全 文 ：赤霉素和土壤基质对猴腿蹄盖蕨发育过程的影
响
张屹岩 , 杨利民
吉林农业大学中药材学院 , 吉林省生态恢复与生态系统管理重点实验室 , 长春 130118
摘 要:采用显微摄影技术观察记录孢子萌发至形成幼苗的过程 ,研究了赤霉素(GA3)和土壤基质对孢子萌
发成苗的影响。结果表明:孢子从片状体发育形成原叶体阶段开始需要外界提供充足的养分 , 原叶体发育成
苗阶段需要充足的水分 ,以利于受精卵的形成。外源施加GA3 可以使孢子萌发时间至少提前 2 d , 质量浓度为
10 mg/ L的 GA3促进孢子萌发效果最好。用草炭土 、黑土 、细砂 、混合土[ V(草炭土)∶V(黑土)=1∶1] 4 种土壤
基质培育孢子 ,草炭土为最佳基质 , 最大成苗率达 56%。
关键词:猴腿蹄盖蕨;孢子;发育过程;赤霉素(GA3);土壤基质
中图分类号:S647 文献标识码:A 文章编号:1000-5684(2011)04-0355-05
DOI:CNKI:22-1100/ S.20110324.1435.003
网络出版地址:http://www.cnki.net/kcms/ detail/ 22.1100.S.20110324.1435.003.html
引文格式:张屹岩 , 杨利民.赤霉素和土壤基质对猴腿蹄盖蕨发育过程的影响[ J] .吉林农业大学学报 , 2011 ,
33(4):355-359.
Effects of GA3 and Culture Media on the Development of Athyrium mul-
tidentatum(Dol.)
ZHANG Yi-yan , YANG Li-min
College of Chinese Medicinal Materials , Key Laboratory for Ecological Restoration and Ecosystem Manage-
ment of Jilin Province , Jilin Agricultural University , Changchun 130118 , China
Abstract:Athyrium multidentatum (Dol.)is a plant which can be used as food and medical herb.In
order to conserve the resource and realize plentiful artificial breeding , the development of Athyrium multi-
dentatum(Dol.)was observed under microscope , and the effects of culture media andGA3 on spore ger-
mination were studied.The results showed that enough nutrient was requisite when the prothallial plates
developed into prothalli and enough water needed to be supplied when the prothalli developed into
seedling.When the GA3 was used , spore germination time would reduce by 2 days at least.10 mg/L
GA3 was best for speeding up spore germination.The spores grew in four types of culture soils , and the
maximum rate of becoming seedling was obtained in the peaty soil , up to 56%.
Key words:Athyrium multidentatum(Dol.);spore;development;GA3;culture media
