全 文 ：第4 1卷第 1期 上海师范大学学报(自然科学版) Vol ． 41，No． 1
2 0 1 2 年 2 月 Journal of Shanghai Normal University(Natural Sciences) Feb ． ，2 0 1 2
对马耳蕨孢子囊早期发育的显微结构研究
王赛赛，王全喜，戴锡玲*
(上海师范大学 生命与环境科学学院，上海 200234)
摘 要:利用光镜对对马耳蕨(Polystichum tsus － simense)孢子囊的早期发育进行研究．结论如
下:对马耳蕨孢子囊起源于羽状叶的一个表皮细胞，经过横分裂和斜向分裂形成外套层原始细
胞和内部细胞，外套层原始细胞分裂分化成孢子囊壁，内部细胞发育形成内外绒毡层和孢子母
细胞，孢子母细胞减数分裂形成孢子四分体．在发育过程中，孢子囊腔内先后出现了孢囊被和
孢子被．对马耳蕨孢子囊的发育类型属于薄囊蕨型．揭示了对马耳蕨孢子囊的早期发育规律，
为蕨类植物的发育生物学和系统进化提供科学依据．
关键词:对马耳蕨;孢子囊发育;光镜
中图分类号:Q 248 文献标识码:A 文章编号:1000-5137(2012)01-0089-05
收稿日期:2011-07-29
基金项目:上海市教育委员会重点学科建设项目(J50401) ;上海市教育委员会科研创新基金(10YZ73)
作者简介:王赛赛(1987 －) ，女，上海师范大学生命与环境科学学院硕士研究生;戴锡玲(1973 －) ，女，博士，上海师
范大学生命与环境科学学院副教授
* 通信作者
0 引 言
蕨类植物孢子囊的发育包含孢子囊的早期发育、孢子的形成以及孢子壁层的发育．研究蕨类植物各
类群孢子囊早期发育的规律以及孢子囊各组成部分的来源和特征，可以为蕨类植物发育生物学和系统
演化研究提供科学依据．关于蕨类植物孢子囊的发育研究主要集中在孢子的形成及孢子壁层的发育，如
Taylor［1］对 Selaginella galeottii大孢子的壁层发育进行了透射电镜的观察;Ramos Giacosa［2］等利用扫描
电镜及透射电镜研究了 Anogramma chaerophylla和 Anogramma lorentzii 孢子外壁和周壁的发育;Morbel-
li［3］等借助透射电镜研究了 Campyloneurum，Microgramma，Pecluma，Phlebodium，Pleopeltis 和 Serpocaulum
孢子壁层的形成及其异同;Parkinson［4 － 6］描述了 Schizaea pectinata 孢子壁的形成过程，并讨论了绒毡层
的结构和功能;王全喜等［7］记录了朝鲜介蕨(Dryoathyrium coreanum)孢子周壁的发育;戴锡玲等［8 － 13］通
过光镜、扫描电镜和透射电镜对贯众(Cyrtamium fortunei)、水蕨(Ceratopteris thalictroides)、瓦韦(Lepisorus
thunbergianus)、乌蕨(Stenoloma chusanum)、海金沙(Lygodium japonicum)、凤丫蕨(Coniogramme japoni-
ca)孢子壁层的发育进行了研究． 而关于蕨类植物孢子囊早期发育的研究较少，Parkinson［14］描述了
Schizaea pectinata从幼孢子囊发育到孢子母细胞进行减数分裂的过程;Benjamin［15］利用光镜研究了石松
科(Lycopodiaceae)中 80 个种的孢子囊壁的结构;Edgar［16］利用光镜研究了 Huperzia brevifolia 从幼孢子
囊到成熟孢子的发育过程．
对马耳蕨(Polystichum tsus － simense(Hook．)J． Smith)隶属于鳞毛蕨科(Dryopteridaceae)耳蕨属
(Polystichum) ，生于阴暗山谷潮湿林下、溪边及竹林内，浙江、江西、广东、贵州、湖北、四川及云南等地均
有分布［17］，具有一定的药用价值．
本文作者利用光学显微镜观察对马耳蕨孢子囊的早期发育过程，解析了对马耳蕨孢子囊的分裂方
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式以及发育模式;结合孢子壁层的结构和发育特征，可以揭示蕨类植物种群间甚至与其他植物类群间的
系统发育关系，从而为蕨类植物系统演化研究提供科学依据．
1 材料与方法
1． 1 材料的采集和固定
对马耳蕨采自上海佘山．选取生长良好的对马耳蕨植株，将具有不同发育时期孢子囊的叶片迅速放
入 3%的戊二醛溶液中进行现场固定，保存于 4℃冰箱中备用．
1． 2 材料处理和光学显微镜观察
用 0． 1 mol /L磷酸缓冲液清洗具有不同发育时期孢子囊的叶片，之后在室温黑暗条件下于 1%锇酸
