种子结实率3 6 6 2 2 种子有胚率3 7 6 3 讨论3 7 7 结论3 9 7 1 种子形态分析3 9 7 2 种子活力测定3 9 v 7 3 超低温保存3 9 7 4 授粉方式，3 9 参考文献4 0 致谢。4 7 - _ l _ - _ 一 刖 罱 兰科( o r c h i d a c e a e ) 植物，为单子叶植物，多年生草本( 极少数为藤本) ， 分为地生兰( t e r r e s t r i a lo r c h i d ) 、附生兰( e p i p h y t i co r c h i d ) 和腐生兰( s a p r o p h y t i c o r c h i d ) 。兰科是被子植物最大的科之一，全世界兰科植物约有2 50 0 0 - 3 5o o o 利, 。 兰科植物的生境类型多样，广泛分布于除两极和极端干旱沙漠地区以外的各种陆 地生态系统中，而热带地区又是兰科植物分布的多样性中心。作为世界著名的花 卉之一，兰科植物不论是切花还是盆花品种，在国际花卉市场上都占有重要的地 位，如蝴蝶兰( p h a l a e n o p s i sa p h r o d i t a ) 、文心兰( o n c i d i u ml u r i d u m ) 、卡特 兰( c a t t l e y ah y b r i d a ) 等热带兰科植物，花姿优美，颜色华丽。而素有君子、雅 士、幽人等美名的兰属( c y m b i d i u m ) 植物，更是花型奇特，色彩丰富，姿态万 千，芳香迷人，具有极高的欣赏价值。此外，兰科植物还是重要的药用植物，如： 天麻( g a s t r o d i ae l a t a ) 、白芨( b l e t i l l as t r i a t a ) 、红门兰( o r c h i sl a t i f o l i a ) 、铁皮石斛 ( d e n d r o b i u mo f f c i n a l e ) 等以及香料植物如香荚兰( v a n i l l ap l a n i f o l i a ) 等，经济价 值极高。 因兰科植物具有极高的观赏经济价值和药用价值，在利益的驱使下，兰科植 物遭到了人类大肆采挖，野生资源破坏严重。此外，由于近年来人类活动的干扰 和生态的破坏，如砍伐天然植被，过度放牧，火灾干扰，牲畜践踏等，使兰科的 生境遭到了严重的破坏，尤其是亚热带和热带地区的兰科植物生境破坏最严重。 兰科植物生命周期较长，有的种类需要十年才能得到恢复，加上其复杂的繁殖方 式( v a k h r a m e e v ae ta l ，1 9 9 1 ) ，使得野生兰科种质资源得到全世界的重视和保护。 兰科植物多为珍稀濒危植物，全世界所有野生兰科植物均被列入野生动植物濒 危物种国际贸易公约的保护范围，占该公约保护植物的9 0 以上，是植物保护 中的“旗舰”类群( f l a gg r o u p ) ( 罗毅波等，2 0 0 3 ) 。在我国，被列入重点保护的 植物约有1 3 0 0 种，而兰科植物就占了1 2 0 0 余种( 陈心启和罗毅波，2 0 0 3 ) 。因此， 对兰科植物种质资源的保存与研究，对于全球生物多样性的保护以及世界兰科植 物产业的可持续发展具有重要的意义。 目前，有关兰科植物保育的基础研究和实际操作技术得到了一定发展，如： 就地保育( i ns i t uc o n s e r v a t i o n ) ；建立自然保护区；迁地保育( e xs i t uc o n s e r v a t i o n ) 等，以及利用组织培养的方法进行大规模克隆繁殖( c l o n ep r o p a g a t i o n ) ，减轻对野 生兰科植物采挖的压力。但是到目前为止，仅有少数兰科植物在组培上取得了成 功。另一方面营养繁殖虽然可以帮助兰科植物克服种子输出的不足，但有性繁殖 才是保证后代遗传多样性的主要途径( s i p e sa n dt e p e d i n o ，1 9 9 5 a ) 。因此，可利用 兰科植物的种子非常细小，一个蒴果中有几十万到上百万粒种子的特点，利用种 子进行萌发达到大规模繁殖的目的( 罗毅波等，2 0 0 3 ) 。 