蘭科雄蕊發育多樣性研究進展

摘要：蘭科是被子植物中多樣性最豐富的家族，其雄蕊形態和功能分化在亞科間變化明顯，是該物種多樣性形成及適應性傳粉生物學的研究重點。基于現有研究資料，該文初步歸納了蘭科雄蕊發育多樣性的主要研究內容及現狀，為野生蘭花資源的保護與利用提供科學依據。結果表明：（1）可育雄蕊數目的減少和花粉愈合程度的增加在蘭科分子系統樹上呈明顯的平行演化趨勢。（2）蘭科雄蕊數目的減少和功能分化與早期花器官發生中存在大量的滯后和缺失、次生融合與分裂現象等密切相關。（3）花藥開裂時的4類散粉單元的花粉超微形態特征在亞科、族、亞族、屬和種間差異明顯。（4）蘭科花藥散粉單元可以為單花粉粒，也可以通過花藥發育過程中源自絨氈層的三類黏性物質而聚合成不同的散粉單元，包括花粉鞘、彈性黏素和其他黏性物質。（5）花藥發育揭示了蘭亞科的花粉小塊結構主要有三類（紅門蘭型、樹蘭型和過渡型），樹蘭亞科的不同數目（2、4、8）和形態（全緣、淺裂、深裂、孔裂）的花粉團是由于花藥原基分化出的不育隔膜組織的數目、朝向和位置而形成的。（6）蘭科花藥發育中，花藥室數目、花藥壁發育類型、絨氈層細胞核數目、不育隔膜組織分化、胞質分裂類型、小孢子四分體排列形式、花粉細胞核數目等在亞科和屬間差異明顯。然而，由于種類繁多，現有研究資料難以為理解蘭科雄蕊發育提供清晰的線索，包括雄蕊的發育模式、散粉單元的形成機制、花藥發育的胚胎學特征等。因此，有必要重視蘭科雄蕊發育研究，包括擴大取樣范圍和利用多學科技術方法和修訂蘭科花形態常用術語等。

關鍵詞： 可育雄蕊， 退化雄蕊， 散粉單元， 花藥發育， 系統學

中圖分類號：Q944? ? 文獻標識碼：A? ? 文章編號：1000-3142（2023）08-1537-16

Research progress on diversity of androecium development of Orchidaceae

LI Lu

（ College of Biodiversity Conservation， Southwest Forestry University， Kunming 650224， China ）

Abstract：Orchidaceae is the most diverse family of angiosperms. The development of androecium varied greatly at the subfamily level， which has been a research focus of speciation and adatptive pollination biology. Progress on the development of androeceum in Orchidaceae was summarized according to a survey of literature. The results were as follows： （1） It was suggested that evolutionary trends on the decreasing number of fertile stamens was parallel with the increasing degree of coherence of pollens in the pollen dispersal units， which was present in the updated classification of Orchidaceae. （2） The reduced number of stamens and their functional differentiation would be related with the loss， delay， sub-fusion， sub-divsion of stamen primordia during the ontogeny of gynostemium in Orchidaceae. （3） Significant differences of the ultrastructural pollen existed in the four pollen dispersal units at the levels of taxonomic categories of Orchidaceae， including dry pollen， sticky pollen， sectile pollinium， and hard pollinium， which contains great implications of classifications. （4） Pollen may be dispersed in monads or grouped in pollen dispersal units by following three viscous substances （pollenkitt， elastoviscin， cohesion strands） derived from the tapetum. （5） Three main types of sectile pollinia in Orchidoideae were recognized based upon form and arrangement of massulae. Meanwhile， different numbers and varied morphology of pollinia in Epidendroideae were produced by the different numbers and orientations of sterile septum differentiated in the microsporangium during the early anther development based on anatomic evidence. （6） Some embryological features during anther development were diverse at the different categories， including the number of thecae， the type of anther wall development， thenuclei numbers of tapetum， the pattern of cytokinesis， the varied arrangements of microspore tetrads， and the nuclei number of pollens， which could provide a better understanding of taxonomy and evolution of Orchidaceae. However， considering the large number of orchid species， research data available seemed to be very limited. And then， it is necessary to clarify such fascinating questions as functional differentiation and developmental patterns of stamens and staminods， formation mechanisms for varied pollen dispersal units， and diverse embryological features of anther development. Therefore， much more efforts should be taken for the development of androecium in Orchidaceae， including expansive investigation of materials to be observed， using multidisciplinary technicalmethods， and rivising the common terminology of orchid floral morphology.

Key words： fertile stamen， staminode， pollen dispersal unit， anther development， systematics

蘭科是被子植物僅次于菊科的第二大科，擁有約800屬近28 000種，世界廣布，多見于濕潤的熱帶和亞熱帶區域，少數分布于溫帶地區（Pridgeon et al.， 1999; Chen et al.， 2009; Chase et al.， 2015）。大部分蘭科植物具有以下4個典型的花形態特征。第一，花兩側對稱，花萼和花瓣兩輪，各3枚，形態近相似，中央一枚花瓣特化為唇瓣（lip or labellum），形態各異。第二，雄蕊和雌蕊（除子房外）愈合形成一個柱狀復合結構，叫合蕊柱或蕊柱（gynostemium or column）。第三，花藥成熟開裂時，花粉常聚合成不同數目和排列的花粉小塊（sectile pollinium， or massulae）或花粉團（pollinium）。第四，子房下位，常具1室，側膜胎座著生數枚倒生胚珠，發育為數目繁多的塵埃大小的種子，無胚乳。因此，蘭科植物的花形態特征的專業術語在被子植物里較為獨特，包括唇瓣、合蕊柱、蕊喙（rostellum）、花藥帽（anther cap）、花粉團、黏盤（viscidium）、黏盤柄（stipe）、花粉團柄（caudicle）等（Dressler， 1993；郎楷永等，1999）。

合蕊柱和花粉團一直被視為蘭科物種多樣性演化過程中的關鍵革新性性狀（innovative features），其形態建成離不開雄蕊的貢獻（Endress， 2001， 2016；Rudall & Bateman， 2002）。發育完好的合蕊柱（developed column or gynostemium）是由一枚可育雄蕊的花絲和雌蕊的花柱愈合形成的一個具有背腹面之分的扁平柱狀結構，從上到下由花藥、柱頭和合蕊柱三部分構成（Dressler， 1986， 1993）。花粉團是可育雄蕊的花開裂時，同一個花藥室的花粉靠黏性物質凝聚成的團塊（Dressler， 1986；Singer et al.， 2008；Endress， 2016）。在物種多樣性豐富的蘭科家族，發育完好的合蕊柱和花粉團這一對特征經常同時出現，出現在三個核心分支（core clades），包括香莢蘭亞科（Vanilloideae）、蘭亞科（Orchidoideae）、樹蘭亞科（Epidendroideae）。這三個亞科均具一枚可育雄蕊，被稱為單雄蕊類群（monandrous orchids）。但是，花藥開裂時，它們的散粉單元（pollen dispersal unit）形態結構變化明顯，依次為黏性花粉團（sticky pollinium）、花粉小塊和花粉團（Pacini & Hesse， 2002， 2005；Singer et al.， 2008）。與此同時，在蘭科的基部類群，還存在著一類“不發達的合蕊柱”（undeveloped column），指僅由雄蕊的花絲和雌蕊的花柱在基部或中部以下愈合，各見于擬蘭亞科和杓蘭亞科。這兩個亞科的可育雄蕊數目差別明顯，前者有3枚，后者有2枚，分別被稱為三雄蕊蘭（triandrous orchids）和雙雄蕊蘭（diandrous orchids）（Pacini & Hesse， 2002；Singer et al.， 2008）。花藥開裂時，兩個亞科的花粉形態截然不同，前者為干燥的單粒花粉（dry pollen），后者為黏性花粉（sticky pollen）。因此，蘭科雄蕊發育的研究內容主要包括可育雄蕊和不育雄蕊的功能分化及其器官發生、可育雄蕊數目的變化、花藥成熟時散粉單元類型、不同散粉單元內花粉凝聚黏合的機制、花藥發育胚胎學特征等。

