川滇蹄蓋蕨配子體發(fā)育的研究

糜曉菁，郭維佳，駱 強，戴錫玲*

(1．上海師范大學 生命與環(huán)境科學學院，上海200234;2．畢節(jié)學院 環(huán)境與生命科學系，畢節(jié)551700)

0 引言

蹄蓋蕨科(Athyriaceae)為中小型、少數為大型土生蕨類植物，約有20屬，500種，廣布全世界熱帶至寒溫帶各地，尤以熱帶與亞熱帶山地為多．我國各屬均產，約400種，西南地區(qū)屬、種最為豐富［1］．1946年，秦仁昌根據孢子體形態(tài)和染色體數將中國產蹄蓋蕨科分為20個屬，未涉及配子體方面的工作［2］．配子體發(fā)育特征在蕨類植物分類和系統演化研究中具有重要作用．Momose和Nayar報道了蹄蓋蕨科若干種的原葉體及生殖器官，但沒有對其配子體的發(fā)育進行全面觀察［3－5］．近年來，劉保東、林孝輝、戴錫玲和張開梅等對中國蹄蓋蕨科9屬12種配子體發(fā)育過程進行研究［6－9］．盡管如此，有關蹄蓋蕨科配子體發(fā)育的研究還是相對薄弱．

川滇蹄蓋蕨［Athyrium mackinnonii(Hope)C．Chr．］是蹄蓋蕨科(Athyriaceae)蹄蓋蕨屬(Athyrium)植物，生雜木林下陰濕處，海拔800～3800 m，在我國分布于陜西、甘肅、湖北、湖南、廣西、四川、重慶、貴州、云南和西藏等省區(qū)［1］．本文作者采用改良knop′s培養(yǎng)基對川滇蹄蓋蕨配子體發(fā)育過程進行觀察，詳細描述了其配子體在各發(fā)育階段的形態(tài)結構特征，為蹄蓋蕨科植物的分類和演化研究提供配子體方面的資料．

1 材料與方法

1．1 孢子的收集

川滇蹄蓋蕨孢子于2009年8月采自貴州省赫章縣羅卜石林，憑證標本放置于上海師范大學蕨類研究室．采集具有成熟孢子且孢子囊未開裂的葉片，將葉片自植物體上采下后放入信封中，待孢子囊自然裂開，成熟孢子散落于信封中，置于4℃冰箱中保存待用．

1．2 孢子的接種培養(yǎng)

將成熟孢子用5%次氯酸鈉溶液滅菌，無菌水清洗后制成孢子懸浮液，并均勻接種在改良knop′s培養(yǎng)基上．將接種后的培養(yǎng)皿置于RXZ型智能人工氣候箱中培養(yǎng)．培養(yǎng)條件為全天光照，光照強度約2000 Lux;溫度約25℃;濕度約60% ～70%．定期觀察，用Motic BA310型光學顯微鏡照相記錄．

每次培養(yǎng)6個小培養(yǎng)皿，共培養(yǎng)3次．文中數據為測量10個材料的平均值．

2 結果

2．1 孢子及孢子萌發(fā)

川滇蹄蓋蕨孢子深褐色，兩側對稱，赤道面觀為豆形，極面觀為橢圓形，孢子極軸長28～31μm，赤道軸長40～43μm，具單裂縫，裂縫長度為孢子全長的2/3，孢子周壁表面具皺狀紋飾(圖1～2)．

孢子吸漲后變?yōu)榫G色．接種7～10 d后孢子萌發(fā)，從孢子壁的單裂縫處裂開，裂口處伸出一條無色透明的初生假根(圖3);隨著初生假根的伸長，綠色的原葉體原始細胞也開始發(fā)育，此時孢壁宿存(圖4)．孢子萌發(fā)類型為向心型［10］．