种子作为种子植物生活史中的一个时期，比其他任何一个时期都更能抵抗不 良的环境。它能以停顿生长的休眠方式渡过逆境，从而保证种的延续和传播，是 植物生长时期最能抵抗逆境的阶段( 郑光华，2 0 0 4 ) 。从植物学角度来说，种子既 是作为延存的器官，又是作为新生命开始阶段的小植物体。因此，兰科植物的濒 危除了外界环境影响外，其独特复杂的种子生物学也是重要影响因素之一。同时， 在自然条件下，兰科植物种子无胚乳，胚只有一些蛋白和脂类，不能满足种子萌 发和幼苗生长所需营养，必须与特有的真菌共生才能够萌发。因此，从种子生理 学与生态学来说，研究兰科植物种子的生理学与生物学特性对兰科的遗传多样性 保护具有重要的意义。 2 l 绪论 1 1 兰科植物研究现状 我国兰科植物研究主要集中在分类学、区系地理学、形态学、传粉生态学、 生理学、和繁殖生物学等方面( 陈心启等，2 0 0 3 ；罗毅波等，2 0 0 3 ) 。近几年关 于兰科植物居群生物学方面的研究也有报道( l u oa n dc h e n ，1 9 9 9 ；黄宝强等， 2 0 0 7 ；) 。兰科植物生态学诸如兰科植物的分布特征、与生境的关系、种群结构、 种群动态、繁殖成功特点及其影响因素等方面的研究还十分欠缺( 罗毅波等， 2 0 0 3 ；黄宝强等，2 0 0 7 ) 。 1 1 1 分类与系统学 兰科植物形态变异多样，是生物学研究的热点类群之一( 陈心启等，2 0 0 3 ) ， 我国对兰科分类与系统学研究是在长期积累和丰富的野外工作基础上进行，并取 得较明显成绩( 陈心启等，2 0 0 3 ) ，自2 0 世纪3 0 年代，在奠基人唐进和汪发瓒 的研究基础上，经过三代兰科分类学家的努力，中国植物志于1 9 9 9 年正式 出版( 郎楷永等，1 9 9 9 ；陈心启等，1 9 9 9 ；吉占和等，1 9 9 9 ) 。继中国植物志 兰科卷出版后，关于兰科的地方植物志以及其他专著也相继出版( 陈心启等， 1 9 9 8 ；海南植物志，广东植物志) 。其中中国野生兰科植物彩色图鉴受到国 际上的高度评价( 陈心启等，2 0 0 3 ) 。目前，国内外发表了近2 0 0 篇中国兰科植 物分类、系统和进化的研究论文( 罗毅波等，2 0 0 3 ) ，相应的对兰科植物系统位 置及其演化的研究亦取得较大进步( 陈心启等，1 9 9 9 ) 。 1 1 2 传粉生物学 关于兰科植物传粉生物学的资料最早见于达尔文所著兰花的传粉兰花借 助于昆虫传粉的技巧一书( c 达尔文著，唐进等译，1 9 6 5 ) 。目前，关于兰科 植物传粉生物学的研究主要集中在欧洲和北美等地的温带地生类群和少数的中、 南美洲热带附生类型( 陈心启等，2 0 0 3 ) ，而在亚洲有关的研究仅有少量报道。 继亚洲传粉生物学领域罗毅波等人首次报道了舌喙兰利用食源性欺骗传粉方式 引诱芒康条蜂对其传粉后( l u oa n dc h e n ，1 9 9 9 ) ，我国对杓兰属、兜兰属、兰 属等属种的传粉生物学进行了研究( 刘仲健等，2 0 0 6 ；刘可为等，2 0 0 5 ) 。目f j ， 我国传粉生物学工作主要集中在四川、云南、贵州、广西、湖北等兰科植物集中 区。 1 1 3 区系地理学 兰科植物的生长和繁衍对生境的要求较为严格，它们的地理分布具有较强的 规律性( 郎楷永，1 9 9 4 ) 。按照地理分布的不同，兰科植物多样性类型也不同， 因此，对于研究区系的性质和在分区上具有更重要的意义。兰科植物按照生活型 分为附生兰、地生兰和腐生兰三种类型，热带地区的兰科植物具有最丰富的多样 性，而绝大多数的附生兰生长在热带和亚热带地区( w h i g h a ma n dw i l l e m s ， 2 0 0 3 ) ，一些地生兰种类也生长在热带地区。我国始于1 9 世纪8 0 年代提出中国 喜马拉雅植物亚区和中国日本植物亚区在我国四川境内的分界线( 郎楷 永，1 9 9 4 ) ，对属水平地理分布也进行了初步的研究( 王英强，2 0 0 0 ) 。说明兰 科植物的地理分布往往是不均匀的，存在一些明显的“分化中心”、“生境多样性 中心”或“特有中心”等。