全 文 ：　[收稿日期] 　2010-04-12;2010-06-21修回
　[基金项目] 　贵州省科技厅自然科学基金项目“贵州南部石灰岩地区重要蕨类植物资源的配子体发育研究” [ 2008(J)2102]
　[作者简介] 　郭治友(1973-),男 ,副教授 ,从事植物学教学与科研工作。
[ 文章编号] 1001-3601(2010)07-0407-0008-04
薄叶双盖蕨的配子体发育研究
郭治友1 , 容 丽2 , 肖国学1
(1.黔南民族师范学院 生命科学系 , 贵州 都匀 558000;2.贵州师范大学 地理科学学院 , 贵州 贵阳 550000)
　　[摘　要] 采用人工方法培养薄叶双盖蕨(Dip laz ium pin f aense Ching)的孢子 ,观察其配子体发育过
程。结果表明 ,薄叶双盖蕨孢子为二面体型 ,极面观椭圆形 ,赤道面观为肾形 ,具较宽而透明周壁 ,单裂缝;播孢 5d后萌发 ,假根先出 ,孢子萌发为书带蕨型(Vittaria-Type);播孢 9 d后进入丝状体阶段 ,有 2 ～ 4个细
胞;播孢 17 d后进入片状体阶段 ,倒三角形分生细胞出现早 ,为小楔形 ,仅 3 ～ 5 个细胞宽;播孢 26d 后进入
原叶体阶段 ,发育为铁线蕨型(Adiantum-Type),成熟原叶体为对称心形 ,两翼宽大平展 。其初生假根含叶绿体 ,原叶体裸露 ,无毛状体 ,颈卵器短而直立 。原叶体的正常发育可耐受较弱的自然光 ,适应郁闭度较高的
生境 。[关键词] 薄叶双盖蕨;配子体发育;系统学意义;环境适应[中图分类号] S682.35 [文献标识码] A
Study on Gametophyte Development of Diplazium pinfaense
GUO Zhi-you1 , RONG Li2 , XIAO Guo-xue1
(1.Department of Lif e Sciences , Qiannan Nationalities Normal College , Duyun, Guizhou 558000;2.College of
Geographical Sciences , Guizhou Normal Universit y , Gui yang , Guizhou 550000 , China)
　　Abstract:The gametophy te development process of Dip laz ium pin faense spo res w as observed in the
labo rato ry .The results show that it s spo re w ith a mono le te is of broad and transparent perispo rium , i ts
spore is oval shape in equato rial view and kidney shape in po lar view , it s spo re beg ins to germinates in 5
days af ter sow ing , it s spo re germination presents a vi t taria-type , the germ f ilament w ith 2 ～ 4 cells beg ins
to form in 9 days af ter sow ing spores , the pro thallial plate begins to form in 17 day s after sowing spo res ,
the pro thallia begins to fo rm in 26 day s af ter sowing spo res and the gametophy te develops an Adiantum-
ty pe , the mature prothallium is a symmetric hear t-shaped w ith tw o broad wing s.The primary rhizoid
contains some chloroplasts , nudi ty prothallia w ithout trichomes and a short and upright archegonium.The