1蘭科可育雄蕊數目和散粉單元類型的分類系統學及傳粉生態學意義

最新的分子系統學（Chase et al.， 2015）支持蘭科分為5個亞科，包括基部類群的擬蘭亞科、次基部類群的香莢蘭亞科和杓蘭亞科、核心類群的蘭亞科和樹蘭亞科，為進一步理解蘭科雄蕊數目和散粉單元的系統學意義提供了可行性框架。基于分子系統學和形態證據，可育雄蕊數目的減少和花粉逐步愈合的特征在5個亞科的系統演化樹上表現出明顯的平行演化趨勢，蘊含著重要的分類系統學和傳粉生態學意義（Singer et al.， 2008）。鑒于此，本文根據蘭科分子系統樹把這對關系密切的特征劃分為5類：（1）三雄蕊蘭-具花粉粒，（2）雙雄蕊蘭-具黏性花粉，（3）單雄蕊蘭-具黏性花粉，（4）單雄蕊蘭-具花粉小塊，（5）單雄蕊蘭-具花粉團，依次出現在擬蘭亞科、杓蘭亞科、香莢蘭亞科、蘭亞科和樹蘭亞科。

1.1 擬蘭亞科： 三雄蕊蘭-具花粉粒

三雄蕊蘭-具花粉粒（triandrous orchids with pollens），指可育雄蕊有2～3枚，花藥成熟開裂時散粉單元為干燥花粉單體（monad），呈顆粒狀，出現在基部類群的擬蘭亞科（圖1：A1，A2）。該亞科為蘭科其余4個亞科的姐妹群（Chase et al.， 2015），包括2屬約17種，是蘭科里最小的一個亞科，為林下地生蘭，分布于熱帶亞洲和大洋洲（Dressler， 1993）。擬蘭亞科包括三蕊蘭屬（Neuwiedia Bl.）和擬蘭屬（Apostasia Bl.），其花形態更接近于蘭科的姐妹群——仙茅科（Hypoxidaceae）（Cameron， 2009；Chase et al.， 2015），如近輻射對稱的花型，具3枚可育雄蕊，其花絲和花柱僅在基部愈合，柱頭頂生呈球形。但是，可育雄蕊數目和花藥開裂方式在屬間不同，可作為屬間界限的劃分依據。三蕊蘭屬的可育雄蕊有3枚，花藥縱裂，而擬蘭屬的可育雄蕊有2枚，另有1枚退化雄蕊，花藥頂孔開裂（Kocyan & Endress， 2001）。

1.2 香莢蘭亞科： 單雄蕊蘭-具黏性花粉

單雄蕊蘭-具黏性花粉（monandrous orchids with sticky pollens），指合蕊柱僅由1枚可育雄蕊和雌蕊的花柱及柱頭高度愈合，花藥成熟時的散粉單元為黏性花粉，呈漿糊狀或粉狀，可為具有黏性的單花粉粒（pasty pollen）、兩兩黏合的花粉單體或四合花粉，見于香莢蘭亞科（圖1：B1，B2）。該亞科是蘭科的次基部類群，為多年生地生蘭或附生蘭，或攀援草本，廣布全世界，包括2族15屬約185種（Pridgeon et al.， 2003）。香莢蘭亞科花粉形態研究資料較少，現有研究結果認為其成熟花藥散粉時的散粉單元類型與杓蘭亞科的一致，但都不形成真正意義上的花粉團（Singer et al.， 2008）。這兩個亞科親緣關系較近，均具黏性花粉粒，呈漿糊狀或粉狀，以涂片狀（smear）的形式黏在傳粉者背部（Dressler， 1993），但傳粉機制不同。杓蘭亞科具有囊狀唇瓣，可作為吸引昆蟲的陷阱，而香莢蘭亞科部分物種的雄蕊有一個厚實有彈性的花絲朝前彎曲（bent/hyperimcumbent）（Dressler， 1993），在傳粉者絡繹不絕的拜訪中，花粉慢慢釋放，當傳粉者離開花朵時，身體上覆蓋著一層粉塵一樣的花粉粒。

1.3 杓蘭亞科： 雙雄蕊蘭-具黏性花粉

雙雄蕊蘭-具黏性花粉（diandrous orchids with sticky pollens），指具有2枚可育雄蕊，其花藥開裂時露出的散粉單元為具黏性的花粉粒，呈漿糊狀（pasty）的黏花粉粒（sticky pollens），可為花粉單體或四合花粉（tetrad），出現在杓蘭亞科（圖1：C1，C2）。該亞科與香莢蘭亞科組成蘭科的次基部類群，分布于歐亞大陸和美洲，包括5屬和180種，每個屬都有獨立而特定的地理分布（Dressler， 1986；Pridgeon et al.， 1999）。除了南美洲特有的3個小屬以外，其余2個屬在我國均有分布，包括杓蘭屬（Cypripedium L.）和兜蘭屬（Paphiopedilum Pfitz.）（郎楷永等，1999；Pridgeon et al.， 2001；陳心啟等，2009）。杓蘭亞科的花部形態在蘭科5個亞科里的識別度較高，包括由2枚側萼片愈合的合萼片、特化為囊狀的唇瓣、不發達的合蕊柱、1枚發達的退化雄蕊（staminode）和盾狀柱頭等。其中，該亞科的雄蕊和花藥較為獨特，具2枚可育雄蕊，其花絲粗短，花藥開裂時散粉單元為一團表面光滑的黏性花粉團（a mass of sticky pollens），并位于傳粉者的必經之路。雖然花粉黏性較大看似成團，但組織切片結果證實了紫紋兜蘭的成熟花藥內的花粉細胞排列稀疏，既有單粒花粉也有四合花粉，花粉間存在來自絨氈層降解后的黏性物質把所有花粉黏合成一體，以提高傳粉效率（任玲和王伏雄，1987）。這些黏性花粉在長瓣兜蘭（Paphiopedilum dianthum）（史軍等，2007）和綠花杓蘭（Cypripedium henryi）（Li et al.， 2008）的傳粉者身上清晰可辨。因此，黏性花粉、囊狀唇瓣和發達的退化雄蕊等特征，構成了杓蘭亞科特有的傳粉綜合特征（Li et al.， 2006， 2008）。通常情況下，傳粉者受誘惑于醒目的花形態或氣味，很容易失足跌落囊狀唇瓣內，為了逃離“陷阱”，昆蟲必須通過唇瓣兩側靠近花藥的通道往外爬。在逃離的過程中，傳粉昆蟲的背部就會蹭到囊口的黏性花粉粒，巧妙地幫助植物完成了傳粉（Li et al.， 2006， 2008； Zheng et al.， 2011）。研究發現，這些黏在傳粉者體表的花粉粒為花粉單體涂片（smears of monad）或四合花粉（van der Gingel， 1995；Bnziger， 1996；Bnziger et al.， 2005）。此外，大部分杓蘭屬的散粉單元多為黏性花粉，但部分成員（如section Sinopedilum， sensu， Perner， 2009） 的成熟花藥的散粉單元為一個完整黏性較強的棒狀花粉團，內部充滿了類似于花粉鞘的黏性膠狀物且具黏盤狀附屬物。

