川滇蹄盖蕨配子体发育的研究

糜晓菁，郭维佳，骆 强，戴锡玲*

(1．上海师范大学 生命与环境科学学院，上海200234;2．毕节学院 环境与生命科学系，毕节551700)

0 引言

蹄盖蕨科(Athyriaceae)为中小型、少数为大型土生蕨类植物，约有20属，500种，广布全世界热带至寒温带各地，尤以热带与亚热带山地为多．我国各属均产，约400种，西南地区属、种最为丰富［1］．1946年，秦仁昌根据孢子体形态和染色体数将中国产蹄盖蕨科分为20个属，未涉及配子体方面的工作［2］．配子体发育特征在蕨类植物分类和系统演化研究中具有重要作用．Momose和Nayar报道了蹄盖蕨科若干种的原叶体及生殖器官，但没有对其配子体的发育进行全面观察［3－5］．近年来，刘保东、林孝辉、戴锡玲和张开梅等对中国蹄盖蕨科9属12种配子体发育过程进行研究［6－9］．尽管如此，有关蹄盖蕨科配子体发育的研究还是相对薄弱．

川滇蹄盖蕨［Athyrium mackinnonii(Hope)C．Chr．］是蹄盖蕨科(Athyriaceae)蹄盖蕨属(Athyrium)植物，生杂木林下阴湿处，海拔800～3800 m，在我国分布于陕西、甘肃、湖北、湖南、广西、四川、重庆、贵州、云南和西藏等省区［1］．本文作者采用改良knop′s培养基对川滇蹄盖蕨配子体发育过程进行观察，详细描述了其配子体在各发育阶段的形态结构特征，为蹄盖蕨科植物的分类和演化研究提供配子体方面的资料．

1 材料与方法

1．1 孢子的收集

川滇蹄盖蕨孢子于2009年8月采自贵州省赫章县罗卜石林，凭证标本放置于上海师范大学蕨类研究室．采集具有成熟孢子且孢子囊未开裂的叶片，将叶片自植物体上采下后放入信封中，待孢子囊自然裂开，成熟孢子散落于信封中，置于4℃冰箱中保存待用．

1．2 孢子的接种培养

将成熟孢子用5%次氯酸钠溶液灭菌，无菌水清洗后制成孢子悬浮液，并均匀接种在改良knop′s培养基上．将接种后的培养皿置于RXZ型智能人工气候箱中培养．培养条件为全天光照，光照强度约2000 Lux;温度约25℃;湿度约60% ～70%．定期观察，用Motic BA310型光学显微镜照相记录．

每次培养6个小培养皿，共培养3次．文中数据为测量10个材料的平均值．

2 结果

2．1 孢子及孢子萌发

川滇蹄盖蕨孢子深褐色，两侧对称，赤道面观为豆形，极面观为椭圆形，孢子极轴长28～31μm，赤道轴长40～43μm，具单裂缝，裂缝长度为孢子全长的2/3，孢子周壁表面具皱状纹饰(图1～2)．

孢子吸涨后变为绿色．接种7～10 d后孢子萌发，从孢子壁的单裂缝处裂开，裂口处伸出一条无色透明的初生假根(图3);随着初生假根的伸长，绿色的原叶体原始细胞也开始发育，此时孢壁宿存(图4)．孢子萌发类型为向心型［10］．

2．2 丝状体

接种13～22 d后，当原叶体原始细胞横裂为2个细胞，前端的细胞再横裂1次成为3个细胞的单列丝状体后，孢子的壁脱落，此时的丝状体粗壮，细胞内叶绿体丰富，产生第1、2条次生假根，假根内无叶绿体(图5)．当前端的细胞继续横裂成为7～8个细胞长的单列丝状体时，丝状体细胞圆柱状或近圆形，细胞侧壁略向外鼓起(图6)．该丝状体前端的细胞先纵向分裂，产生2个细胞，然后前端的2个细胞之一发生斜向分裂，产生楔形顶端细胞．