no rmal development o f the prothallia can to lerate the weak natural lig ht fo r adapting the habitat w ith a
high canopy densi ty
Key words:Diplazium pinf aense;gametophy te development;systema tic meaning;environmental ad-
aptation
　　薄叶双盖蕨(Diplazium pinf aense Ching)隶
属蹄盖蕨科(Athy riaceae)双盖蕨属(Dip lzium)植
物 ,根状茎直立或斜长 ,叶簇生 ,奇数 1回羽状复叶 ,
薄草质 ,羽片边缘浅波状 ,两面无毛 。其分布于我国
浙江 、福建 、江西 、湖南 、广西 、贵州 、四川和云南等省
区 ,日本也有分布 ,为东亚分布的种类[ 1] 。在蹄盖蕨
科双盖蕨属配子体发育方面 ,Momose ,S 在 1938年
研究了 Diplazium thungergi Nakai和 D.lati f o-
lia Moo re 2种[ 2] , 1968 年又对 4 个种(D .cordi f o-
lium Blume 、D .polypodioides Blume、D .simpl iciv-
enium Blume 和 D.tomentosum Roit t.)的原叶体及
性器官进行了简单的描述[ 3] ;Methra , P.N [ 4] 在
1949年对 Dip laz ium esculentum(Retz.)Sw.配子
体发育进行了观察;Atkinson , L.R[ 5] 在 1967 年研
究了部分双盖蕨属的配子体;戴锡铃等[ 6] 研究了单
叶双 盖蕨 [ D .subsinuatum (Wall ex Hook et
Grew.)Tagaw a]的配子体发育过程 。到目前为止 ,
未见薄叶双盖蕨配子体发育的研究报道 ,为此 ,采用
人工方法培养薄叶双盖蕨的孢子 ,利用光学显微镜
和显微摄像技术对其配子体发育过程进行观察 ,以
期为该类群系统进化提供配子体方面的资料。
1 材料与方法
1.1 材料
薄叶双盖蕨的孢子分别于 2007 年 9 月 22日 、
2008年8月 12日和 2009年7月5日采自贵定县平
伐镇斗篷山同一居群 ,把待成熟孢子囊的叶片装入
硫酸纸袋中 ,让孢子自然脱落后收集保存于 4℃冰
箱中备用。
1.2 方法
薄叶双盖蕨的孢子培养参照郭治友等[ 7] 的方法
进行。培养容器为紫砂花盆(盆口直径 25 cm),培
　贵州农业科学　2010 , 38(7):8～ 11　Guizhou Ag ricultural Science s
养土距盆口 10 cm ,保持固定方位。黑暗培养 2d 后
取出搁置于实验室窗台上自然培养 ,试验分 3 次进
行 ,每次 3个重复。观察与统计:在孢子萌发至丝状
体阶段 1次/d ,丝状体阶段后制片 1次/3d ,用显微
镜(Olympus CH3型 、Motic AE31型及显微摄像系
统)观察 ,光强度用Model ZDS-10F-2D型照度计测
量。试验数据均为 30个材料的平均值 。
2 结果与分析
2.1 孢子及其萌发
薄叶双盖蕨的孢子为深褐色 ,二面体型 ,极面观
为椭圆形 ,赤道面观为肾形 ,孢子大小(27.3 ～ 41.8)
μm×(46.1 ～ 55.6)μm ,平均 36.1μm×49.5μm ,单
裂缝 ,具宽而透明的周壁 ,厚 5.4 ～ 7.9μm ,平均
6.9μm ,有少数褶皱 ,周壁内颜色较深(图示-1)。播
孢 5 d后假根先从裂缝伸出 ,初生假根含叶绿体(图
示-2),假根较长(图示-3),出根后第一原叶体细胞
才从裂缝伸出 ,内有丰富的叶绿体 ,假根与之垂直
(图示-4),萌发为书带蕨型(Vittaria-Type)[ 8] 。
2.2 丝状体
播孢 9 d后第一原叶体细胞伸长 ,横分裂 ,发育
进入丝状体阶段 ,由 2 ～ 4 个细胞组成 ,细胞常呈倒
梨形 ,前端略膨大 ,长与宽近等 。但在土壤条件下的
丝状体细胞常为长圆柱状 ,长为宽的 3 ～ 5 倍 ,可能
利于丝状体从土壤缝隙中伸出地面接受光照有关 。
偶见第一原叶体细胞上产生 2条假根 ,均与之垂直
(图示-5)。
2.3 片状体
播孢 17 d后丝状体前端细胞第一次行纵分裂 ,
发育进入片状体阶段 ,后均斜向纵分裂(图示-6),片