1.4 蘭亞科： 單雄蕊蘭-具花粉小塊

單雄蕊蘭-具花粉小塊（monandrous orchids with sectile pollinia），指合蕊柱僅由1枚可育雄蕊和雌蕊的花柱高度愈合而成，成熟花藥散粉時為易分割的花粉團。花粉團也稱花粉小塊，由于質地柔軟，又叫做軟花粉團（soft pollinium），主要見于蘭亞科（圖1：D1，D2）。該亞科是蘭科演化系統中的核心類群之一，為多年生地生蘭，包括了7族約180屬和3 630種，約占蘭科物種數的15%（Pridgeon et al.， 2001），僅次于樹蘭亞科（約21 000種）。同一孢子囊的花粉小塊排列形式多樣，即數個楔形的同源花粉小塊（fairly homogenous wedge-shaped massulae）集體附著在由不育隔膜組織降解形成的黏性結構上，充當了花粉團柄、黏盤、黏盤柄等附屬結構（accessory structure），提高了傳粉效率（Freudenstein & Rasmussen， 1997）。花粉團是一個孢子囊所有花粉的集合（Johnson & Edwards， 2000），在一定程度上提高了異花傳粉效率（Singer & Sazima， 1999， 2000， 2001； Singer et al.， 2008），是蘭科演化路線上物種多樣性加速急劇增加的重要變革性特征（Dressler， 1993； Endress， 2016）。

1.5 樹蘭亞科： 單雄蕊蘭-具花粉團

單雄蕊蘭-具花粉團（monandrous orchids with hard pollinia），指合蕊柱由1枚可育雄蕊和雌蕊的花柱和柱頭高度愈合而成，花藥成熟開裂時，花粉凝聚成一體的堅固花粉團，見于樹蘭亞科（圖1：E1，E2）。該亞科是蘭科的核心類群，通常為多年生地生蘭或附生蘭，分布在熱帶和亞熱帶地區，包括17族650屬21 160種，其物種數占蘭科組成的74% （Chase et al.， 2015；Freudestin & Chase， 2015）。樹蘭亞科的花粉團是完整不可分割的散粉單元的集合體，其質地堅硬，表面光滑、呈蠟質，即經典蘭科分類系統中所謂的蠟質或堅硬花粉團（so-called “waxy” or “hard” pollinium）（Pridgeon et al.， 2005， 2009， 2014）。從外觀形態結構而言，一個孢子囊里的花粉團可以是帶附屬結構的花粉器（pollinarium = pollinia with attachment）（Dressler， 1986， 1993），也可以為無附屬結構的裸花粉團（naked pollinium without accessory structure）。顯然，單獨的裸花粉團不會被傳粉者從花藥里帶走，但合蕊柱頂部位于花藥和柱頭腔之間的蕊喙組織在受到外界干擾時會分泌釋放黏性物質，幫助花粉團黏在傳粉者身上，完成傳粉（Dressler， 1986， 1993）。這個花結構的形態機制普遍見于新熱帶分布的石豆蘭屬（Bulbophyllum Thouars）、亞洲分布的石斛屬及其近緣類群（Dendrobium Sw. with their alliances）（Dressler， 1986， 1993）。另外，帶有附屬結構的花粉塊特征對于樹蘭亞科的適應性傳粉機制和系統演化顯得至關重要，在族、亞族和屬間都有不同的形態變異，形成不同的傳粉機制，表現出高度專一而多樣的傳粉生態適應性演化機制（Pridgeon et al.， 2005， 2014；Endress， 2016；Mosquera-Mosquera et al.， 2019）。

2蘭科退化雄蕊和可育雄蕊的器官發生與發育

蘭科的花器官發生過程中，存在大量的融合、缺失或退化、滯留發育等次生現象（Rasmussen， 1982， 1986；Kurzweil， 1998；Freudestein & Rasmussen， 1996；Decraene & Smets， 2001；Rudall & Bateman， 2002；Endress， 2001， 2016），包括可育雄蕊數目及其功能分化、合蕊柱類型、花藥成熟時散粉單元類型變化，以及杓蘭亞科特有的兩枚側萼片愈合為合萼片的現象。圍繞蘭科可育雄蕊數目和功能分化及其系統學意義的理解，本文梳理了相關資料，發現以下4個特點。

2.1 蘭科雄蕊數目起源分化的猜想

關于雄蕊數目及其功能分化的演化意義的觀點大部分來自對不同類群成熟花結構的觀察和比較，出現在蘭科分類系統專著（Dressler， 1986， 1993；Pridgeon et al.， 1999， 2001， 2003， 2005， 2009， 2014）。這些觀點普遍認為，位于百合目的蘭科祖先具有6枚可育雄蕊，在演化過程中伴隨著3枚、4枚和5枚可育雄蕊的缺失或退化（Dahlgren & Bremer， 1985；Rasmussen， 1982， 1986），演化出目前蘭科分子系統樹上的三雄蕊的擬蘭亞科、雙雄蕊的杓蘭亞科及單雄蕊的香莢蘭亞科、樹蘭亞科和蘭亞科。值得注意的是，這些猜想均基于對成熟花結構的觀察。

2.2 掃描電鏡可揭示花器官發生中雄蕊原基的分化和發育

隨著掃描電鏡技術的發展和廣泛運用，更多研究可以選擇不同雄蕊數目的代表類群，從花器官發生和花發育過程，系統地觀察比較合蕊柱、柱頭腔、蕊柱齒、蕊喙等附屬結構的器官起源和發育特點，如擬蘭亞科（Kocyan & Endress， 2001）、杓蘭亞科（Kurzweil， 1993）、蘭亞科（Kurzweil， 1987b， 1996；Luo & Chen， 2000；Kurzweil et al.， 2005；Box et al.， 2008）和樹蘭亞科（Kurzweil， 1987a）。值得關注的是，這些利用掃描電鏡觀察早期花器官發生并探討其分類系統演化意義的研究結果大部分都是基于前人提出的假說，即蘭科祖先具有6枚雄蕊，各有兩輪，內輪雄蕊原基發育停滯，形成了退化雄蕊殘跡，外輪雄蕊中的1或2枚退化，演化為雙雄蕊和單雄蕊類群。

2.3 多學科手段探究蘭科雄蕊發育多樣性

掃描電鏡和石蠟切片技術可為理解蘭科可育雄蕊及花藥發育的演化意義提供個體發育證據。掃描電鏡從花器官發生的角度揭示了雄蕊原基和相鄰花器官原基（花萼、花瓣、唇瓣、雌蕊）發生的相對位置和時空發育順序；石蠟切片從組織切片水平揭示雄蕊原基數目及其維管束在花部維管束中的起源、分布和走向。這在擬蘭亞科得到充分體現。五個亞科里，擬蘭亞科的退化雄蕊和可育雄蕊的發育機制相對清楚（Stern et al.， 1993；Kocyan & Endress， 2001），Chase等（2015）從器官發生和組織切片水平，揭示了該亞科僅有的兩個屬的雄蕊發育和功能分化的異同，證實了擬蘭亞科的雄蕊發育模式更接近于蘭科所在的天門冬目（Asparagales），支持它作為蘭科的基部類群，得到了分子系統學證據的有力支持。