溶液中进行后固定过夜，经 0． 1 mol /L磷酸缓冲液清洗，再用乙醇、环氧丙烷及丙酮逐级脱水，之后将材
料置于不同比例的丙酮与 Spurr 树脂渗透液中进行逐级渗透，最后把材料放于 Spurr 包埋剂中进行包
埋，并于 60 ℃烘箱中聚合．用 LEICA RM2265 型半薄切片机切片，经甲苯胺蓝染色后用 Motic BA310 型
光学显微镜观察拍照．
2 结 果
对马耳蕨孢子囊起源于羽状复叶的表皮细胞．当对马耳蕨孢子体进入孢子囊分化时期，单个的叶表
皮细胞分化为孢子囊原始细胞．孢子囊原始细胞的核较其他营养细胞大，且细胞质较浓厚(图 1)．孢子
囊原始细胞经一次横分裂产生上方细胞和下方细胞．下方细胞是孢子囊柄的第一个基部细胞，上方细胞
经纵向分裂形成具 3 个细胞的孢子囊原基，此时 3 个细胞的细胞核均较大，核仁明显，有些出现一个细
胞核内有两个核仁的现象，说明分裂较为旺盛(图 2)．此后，最上端细胞进行 3 次斜向分裂，产生 6 个细
胞的原基 (图 3)．最后，位于最上端的细胞再次进行斜向分裂产生 7 个细胞的孢子囊原基，其中位于最
顶端的为顶细胞，其余的 6 个细胞均为孢子囊柄细胞．此时，顶细胞核较大，细胞质较浓，其余细胞内空
泡较大而明显(图 4)．
顶细胞经一次平周分裂形成上方的外套层原始细胞和下方角锥状的内部细胞(图 5)．之后，外套层
原始细胞进行多次垂周分裂形成孢子囊的壁细胞，在此过程中内部细胞也平行于各边分裂形成 4 个绒
毡层原始细胞，包围着中间的孢原细胞．这时孢子囊壁细胞内含物丰富，绒毡层原始细胞分裂旺盛，有丝
分裂过程中的染色体清晰可见(图 6)． 4 个绒毡层原始细胞不断垂周分裂形成一层初始绒毡层．在此期
间，孢子囊壁细胞也在不断分裂分化，空泡化逐渐明显(图 7)．初始绒毡层再进行平周分裂，形成内外两
层绒毡层．从绒毡层原始细胞开始分裂一直到形成两层绒毡层的过程中，孢原细胞也在不断分裂，最后
形成多边形的孢原细胞团(图 8)．
伴随着内层绒毡层细胞壁的降解，周原生质团开始进入孢子囊腔并包围在孢原细胞团周围，此时，
多边形的孢原细胞团开始彼此分离，由多边形逐渐向近圆形转变，外层绒毡层细胞壁仍在，但有一定程
度的变窄，细胞内有较多空泡(图 9)．孢原细胞团变为近圆形时称之为孢子母细胞，此时孢子母细胞核
的分裂活动十分明显，染色体呈细线状，且细胞核占据了整个孢子母细胞的三分之二．外层绒毡层较窄，
细胞质非常稀薄，周原生质团仍围绕在孢子母细胞周围而并无侵入(图 10)．之后，内层绒毡层侵入孢子
母细胞之间，使其相互分离，但是存在一层孢囊被包围着整个孢子母细胞，此时孢子母细胞的细胞核仍
很活跃，染色体开始变粗变短(图 11 ～ 12)．
孢子母细胞进入减数分裂时期，此时周原生质团大量存在于孢子囊腔中，包围着正在进行分裂的孢
子母细胞(图 13)．每个孢子母细胞减数分裂形成一个孢子四分体，此时，出现一层孢子被包围着整个孢
子四分体，周原生质团分散在四分孢子团周围(图 14)．在减数分裂的整个过程中，孢子囊壁细胞原生质
体由原先的充实饱满逐渐变得稀薄．之后，每个四分孢子开始形成外壁，同时孢子出现皱缩现象，近极面
皱缩得较为严重(图 15) ，在近极面中央形成一条长而细的四分体痕褶，四分孢子外仍存在孢子被，孢囊
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被继续包裹着孢子囊腔内的所有四分孢子团，此时，周原生质残余物少量存在，位于孢囊被和孢子被之
间(图 16)．
图 1．孢子囊原始细胞;2． 3 个细胞的孢子囊原基;3． 6 个细胞的孢子囊原基;4．顶细胞形成;5．外套层原始细胞和内部细胞形成;
6．孢子囊壁细胞和 4 个绒毡层原始细胞形成;7．一层绒毡层形成;8．两层绒毡层形成;9．内层绒毡层入侵孢原细胞团;10 ～ 12．孢子
母细胞分离，箭示孢囊被;13．孢子母细胞减数分裂;14．四分孢子体形成;15．孢子皱缩，箭示孢子外壁;16．孢子形成四分体痕褶，箭示
孢子被，箭头示孢囊被(SIC，孢子囊原始细胞;N，细胞核;AC，顶细胞;JC，外套层原始细胞;IC，内部细胞;SW，孢子囊壁细胞;T，
绒毡层;AC，孢原细胞;OT，外层绒毡层;IT，内层绒毡层;ACM，孢原细胞团;SMC，孢子母细胞;TE，四分孢子;SP，孢子)
3 结 论
对马耳蕨孢子囊起源于叶表皮的一个细胞，经过一次横分裂和 5 次纵、斜分裂形成顶细胞和内部细
胞，顶细胞分裂分化形成孢子囊壁，内部细胞发育形成绒毡层及造孢组织，造孢组织再分化形成孢子母
细胞．从蕨类植物孢子囊发育类型上看［18］，对马耳蕨孢子囊的发育属于薄囊蕨型发育，与 Schizaea pecti-
