水澇是一個農業上經常發生的非生物脅迫。它會引發根系缺氧，進而導致生理代謝紊亂與氧化損傷，阻礙植物生長發育，甚至造成死亡。蘭科(俗稱蘭花)是全球重要的觀賞和藥用植物，在自然生境中具有附生、地生和腐生三種生活型，每種生活型反映了其水分和養分適應策略。其中，附生型和地生型蘭花微生境的水分異質性明顯。有研究假設認為，對水澇環境的不耐受性是驅動植物向附生生活型演化的重要因素。此外，在生產栽培上，水分過多經常導致蘭花根系腐爛和死亡。目前，人們對附生型和地生型蘭花的干旱適應機制已有較深入的認識，而關于其水澇脅迫耐受性和適應機制的研究缺乏。中國科學院昆明植物研究所張石寶團隊通過一系列研究工作，系統揭示了附生型與地生型蘭花響應和適應水澇脅迫的策略和機制。

為了理解蘭花適應不同水分生境的形態結構基礎，研究團隊對蘭屬15種附生型和9種地生型植物的根和葉片解剖性狀進行了比較研究，發現附生型物種普遍具有更厚的根被組織和更大的木質部導管，這有利于在短暫的降水事件中快速吸收和運輸水分，體現了“快速吸水-高效輸水”的耐旱適應特征。地生型物種則擁有更發達的根皮層，如更大的皮層面積、皮層細胞長度及皮層/中柱比，這有助于在土壤積水時促進內部氧氣擴散，增強耐澇性。這些表明，附生型與地生型蘭花已在長期演化中形成了與各自水分環境相匹配的形態結構性狀。相關成果以Differentiation in water adaptation strategy between epiphytic and terrestrial species of Cymbidium,Orchidaceae為題發表于AoB Plants(DOI: 10.1093/aobpla/plaf030)。中國科學院昆明植物研究所博士研究生高天陽為論文第一作者，張石寶研究員為通訊作者，張偉副研究員參與了研究工作。

研究團隊以蘭屬附生型植物西藏虎頭蘭(Cymbidium tracyanum)和地生型植物墨蘭(C. sinense)為研究對象，通過模擬控制實驗，整合形態學、生理學、代謝組學和轉錄組學方法，研究了其對水澇脅迫的敏感性和響應差異，發現西藏虎頭蘭對水澇脅迫更敏感，表現出更嚴重的根際缺氧、根系活力下降、可溶性糖耗竭以及氧化損傷，并傾向于激活次生代謝途徑，大量合成防御化合物。這種高投入的“防御導向型”策略雖然可能增強短期抗逆性，卻因大量消耗資源而加劇了能量危機，最終導致生理機能崩潰。相反，墨蘭則通過“穩態維持型”策略，優先積累脂類等初級代謝產物，有效維持能量供應、氧化還原平衡和膜結構穩定，表現出更強的耐澇性。相關成果以A multi-omics comparative analysis reveals differential responses of epiphytic and terrestrial orchids in Cymbidium to waterlogging為題發表于Environmental and Experimental Botany(DOI: 10.1016/j.envexpbot.2025.106268)。昆明植物研究所博士研究生高天陽為論文第一作者，張石寶研究員為通訊作者，已畢業碩士研究生劉寧宇和在讀博士研究生周貝蓓參與了研究工作。

圖1 附生型與地生型蘭屬植物對水澇脅迫響應的多組學分析

水澇脅迫后的恢復能力對提高植物耐受性具有關鍵作用。研究團隊進一步聚焦于對水澇敏感的西藏虎頭蘭，探究其水澇脅迫后的恢復機制。研究發現，西藏虎頭蘭在水澇后恢復過程中會被誘導形成大量側根，這與其根系功能修復和活力恢復同步。轉錄組分析和植物激素檢測表明，水澇期積累的乙烯在恢復初期發揮了早期信號作用。通過外源施加乙烯前體ACC實驗證實，乙烯能夠直接誘導西藏虎頭蘭形成側根，并同時激活茉莉酸信號轉導途徑。加權基因共表達網絡分析進一步鎖定 CtNAC68 和 CtWRKY65 兩個關鍵轉錄因子作為乙烯-茉莉酸信號交叉對話的核心樞紐，調控側根發育相關基因的表達。這一發現首次在附生型蘭花中揭示了水澇后通過乙烯-茉莉酸信號通路協同驅動側根形成的適應機制，為理解其生態適應提供了新視角。相關成果以Ethylene promotes lateral root formation following waterlogging in an epiphytic orchid,Cymbidium tracyanum為題發表于Plant Physiology and Biochemistry(DOI: 10.1016/j.plaphy.2025.110575)。昆明植物研究所博士研究生高天陽和已畢業碩士研究生劉寧宇為論文第一作者，張石寶研究員為通訊作者，博士后涂夢玲和碩士研究生羅海翠參與了研究工作。

圖2 乙烯促進西藏虎頭蘭水澇恢復后的側根形成

上述研究揭示了附生型和地生型蘭花對水澇脅迫的敏感性差異，并從多維度闡釋了兩種生活型蘭花響應和適應水澇脅迫的機制，尤其發現附生型蘭花可通過乙烯-茉莉酸信號通路調控水澇后的側根形成增強其適應和恢復能力。這些研究結果深化了對蘭科植物適應與進化的理解，并為生產栽培管理提供了重要的科學依據。研究工作得到國家自然科學基金項目(32170393)、國家重點研發計劃(2024YFF1306703)、云南省重點研發計劃(202403AC100032)等項目的支持。