状体出现倒三角形分生细胞 ,片状体呈楔状 ,较小 ,
仅 3 ～ 5个细胞宽(图示-7),倒三角形细胞处内凹逐
渐明显 ,发育进入原叶体阶段 。
2.4 原叶体
播孢 26 d 后 ,发育进入原叶体阶段 ,内凹的倒
三角形分生细胞位置为生长点 ,常偏斜(图示-8),生
长点细胞不断斜向分裂(图示-9)。随着原叶体的发
育生长点越凹陷 。约 60 d后原叶体上出现露珠 ,性
器官开始发育。成熟原叶体呈对称心形 ,发育为铁
线蕨型(Ad iantum-Type)[ 8] ,原叶体中肋处有 3 ～ 4
层细胞厚 ,两翼较宽 、平展 、薄 ,由 1层细胞构成 ,裸
露 ,无毛状体(图示-10)。生长点细胞排列紧密且较
小(图示-11)。边缘细胞排列整齐 ,呈长柱形 ,长为
宽的 1 ～ 2倍 ,或平卧或纵排 ,外侧略有内陷(图示-
12)。原叶体细胞内的叶绿体正常情况下为均匀分
布 ,但随着制成活体装片观察时间的延长 ,原叶体边
缘细胞开始向内 ,叶绿体逐渐向细胞壁处堆积 ,这可
能与原叶体细胞的应激失水有关(图示-12)。
2.5 假根
成熟原叶体上的假根分布于腹面中肋及其附
近 ,较长 ,假根尖具分叉和膨大(图示-13),或呈螺旋
状(图示-14), 假根粗 10.1 ～ 20.2μm , 平均
15.3μm 。
2.6 性器官
性器官始出于播孢 60 d后 ,较大的原叶体上呈
现露珠 ,逐渐产生性器官 ,先出现的是精子器 ,分布
于原叶体腹面假根丛及其附近的中肋上 ,呈具柄球
形 ,柄长 28.7 ～ 41.6μm ,平均 38.3μm ,顶面观为圆
球形(图示-15), 直径 47.1 ～ 54.5μm , 平均
53.5μm ,成熟时盖裂(图示-16), 裂孔径 15.2 ～
21.5μm ,平均 17.6μm ,精子囊壁由 3个细胞构成。
精子从裂孔始滑出时为球形 ,之后便开始旋转 ,渐变
成能旋转游动的螺旋形成熟精子 ,活动能力强。颈
卵器出现晚于精子器约 8 d ,雌雄同体 ,分布于原叶
体腹面生长点后的中肋上 ,侧面观为短棒状 ,直立 ,
由 4层细胞构成(图示-17),高63.4 ～ 83.7μm ,平均
76.2μm 。顶面顶呈铜钱状 ,顶径 43.4 ～ 61.2μm ,
平均 53.8μm;孔径 15.2 ～ 28.9μm ,平均 21.3μm ,
由 4列细胞组成 ,成熟时其中一纵列细胞裂开(图
示-18),未受精的颈卵器最后变成深褐色 。
2.7 胚的发育
播孢约 75 d 后原叶体上颈卵器呈现膨大(图
示-19),说明胚已经发育 ,且随着胚增大从颈卵器孔
破出(图示-20),进一步分化发育。播孢约 105 d后
出现明显的胚芽 、幼叶和根的幼孢子体(图示-21)。
继续培养约 2个月后 ,幼孢子体可发育出羽裂的孢
子叶(图示-22)。
2.8 发育与光强度的关系
在配子体发育过程中 , 光照 >3.8μmo l/
(m 2 · s)以上时为配子体发育正常强度 ,能正常产
生幼孢子体 ,经统计 ,原叶体的成苗率达 85%以上;
光照>1.7μmo l/(m 2 · s),且<3.8μmol/(m2 · s)
时能形成正常原叶体 ,但不能形成幼孢子体;光照<
1.7μmol/(m 2 · s)时不能形成正常的原叶体。可
见 ,配子体正常发育能耐受较弱的自然光照 ,能行自
然有性生殖 ,说明该物种在郁闭度较高的森林植被
下能正常生长繁殖 。
·9·　第 7 期 郭治友 等　薄叶双盖蕨的配子体发育研究
注:1.孢子;2～ 3.孢子萌发;4～ 5.丝状体;6～ 7.片状体;8～ 9.幼原叶体;10.成熟原叶体;11.生长点;12.边缘细胞;13～ 14.假根;15～ 16.精子
器;17～ 18.颈卵器;19～ 20.胚;21.幼孢子体;22.幼苗。
　1.Spore;2～ 3.Sp ore germin at ion;4～ 5.Fi lam ent;6 ～ 7.Prothallial plate;8 ～ 9.The young prothallium ;10.Adu lt prothal lium;11.Growing
point;12.Celles of Margin;13～ 14.Rhizoids;15 ～ 16.Antheridium;17～ 18.Archegonium;19～ 20.Emb ryo;21.Young spo rophy te;22.Young
seeding.