因此确定这样的中心地区对制定兰科植物就地保护策略 具有重要的意义( 罗毅波等，2 0 0 3 ) 。 1 1 4 形态学 兰科植物形态学研究主要体现微观形态上。约从2 0 世纪8 0 年代开始，主要集 中于药用或观赏兰科植物的染色体数目与核型分析、孢粉学研究( x ia n dc h e r t ， 1 9 9 1 ；) 、解剖学( 张智和翟立业，1 9 9 5 ) 、胚胎学( t u n g e ta l ，2 0 0 0 ) 和生理学 研究( 潘瑞炽和梁旭野，1 9 9 3 ) 等方面，仅对兰属( c y m b i d i u m ) 、石斛属 ( d e n d r o b i u m ) 、兜被兰属( n e o t t i a n t h e ) 和中国一些特有种进行过深入研究。 开展微观形态的研究工作对分类、系统学和研究兰花与昆虫之间的适应等很有大 的启发性，对兰属、石斛属、兜被兰属和中国一些特有种进行了深入研究。 1 1 5 栽培与繁殖学 我国主要以天麻、石斛类、国兰以及商品兰花进行了组织培养和种子繁殖， 杂交育种等工作，在组织培养和杂交育种上蝴蝶兰作为商品种取得了成功( 陈之 林等，2 0 0 3 ) 、药用兰科植物金线莲、天麻及观赏价值高的兜兰属( 曹受金等， 2 0 0 5 ) 和杓兰属、国兰、石斛属( 徐雨，2 0 0 6 ；徐红等，2 0 0 1 ) 等种类上获得了 较大成功，解决了繁育周期长、难度大、种质退化等问题。这些工作对兰科植物 生长发育及其保育研究提供了参考。 1 2 兰科植物种子生物学研究 种子生物学研究主要包括种子活力、种子寿命、种子休眠、种子萌发、种子 贮藏特性等方面。而对濒危物种种子特性的研究主要是解决该物种在生殖生物学 上存在的问题。兰科植物种子微小，无胚乳或子叶，自然条件下萌发率极低，甚 至不到5 。目前，对兰科植物种子的萌发过程与变化还未有详细的研究。其萌 发困难的主要原因有：胚发育不完全；种皮致密，透性差；种皮中含有抑制物等 ( 周丽，2 0 0 8 ) 。据了解，兰科植物种子的种胚只有4 0 2 6 0 u m ，外包裹着网状的种 皮，而胚内营养物质的缺乏也是导致其种子难以自身萌发的原因。兰科植物的荚 果有着成千上万的种子，有的种子比较轻，可随风散播或者随着流水等往远处漂 流，一般地生兰比附生兰重。有的兰科种子可以传播到20 0 0k m 的地方( a r d i t t ia n d g h a n i ，2 0 0 0 ) 。 兰科植物的种子发育是被子植物中比较特殊的一种。一般在开花期时，没有 4 或者存在较弱的胚珠，当授粉成功时，胚珠才在子房中发育并成熟，当花粉管进 入子房室后，成熟的胚珠便可通过双受精在每个受精胚珠的胚乳囊内形成一个合 子和一个极核( y ee ta l ，2 0 0 2 ) 。合子逐渐发育成胚，而极核未能发育成胚乳。因 此，成熟的种子中是没有胚乳的，胚由未分化的组织构成。在成熟过程中，胚内 贮藏物质发生了一系列变化：受精后胚内细胞含有淀粉填充型淀粉体，但种子成 熟时淀粉通常消失( m a n n i n ga n dv a n ，1 9 8 7 ) 。成熟的兰科植物种子尤其是地生兰 种子在自然条件下与真菌结合共生萌发。兰科种子萌发进程分为5 各阶段：1 ) 胚 膨大并突破种皮，外皮细胞延长形成1 2 根假根；2 ) 胚彭大为原来的2 3 倍，出 现了更多的假根；3 ) 圆球茎伸长形成陀螺形，其底部出项大量假根，同时叶原 基开始形成；4 ) 真叶伸长，圆球茎不断膨大；5 ) 根的出现。有的种类这个过程 需要的时间长达几年。有的兰科植物种子只能保存较短的时间，通常条件下只能 存活几个月到两年左右( c h e r e v c h e n k oa n dk u s h n i r ，1 9 8 6 ) 。兰科植物种子这种特 有的生物学独特，促使对兰科植物种子微观结构研究越来越受到重视。 1 2 1 兰科植物种子的形态特征 研究种子形态多样性是种子生物学领域中不可缺少的重要组成部分，种子形 态学为种子标本收集与鉴别提供了科学依据。种子形态多样性主要表现在形状、 大小、颜色、体积以及种子表面纹饰等方面。