2.4 蘭科雄蕊器官發生和發育的研究現狀

長期以來，關于具單雄蕊的蘭亞科和樹蘭亞科的雄蕊器官的起源及功能分化備受蘭科植物學家的關注。其中，貢獻最大的當數南非蘭科分類學家Kurzweil的系列研究成果。Kurzeweil（1987a）先后利用掃描電鏡系統地觀察了不同亞科和族（sensu， Rasmussen，1986）具代表性的90種蘭花的花器官發生，包括萼片、花瓣、唇瓣、雄蕊與雌蕊的器官發生的時空位置和順序等，討論了合蕊柱器官發生中退化雄蕊和可育雄蕊原基的時空位置和發育特點，揭示了合蕊柱的附屬結構（蕊柱齒、耳狀結構、蕊喙等）的器官來源（Kurzweil， 1987a， 1987b， 1989， 1990， 1996；Kurzweil et al.， 2005）。樹蘭族（Epidendreae）和萬代蘭族（Vandeae）（sensu Ramussen， 1986）的39屬47種蘭花的花發育揭示了合蕊柱的兩側附屬物（耳狀結構，auricles）與兩枚退化雄蕊原基同源，腹面的附屬物則是近軸雄蕊原基發育的殘留物，認為蕊喙為柱頭中裂片的頂端，唇瓣是內輪花瓣，并簡要討論族級系統學意義（Kurzweil， 1987a）。相反，在蘭亞科（sensu Ramussen， 1986）的11種紅門蘭族植物的花器官發生過程中，耳狀結構見于可育雄蕊的腹面，因此不能解釋為退化雄蕊的殘跡。據此推斷退化雄蕊原基起源較早，因其發育過程中出現了停滯和退化現象，所以成熟花結構里看不到退化雄蕊痕跡，同時三裂蕊喙完全源自中央心皮原基（Kurzweil， 1987a）。鳥巢蘭亞科（Neottioideae sensu Ramussen， 1986），即19種鳥巢蘭族物種里，退化雄蕊的器官發生為漸進式，即早期兩枚側生雄蕊分化明顯，而后期大部分物種都出現了發育停滯和退化（Kurzweil， 1987a）。在萼距蘭亞族（Disinae）的24種蘭花中（Kurzweil， 1990），合蕊柱兩側的耳狀結構是復合型起源，既有可育雄蕊的花絲，也有退化雄蕊原基成分，中央心皮完全發育為蕊喙。12種鳥足蘭亞族（Saryriinae）的花器官揭示了退化雄蕊原基不明顯，但合蕊柱兩側附屬物的分叉結構應該是來自退化雄蕊和耳狀結構的附屬物，這也見于澳洲的粉藥蘭族（Cranichideae）和雙尾蘭族（Diurideae）的合蕊柱器官發生過程（Kurzweil et al.， 2005）。

我國的蘭科雄蕊發育的研究資料較少。Luo和Chen（2000）利用掃描電鏡觀察了紅門蘭亞族6屬10種蘭花的花器官發生，揭示了蕊喙裂片和黏盤等特殊結構的起源，為理解蘭亞科的可育雄蕊的分類系統學意義提供了基礎。同時，舌喙蘭屬（Hemipilia Lindl.）合蕊柱器官發生（Luo et al.， 2005）和兩種玉鳳花屬（Habenaria Willd.）植物的合蕊柱超微結構特征（陶凱鋒等，2023）為解決它們與近緣屬的親緣關系提供了依據。

近年來，不斷更新的研究手段為理解蘭科雄蕊發育的器官發生和組織切片水平的發育模式提供了更多信息。除傳統的石蠟切片和掃描電鏡外，還結合X射線顯微拍照技術，即顯微-CT（Micro-CT）和功能基因分析手段（Gamisch et al.， 2013；Pramanik et al.， 2020），從器官發生、組織切片、組織化學染色等多手段研究花形態發育過程，為理解蘭科雄蕊功能分化的系統學意義提供了新資料和新角度。

此外，在單雄蕊的蘭亞科和樹蘭亞科里，有部分物種存在著2或3枚可育雄蕊的特例。例如，蘭亞科的緣毛鳥足蘭（Satyrium nepalense var. ciliatum）的部分植株存在退化雄蕊，形成功能性雌株，為蘭科中少有的雌雄異株的典型代表（陳心啟，1979）。本文作者觀察了其雌雄同株的花藥發育過程，發現結構較小的退化雄蕊也有花藥發育，但在小孢子四分體時期發育停滯，出現敗育（待發表）。樹蘭亞科的部分物種出現了2枚或3枚可育雄蕊的特例，但器官發生的研究資料缺乏。例如，鳥巢蘭屬（Diplandrorchis S. C. Chen） ［ = （Neottia Guett.）］有2枚可育雄蕊，中國產的金佛山蘭屬（Tangtsinia S. C. Chen） ［ =頭蕊蘭屬（Cephalanthera Rich.）］ 有5枚退化雄蕊和最外一枚雄蕊（陳心啟，1982）。章魚蘭的變種（Encyclia cochleata var. triandra）擁有3枚可育雄蕊，被認為與自花授粉有關（Catling， 1990）。關于這些異常花結構的器官發生，Pabón-Mora和González（2008）利用掃描電鏡和石蠟切片技研究了樹蘭亞科較為罕見的具有輻射對稱花的類群毛頂蘭屬（Telipogon Kunth）及其近緣種的發育模式和系統學意義，以及樹蘭屬（Epidendrum L.）及其近緣類群錐葉蘭屬（Microepidendrum Brieger ex W.E.Higgins）等花發育后期的結構特征（Valencia-Nieto et al.， 2016）等。因此，從器官發生、組織切片、基因組水平等探究蘭科里出現的這些“異常花”的發育和形成機制，可為深入理解蘭科雄蕊發育提供新資料。

3蘭科不同散粉單元花粉超微形態特征的研究現狀

3.1 花粉超微特征的分類系統學意義

目前，盡管蘭科的分類系統學在亞科水平上較為穩定并被廣泛采納，但亞科下的族、亞族、屬、種間的分類群界限和親緣關系爭議較大，亟待澄清（Chase et al.， 2015；Li et al.， 2016）。蘭科散粉單元類型的花粉外壁紋飾特征在亞科、族、亞族、屬和種間的差異明顯，具有重要的分類系統學意義（Burns-Balogh， 1983；Burns-Balogh & Bernhardt， 1985；Burns-Balogh & Hesse， 1988；Pacini & Hesse， 2002；Blackmore et al.， 2007）。花粉形態和外壁紋飾特征在同一個屬內較為相似，如手參屬（Gymnadenia R. Br.）、兜被蘭屬（Neottianthe Schltr.）（席以珍等，2000）和玉鳳花屬（Passarelli & Rolleri， 2010; Mulgaonkar， 2011），可作為屬間界限劃分和物種鑒定的依據。具有一定的代表性的取樣范圍，有助于獲得某個類群的花粉形態特征的演化趨勢，具有重要的分類學意義。例如，18種石斛屬（Dendrobium Sw.）植物里有3條明顯的演化路線（Bhupendra et al.， 2012），中國產的14種石斛屬植物的花粉形態和超微形態特征在種間差異明顯，為光滑、穴狀或顆粒狀等，可用于近緣種的物種鑒別（王艷萍等，2021）。分布于熱帶美洲的類群（Pleurothallidinae亞族21屬）的花粉團的形態外壁紋飾在屬間變化多樣，具2條明顯的演化路線（Stenzel， 2000）。玉鳳花屬（4種）的花粉團表面紋飾比較相似，均為網狀紋飾（Passarelli & Rolleri， 2010）。