2．3 片状体

顶端细胞继续进行左右交替斜向分裂，两侧衍生的细胞逐个增多．在接种5周后，当片状体12个细胞长时，片状体的前端为4～5个细胞宽时，在片状体前端出现小型分生组织细胞，此时，片状体为具长柄的匙状(图7)．

2．4 原叶体

随着片状体前端中央的分生组织细胞持续分裂，幼原叶体顶端的凹陷不断加深，两翼细胞有规律地增多．幼原叶体宽度略小于长度，两翼向前端扩展，分生组织呈“U”型，外侧边缘略有波折(图8～10)．

成熟原叶体呈对称的心脏形，宽度大于长度，两翼向左右扩展，前端略斜上升，分生组织仍呈“U”型，外侧边缘全缘，前端少有波折，无毛状体．边缘细胞近方形或长方形，翼细胞近方形或多边形，细胞向内体积逐渐增大(图11)．原叶体发育为铁线蕨型［5］．

2．5 生殖器官

接种7～12周后出现生殖器官．颈卵器发生在生长良好的原叶体生长点下方至原叶体中部的中脉范围内，随中脉的发育颈卵器的位置不断下移，背腹皆有，颈卵器腹部埋在原叶体组织内，颈部由4列细胞组成，4层细胞高，颈部高78～92μm左右，直径48～56μm左右，稍向后倾斜(图12)．在原叶体基部及边缘产生大量精子器．精子器宽圆状圆球形，精子器的壁由3个细胞(盖细胞、环细胞和基细胞)组成，高55～65μm左右，直径64～78μm左右，成熟时盖细胞脱落，精子溢出(图13)．

2．6 雄配子体

在孢子较密处，丝状体横分裂出更多的细胞后才进行二维生长，进入片状体时期，而后分生组织出现于原叶体前端略偏一侧，心脏形凹陷不明显，雄配子体的片状体和原叶体阶段与两性配子体比更加狭长，呈带状(图14～17)．接种5～7周后，在雄配子体边缘及基部表面逐渐发育出大量的精子器，但不产生颈卵器(图16～17)．

3 讨论

川滇蹄盖蕨的孢子赤道面观为豆形，极面观为椭圆形，孢子极轴长28～31μm，赤道轴长40～43μm，具单裂缝，裂缝长度为孢子全长的2/3，孢子周壁表面为皱状纹饰，这些孢子形态特征与王全喜等［11］的观察相一致．

本文作者观察的川滇蹄盖蕨与中华蹄盖蕨(Athyrium sinense)、带岭蹄盖蕨(Athyrium dailingense)、多齿蹄盖蕨(Athyrium multidentatum)和日本蹄盖蕨(Athyrium niponicum)［7，9］的孢子都为单裂缝，两侧对称，孢子萌发类型为向心型，配子体的发育类型为铁线蕨型，精子器和颈卵器都是典型的薄囊蕨类型，成熟原叶体为对称的心脏形，这些共同特征可以作为蹄盖蕨属配子体发育的特点．但这些种间在孢子纹饰、孢子萌发和配子体发育速度、丝状体长度、片状体和原叶体的形态以及性器官大小等方面仍存在明显差异．上述5种我国产蹄盖蕨属配子体都无毛状体，但Nayar［5］指出蹄盖蕨属中一些种类有毛状体，而另一些是裸露的原叶体，这可能是种间差异．

图1 ～11 川滇蹄盖蕨配子体的发育

蹄盖蕨属一些种类的片状体在一段时间内可以继续顶端生长，形成的原叶体比较狭长，呈带状，长可达3cm［5］．在川滇蹄盖蕨配子体发育过程中出现狭长带状的雄配子体，其配子体边缘及基部表面只长精子器，不长颈卵器;与其相似的中华蹄盖蕨和黑鳞短肠蕨(Allantodia crenata)也有生长不良的带状和片状幼原叶体出现，其表面和边缘产生大量的精子器［7］．可见，从雄配子体形态的角度也可证实林孝辉的观点，蹄盖蕨属配子体发育同短肠蕨属无明显差异．以往在配子体形态发育研究中更加注重两性配子体的形态特征，而忽略了雄配子体的形态特点，是否雄配子体的形态也具有一定的稳定性，有待于进一步的细致研究．