2．2 絲狀體

接種13～22 d后，當原葉體原始細胞橫裂為2個細胞，前端的細胞再橫裂1次成為3個細胞的單列絲狀體后，孢子的壁脫落，此時的絲狀體粗壯，細胞內葉綠體豐富，產生第1、2條次生假根，假根內無葉綠體(圖5)．當前端的細胞繼續(xù)橫裂成為7～8個細胞長的單列絲狀體時，絲狀體細胞圓柱狀或近圓形，細胞側壁略向外鼓起(圖6)．該絲狀體前端的細胞先縱向分裂，產生2個細胞，然后前端的2個細胞之一發(fā)生斜向分裂，產生楔形頂端細胞．

2．3 片狀體

頂端細胞繼續(xù)進行左右交替斜向分裂，兩側衍生的細胞逐個增多．在接種5周后，當片狀體12個細胞長時，片狀體的前端為4～5個細胞寬時，在片狀體前端出現小型分生組織細胞，此時，片狀體為具長柄的匙狀(圖7)．

2．4 原葉體

隨著片狀體前端中央的分生組織細胞持續(xù)分裂，幼原葉體頂端的凹陷不斷加深，兩翼細胞有規(guī)律地增多．幼原葉體寬度略小于長度，兩翼向前端擴展，分生組織呈“U”型，外側邊緣略有波折(圖8～10)．

成熟原葉體呈對稱的心臟形，寬度大于長度，兩翼向左右擴展，前端略斜上升，分生組織仍呈“U”型，外側邊緣全緣，前端少有波折，無毛狀體．邊緣細胞近方形或長方形，翼細胞近方形或多邊形，細胞向內體積逐漸增大(圖11)．原葉體發(fā)育為鐵線蕨型［5］．

2．5 生殖器官

接種7～12周后出現生殖器官．頸卵器發(fā)生在生長良好的原葉體生長點下方至原葉體中部的中脈范圍內，隨中脈的發(fā)育頸卵器的位置不斷下移，背腹皆有，頸卵器腹部埋在原葉體組織內，頸部由4列細胞組成，4層細胞高，頸部高78～92μm左右，直徑48～56μm左右，稍向后傾斜(圖12)．在原葉體基部及邊緣產生大量精子器．精子器寬圓狀圓球形，精子器的壁由3個細胞(蓋細胞、環(huán)細胞和基細胞)組成，高55～65μm左右，直徑64～78μm左右，成熟時蓋細胞脫落，精子溢出(圖13)．

2．6 雄配子體

在孢子較密處，絲狀體橫分裂出更多的細胞后才進行二維生長，進入片狀體時期，而后分生組織出現于原葉體前端略偏一側，心臟形凹陷不明顯，雄配子體的片狀體和原葉體階段與兩性配子體比更加狹長，呈帶狀(圖14～17)．接種5～7周后，在雄配子體邊緣及基部表面逐漸發(fā)育出大量的精子器，但不產生頸卵器(圖16～17)．

3 討論

川滇蹄蓋蕨的孢子赤道面觀為豆形，極面觀為橢圓形，孢子極軸長28～31μm，赤道軸長40～43μm，具單裂縫，裂縫長度為孢子全長的2/3，孢子周壁表面為皺狀紋飾，這些孢子形態(tài)特征與王全喜等［11］的觀察相一致．

本文作者觀察的川滇蹄蓋蕨與中華蹄蓋蕨(Athyrium sinense)、帶嶺蹄蓋蕨(Athyrium dailingense)、多齒蹄蓋蕨(Athyrium multidentatum)和日本蹄蓋蕨(Athyrium niponicum)［7，9］的孢子都為單裂縫，兩側對稱，孢子萌發(fā)類型為向心型，配子體的發(fā)育類型為鐵線蕨型，精子器和頸卵器都是典型的薄囊蕨類型，成熟原葉體為對稱的心臟形，這些共同特征可以作為蹄蓋蕨屬配子體發(fā)育的特點．但這些種間在孢子紋飾、孢子萌發(fā)和配子體發(fā)育速度、絲狀體長度、片狀體和原葉體的形態(tài)以及性器官大小等方面仍存在明顯差異．上述5種我國產蹄蓋蕨屬配子體都無毛狀體，但Nayar［5］指出蹄蓋蕨屬中一些種類有毛狀體，而另一些是裸露的原葉體，這可能是種間差異．