猴腿蹄盖蕨[ Athyrium multidentatum(Dol.)]又
名多齿蹄盖蕨[ 1] ,为蹄盖蕨科蹄盖蕨属多年生草
本植物[ 2] ,多生长于海拔 500 ～ 1 500 m 杂木林与
针阔叶混交林下背阴坡或山谷阴处及林缘与沼泽
湿地 ,分布于黑龙江 、吉林 、辽宁 、内蒙古 、北京 、河
北 、山西和山东北部 ,俄罗斯远东地区 、朝鲜半岛
和日本也有分布[ 3] 。猴腿蹄盖蕨拳状嫩叶和根状
茎可食用 ,味道鲜美而独特 ,营养成分丰富 ,含多
通讯作者
基金项目:吉林省科技发展项目(20010232)
作者简介:张屹岩 ,女 ,硕士研究生 ,主要从事植物生态学研究。
收稿日期:2010-10-29 网络出版时间:2011-03-24 14:35
吉林农业大学学报 2011 ,33(4):355 ～ 359 http:// xuebao.jlau.edu.cn
Journal of Jilin Agricultural University E-mail:jlndxb@vip.sina.com
种维生素 、无机盐 、碳水化合物及人体所必需的全
部氨基酸[ 4] ;同时富含多种生物活性物质。根茎
和全草均可入药 ,具有清热解毒 、润肺理气 、补虚
舒络 、止血杀虫的功效[ 5] 。徐文杰 、林孝辉对配子
体发育进行了研究[ 6-7] ,但仅对发育的各阶段进行
过简单的描述和部分阶段的显微观察。本试验利
用显微摄影技术 ,对孢子萌发至形成幼苗的各个
阶段进行观察;通过用 3 种不同浓度的赤霉素
(GA3)处理孢子 ,分析GA3对孢子萌发的影响;将
孢子播种在不同基质上 ,观察统计孢子的萌发率
和成苗率 ,以期为猴腿蹄盖蕨的人工繁育提供技
术支持。
1 材料与方法
1.1 孢子的采集与保存
猴腿蹄盖蕨孢子于 2009年 8月 8日采自吉
林省临江市三公里处后山 ,将有成熟孢子的叶片
放入硫酸纸袋中 ,带回吉林省生态恢复与生态系
统管理重点实验室 ,放在报纸上 ,阴干。3 d后成
熟孢子自然脱落结束 ,收集孢子 ,用 0.2 mm孔径
的筛子去除杂质 ,放入硫酸纸袋中 ,在 4℃冰箱中
保存待用 。
1.2 培养方法
配制 10 mg/L 的孢子溶液 ,用血球计数板法
计数 1 mg(大约 6 000个)孢子 ,用注射器取 2 mL
的孢子溶液(按 120个孢子计算)均匀播种在铺有
滤纸的培养皿上 ,共播种 4个处理 ,分别为对照组
ck(加蒸馏水)和加入 10 , 30 ,50 mg/L浓度 GA3 溶
液;将黑土 、草炭土 、细沙 、混合土(等体积比例混
合的黑土和草炭土)4 种基质装入 80 mm×70 mm
的育苗杯中 ,均匀播种质量浓度为 10 mg/L 的孢
子溶液 2 mL ,用蒸馏水浇透 ,覆盖保鲜膜。每个
处理重复 3 次 , 全部放入温度为 25℃, 光照
3 000 lx ,光照时间 10 h 条件下的 HPG-320H 型
气候箱内 ,每 2 d喷水保持湿润 。
1.3 数据统计与分析
播种第5天开始用光学显微镜观察培养皿中
的孢子 ,当孢子内有 1个叶绿体细胞并出现 1条
无色透明的假根时 ,定为已萌发。以后每 2 d观
察1次 ,计数孢子萌发率 ,利用显微摄影技术 ,对
孢子萌发至形成幼苗的各个阶段进行拍照。播种
于土壤基质中的孢子以肉眼可见孢子变绿定为开
始萌发 ,播种 7 d后开始观察 ,以后每隔 2 d观察
1次 ,记录各阶段初现时间和最大形成率。萌发
率=萌发孢子数/播种孢子数×100%,原叶体形
成率=原叶体数/萌发孢子数×100%,孢子体幼
苗形成率=孢子体幼苗数/原叶体数×100%,各
阶段形成率均为最大形成率 ,在下一发育阶段开
始出现时统计数据 。数据用统计软件 Excel 2002
和SPSS17.0在 P=0.05水平上进行方差分析 ,各
处理间差异显著性用 LSD法进行多重比较。
2 结果与分析
2.1 孢子萌发至形成孢子体苗过程
2.1.1 孢子萌发 孢子呈深黄褐色 ,两侧对称 ,
极面观为椭圆形 ,侧面观为豆形(图 1-A)。裂缝
长度约为孢子全长的 2/3 ,不具周壁 。孢子轮廓
线为微波纹状 。表面不平 ,具拟网状纹饰和较平
的小瘤状纹饰 。培养皿中的孢子播种第 7天 ,可