nata［14］孢子囊发育的类型一致．
在对马耳蕨孢子囊早期发育的过程中出现了表面膜，表面膜包括孢囊被和孢子被两种类型．一层出
现于减数分裂前，包围着孢子母细胞团，称之为孢囊被;另一层出现于减数分裂形成四分孢子时，包围着
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孢子的同时使四分体中的孢子相互分离，称之为孢子被．在孢子母细胞减数分裂形成四分孢子后，孢囊
被仍存在，并包围着囊腔内所有的四分体． Pettitt［19］认为表面膜的组成物质是黏多糖，与质膜有明显区
别．而表面膜经过戊二醛和碱性锇酸前固定后不能较好地保存［20］，原因可能是醛和碱性锇酸与多糖类
物质的亲和性太差而导致表面膜的降解［21］．本文作者采用戊二醛和酸性锇酸进行固定，使表面膜得以
完整保存，甲苯胺蓝染色后在光镜下即可清晰观察到表面膜．孢囊被和孢子被的作用可能是维持孢子四
分体的状态［22］．在不同的蕨类植物孢子囊发育过程中，表面膜的结构、组成以及功能都不同［19］．
对马耳蕨孢子母细胞未分离时，已经进入减数分裂阶段，此时细胞核活动十分活跃，染色体呈细线
型;随着孢子母细胞的相互分离，细胞核内的染色体变粗变短，这与 Sheffield［23］观察欧洲蕨(Pteridium
aquilinum)得到的结果一致．在此过程中，可明显观察到孢子母细胞的细胞核增大，核内空间距离变大．
Godward［24］在百合属植物的研究中也发现了这一现象，认为该现象归因于 pH 的影响，是 pH 造成了膜
外层不规则的延伸，但其生理学意义仍有待进一步研究．
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Light microscope studies on the early development of sporangium in
Polystichum tsus simense(Hook．)J． Smith(Dryopteridaceae)
WANG Sai-sai，WANG Quan-xi，DAI Xi-ling*
(College of Life and Environment Sciences，Shanghai Normal University，Shanghai 200234，China)
Abstract:The formation and early development of sporangium of the fern Polystichum tsus simense(Hook．)J． Smith(Dryopteri-
daceae)were studied by light microscope． The results areas follow:The sporangia arise from single-celled epithelial initials on pin-
nae． Division of the single initial produced the internal cell and the jacket initial cells that differentiated into the sporangium wall．
The internal cell leads to the tapeta and the spore mother cells that produce tetrahedral spores after meiosis． At last，the spore has
an aperture． The sporocyte coat and sporecoat are visible during the development． The early development of sporangium of the fern
Polystichum tsus simense is eusporangiate type． This paper indicates the whole early development of sporangium，and provides basic
information about the development biology and phylogeny of ferns．
Key words:Polystichum tsus simense(Hook．)J． Smith;sporangium development;light microscope
(责任编辑:顾浩然)
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