3.2 花粉超微特征的傳粉生物學意義

花粉超微形態特征不僅在系統分類方面提供形態證據，而且對于理解蘭科高度適應性進化的傳粉生物學很有幫助。鳥巢蘭族（Neottieae）是一類花粉散粉時以單粒或四合花粉為主的蘭花，在樹蘭亞科中很少見（Pacini & Hesse， 2002）。Barone等（2014）利用掃描電鏡觀察鳥巢蘭族5屬10種蘭花的花粉揭示了該族的花粉外壁的覆蓋層特征在系統樹上呈現為由薄到厚的演化趨勢，同時單粒花粉僅出現在有花蜜回報的類群中，而四合花粉見于沒有回報的欺騙性傳粉的蘭花。此外，花粉超微形態結果表明，蘭科植物中存在著假花粉粒的現象，如石斛屬（Davies & Turner， 2004）和腭唇蘭屬（Maxillaria Ruiz & Pav.）（Davies et al.， 2013），兩者在超微形態結構方面區別明顯。假花粉粒的出現也許是蘭科植物傳粉生態適應性進化的一個機制（Davies & Turner， 2004）。

4蘭科花藥開裂時，散粉單元內花粉黏連的研究現狀

在蘭科4類主要散粉單元類型（花粉粒、黏性花粉、花粉小塊和花粉團）中，最容易理解的是擬蘭亞科的松散花粉粒（圖1：A1，A2），花粉粒之間無黏性，這與大部分被子植物的花粉粒的形態特征一致。杓蘭亞科花粉囊產生的單分體花粉或四合花粉外被一層黏性物質包裹（圖1：C2），但不凝聚成黏性花粉團（任玲和王伏雄，1987；Singer et al.， 2008）。香莢蘭亞科中出現了由單分體花粉聚集成的花粉團（圖1：B2）（Harder & Johnson， 2008）。蘭亞科里出現了由四合花粉結合在一起形成的軟花粉團或花粉小塊（圖1：D2）（Barone Lumaga et al.， 2006）。占蘭科85.7%物種數的樹蘭亞科的大部分物種的花粉則進一步凝聚成堅硬的蠟質花粉團（圖1：E2）（Dressler， 1993；Johnson & Edwards， 2000）。

4.1 散粉單元內部花粉粒間的3類黏性物質

在蘭科的花藥發育后期，花藥壁的絨氈層和不育隔膜組織的內絨氈層的降解，參與了成熟花粉黏連成不同散粉單元的過程，主要有3類黏性物質。第一類是花粉鞘（pollenkitt），主要由黏性的脂類物質組成，還包括一些疏水性脂肪、類黃酮、胡蘿卜素和絨氈層蛋白等退化產物，存在于花粉或花粉團外部，該類物質可以將花粉凝聚四合花粉或花粉團，有防止水分蒸發、調控花粉與雌蕊識別反應等功能（Ackerman & Williams， 1981；任玲和王伏雄，1987；Pacini & Hesse， 2005）。第二類是彈性黏素（elastoviscin），是蘭科中最常見的黏性物質，是一種高分子脂類化合物（Blackman & Yeung， 1983），與花粉鞘同源（Schill & Wolter， 1986），由花藥內的內絨氈層組織降解形成，是花粉團柄的組成成分，負責將四合花粉或花粉小塊黏合成花粉團，在蘭亞科、樹蘭亞科中均有報道（Dressler， 1986；Blackman & Yeung， 1983；Hesse & Burns-Balogh， 1984）。第三類是其他黏性物質或黏絲（cohesion strands），源自絨氈層降解后釋放的脂類粘貼劑，出現在花粉團發育后期，干燥后覆蓋在花粉團上（Blackman & Yeung， 1983；Yeung， 1987）。此外，近期功能基因研究表明，除擬蘭亞科外，其余4亞科中均丟失MIKC*類的P-亞類基因，致使花粉粒從分離向黏連轉變，并逐漸凝結成花粉塊（Kwantes et al.， 2012）。

4.2 花粉外壁結構有助于花粉黏連為散粉單元

有研究利用掃描電鏡和透射電鏡觀察了蘭科花粉粒或花粉團之間的超微結構，認為散粉單元的外壁的覆蓋層物質對于黏結花粉粒成團起到了外資聚合力。在樹蘭亞科的Diseae族里，花粉黏合成團是通過花粉團外壁的覆蓋層橋實現的（Chesselet & Linder， 1993）。在那些具有粉狀或粉質的花粉團的蘭花中，所有的花粉都具同一外壁紋飾類型，它們凝聚在一起靠的是花藥壁的絨氈層自我分解（autolysis）后釋放出的一種脂類黏貼劑。這個物質最后會在整個花粉團內滲透并加固所有的小孢子（Fitzgerald et al.， 1994）。早期釋放的必需的加固膠質會覆蓋所有的花粉粒。相反，在石斛屬，加固成團的花粉團內部的花粉粒缺乏外壁紋飾層（Zavada， 1990）。不過，在樹蘭（Epidendrum ibaguense）中，成熟花粉團會出現分層（reveal layering）。花粉外壁明細分為形態不定的內壁層（amorphous nexine），覆蓋著所有的花粉，同時外壁層（sexine）向花粉團周邊凝集（Blackman & Yeung， 1983）。因此，花粉凝聚成團主要歸功于花藥發育后期的分泌物。這些分泌物又稱為膠合劑材料（adhesive materials），由絨氈層細胞產生，但滲透范圍僅限于兩個四合花粉粒外壁之間。由于曝光和干燥，這一層多聚合物質會形成一個堅固的外殼（Fitzgerald et al.， 1994）。在具花粉小塊的種類里（如Loroglossurn hircinum）（Pandolfi & Pacini， 1995），花粉粒以四合花粉為最小單位，兩兩靠近黏連，形成花粉小塊。因此，內部明顯分為兩層，靠外的一層保持著四合花粉的整體性，而最內一層為單花粉粒結構。其花粉外壁紋飾特征也僅局限于最外層的花粉。此外，在一些具有花粉小塊的類群里（如Disinae），內部的四合花粉兩兩相伴（calymmate），但更大集合的花粉小塊之間的距離較遠（acalymmate）（Chesselet & Linder， 1993）。

由此可見，蘭科4類散粉單元類型，即單花粉粒、黏花粉粒（四合花粉）、花粉小塊和花粉團，既依靠花粉粒之間內在聯系的黏貼劑，又需要花粉粒凝聚成復合花粉后外壁的加固膠著連接物質。因此，系統地選擇一些有代表性的類群，從花藥發育過程觀察小孢子母細胞時期到成熟花粉時期，細胞壁之間的胼胝質、多糖或脂類等的積累特征和分布模式，將有助于理解蘭科植物的不同散粉單元的形成原因。