见假根从孢子壁的单裂缝处伸出 ,弯曲生长 ,细胞
渐变绿色 ,内有叶绿体出现(图 1-B),此时可认
为孢子已经萌发。
2.1.2 丝状体阶段 播种第 9天 ,细胞横裂为 2
个细胞(图 1-C),标志着进入丝状体阶段 ,以后
前端的细胞多次横裂成为 4个细胞长的单列丝状
体 ,有 2条假根。丝状体粗壮 ,细胞内叶绿体很丰
富 ,可以进行光合作用为细胞分裂生长提供营养。
从丝状体阶段开始 ,孢子壁脱落 ,肉眼可见孢子变
绿。(图 1-D)
2.1.3 片状体 当丝状体发育为4个细胞时 ,其
前端的细胞先纵向分裂 ,产生 2 个细胞(图 1-
E)。其中 1个细胞发生斜向分裂产生顶端细胞 ,
另 1个细胞发生横向分裂 ,顶端细胞进行左右交
替斜向分裂成为片状体。继续观察培养皿中的孢
子发育状况 ,除形成片状体的孢子数量增加外 ,细
胞不再继续发育。
2.1.4 原叶体 装有草炭土的育苗杯内播种第
23 d ,开始观察到明显的心形原叶体出现(图 1-
F)。原叶体宽度大于长度 ,两翼向左右扩展 ,前
端略斜向上升 ,内侧中间形成生长点(图 1-H),
生长点处的细胞小 、叶绿体较多 、细胞分裂旺盛。
由于生长点的不断分裂 ,细胞数目增多 ,生长点逐
渐下陷 ,两翼上延相交逐渐发育形成中脉 ,呈卵
形 ,向表面鼓起(图 1-G),一般 4 ～ 6层细胞厚 ,
外侧边缘全缘 ,有或无波折 ,边缘细胞排列紧密 ,
多为长方形。
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Journal of Jilin Agricultural University 2011 , August
2.1.5 假根 孢子萌发初期 ,可见从孢子壁的
单裂缝处伸出假根(图 1-A),假根生长方向与细
胞分裂面垂直 ,初生假根内常含有少量叶绿体 ,随
着假根生长叶绿体最后消失。假根粗细均匀 ,透
明 ,长管状。随着发育的进行 ,在丝状体 、片状体
基部假根逐渐增多 ,原叶体阶段时在基部有大量
的假根(图 1-F)。
A.成熟孢子 Mature spore(×400);B.孢子萌发 Spore germination(×400);C , D.丝状体Filament(×400);E.Prothallial plate 片状体(×
400);F.原叶体Prothallus(×40);G.中脉Midrib(×400);H.生长点Growing point(×400);I.精子器Antheridiums(×100);J.圆球形结
构Circular structure(×100);K.精子器顶面观The apical view of the antheridiums(×400);L.成熟颈卵器 Mature archegoniums(×100);
M.颈卵器侧面观 Lateral view of the archegonium(×400);N.幼孢子体(三星ES55相机直接拍摄)Young sporophyte(taken direct ly by SAM-
SUNG ES55 camera)
图 1 猴腿蹄盖蕨孢子萌发至形成幼孢子体苗
Fig.1.From spore germination to development of young sporophyte of Athyrium multidentatum(Dol.)
2.1.6 性器官 随着原叶体的发育 ,两翼出现
圆球形结构(图 1-J),能借助原叶体腹部的自由
水游向基部 ,在生长点下方 ,逐渐发育为成熟的精
子器(图 1-I ,图 1-K),近圆球形 ,由环细胞 、基
细胞 、盖细胞组成 。基细胞较小 ,呈褐色 ,盖细胞
高于或等于环细胞的高度 。精子细胞成熟时盖细
胞大多孔裂 ,也有盖细胞撕裂使精子放出 ,一部分
沿着生长点释放到土壤基质中 ,一部分进入颈卵
357张屹岩等:赤霉素和土壤基质对猴腿蹄盖蕨发育过程的影响
吉林农业大学学报 Journal of Jilin Agricultural University
器。颈卵器出现时间比精子器出现的时间约晚
10 d ,出现在假根附近 ,形成多个且逐渐成熟 ,前