图示 薄叶双盖蕨的配子体发育过程
Fig.　The gametophy te development process of Dip laz ium p in f aense
·10· 　　　　　　　　　　　 　　　　　贵 州 农 业 科 学 2010 , 38 卷
3 小结与讨论
1)本试验的薄叶双盖蕨孢子为深褐色 ,二面体
型 ,单裂缝 ,具宽而透明的周壁 ,有少数褶皱 ,与中科
院北京植物研究所古植物研究室孢粉组的观察结果
一致[ 9] ,孢子萌发时假根先出 ,发育为书带蕨型 ,原
叶体发育为铁线蕨型[ 8 , 10] 。其中初生假根含叶绿
体 ,原叶体裸露 ,无毛状体 ,颈卵器短而直立 ,是较为
原始的系统学性状 ,但假根具分叉 、膨大或螺旋等又
是进化的系统学特征[ 11] 。
2)在双盖蕨属的配子体发育方面 , D.cordi f o-
lium Blume[ 3] 和单叶双盖蕨[ D.subsinuatum(Wall
e x Hook et G rew .)Tagawa] [ 6] 配子体发育出现了
毛状体 ,其他种类的原叶体裸露 ,无毛状体。蕨类配
子体出现毛状体与否是一个重要特征 ,原始的类群
无毛状体 ,而进化的类群有毛状体[ 12] ,说明双盖蕨
属内存在着进化上的较大差异 ,亟待多学科深入研
究 ,综合论述其系统位置 。
3)蹄盖蕨类植物由于自然界存在着大量的变
种 、变型和杂交种 ,是蕨类分类和系统演化研究的难
点类群[ 11] 。Masayuki T 等[ 13] 从细胞学上有丝分裂
染色体数目和减数分裂染色体的行为 ,繁殖上孢子
的数量和形态以及分子遗传学上等位酶多样性方面
研究了日本产双盖蕨属 1 ～ 2回羽裂叶的 14个分类
群 ,认为薄叶双盖蕨是自然有性生殖的二倍体类群 ,
与本试验观察其配子体为雌雄同体和行自然有性繁
殖等结果一致 ,也说明了薄叶双盖蕨斗篷山居群是
一个自然分类群 。
4)薄叶双盖蕨在>3.8μmo l/(m2 · s)的光照
条件下 ,能正常产生幼孢子体 , 原叶体成苗率达
85%以上 ,说明 ,在郁闭度较高的植被条件下 ,该物
种能正常有性繁殖 ,表明该物种适应生长在植被保
存较好的生境。通过原生境腐殖土播孢繁殖种苗 ,
为研究其生物学特性以及保护性开发该资源提供了
必要的资料 ,且该法简便快捷 ,经济高效 。
[ 参 考 文 献]
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(责任编辑:冯　卫)
·11·　第 7 期 郭治友 等　薄叶双盖蕨的配子体发育研究