水涝是一个农业上经常发生的非生物胁迫。它会引发根系缺氧，进而导致生理代谢紊乱与氧化损伤，阻碍植物生长发育，甚至造成死亡。兰科（俗称兰花）是全球重要的观赏和药用植物，在自然生境中具有附生、地生和腐生三种生活型，每种生活型反映了其水分和养分适应策略。其中，附生型和地生型兰花微生境的水分异质性明显。有研究假设认为，对水涝环境的不耐受性是驱动植物向附生生活型演化的重要因素。此外，在生产栽培上，水分过多经常导致兰花根系腐烂和死亡。目前，人们对附生型和地生型兰花的干旱适应机制已有较深入的认识，而关于其水涝胁迫耐受性和适应机制的研究缺乏。中国科学院昆明植物研究所张石宝团队通过一系列研究工作，系统揭示了附生型与地生型兰花响应和适应水涝胁迫的策略和机制。

为了理解兰花适应不同水分生境的形态结构基础，研究团队对兰属15种附生型和9种地生型植物的根和叶片解剖性状进行了比较研究，发现附生型物种普遍具有更厚的根被组织和更大的木质部导管，这有利于在短暂的降水事件中快速吸收和运输水分，体现了“快速吸水－高效输水”的耐旱适应特征。地生型物种则拥有更发达的根皮层，如更大的皮层面积、皮层细胞长度及皮层/中柱比，这有助于在土壤积水时促进内部氧气扩散，增强耐涝性。这些表明，附生型与地生型兰花已在长期演化中形成了与各自水分环境相匹配的形态结构性状。相关成果以Differentiation in water adaptation strategy between epiphytic and terrestrial species of Cymbidium,Orchidaceae为题发表于AoB Plants（DOI: 10.1093/aobpla/plaf030）。中国科学院昆明植物研究所博士研究生高天阳为论文第一作者，张石宝研究员为通讯作者，张伟副研究员参与了研究工作。

研究团队以兰属附生型植物西藏虎头兰（Cymbidium tracyanum）和地生型植物墨兰（C. sinense）为研究对象，通过模拟控制实验，整合形态学、生理学、代谢组学和转录组学方法，研究了其对水涝胁迫的敏感性和响应差异，发现西藏虎头兰对水涝胁迫更敏感，表现出更严重的根际缺氧、根系活力下降、可溶性糖耗竭以及氧化损伤，并倾向于激活次生代谢途径，大量合成防御化合物。这种高投入的“防御导向型”策略虽然可能增强短期抗逆性，却因大量消耗资源而加剧了能量危机，最终导致生理机能崩溃。相反，墨兰则通过“稳态维持型”策略，优先积累脂类等初级代谢产物，有效维持能量供应、氧化还原平衡和膜结构稳定，表现出更强的耐涝性。相关成果以A multi-omics comparative analysis reveals differential responses of epiphytic and terrestrial orchids in Cymbidium to waterlogging为题发表于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阳为论文第一作者，张石宝研究员为通讯作者，已毕业硕士研究生刘宁宇和在读博士研究生周贝蓓参与了研究工作。

图1 附生型与地生型兰属植物对水涝胁迫响应的多组学分析

水涝胁迫后的恢复能力对提高植物耐受性具有关键作用。研究团队进一步聚焦于对水涝敏感的西藏虎头兰，探究其水涝胁迫后的恢复机制。研究发现，西藏虎头兰在水涝后恢复过程中会被诱导形成大量侧根，这与其根系功能修复和活力恢复同步。转录组分析和植物激素检测表明，水涝期积累的乙烯在恢复初期发挥了早期信号作用。通过外源施加乙烯前体ACC实验证实，乙烯能够直接诱导西藏虎头兰形成侧根，并同时激活茉莉酸信号转导途径。加权基因共表达网络分析进一步锁定 CtNAC68 和 CtWRKY65 两个关键转录因子作为乙烯-茉莉酸信号交叉对话的核心枢纽，调控侧根发育相关基因的表达。这一发现首次在附生型兰花中揭示了水涝后通过乙烯-茉莉酸信号通路协同驱动侧根形成的适应机制，为理解其生态适应提供了新视角。相关成果以Ethylene promotes lateral root formation following waterlogging in an epiphytic orchid,Cymbidium tracyanum为题发表于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阳和已毕业硕士研究生刘宁宇为论文第一作者，张石宝研究员为通讯作者，博士后涂梦玲和硕士研究生罗海翠参与了研究工作。

图2 乙烯促进西藏虎头兰水涝恢复后的侧根形成

上述研究揭示了附生型和地生型兰花对水涝胁迫的敏感性差异，并从多维度阐释了两种生活型兰花响应和适应水涝胁迫的机制，尤其发现附生型兰花可通过乙烯-茉莉酸信号通路调控水涝后的侧根形成增强其适应和恢复能力。这些研究结果深化了对兰科植物适应与进化的理解，并为生产栽培管理提供了重要的科学依据。研究工作得到国家自然科学基金项目（32170393）、国家重点研发计划（2024YFF1306703）、云南省重点研发计划（202403AC100032）等项目的支持。