端膨大 ,朝向生长点或假根方向倾斜或弯曲 ,深褐
色(图 1-M),成熟后顶端裂开 ,精子细胞进入形
成受精卵(图 1-L),进一步发育成孢子体苗 。显
微镜下观察 ,多为雌雄同株。
2.1.7 幼孢子体苗形成 育苗杯内播种第 71
天 ,可观察到从原叶体上生成的幼孢子体(图 1-
N),叶柄绿色透明 ,幼叶呈拳卷状 。由于颈卵器
不断成熟 ,第 1株幼孢子体长出后 ,不断形成新的
孢子体。
2.2 不同质量浓度 GA3对孢子萌发率的影响
由图 2可见 ,用 GA3 处理过的孢子开始萌发
时间比未进行处理的提前 2 d , 质量浓度为
10 mg/L 、30 mg/L GA3 处理的孢子萌发率高于质
量浓度为 50 mg/L GA3处理和对照组(ck)。
图 2 不同质量浓度 GA3 处理的孢子萌发率变化
Fig.2.The rate of spore germination in different con-
centration gradients of GA3 condition
通过对播种 15 d的孢子萌发率进行方差分
析 ,结果表明 ,质量浓度为 10 mg/L 和 30 mg/L
GA3 处理孢子萌发率与 ck和质量浓度为 50 mg/L
GA3 处理孢子萌发率差异显著 ,其中质量浓度为
10 mg/L 和 30 mg/L GA3处理的孢子萌发率差异
不显著 , ck和质量浓度为 50 mg/L GA3 处理孢子
萌发率差异不显著(表 1)。这说明 ,适当质量浓
度的GA3溶液可以加快孢子的萌发速度 ,其中质
量浓度为 10 mg/L 和 30 mg/L GA3 溶液可以显著
提高孢子的萌发率 ,质量浓度为50 mg/L的GA3溶
液对孢子萌发率的影响不显著 。
表 1 不同质量浓度 GA3 处理对孢子萌发的影响
Table 1.The effects of different concentration gradients of
GA3 conditions on spore germination
ρ(GA 3)/(mg·L-1)
Dif ferent concentration GA3
萌发率/ %
Germination rate
0 34.3±23.7b
10 72.6±22.5a
30 70.6±12.5a
50 34.6±15.6b
2.3 不同土壤基质条件下孢子萌发 、配子体发育
和孢子体苗形成
由表 2可知 ,播种在不同基质中的孢子生长
发育速度:草炭>黑土>混合土>细砂。细砂基
质中原叶体呈淡黄色 ,不能形成幼苗 。播种在不
同基质中的孢子萌发率:黑土>草炭>混合土>
细砂。不同基质原叶体形成率:细砂>黑土>混
合土>草炭。幼苗形成率:黑土>草炭>混合土。
方差分析结果表明:草炭土中孢子萌发及形成原
叶体阶段显著快于细沙和混合土 ,与黑土中的差
异不显著 。形成幼苗速度显著快于其他基质 。黑
土中孢子萌发率显著高于细砂和混合土 , 达到
100%,与草炭土中的差异不显著。草炭土中原叶
体形成率较低 ,与其他 3种基质中的差异显著 ,但
3种基质幼苗形成率差异不显著。
表 2 孢子在不同基质条件下的发育状况
Table 2.The development of spores in various culture media
基质
Growing
medium
萌发时间/ d
Germination
days
萌发率/ %
Germination
rate
原叶体初现时间/ d
Days of prothallus
appearance
原叶体形成率/ %
Prothallus
rate
幼苗初现时间/ d
Days of sporophyte
appearance
成苗率/ %
Seeding
rate
草炭土
Turfy soil
9.0±0b 87.0±13.0a 28.0±4.6c 93.0±2.6b 72.3±2.3c 50.3±5.5a
黑土
Black soi l
24.0±9.6ab 100.0±0a 33.7±6.7bc 98.0±1.0a 95.7±17.6b 51.7±4.5a
细砂
Si lver sand