除种子外部形态外，多样性还表现 在种子的内部、胚、种皮结构等方面。因此，在传统兰科植物分类学上，其重点 依据是对花形态的鉴别，但并不是最科学的方法。为了弥补兰科植物分类学上过 分强调花形态的不足，这几年已经在超微结构、分子水平方面研究，如器官解剖、 花器官超微拍摄、d n a 分子序列、种皮形态研究等( m o l v r a ya n dk o r e s ，1 9 9 5 ) 。 种子的形态特性在种子生物学上能为兰科植物分类学和系统发生分类学提供帮 助( p r u t s c he ta l ，2 0 0 0 ) 。b a r t h l o t t ( 1 9 7 5 ) 用s e m 技术观察了5 8 个属1 5 0 种的兰科种 子，结果表明种子特性在分类上有很大作用。a r d i t t i 等( 1 9 7 9 ) 币1 j 用种子的大小、 颜色和种子形态，分清了美国本地杓兰属( c y p r i p e d i u m ) $ 1 兜兰属( p a p h i o p e d i l u m ) 之间的关系。因此，通过种子形态学上的分类与研究，可以在种、亚属、属的水 平上分类。 1 2 1 1 种子外观形态 种子的大小是种子形态最为明显的特征。在形状方面，兰科植物种子形状有 丝状到纺锤状的变化，有棒状到椭圆形等，还有带明显翼的种子( m o l v r a ye ta l ， 1 9 9 5 ) ，在颜色方面，兰科种子颜色有透明到褐色一系列变化，而胚具有各种颜 色，如黑色、褐色、黄色、透明等( d u n na n da r d i t t i ，2 0 0 8 ) 。而种皮方面大部分 都是像纸一样薄( s w a m ye ta l ，2 0 0 4 ) 。在形态方面，兰科植物种子是世界上最小 的种子之一，长度一般在3 0 0 8 0 0u l t i 之f 司( m o l v r a ye ta l ，1 9 9 5 ) ，宽在9 0 2 7 0u n l 之f b - ( a r d i t t i ，1 9 6 7 a ) ，但有些兰科植物种子长度较长，如e p i d e n d r u ms e c u n d u m 的 种子，长度可达6m m ，是_ a n o e c t o c h i l u si m i t a s 种子的1 2 0 倍。在重量方面，兰科 植物种子重量为0 3 1 4u g ( a r d i t t i ，1 9 6 7 a ) 之间，一般，地生兰的种子比附生兰种 子重，附生兰大多小于lu g 。而胚的大小只有种子的1 1 0 左右，胚中没有子叶或 胚乳( 罗毅波和程瑾，2 0 0 6 ) 。不同种类的兰科植物，胚占种子的比率是不同的。 而种子中气囊所占比率较大，这有利于种子的传播( w e r k e ra n dl y s h e d e ，1 9 9 7 ： l e r o u xe ta l ，1 9 9 7 ) 。同一属间的兰科胚大小差异不大，但种皮变化却很大( h e a l e y e t a l ，1 9 8 0 ) 。 1 2 1 2 种子细胞结构 种子细胞结构方面主要体现在细胞的形状上。在种胚方面，兰科植物种胚一 般只由1 0 0 2 0 0 个均匀的细胞组成( p r i t c h a r d ，1 9 8 5 ；a r d i t t i ，1 9 9 2 ；p r u t s c he t a l ， 2 0 0 0 ) ，但有时却有其他细胞形成胚柄，少数兰科植物还有胚根以及未分化的子 叶( a r d i t t i ，1 9 6 7 b ) ，如苇子兰( s o b r a l i am a c r a n t h a ) 和白芨( b l e t i l l ah y a q m t h i n a ) 。 种子胚组织分化可划分为三种组织：外皮、分生组织( 小细胞) 、软组织( 大细 胞) ( b a t y g i n ae ta l ，2 0 0 3 ) 。