全 文 ：第 25卷　第1 期　　　　　　　　　　　　　植　　　物　　　研　　　究 2005 年　1 月
Vol.25　No.1　　　　　　　　　　　　BULLETIN OF BOTANICAL RESEARCH Jan., 　2005
基金项目:国家自然科学基金(30200019)和中国科学院知识创新重要方向项目(KSCX2-3-04)资助
第一作者简介:徐艳(1979—),女 ,硕士研究生 ,主要从事蕨类植物的离体保存和发育生物学研究工作。
＊　通讯作者 Author for correspondence　E-mail:shi lei67@263.net
收稿日期:2004-04-07
阔鳞瘤蕨(水龙骨科)配子体形态发育的研究
徐艳1 , 2　石　雷1＊　刘保东3　刘　燕2　李　东1
(1.中国科学院植物研究所 , 北京　100093)
(2.北京林业大学园林学院 , 北京　100083)
(3.哈尔滨师范大学生物系 , 哈尔滨　150080)
摘　要　利用光学显微镜详细观察记录了阔鳞瘤蕨孢子萌发 、配子体发育及幼孢子体形成的整个
形态发育过程 。结果表明:成熟孢子黄色 ,极面观椭圆形 ,赤道面观肾形 ,近极单裂缝 ,表面具大小
不一的球形颗粒。接种后6 ～ 8 d孢子萌发 ,萌发类型为书带蕨型 ,形成 3 ～ 7个细胞的丝状体。原
叶体发育为槲蕨型 ,接种后 30 d左右进入片状体阶段 ,毛状体出现在片状体形成之后 ,幼原叶体
短舌状 ,成熟原叶体心脏形。精子器在接种后60 d左右开始产生 ,颈卵器在精子器发生后 10 d左
右形成 ,每个原叶体上只能形成一个受精卵 。培养基培养的片状体常在基部进行营养繁殖。
关键词　阔鳞瘤蕨;孢子萌发;配子体发育
Observation on the gametophyte development of
Phymatosorus hainanensis(Polypodiaceae)
XU Yan1 , 2　SHI Lei1＊　LIU Bao-Dong3　LIU Yan2　LI Dong1
(1.Institute of Botany , the Chinese Academy of Science , Beijing　100093)
(2.College of Landscape Architecture , Beijing Forestry University , Beijing　100083)
(3.Department of Biology , Harbin Normal University , Harbin　150080)
Abstract　Spore germination , gametophytic development and formation of young sporophytes of Phymatosorus
hainanensis(Noot.)S.G.Lu have been observed in detail by the microscope.The result exhibits that the
mature spore is yellowish ,monolete , reniform in equatorial view and elliptical in polar view , with vary sizes
global granules on it.The spores germinated in 6 ～ 8 days after inoculated in the medium , the germination is
of the Vittaria-type , and the germ filament developed 3 ～ 7cells long.The gametophyte development is of the
Drynaria-type , prothalli formed in 30 days after inoculated in the medium , while hairs developed after the for-
mation of the prothallial plate.The young prothalli are short tongue-shaped and the adult prothalli are cor-
date.The antheridia formed in 60 days after inoculation , while the archegonia developed in 70 days after in-
oculation.Each gametophyte can develop only one zygote.Vegetative propagation was often occurred on the
basal part of the prothallial plate in the inorganic medium.
Key words 　 Phymatosorus hainanensis (Noot.) S.G.Lu; spore germination; gametophyte
development　　　　　　
蕨类植物具有两个独立生活的植物体世代
———孢子体世代和配子体世代 ,配子体结构简单 ,
生长周期短 ,易于观察 ,是开展发育生物学和生殖
生物学研究的良好实验材料。Nayar 和 Kaur 在研
究了一百多种蕨类植物配子体的发育过程后 ,将薄
囊蕨纲配子体的发育方式归纳为槲蕨型 、铁线蕨
型 、三叉蕨型等七大类型[ 1] 。近年来 ,国内在这方
面的工作也有了一定的发展 ,包文美[ 2～ 4] 、刘保
东[ 5]等研究了东北产的水龙骨科(Polypodiaceae)、
铁线蕨科(Adiantaceae)、球子蕨科(Onocleaceae)等
的配子体发育过程 ,为探讨科 、属的系统发育和分
类提供了资料。
阔鳞瘤蕨(Phymatosorus hainanensis (Noot.)S.