5蘭亞科花粉小塊與樹蘭亞科花粉團發育

花藥散粉單元的形態構成在蘭亞科和樹蘭亞科差異明顯，是劃分兩個亞科界限的關鍵依據（Dressler， 1986， 1993；Freudenstein & Rasmussen， 1997， 1999；Singer et al.， 2008）。蘭亞科的散粉單元為花粉小塊，指同一個孢子囊內由不同數目的楔形花粉塊圍繞著一個固著樁著生的花粉集合，其數目、形態、結構和質地等在族、屬和種間差異明顯，具重要的分類學意義。斑葉蘭亞族（Goodyerinae）和玉鳳花亞族（Habenariinae）的花粉小塊具有黏盤柄， Cloraeinae亞族的花粉小塊無花粉團柄（Dressler， 1986， 1993；Rasmussen， 1982）。樹蘭亞科的散粉單元為不同數目或形態的花粉團，有時為帶有附屬結構的花粉器。花粉團僅指同個孢子囊內所有花粉粒黏連成團的花粉集合成團，組織成分簡單，全部源于雄蕊組織。花粉器是指除了花粉團外，還有其他附屬結構將不同數目的花粉團連成一體，其組織成分較為復雜，除了花粉團和花粉團柄源自雄蕊以外，充當附屬結構的黏盤、黏盤柄和蕊喙等均來自雌蕊組織（Dressler， 1986， 1993）。因此，散粉單元類型的形成機制成為理解兩個亞科分類系統學的主要內容。

5.1 蘭亞科花粉小塊的排列類型

蘭亞科的花粉小塊通常是有一串可分離的單元構成，其形態在族和屬間變化明顯，具有重要的分類學意義（Dressler， 1986， 1993；Rasmussen， 1986；Freudenstein & Rasmussen， 1997， 1999；Singer et al.， 2008）。關于花粉小塊發育及分類系統學意義，較為系統的研究見Freudenstein和Rasmussen（1997）的工作。他們選擇了蘭亞科主要族或亞族的代表類群，以約占該亞科30%的物種為研究對象，通過石蠟切片和掃描電鏡觀察了不同類群的花粉小塊的形態結構及其系統親緣關系。該研究結果表明，蘭亞科的花粉小塊有兩種基本類型和一個過渡類型，具體如下。（1）紅門蘭型花粉小塊（orchidoid type）：指排列整齊且形態大小相似的花粉小塊，每個花粉小塊都著生或粘貼在有彈性的黏柱上（Dressler， 1986；Schill & Wolter， 1986），從而構成一層層覆瓦狀排列的可分割的花粉團。這種類型見于蘭亞科大部分類群中，如斑葉蘭亞族、紅門蘭族（Orchideae）、Prasophyllinae亞族、竹莖蘭亞族（Tropidiinae），以及肉藥蘭屬（Stereosandra Blume）。肉藥蘭屬沒有葉子，現被放置在樹蘭亞科的芋蘭族（Nervilieae），該屬有兩對花粉團，每一對花粉團都相互緊密貼靠在一起。（2）樹蘭型（epidendroid type）：花粉小塊的形態大小皆不規則，通常是多層排列，花粉小塊之間通過有黏性的絲狀體聚合在一起。這些有黏性的絲狀體在虎舌蘭（Epipogium roseum）中特別明顯。虎舌蘭的花粉團由好幾層花粉小塊組成，層數要多于其他該科物種。Vermeulen（1965）認為，虎舌蘭的花粉小塊以四合花粉為黏合單元聚合在一起，此特征在透射電鏡（TEM）下可被觀察到（Hesse et al.， 1989）。由于虎舌蘭的花粉塊具有明顯的由黏性絲狀物組成的花粉團柄，因此，其花粉小塊也是散生的四合花粉（Rasmussen， 1986）。（3）過渡類型花粉小塊：指除了上述兩種基本類型外，還有一些形態有所變異的過渡類型，尚未命名。例如，美髯蘭屬（Arethusa L.）的花粉小塊上的四合花粉很容易被辨識，該屬與血葉蘭屬（Ludisia A. Rich.）和Platytheles屬均為花粉小塊排列稀疏的類型；由于花粉排列緊密，貝母蘭屬（Coelogyne Lindl.）的花粉小塊上的四合花粉則很難識別。此外，部分類群孢子囊中央的隔膜組織部分缺失，構成了中空的花粉團，如美髯蘭屬和美須蘭屬（Calopogon R. Br.），這在樹蘭亞科里很少見，因此認為這兩個屬具有一定的親緣關系。

5.2 樹蘭亞科不同花粉團數目和形態的研究進展

樹蘭亞科的花粉團形態獨特，其數目、排列（并列或重疊）、質地（易散或完整）及其附屬物等在同一分類群中較為穩定，在族、亞族和屬間具有重要的分類系統學意義。花粉團的數目在20 000多種的樹蘭亞科里差異顯著。2個花粉團的特征出現在物種數多達1 300種的指甲蘭亞族，包括萬代蘭屬（Vanda Jones ex R. Br.）、指甲蘭屬（Aerides Lour.）和火焰蘭屬（Renanthera Lour.）等。4個花粉團普遍見于蘭屬（Cymbidium Sw.）、石斛屬、石豆蘭屬等。8個花粉團則出現在蝦脊蘭屬（Calanthe R. Br.）、竹葉蘭屬（Arundina Blume）、鶴頂蘭屬（Phaius Lour.）等。此外，6個花粉團僅出現在南美分布的Pleurothallidinae亞族，尚未有更多研究資料可供參考。關于樹蘭亞科的不同數目花粉團的形成及其系統學意義，蘭科分類學家提出了一些猜測和推理（Burns-Balogh & Funk， 1986；Dressler， 1993）。其中，最普遍的觀點認為花藥發育在蘭科系統演化種存在著大量的次生融合和退化以及次生分裂和增生等現象。若樹蘭亞科不同數目的花粉團起始于4個，演化路線則有兩種方向，即通過次生融合或缺失形成2個和經次生分裂形成6或8個（Holttum， 1959；Burns-Balogh & Funk， 1986；Dressler， 1986， 1993）。這個觀點被普遍接受，其部分原因是考慮到被子植物中最常見的藥室或孢子囊數目也是4個（Johr et al.， 1992）。同時，也有觀點認為樹蘭亞科花粉團數目的演化路線為單向，既可通過次生分裂遞增，從2個逐漸增加為4、6或8個，也可由次生融合或缺失遞減，由8個減少為6、4或2個（Pridgeon， 1982）。然而，單向遞增和遞減的演化路線的推斷都基于Pleurothallidinae亞族，該亞族的花粉團數目比較齊全（2、4、6、8）都有，這為物種豐富的樹蘭亞科花粉團多樣性的演化帶來了疑問。不過，Pleurothallidinae亞族的分子系統學研究（Neyland et al.， 1995）并不支持單向遞增或遞減的觀點。在該亞族的分子系統樹上，8個花粉團出現的最早，可以算作祖征；2個或4個花粉團出現的較早，具有平行演化趨勢。值得注意的是，上述觀點均為根據成熟花藥中花粉團的數目結合系統位置進行推斷而得出。

