这两种南美兰花，如何精准“调教”蕈蚋传粉？海潮天下·植物保护

原来兰花这么挑！只让这种小黑飞（蕈蚊）帮自己授粉！2025年12月8日发表的这项来自南美的最新研究发现，70%兰花依赖这类小昆虫授粉，它们撑起了两种沼兰的繁殖命脉。请看本期“海潮天下”的介绍。

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许多“空谷幽兰”，在多种因素的共同作用下，正在日益变少、走向濒危。

在兰科植物繁复的进化谱系中，沼兰属（Malaxis）在全球都有分布，下面有近300个物种，生物多样性丰富。长期以来，学术界对该属植物在生殖生物学方面的了解大多局限于欧洲和亚洲物种，而对于新热带区原生沼兰的生存策略则知之甚少。

海潮天下（Marine Biodiversity）读到2025年12月8日发表在Plant Ecology Evolution期刊上的最新研究，这个针对帕索尼沼兰（Malaxis parthoni）与凹唇沼兰（M. excavata）的实地考察与实验研究，揭示了这类植物在极端环境差异下高度特化的传粉机制。

帕索尼沼兰（Malaxis parthoni）广泛地分布于海拔不到百米的巴西南部大西洋森林边缘，而凹唇沼兰（M. excavata）则扎根在秘鲁安第斯山脉海拔3500米的亚高山地带。尽管生境迥异，两者却共享了一套严密的繁殖策略。

▲上图：帕索尼沼兰（Malaxis parthoni）在形态上体现出了高度适应蕈蚋传粉的精微结构：其植株呈现典型的地生特征，顶生的伞房状花序（corymbiform inflorescence）由大量微小的绿色花朵构成，从上图中花朵的正视图、背视图及纵切面可以观察到其紧凑的结构，而离体后的唇瓣与合蕊柱则进一步揭示了唇瓣空腔内积聚的可见花蜜，配合其特有的裸露粉块以及合蕊柱侧视图中由白色箭头标出的柱头表面，共同构成了其精密的生殖解剖系统。论文出处：Calderon-Quispe, Fernando H., et al.(2025)

▲上图：凹唇沼兰（Malaxis excavata）的植株与花部特征图解。A. 植株形态。B. 伞房状花序俯视图。C. 花序正视图。D. 花朵正视图。E. 花朵背视图。F. 裸露的粉块。G. 显示柱头表面的合蕊柱。H. 附着有粉块（白色箭头指示处）的柱头表面。I. 唇瓣，可见花蜜分泌（蓝色椭圆区域）。J. 发育中的果实。论文出处：Calderon-Quispe, Fernando H., et al.(2025)

在对花朵进行套袋隔离实验之后，研究人员证实，这两种沼兰均表现出完全的传粉者依赖性，且具有显著的自交不亲和特性。

这说明，它们无法像部分同属物种那样通过雨水、或是重力完成自动受精，必须借助特定的生物媒介在异株间传递遗传物质。

简单来说，所谓“自交不亲和”就像是植物界的一套“禁止近亲结婚”的安检系统。当一朵花的花粉落在自家的柱头上时，柱头就像配备了高精度的身份识别器，瞬间认出这是“自己人”，然后就会果断地闭门谢客——要么拒绝让花粉萌发，要么在中途掐断花粉管的生长，总之就是不让它接触卵细胞。这种机制逼着兰花必须做个“外向者”，哪怕山高路远，也一定要“雇佣”某些小昆虫，把基因快递送到远方的陌生植株那里，通过“远亲联姻”来确保后代更有活力、不退化。

在这场复杂的基因交换中，蕈蚋（Mycomya属）扮演了核心角色。这颠覆了以往认为双翅目昆虫传粉效率低下的固有偏见。

▲上图：记录了帕索尼沼兰（Malaxis parthoni）的传粉全过程：影像显示蕈蚋（Mycomya sp.）被吸引至花序，它们或成对造访，或在唇瓣侧耳处吸食花蜜（A、B），当昆虫深入唇瓣腔室取食时（C），其口器后方会精准触发并粘附粉块（D中白色箭头所示）；通过体视显微镜下的腹面与侧视图（E、F）可以清晰观察到，粉块牢固附着在蕈蚋前胸与口器交界处，这种高度匹配的机械构造确保了花粉能被准确携带并传递至下一朵花。论文出处：Calderon-Quispe, Fernando H., et al.(2025)

在这场复杂的基因交换中，蕈蚋（Mycomya属）扮演了核心角色。这颠覆了以往认为双翅目昆虫传粉效率低下的固有偏见。

该研究观测到，帕索尼沼兰散发着一种类似新鲜鱼肉的腥味，这种气味在傍晚17:00左右达到峰值；而凹唇沼兰会释放出一种刺鼻的酸性气味，峰值出现在19:00。这两种气味，精准地捕捉了不同种蕈蚋的感官偏好。这些体型微小的昆虫被气味吸引至花序，将微型花朵构成的总状花序视为降落平台。

沼兰属的花朵，在演化过程中形成了精巧的奖励与传递结构。虽然分泌的糖类溶液体积极小、也很难用常规仪器来量化，但通过定性测试，研究人员确认了唇瓣腔室内花蜜的存在。

当蕈蚋埋头吸食唇瓣基部、或是边缘分泌的微量花蜜时，它们的身体位置被唇瓣的形状强制固定，导致其前胸背板或口器后部精准地撞击到合蕊柱顶端的裸露粉块。由于这种兰花没有副粘盘等复杂结构，粉块就会直接粘附在昆虫背部。视频记录显示，这种机械匹配度极高，蕈蚋在不同植株间的穿梭直接推动了异花授粉的完成。

