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刊名: 教学与研究
        Teaching and Research
主办:  中国人民大学
周期:  月刊
出版地:北京市
语种:  中文;
开本:  大16开
ISSN: 0257-2826
CN:   11-1454/G4
邮发代号: 2-256

历史沿革:
现用刊名:教学与研究
创刊时间:1953

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从奇异的兰花探寻植物遗传变异的奥秘

【作者】 曹雨滋

【机构】 成都市华阳中学高2018届17班


【正文】初春至秋末,我国的花市上可以见到大量的兰花。即使在寒冬季节,仍有墨兰飘香。在花中“四君子”、中国十大传统名花之中,都有兰花。中国人之所以如此喜爱兰花,主要因其品种众多、花姿丰富、香味独特,以及四季常青、韵味十足的兰叶。特别是兰叶,其形态、色彩与线条、风中姿态,与传统中国画中的笔法、中国书法有高度的神似;其花姿内敛又不失热情、色彩丰富又不失庄重,与中国传统个人修养相吻合;其花香淡雅而又令人兴奋,且达到了香远益清的境界,正是“君子”表现。
  生物学中所指的兰科植物是一个庞大的家族,其种类仅次于菊科植物。兰科植物分布很广,除极其恶劣的环境外均有分布,但大部分集中分布在热带和亚热带。在我国,将兰科植物作为观赏植物进行栽培,可以追潮到春秋时期的屈原,他曾“树蕙九亩”。其实兰科植物有很多品种(属),如兰花、君子兰、吊兰等。也就是说,兰科植物不仅仅是兰花,但作为观赏植物,兰花被人家养是最多的。
  在川中南浅丘地区,海拔五六百米的山上,微酸性壤土,温暖湿润的气候,特别适合兰花的生长。如果有幸到山上采兰,偶尔惊奇地发现一株兰花,你可以立即以此为中心,在周围寻找,一定会找到更多的兰花。因为“人走一条线,花开一大片”,野生兰花基本上都是群居的。若将兰花搬回家里,可先在土里养着,成型了再挑选一些好看的上盆。
  奇怪的是,采来的兰花中,很难找到两株一模一样的。如果是在不同地方采到的,在分盆之前,是根本找不到两株完全相同的。同一大类兰花的不同,一方面表现在叶子的形状与姿态,另一方面表现为花的颜色与纹理、每个部位的姿态与瓣型。
  大量的兰花品种,以及在养兰专家眼中同一兰花品种当中会有无数具有显著特征的个体是如何形成的呢?这是一直以来在无数养兰者心中的疑问。简单地说,这就是遗传变异的结果。
  一、兰花的种类
  兰科植物是植物界最大的家族之一。全科约有七八百属两三万种,主要分布在全球热带地区和亚热带地区,少数种类也分布在温带地区。对于中国的养兰爱好者来说,一般将兰花分为中国兰和洋兰两大类。原产我国的兰花有近200属1200多种以及许多亚种、变种和变型。大部分品种分布在淮河以南地区。常见种类有春兰、蕙兰、建兰(俗称四季兰)、寒兰、墨兰、蝴蝶兰、兜兰等。每一个种类又包括多个亚种,比如春兰,又分一葶一花的春兰、一葶多花的春剑等亚种。在川中南地区,主要生长的是建兰(俗称四季兰),以及少量的春兰和其他品种。
  以上说的是从生物分类的角度分类。在养兰者的眼中,还要按照产地、叶型、花色、瓣型、萼片、唇瓣等方面将同一种兰花分为若干个品种,从而产生无数的小品种。每一个小品种,都有其独特的“看点”,也是卖花人眼中的卖点。这也是爱好者对兰花着迷的原因之一。比如在建兰中,有名字的就有金丝马尾、铁骨素、举国欢庆、青山玉泉、银边大贡、金荷等数千个品种,还有大量没名字的品种。
  二、兰花的繁殖
  1.家养兰花的繁殖。作为养花爱好者栽培的兰花,一般采用自然分蘖繁殖。每个一年生的健壮植株,一年可以发出一两个新芽。由于一些稀有兰花价格昂贵,也有人尝试并成功采用组织培养等科技含量较高的方法进行大规模繁殖。