現有資料表明，在蘭科花藥發育過程中，不育隔膜組織的分化和降解對于理解5個亞科不同散粉單元類型的形成至關重要，值得深入研究。在具有單雄蕊的蘭亞科和樹蘭亞科的花藥發育過程中，早期花藥原基分化出的不育隔膜組織的數目、朝向和位置對花粉小塊和花粉團的類型和數目具有決定性作用（Dressler， 1986， 1993；Freudestein & Rasmussen， 1996， 1997， 2002；Kant & Goel， 2013）。這是因為該不育隔膜組織在花藥成熟時會發生降解，把成熟花粉囊分割為大小不同（等大或不等大）、數目不等（2、4、8）和形態多樣（全緣、孔裂、淺裂、深裂）的散粉單元（Kant & Hossain， 2010；Kant et al.， 2013；張錦等，2019；李璐等，2020；譚慶琴等，2020），具體如下。（1）4個花粉團的形成機制較為清楚，揭示了在花藥發育早期，每個側生藥室的中央分化出一條貫穿小孢子囊的不育隔膜組織，在后期發生降解，發育為4個花粉團，見于石斛屬、原沼蘭屬（Malaxis Sol. ex Sw.）（Kant & Hossain， 2010）、指甲蘭亞族的蓋喉蘭（Smitinandia micrantha）（Bhanwra et al.， 2006）以及蘭屬的紋瓣蘭（Cymbidium pendulum）（Kant et al.， 2013）。（2）8個花粉團的形成機制也相對清楚，認為花藥原基分化出一對側生藥室，每個藥室中的孢原細胞組織分化出2條縱橫交錯的不育隔膜組織，在花藥成熟時發生降解，產生了8個花粉團，見于毛蘭屬（Eria Lindl.）、矮柱蘭屬（Thelasis Blume）和牛齒蘭屬（Appendicula Blume）（Freudestein et al.， 1996）以及竹葉蘭屬（譚慶琴等，2020）。（3）一對全緣、或深裂或淺裂的花粉團形成機制尚存疑問。Freudenstein和Rasmussen（1996）的研究由于缺乏早期花藥發育材料，根據成熟花藥解剖特征推測2個花粉團是由于每個藥室中央分化出不完整且沒有貫穿花藥室的一條不育隔膜組織，成熟花藥發生降解，將每個藥室的成熟花粉囊切割為一對深裂或中空的花粉團，見于合萼蘭屬（Acriopsis Blume）和萬代蘭族。這一點在紋瓣蘭（Cymbidium aloiflolium）的一對深裂花粉團（Bhanwra et al.， 2006）和大花萬代蘭（Vanda coerulea ） （張錦等，2019）的一對淺裂花粉團的發育過程中得到證實。值得注意的是，花粉團的數目和形態特征一直是萬代蘭族-指甲蘭亞族（Vandeae-Aeridinae）類群分類系統重建的重要爭議，主要是在同一分支類群里存在著全緣、淺裂或深裂或孔裂的花粉團特征（Dressler， 1986；Chase et al.， 2015）。例如，有文獻認為巾唇蘭屬（Pennilabium J. J. Sm.）的花粉團為全緣不裂（陳心啟等，1999；Chen et al.， 2009），但花藥形態發育揭示了解剖鏡下看似全緣的花粉團，在組織切片上表現為內側淺孔裂（李璐等，2020）。因此，有必要從組織切片水平系統地研究指甲蘭亞族形態變異較大的屬的花粉團特征的發育模式，為其令人費解的系統分類學提供準確的花粉團形態證據。

6蘭科花藥發育的胚胎學特征

蘭科花藥發育的胚胎學特征具有顯著的多樣性和獨特性，為散粉單元類型的形成和花藥開裂方式提供了形態解剖學資料，也為系統演化提供了證據（Swamy， 1949；Sood， 1986， 1989； Sood & Mohana Rao， 1986， 1988）。這些特征在亞科、族和屬間呈現出一定的普遍性和差異性，為理解蘭科的胚胎發育多樣性和系統演化提供了新證據（Mohana Rao & Sood， 1983， 1984， 1986； Bhanwra & Vij， 2003； Sriyot et al.， 2015）。關于蘭科可育雄蕊花藥發育的研究資料近年來呈增加趨勢（Kant & Bhanwra， 2010； Kant & Hossain， 2010； Kant et al.， 2013； Gurudeva， 2012， 2015a， b， 2016； 張錦等，2019； 譚慶琴等，2020； 李璐等，2020），研究內容集中在以下4個方面：（1）蘭科花藥室數目及其發育過程中不育隔膜組織分化的細胞學特征；（2）蘭科花藥壁發育類型多樣，藥室內壁纖維性加厚類型的變異、絨氈層細胞核數目等特征；（3）小孢子母細胞減數分裂活動的胞質分裂方式與小孢子四分體排列形式之間的關系；（4）成熟花粉細胞核的數目以及花藥開裂時散粉單元的形成機制。現有研究資料表明，花藥發育的胚胎學特征在亞科、屬和種等分類階元水平上存在明顯的差異，具有一定的分類系統學意義，值得繼續積累資料。

6.1 花藥室數目的判斷

花藥發育過程中，不育隔膜組織的分化和降解為有助于理解蘭科的花藥室數目的系統分類學意義。關于蘭科花藥室的數目，前人認為與其他被子植物一樣，應該為4室（Swamy， 1949； Sood， 1989）。這在擬蘭亞科的花藥橫切面結構里得到證實，擬蘭亞科的花藥雖具兩對側生花藥室，但缺乏不育隔膜組織分化（Kocyan & Endress， 2001），這說明該亞科的起源分化時間較早，可以作為基部類群（Chase et al.， 2015）。杓蘭亞科的花藥室也被記錄為4室，不育隔膜組織分化明顯，見于白唇杓蘭（Cypripedium cordigerum）（Sood & Mohana Rao， 1988）和扇脈杓蘭（C. japonicum）（Ghimire et al.， 2020）。同時，大部分蘭科植物（蘭亞科和樹蘭亞科）均分化為一對側生藥室（Freudenstein & Rasmussen， 1996， 1997， 1999；譚慶琴等，2020；Kant，2023）。

6.2 花藥壁發育的多樣性

蘭科的花藥壁發育類型在被子植物里較為獨特且多樣。被子植物的花藥壁層數通常為5層以下，可歸為4種花藥壁發育類型，包括基本型、單子葉型、雙子葉型和簡化型（Johri et al.， 1992；胡適宜，1992）。現有資料表明，蘭科的花藥壁多為單子葉型，見于擬蘭亞科（Kocyan & Endress， 2001）、杓蘭亞科（Swamy， 1949；Ghimire et al.， 2020）、蘭亞科（Sood， 1986， 1988；Kant & Goel， 2013）和樹蘭亞科（Sood， 1992；李璐等，2020；Kant，2023）。同時，在一些物種里，花藥壁層數6～7層，屬于多層型（massive type）花藥壁。多層型花藥壁首次命名于羊耳蒜屬（Liparis L.）（Sood， 1989），后來陸續見于蘭屬（Cymbidium Sw.）（Kant et al.， 2013）、苞舌蘭（Spathoglottis plicata）（Sriyot et al.， 2015）、美冠蘭屬（Eulophia R. Br. ex Lindl.）（Bhanwra & Vij， 2003）等。在大花萬代蘭的花藥壁超過7層，高達9層（張錦等，2019）。目前，由于資料較少，花藥壁層數及類型在屬級以上的分類學意義，尚未有明顯的規律。

6.3 小孢子發生中胞質分裂方式多樣

小孢子在發生過程中以胞質分裂的方式變化。在蘭科花藥發育中，同時型胞質分裂比較普遍，見于大部分蘭科類群，包括擬蘭亞科（Kocyan & Endress， 2001）、杓蘭亞科的杓蘭屬（Sood & Mohana Rao， 1988）、蘭亞科的闊蕊蘭屬（Peristylus Blume）（Gurudeva， 2018）、樹蘭亞科的天麻（Gastrodia alata）（梁漢興，1983）、苞舌蘭（Sriyot et al.， 2015）、三棱蝦脊蘭（Calanthe tricarinata）（Kant， 2019）、云南巾唇蘭（Pennilabium yunnanense）（李璐等，2020）和竹葉蘭（譚慶琴等，2020）等。相反，連續型胞質分裂較少，見于蘭亞科的眉蘭屬（Ophrys L.）（Aybeke， 2012）和綬草屬（Spiranthes Rich.）（Kant et al.， 2013）及樹蘭亞科的大花萬代蘭（張錦等，2019）等。關于胞質分裂方式的系統演化意義，已有研究認為同時型胞質分裂較為常見，是被子植物的祖征，而連續型較為少見，屬于衍征（Furness et al.， 2002）。這與蘭科所在的天門冬目（Asparagales）及單子葉植物（Rudall et al.， 1997；Furness & Rudall， 1999；Furness et al.， 2002）的特征基本一致。