G.Lu)为水龙骨科瘤蕨属附生植物 ,主要分布于我
国海南的琼中 、海口 、五指山 、尖峰岭 、吊罗山和南
高岭 ,海拔 20 ～ 900 m处[ 6] 。其叶片革质 ,有光泽 ,
卵状长圆形且羽状深裂;叶丛鲜绿 ,四季常青 ,是室
内外造景的优良植物材料 。阔鳞瘤蕨是 Noote-
boom[ 7] 1997年发表的新种 ,1998年 ,陆树刚[ 8] 对中
国产瘤蕨属植物进行了分类学研究 ,但关于此种配
子体形态发育的研究未见报道。本文通过无机培
养基培养 、液体培养基培养和土壤培养分别培养阔
鳞瘤蕨孢子 ,研究了阔鳞瘤蕨孢子萌发 、配子体发
育及配子体受精形成幼孢子体的整个形态发育过
程 ,为水龙骨科系统学研究和园艺学研究提供了资
料。
1　材料和方法
1.1　孢子的采集
阔鳞瘤蕨孢子于 2003年 3月采自中国科学院
植物研究所植物园温室 。将具有成熟孢子的叶片
自植物体上剪下 ,置洁净 、密封的纸袋中 ,于干燥通
风处令孢子自然散落 , 7 ～ 10 d后将孢子收集于硫
酸纸袋中 ,及时接种或播种 ,剩余孢子置 4℃冰箱
中保存 ,供重复培养使用 。
1.2　培养方法
根据不同的发育时期 ,采用不同的培养方法 ,
包括无机培养基培养 、液体培养基培养和土壤培养
三种 。
无机培养基培养是取成熟的孢子置于 1.5 mL
离心管内 ,滴入无菌水 ,充分振荡使成悬浊液 ,静置
2 h ,4 000 r/min离心 1 min ,使孢子全部沉淀 ,弃去
上清夜 。离心管内再滴入约1.2 mL的 5%NaOCl
溶液 ,灭菌 4 min ,无菌水冲洗4 ～ 5次 ,用上述离心
方法获得无菌的孢子悬浊液 。用滴管将此悬浊液 ,
均匀接种在改良 Knop s固体培养基上[ 2] ,琼脂浓
度为1.2%。接种后将三角瓶放入透明的保险盒
中 ,以玻璃覆盖 ,盒的底部铺有一层脱脂棉 ,培养过
程中始终保持脱脂棉湿润 ,以保证孢子萌发所需的
湿度 。保鲜盒先置黑暗处保存 24 h ,以促使孢子同
步萌发。培养室温度为25 ℃;日光灯光源 ,每天照
光 12 h ,光照度2 000 ～ 2 300 lx 。
液体培养基培养是将试管洗净 ,先加入孢子少
许 ,再加入改良Knop s液体培养基约 5 mL ,置于培
养架上 ,培养条件同无机培养基培养。
土壤培养是将过细筛草炭土和细沙以体积为
1:1比例均匀混合后放入底部钻有孔的塑料盘(大
小为 25 cm×20 cm×5 cm)内 ,基质厚度约3 cm ,将
基质表面整平 、压实后将塑料盘放入装有水的平盘
中洇水 ,待基质表面湿润后取出待用。将孢子均匀
地撒播在土壤表面 ,用保鲜膜封盘口 ,待长出原叶
体后将保鲜膜换为玻璃板 ,以防止污染 ,并保持湿
度。培养条件同无机培养基培养 。
在配子体各发育阶段 ,用光学显微镜进行活体
观察并照相记录。
2　结果与分析
2.1　孢子及孢子萌发
阔鳞瘤蕨的孢子黄色 ,极面观椭圆形 ,赤道面
观肾形 , 大小为(45 ～ 61.5)57.6 ×86.5(82 ～
94)μm ,近极单裂缝 , 表面具大小不一的球形颗
粒[ 9] 。
孢子吸水膨胀 ,渐为绿色 。接种后 6 ～ 8 d 萌
发 ,从孢子壁的单裂缝处伸出初生假根 1 ～ 2条 ,假