  2.野生兰花的繁殖。野生兰花是靠种子传播和自然分蘖繁殖的。兰花的果实叫兰荪,一个兰荪里有许多细小的种子,每一粒种子小得如同灰尘。兰花种子没有胚乳,不能靠自身储存的养分生长,且存活时间很短,必须在成熟后迅速飘落到有兰根菌的环境中,才可能缓慢地生长成兰花幼苗。种子很小,数目却很多,但能够顺利地从成熟的兰荪飞出并在短时间内落在合适的环境中的种子,实在太少,所以野生兰花的自然繁殖速度是缓慢的。对于兰花种子的研究,有植物学家测定,建兰的种子长为1毫米左右,直径为0.1毫米左右,呈长圆形,如同缩小版的大米。种子中间有一个细小的胚。种皮是一层透明的薄壁细胞。种皮内含有大量空气,使得整个种子容易随风或流水传播。更为奇特的是种子内的胚发育不全或者不成熟。这样的种子肯定是比较难以发芽的,因为不仅种子内没有胚乳结构简单,而且发育不全不成熟。只要种子发育成了兰株,每年便会从母株的鳞茎上分蘖发育出新的幼苗。
  三、兰花的遗传变异
  正由于野生兰花的自然繁殖方式特别,其遗传变异的表现也就很特别,尤其是变异特别明显。
  一株兰花,不管在什么环境条件下,采用什么方法繁殖出新的植株,它还是兰花:它的根、茎、叶、花的基本结构是没有多大变化的。这是遗传的作用。
  采用分蘖的方法繁殖兰花,是养花人采用的基本方法。这是采用的无性繁殖,谈不上遗传与变异。这样繁殖出来的兰花,经过几代甚至几十代的培育,不会有明显的变化。传统春兰名品“宋梅”就是一个典型的例证:从清朝乾隆年间开始选育,迄今已有两百多年的历史,其叶型、花型都没有什么改变。
  但是,细心的人就会发现,在野外自然条件下通过种子繁殖产生的所有新植株开出来的花,与母株开出来的花都有区别,主要表现在颜色、花型、花瓣形状、舌形与彩点的分布等方面。在山上采兰的过程中,不难发现一种现象:在一大片野生兰花中,绝大部分是建兰,但其中偶尔会有一两株春兰。这不太像原本这里就有两个品种(按大类分)的兰花生长在这里,而是在自然状态下,建兰在变异中“变”出了春兰。因为如果不这样解释的话,两种兰花在数量上不会相差如此大。所以说,兰花的变异太神奇了。
  那么,是什么原因使得兰花的变异如此突出?正如前文所述,兰花的种子太小,发育不成熟,只有几十个细胞,而且不具备独自发育成新个体的条件,需要兰根菌为其提供营养。在逐步生长成为新苗的过程中,兰花受到当地气候、周围环境以及兰根菌等诸多因素的影响。一般来说,从种子到形成新的兰花小苗,至少需要八年的时间。在这八年里,从微小的不成熟的种子,到龙根,再到长出第一个新芽,促使其特性发生变化的自身因素和外部因素太多,所以我们见到的,是千姿百态的兰花。
  现在,已经有科学家对兰花进行基因组测序和生物信息分析。相信不久的将来,人类将真正弄清兰花遗传与变异的基本规律,为濒危物种的保护和兰花新品种的创新提供坚强的科技支撑。另一方面,兰花具有较高的药用价值。在《本草纲目》里就曾记载兰花的药用价值,认为兰花全草均可入药,并对其性状、味道和药理进行了描述。目前,人们更加注重的是兰花的观赏价值和经济价值,也许用不了多久,兰花的药用价值会被逐步深入地发掘和使用。
  四、探寻植物遗传变异的奥秘
  既然兰花的巨大变异跟种子的特殊性、对环境的依赖性有关(因本人水平有限,尚不清楚有多大的相关性),那么,可以设定,如果一种植物,它的种子结构很完整,发育很成熟,在生长过程中对环境条件的依赖性不是特别挑剔,那么,它的遗传特征也许应该很稳定。一片菜地,长的是同一种蔬菜;一筐水果,都是同一个品种——将就这些蔬菜水果的种子再繁殖,长出来的还是这些蔬菜水果。这种现象,与兰花的明显变异相差太远。
  如果说发育不全且不成熟的兰花种子造就了千姿百态的兰花世界,我们可以对其他常见植物种子进行特殊处理:在种子形成、发育的过程中,施加人为的各种干扰,使其“不合常理”,或许能够获得新的变种。
  我们生活在一个生物多样性的世界里,这个世界也需要生物多样性。就植物界而言,因其遗传变异导致的物种多样性毫不逊色于动物界。现在,同样是菊花,全球就有3000多种;同样是兰花,全球竟有20000多种。物种的遗传多样性是非常丰富的,人类可以根据自身需要,诱导、积累并丰富植物的遗传多样性。随着现代科技水平的不断提高,人类将逐步深入探究各种植物的遗传变异奥秘,为人类的生存繁衍创造更加优越的条件。