6.4 小孢子四分體排列形式多樣

蘭科花藥發育過程中，小孢子四分體的排列形式多樣。被子植物的小孢子四分體排列形式多為正四面體且同種植物僅有1～2種排列方式，極少出現3種以上。然而，蘭科花藥發育中，小孢子四分體的排列形式極為多樣，歸納起來至少有5種，即正四面體、左右對稱、十字交叉、T-形、線形。同一個科出現形式多樣的四分體排列，這在被子植物中很少見（Johri et al.， 1992）。同理，同種植物中，小孢子四分體排列形式至少有2種以上，有的可達4或5種，這在其他被子植物也極為罕見（Johri et al.， 1992）。Furness和Rudall（1999）研究認為，單子葉植物中，小孢子四分體的排列形式通常與胞質分裂的方式有關系。然而，現有蘭花發育資料并不認同這一點，雖然一種蘭花只有一種胞質分裂，小孢子四分體的排列形式通常會有4種以上，但很難將兩者聯系起來。小孢子四分體多樣的排列方式穩定，直接決定了四合花粉的排列形式，構成了不同結構的花粉小塊和花粉團（Johri et al.， 1992）。小孢子四分體的排列方式基本與花藥成熟時四合花粉的排列方式保持一致，這在具有花粉小塊的蘭亞科（Kant & Bhanwra， 2010； Kant & Goel， 2013）和具堅固花粉團的樹蘭亞科（Kant， 2019； 王艷萍等，2021）的花粉超微特征中得到證實。

7問題與展望

本文初步歸納了蘭科雄蕊發育多樣性的研究進展，可歸納為六點。（1）蘭科的分子系統學和花形態特征明確支持可育雄蕊數目的減少和花粉愈合程度的增加在五個亞科的系統發育樹上明顯呈平行演化趨勢。（2）蘭科雄蕊數目的減少和功能分化與早期花器官發生過程中存在大量的缺失、退化、次生融合和分裂等密切相關。（3）現有資料揭示了蘭科主要的4類散粉單元的花粉超微形態特征在亞科、族、亞族、屬和種間差異明顯，具有重要的分類學及傳粉生物學意義。（4）蘭科的黏花粉粒、花粉小塊和花粉團的內部花粉黏性物質有3類，即花粉鞘、彈性黏素和其他黏性物質。（5）蘭亞科的花粉小塊的結構有3類（紅門蘭型、樹蘭型和過渡類型），樹蘭亞科的不同數目（2、4、8）和形態（全緣、淺裂、深裂、孔裂）的花粉團是由于早期花藥原基分化出的不育隔膜組織的數目、朝向和位置而形成的。（6）蘭科的花藥發育過程中，花藥室數目、花藥壁發育類型、絨氈層細胞核數目、不育隔膜組織分化、胞質分裂類型、小孢子四分體排列形式、花粉細胞核數目等亞科和屬間差異明顯，具有重要分類學意義。

總體而言，蘭科物種多樣性豐富，而雄蕊發育特征或形成機制相對清楚的物種較少。雖然在亞科水平上，可育雄蕊和花藥散粉單元類型等表現出明顯的平行演化趨勢，但族、亞族、屬和組等分類系統階元上的雄蕊發育多樣性的相關資料卻很少，因此值得深究。基于文獻梳理，本文認為蘭科雄蕊發育可從以下4個方面開展工作：（1）可育雄蕊和退化雄蕊的功能分化模式；（2）單花粉、黏花粉和花粉團等散粉單元的形成機制；（3）花藥發育過程中不同花粉團數目和形態的發育模式；（4）花藥發育過程中的關鍵胚胎學特征。

針對蘭科雄蕊發育的研究進展和亟待解決的科學問題，本文認為有必要重視以下五個方面的工作。

第一，作為基礎研究，有必要擴大選材范圍，利用多學科手段，從野外調查收集的生態和生物學資料到實驗室多學科技術的綜合利用收集的微觀形態特征，構建蘭科花發育特征的基礎數據庫，為比較分析亞科、族、亞族和屬間的雄蕊數目及花藥發育特征提供詳實資料。

第二，現有研究資料多集中于樹蘭亞科和蘭亞科以及擬蘭亞科，有必要重視均具黏性花粉的杓蘭亞科和香莢蘭亞科的雄蕊器官發生和花藥發育的研究。這兩個亞科均處于蘭科分類系統樹上的次基部類群，對于理解基部類群和核心類群的系統演化起著承前啟后的關鍵作用。具雙雄蕊的杓蘭亞科植物具有發達的退化雄蕊結構和兩枚可育雄蕊，是探究蘭科雄蕊器官發生和雄蕊功能分化和發育的好材料。然而，現有研究只觀察了3屬4種植物的花器官發生（Kurzweil， 1993），缺乏兜蘭屬的研究資料。此外，現有單雄蕊的香莢蘭亞科雄蕊發育研究資料非常少，值得重點關注。

第三，雄蕊可育數目和花藥散粉單元類型在亞科水平上具有明顯的平行演化趨勢，但這兩個特征在亞科下的不同類群（族、亞族和屬間）表現出一定的特殊性和變異。關于它們的雄蕊功能分化及花藥發育的研究資料都不全，值得重點關注。

第四，考慮到花粉形態和超微結構特征在分類學方面的重要作用，本文整理文獻后發現蘭科不同散粉單元的花粉外壁紋飾資料極為匱乏，散見于個別亞科的物種里，不能系統地揭示其分類系統學意義。建議今后的研究，選擇分類系統學爭議較大的關鍵類群，利用掃描電鏡系統觀察其花粉外壁結構和散粉單元內部結構黏性物質，為系統理解蘭科的分類系統提供花粉形態依據。例如，兜蘭屬和杓蘭屬的分類系統、山珊瑚屬和肉果蘭屬的屬間界限劃分被稱為分類系統學“黑洞”的指甲蘭亞族。

第五，蘭科的花器官和雄蕊發育過程中的專業術語的中文名稱亟待關注，通過查閱文獻統一說法，包括散粉單元類型（黏性花粉團、花粉小塊、花粉塊、花粉團、花粉團柄）、散粉單元里花粉愈合方式及黏性物質（3個類型）、合蕊柱器官發生過程中出現的附屬結構（合蕊柱齒、合蕊柱耳狀結構、合蕊柱翅等）、花藥發育過程中蘭科特有的多層型花藥壁類型、不育隔膜組織的細胞特征（內絨氈層、外絨氈層）等。其中，散粉單元類型的專業術語名稱，包括花粉小塊、花粉團和花粉塊已被廣泛使用，但其所定義的形態學描述也不準確（Harder & Johnson， 2008）。其他內容的專業術語由于中文研究資料較少，尚未被高度關注或廣泛使用。隨著研究資料的累積，將會涌現出尚未有中文名稱的形態專業術語。如何翻譯和使用這些英文術語，也將成為蘭科雄蕊發育的研究范疇。因此，本文建議重視蘭科特有的花形態特征專業術語中文名稱的規范界定和準確描述，為更好地理解蘭科雄蕊發育多樣性在系統演化和適應性傳粉生態學意義提供科學依據。

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