▲上图：凹唇沼兰（Malaxis excavata）极其高效的传粉过程。多只蕈蚋常同时造访同一花序（A），它们首先吸食唇瓣边缘分泌的花蜜（B），随后深入唇瓣腔室（C）进行取食。这一动作使昆虫的前胸精准触碰合蕊柱，侧视图（D、E）清晰展示了粘附在其背部的粉块（白色箭头指示处），而体视显微镜下的腹视图（F）则进一步证实粉块被牢固锁定在口器后方，这种精妙的机械构造保证了异花授粉的可靠性。论文出处：Calderon-Quispe, Fernando H., et al.(2025)

在繁殖效能的评估上，凹唇沼兰表现出比帕索尼沼兰更高的生产力。实验测得帕索尼沼兰的天然结实率平均为11.24%，而凹唇沼兰则达到了36.01%。这种差异与种群密度密切相关，凹唇沼兰在安第斯高地往往呈现密集的斑块状分布，而帕索尼沼兰在低地雨林中则表现为高度分散的孤立个体。尽管如此，这两者的传粉效率指标（即粉块移除率与沉积率之比）均显著高于许多自交不亲和的陆生兰花，这得益于蕈蚋极高的访问频率和对微量花蜜报酬的敏感性。

▲上图：开展传粉者观测及生殖系统实验的研究样地概况。地图标示了南美洲的国家边界（A），并重点突出了开展凹唇沼兰（Malaxis excavata）研究的秘鲁阿亚库乔大区（B），以及开展帕索尼沼兰（M. parthoni）研究的巴西南里奥格兰德州（C）；卫星影像图则进一步呈现了秘鲁境内（D）及巴西境内两处（E）研究区域的具体地貌特征。论文出处：Calderon-Quispe, Fernando H., et al.(2025)

这项研究填补了新热带区沼兰属生殖生物学的空白，也为理解兰科植物如何通过特化气味和精微的形态结构吸引非主流传粉者提供了实证依据。在低海拔热带森林与高海拔山地生态系统中，虽然环境压力不同，但沼兰属植物通过演化出高度一致的蕈蚋传粉系统，确保了其在复杂生态位中的繁衍能力。这种机制的发现，强调了保护微型双翅目昆虫栖息地对维持稀有兰科植物种群遗传多样性的重要性。

【思考题】学而时习之

Q1、长期以来，兰科植物保护往往聚焦于花朵本身、或是跟它们共生的菌根真菌，而忽略了如蕈蚋这类体型微小、分类难度大的“隐形传粉者”。那么，让我们思考这样的一个问题——现有的自然保护区评价体系中，是否严重低估了这些微小双翅目昆虫在维持生态系统复杂性中的权重？如果缺乏对蕈蚋整个生命周期（尤其是幼虫期）生境的保护，仅仅保护兰花盛开的那两周，是否只是在延缓一个“僵尸种群”的灭绝进程？

Q2、这个研究里面讲到，帕索尼沼兰在低地雨林中呈高度离散分布，且坚持自交不亲和（其实许多兰花是这样的，所以这个问题具有普遍性），这使其在生境破碎化面前极度脆弱。在林地被切断、斑块间距超过传粉者飞行极限的情况下，这种兰花是否具备“生殖转换”的潜力？即在极度缺乏异株花粉时，是否存在表观遗传调控下的自交亲和切换？如果这种切换不存在，那么针对这类物种的迁地保护或人工辅助迁徙，是否必须以“最小有效传粉网络”为单位进行整体迁移，而非仅仅保存植株个体？

Q3，如果你在自家的盆栽土壤表面看到一群黑色的“小飞虫”爬来转去的，那可能就是黑翅蕈蚋这类小生物了。这种情况下，它们往往提示土壤长期过湿、或是含有未完全腐熟的有机肥。实际上，由于蕈蚋对湿度和腐殖质层厚度是高度敏感的，它们的种群多样性常被科学家用来衡量森林原始程度和生境完整性。

不扯远了，回到这个研究本身，我们思考这样的一个问题。人们总以为森林保护就是保住那些参天大树，但如果地表那层看起来脏兮兮的、由落叶和枯枝构成的腐殖质层变薄了、或者干涸了，原本生活在那里的蕈蚋就会消失。当这些“职业传粉者”因环境微变而罢工时，那些依赖它们授粉的沼兰，即便大树依然茂盛，是否也已经陷入了某种意义上的“慢性灭绝”呢？

Q4，就像这个研究中提到，这类珍稀植物，本质上其实是保护那一层潮湿的、并不起眼的土层和那些微小的昆虫。那么，如果“中间媒婆”消失了，那么单纯的人工种树、引种兰花，真的能复原一个真实的自然吗？保护兰花，到底该怎么搞？

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论文出处 | Calderon-Quispe, Fernando H., et al.(2025)

文 | 王芊佳

编辑 | 海潮君

时间 | 2025年12月

出品 | 海潮天下

【参考资料】

感兴趣的海潮天下（Marine Biodiversity）读者可以参看该研究的全文：
Calderon-Quispe FH, Brandalise JM, Mauricio Huaman E, Pittella R, Becker R, Singer RB (2025) From the Brazilian lowlands to the Andes: specialist fungus gnat pollination and self-incompatibility in two Malaxis species (Malaxidinae: Orchidaceae). Plant Ecology and Evolution 158(3): 476-492. https://doi.org/10.5091/plecevo.16421
https://plecevo.eu/article/164210/

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