根据配子体发育特征信息将川滇蹄盖蕨和前人所研究的12种蹄盖蕨科植物［6－9］编制一个检索表，为该科的分类学和13种植物的鉴定提供有益的资料．

分种检索表:

1．配子体具毛状体

2．具单细胞和多细胞毛状体

3．孢子具褶皱纹饰

1．朝鲜介蕨 Dryoathyrium coreanum…………………………………

3．孢子具粗刺状或棒状纹饰

2．单叶双盖蕨Diplazium subsinuatum………………………

2．具单细胞毛状体

4．精子器圆球形

5．原叶体广圆状心脏形

3．东北蛾眉蕨Lunathyrium pycnosorum………………………

5．原叶体广宽圆状心脏形

4．山冷蕨Cystopteris sudetica………………………………

4．精子器长圆球形

5．欧洲羽节蕨 Gymnocarpium dryopteris……………………………

1．配子体不具毛状体

6．精子器近圆球形

7．丝状体7－11个细胞长

6．日本蹄盖蕨Athyriun niponicum……………………………

7．丝状体4－5个细胞长

8．精子器基细胞高于或等于环细胞

7．多齿蹄盖蕨Athyriun multidentatum……………

8．精子器基细胞是环细胞高度的2/3

8．带岭蹄盖蕨Athyriun dailingense……………

6．精子器长圆球形、宽圆状圆球形或宽三角状圆球形

9．精子器长圆球形

10．假根前端具球形膨大

9．黑鳞短肠蕨Allantodia crenata……………………………

10．假根前端无球形膨大

10．假冷蕨Pseudocystopteris spinulosa………………………

9．精子器宽圆状圆球形

11．丝状体3个细胞长

11．中华蹄盖蕨Athyriun sinense………………………………

11．丝状体7－8个细胞长

12．川滇蹄盖蕨Athyrium mackinnonii………………………

9．精子器宽三角状圆球形

13．新蹄盖蕨Neoathyrium crenulatoserrulatum………………

［1］王中仁，张宪春，朱维明，等．中国植物志第三卷第二分册［M］．北京:科学出版社，1990．

［2］秦仁昌．关于蹄盖蕨科的一些属的分类问题［J］．植物分类学报，1964，9(1):41－82．

［3］NAYAR B K．The gametophyte and young sporopyte of Athyrium esoulentum［J］．American Fern Journal，1960，50(6):194－203．

［4］MOMOSE S．Prothallia of the Japanese ferns(Filicales)［M］．Japan:University of Tokyo Press，1967．

［5］NAYAR B K．Gametophyte of homosporous ferns［J］．Bot Rev，1971，37(3):295 －396．

［6］刘保东，王志宏．朝鲜蛾眉蕨配子体形态发育的研究［J］．植物学通报，1995，12(1):49－51．

［7］林孝辉，包文美，王全喜，等．东北蕨类植物配子体发育的研究Ⅸ．蹄盖蕨科［J］．植物研究，1996，16(3):322－335．

［8］戴锡玲，曹建国，张莹，等．单叶双盖蕨配子体发育的研究［J］．植物研究，2007，27(2):151－153．

［9］张开梅，方炎明，万劲．日本蹄盖蕨配子体发育的研究［J］．植物研究，2010，30(5):513－516．

［10］MOMOSE S．Studies on the gametophyte of ferns(XXIV)［J］．Journ Jap Bot，1942，18:49 －65．

［11］王全喜，戴锡玲．中国水龙骨目(真蕨目)植物孢子形态的研究［M］．北京:科学出版社，2010．