33.3±20.6a 9.7±0.6b 52.3±11.0a 99.7±0.6a
混合土
Fabricated soi l
32.0±6.0a 36.0±9.5c 43.7±1.5ab 97.7±0.6a 125.7±9.2a 49.7±2.5a
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Journal of Jilin Agricultural University 2011 , August
3 讨 论
3.1 孢子发育过程
猴腿蹄盖蕨分为紫茎和绿茎 2 种 , 林孝辉
等[ 7]研究认为这 2种在配子体发育过程存在区
别。本试验采集地点多紫茎 ,试验材料所用的孢
子均来源于紫茎 。由配子体发育过程可知 ,从片
状体阶段开始 ,发育过程需要外界提供充足的养
分。颈卵器出现在假根附近 ,有利于受精卵发育
成苗过程中直接利用外界养分 。因此 ,在人工繁
育过程中 ,提供充足的养分有利于配子体形成及
发育成苗。从原叶体发育形成精子器开始 ,适当
增加水分 ,利于精子的流动 ,促进受精卵的形成。
孢子进入丝状体 、片状体阶段及产生性器官所需
时间比徐文杰[ 6] 的研究结果要少一些 ,这可能是
由于培养方法和培养条件不同所致 ,因为蕨类植
物配子体发育与播种基质 ,温度 、光照 、水分等多
种因素有关 。另外 ,徐文杰[ 6] 认为第 1片幼孢子
体叶无拳卷现象 ,本试验观察到的第 1片幼孢子
体叶呈拳卷状(图 1-N),因为第 1枚孢子体叶呈
拳卷状时间较短 ,持续 1 ～ 2 d ,这种不同结论可能
与观察的时间有关。
3.2 不同质量浓度 GA3对孢子萌发率的影响
前人的研究表明 GA3 对蕨类植物孢子萌发
有一定的影响 。Kagawa[ 8] 等证明海金沙[ Lygodi-
um japonicum (Thunb.)Sw.]孢子在 GA3 诱导下萌
发率提高 。张金文[ 9]等研究表明欧洲蕨[ Pteridi-
um aquilimzm (Linn.)Kuhn.]孢子在不含GA3 的培
养基上约需4 d萌发 ,施加适当浓度GA3 后2 d即
可萌发 。翟国燕[ 10] 等研究指出GA3 可以使蕨菜
[ Pteridium aquilinum (L.)var.Latiusculum]孢子假
根伸出时间提前约 2 d , 但并不提高孢子萌发率。
结果表明:一定质量浓度的 GA3 溶液可加快猴腿
蹄盖蕨孢子的萌发速度 , 10 mg/L 的效果最好 ,与
对照和50 mg/L 的处理差异显著。50 mg/L 的处
理虽然比对照提前 2 d萌发 ,但 15 d 后统计孢子
的萌发率 , 差异不显著 。郭庆勋等[ 11] 认为
15 mg/L 赤霉素(GA3)对孢子萌发的诱导率最高 ,
与本试验结论略有不同 ,可能是培养条件的差异
所致 ,因为孢子萌发还受到其他很多因子的影响。
3.3 不同土壤基质对孢子萌发成苗的影响
播种基质对孢子萌发和配子体发育有重要的
影响。很多对蕨类植物孢子的无菌培养研究表
明 ,具有一定营养物质的基质更有利于孢子的萌
发和配子体的发育[ 12-13] 。本试验选用的 4 种基
质在养分 、理化性质方面存在明显的差异 。试验
结果表明:草炭土中猴腿蹄盖蕨孢子的不同发育
阶段所用时间最短 ,其中成苗阶段速度显著快于
其他土壤基质 。黑土中孢子萌发和成苗率高于草
炭土 ,但差异不显著 。细砂中形成少量原叶体 ,不
能发育成苗。这是由于细砂的养分匮乏 ,不能提
供受精卵发育成苗所需的营养 。综合萌发率和萌
发速度来看 ,草炭土为人工繁育的最佳基质 。
由上述研究结果可以看出 ,猴腿蹄盖蕨孢子
从片状体发育形成原叶体阶段开始需要外界提供
充足的养分 ,原叶体发育成苗阶段需要充足的水
分 ,利于受精卵的形成 。外源施加一定质量浓度
的 GA3 可以使孢子萌发时间提前 , 质量浓度
10 mg/L的GA3促进孢子萌发效果最好。本试验
利用土壤基质进行孢子育苗的最大成苗率达
56%,草炭土营养丰富 ,透气性好 ,为孢子繁殖发
育的最佳基质 。
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