b a r t h l o t t 和z i e g l e r ( 1 9 8 1 ) 通过对一些兰科植物种子 的细胞相对长度、高度、细胞壁的形状和细胞壁连结特征等方面研究，确认兰科 植物种子形态有2 0 多种类型。在种皮方面，兰科植物种皮一般由2 2 0 个细胞组成 ( m o l v r a ye ta l ，1 9 9 5 ) ，细胞大小比较均匀，但少数细胞具有中间位置大、合点端 小的特点。种皮细胞壁具有多样性，垂周壁高低不同，细胞壁的厚度各异，连结 细胞区域有明显的一薄层，或者被一层膜包着( m o l v r a ye ta l ，1 9 9 5 ) 。种皮细胞壁 形状具有光滑和网状结构，如果是网状，则会出现各种网状形( h e a l e y e ta l ，1 9 8 0 ； s w a m ye ta l ，2 0 0 4 ) 。种皮细胞壁具有网格这一特征在分类学上具有很大意义， 特别是在属的水平上。种子细胞壁有无网状结构，可以用作区分两个相近属的依 据( h e a l e ye ta l ，1 9 8 0 ) 。在一些亚属上也表现有差异，但是能否作为亚属间一个 标准还待于研究( h e a l e ye ta l ，1 9 8 0 ) 。 1 2 1 - 3 种子发育变化 兰科植物种子在发育过程中具有特殊的变化，如布袋兰( c a l y p s ob u l b o s a ) 种子，未成熟种子的长度是成熟种子的一半，但宽度是一样的。随着种子的成熟， 种子的长度也增长，但增长的原因是细胞变长了而不是种皮细胞数目增加。另外， 种子成熟过程中气泡也会变大，但是网状结构和胚不变( a r d i t t ie ta l ，1 9 8 0 ) 。兰 科植物种子成熟过程中的另一变化就是气囊的增大，这种变化大大增加了种子的 浮力，兰科植物种子的这种特性，有利于种子在空气中长距离的传播( h e a l e ye ta l ， 1 9 8 0 ) 。 1 2 2 兰科植物种子萌发 6 兰科植物种子萌发受到水分、温度、光照、湿度、养分等影响。种子的萌发 过程包括一系列阶段：种皮软化并开裂，胚吸水、膨胀，分生组织细胞开始有丝 分裂，分生组织伸长形成圆球茎，接着一段时间后，分生组织分化成茎尖分生组 织和根分生组织( r a s m u s s e n ，1 9 9 5 ) 。 兰科植物种子的胚是由分化的细胞团组成，几乎没有营养物质贮藏，自然条 件下的兰科植物种子萌发困难，需特有的真菌与其共生后，种子从感染的真菌得 到了所需的养分，才能萌发( 周丽，2 0 0 8 ) 。自然晃中共生真菌能给兰科植物提供 水分，矿质养分，有机养分等( s m i t h ，1 9 6 6 ) 。但兰科植物种子萌发率还是较低， 经常会出现死苗现象( k n u d s o n ，1 9 2 2 b ) 。虽然兰科植物真菌共生现象己被广泛认 可，但k n u d s o n ( 1 9 2 4 ) 以一些附生兰种子做了无菌萌发试验获得成功，证明了无 菌萌发可取性，并建立了专门的培养基( k n u d s o nc ) 。兰科植物的非共生萌发 法是指将兰科植物种子放在无菌的培养基中培养，使其萌发。许多实验证明，在 有蔗糖能量物质，并且其它条件适合的情况下，兰科植物的种子不需要共生菌也 可以萌发。无菌萌发技术出现，迅速在商业品种和种子资源保存得到了应用。如 齿瓣兰( o d o n t o n g l o s s u mo l e a v e ) 、蝴蝶兰、石斛兰( d e n d r o b i u mn o b i 胞) 、文心兰等 ( a r d i t t i ，1 9 6 7 b ) 。 1 2 2 1 胚龄对种子萌发的影响 兰科植物蒴果内胚的成熟度与非共生萌发的萌发率密切相关。地生兰无菌萌 发困难，s t o u t 撇i r e ( 1 9 6 4 ) 认为不萌发的主要原因是成熟的种子存在休眠现象，导 致种子萌发率下降。种子在成熟过程中胚不断地积累抑制萌发的物质，加上种皮 的不透性，不易吸水导致了休眠现象的出现。因此，为了确保种子获得较高的萌 发率，在胚发育的不同时期进行胚抢救，可使种子萌发率高低不同，周丽( 2 0 0 9 ) 对多花指甲兰( a e r i d e sr o s e