圖1 ～11 川滇蹄蓋蕨配子體的發(fā)育

蹄蓋蕨屬一些種類的片狀體在一段時間內可以繼續(xù)頂端生長，形成的原葉體比較狹長，呈帶狀，長可達3cm［5］．在川滇蹄蓋蕨配子體發(fā)育過程中出現狹長帶狀的雄配子體，其配子體邊緣及基部表面只長精子器，不長頸卵器;與其相似的中華蹄蓋蕨和黑鱗短腸蕨(Allantodia crenata)也有生長不良的帶狀和片狀幼原葉體出現，其表面和邊緣產生大量的精子器［7］．可見，從雄配子體形態(tài)的角度也可證實林孝輝的觀點，蹄蓋蕨屬配子體發(fā)育同短腸蕨屬無明顯差異．以往在配子體形態(tài)發(fā)育研究中更加注重兩性配子體的形態(tài)特征，而忽略了雄配子體的形態(tài)特點，是否雄配子體的形態(tài)也具有一定的穩(wěn)定性，有待于進一步的細致研究．

根據配子體發(fā)育特征信息將川滇蹄蓋蕨和前人所研究的12種蹄蓋蕨科植物［6－9］編制一個檢索表，為該科的分類學和13種植物的鑒定提供有益的資料．

分種檢索表:

1．配子體具毛狀體

2．具單細胞和多細胞毛狀體

3．孢子具褶皺紋飾

1．朝鮮介蕨 Dryoathyrium coreanum…………………………………

3．孢子具粗刺狀或棒狀紋飾

2．單葉雙蓋蕨Diplazium subsinuatum………………………

2．具單細胞毛狀體

4．精子器圓球形

5．原葉體廣圓狀心臟形

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

5．原葉體廣寬圓狀心臟形

4．山冷蕨Cystopteris sudetica………………………………

4．精子器長圓球形

5．歐洲羽節(jié)蕨 Gymnocarpium dryopteris……………………………

1．配子體不具毛狀體

6．精子器近圓球形

7．絲狀體7－11個細胞長

6．日本蹄蓋蕨Athyriun niponicum……………………………

7．絲狀體4－5個細胞長

8．精子器基細胞高于或等于環(huán)細胞

7．多齒蹄蓋蕨Athyriun multidentatum……………

8．精子器基細胞是環(huán)細胞高度的2/3

8．帶嶺蹄蓋蕨Athyriun dailingense……………

6．精子器長圓球形、寬圓狀圓球形或寬三角狀圓球形

9．精子器長圓球形

10．假根前端具球形膨大

9．黑鱗短腸蕨Allantodia crenata……………………………

10．假根前端無球形膨大

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

9．精子器寬圓狀圓球形

11．絲狀體3個細胞長

11．中華蹄蓋蕨Athyriun sinense………………………………

11．絲狀體7－8個細胞長

12．川滇蹄蓋蕨Athyrium mackinnonii………………………

9．精子器寬三角狀圓球形

13．新蹄蓋蕨Neoathyrium crenulatoserrulatum………………

［1］王中仁，張憲春，朱維明，等．中國植物志第三卷第二分冊［M］．北京:科學出版社，1990．

［2］秦仁昌．關于蹄蓋蕨科的一些屬的分類問題［J］．植物分類學報，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］劉保東，王志宏．朝鮮蛾眉蕨配子體形態(tài)發(fā)育的研究［J］．植物學通報，1995，12(1):49－51．

［7］林孝輝，包文美，王全喜，等．東北蕨類植物配子體發(fā)育的研究Ⅸ．蹄蓋蕨科［J］．植物研究，1996，16(3):322－335．

［8］戴錫玲，曹建國，張瑩，等．單葉雙蓋蕨配子體發(fā)育的研究［J］．植物研究，2007，27(2):151－153．

［9］張開梅，方炎明，萬勁．日本蹄蓋蕨配子體發(fā)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，戴錫玲．中國水龍骨目(真蕨目)植物孢子形態(tài)的研究［M］．北京:科學出版社，2010．