根内含有少量叶绿体 ,孢子壁不脱落(图版 Ⅰ:a)。
显微镜下观察发现:原叶体母细胞内除形成数个近
边位的叶绿体外 ,中央有一个大而明显的和数个较
小的圆球形油滴 ,以后随叶绿体增多 ,油滴渐小直
至消失。假根先于原叶体母细胞发育 ,原叶体母细
胞的分裂面与形成假根的分裂面垂直 ,表现为书带
蕨型(Vittaria-type)[ 1] 。
2.2　丝状体
原叶体母细胞分裂形成基原细胞和原叶体细
胞。基原细胞一般不再分裂 ,而原叶体细胞进行连
续的横分裂。接种后15 d左右 ,原叶体细胞经连续
的横分裂 ,形成 3 ～ 7个细胞的丝状体(图版Ⅰ :b),
但因温度和光线等培养条件的不同 ,丝状体细胞的
数量可在 2 ～ 10个不等。丝状体先端细胞内的叶
351期　　　　　　　　　　　　　徐艳等:阔鳞瘤蕨(水龙骨科)配子体形态发育的研究
绿体数量较多 ,呈鲜绿色 ,叶绿体分裂常在细胞分
裂之前进行。
2.3　片状体
接种后 30 d 左右 ,孢子由一维生长转为二维
生长 ,进入片状体阶段。丝状体前端的一个细胞经
两次斜分裂 ,分化出一楔形的顶端细胞 ,表现出槲
蕨型(Drynaria-type)的发育特点[ 1](图版 Ⅰ :c)。此
时没有出现毛状体。片状体呈短舌状 ,顶部略有凹
陷 ,细胞大小较均一 ,中下部有假根分布。片状体
阶段发育期较长 ,可持续一个月左右 ,该时期 ,无机
培养基培养的片状体常在基部进行营养繁殖 ,形成
的片状体的形态因生长环境而异(图版 Ⅰ:e)。
2.4　幼原叶体
接种后 50 d左右 ,原叶体形状趋于稳定且一
致 ,整体呈心脏形 ,两翼向侧上方延展 ,生长点渐宽
并下陷 ,呈圆滑曲线状 ,腹面发育出多条假根 。此
外 ,当幼原叶体的营养细胞受损时 ,由相邻细胞填
充而不影响个体的发育(图版 Ⅰ :f),但是 ,当叶缘
细胞受损时 ,可殃及相邻细胞 ,直至整株枯死(图版
Ⅰ:g)。
2.5　成熟原叶体
幼原叶体发育成熟时 ,基部锥形 ,两翼稍有折
皱 , 中部有一近圆形中肋区 ,在腹面中下部 ,分布
有百余条假根(图版 Ⅰ:d)。在原叶体背腹及生长
点附近均有毛状体分布 ,但以腹面中部为多。生长
点细胞表面观为纵向排列的长条状 ,胞质浓 ,叶绿
体相对较多 ,两翼边缘细胞及生长点附近的细胞为
近方形 ,至原叶体中下部渐变为多边形 ,分裂列明
显 ,中脉表面的细胞也近方形 。叶绿体呈扁盘状
(图版 Ⅰ:i),每个细胞中约有数十个 ,随光强变化
而有明显的位移运动 , 当光强在500 lx以下和
4 000 lx以上时 ,叶绿体位于细胞侧壁。成熟原叶
体生长点的下陷比幼原叶体要明显 ,两翼外延且边
缘呈圆滑弧线状 。若不能完成受精 ,老原叶体则渐
呈带状 ,假根分布变得不规则 ,背腹面面的区别变
得不明显 ,原叶体大小始终保持在6 mm左右长 ,而
且随着生长点的不断生长 ,原叶体基部也不断枯
死 ,表现出无限生长的态势(图版Ⅰ :h)。
2.6　毛状体
阔鳞瘤蕨的毛状体形成较晚 ,片状体时期始有
单细胞毛状体发生 ,分布在原叶体的边缘(图版Ⅰ :
l)。此外 ,在原叶体腹面 、生长点下方 ,观察到一种
2 ～ 3个细胞长 ,先端细胞呈圆球形 ,柄细胞较先端
细胞长 ,且具有单细胞的分枝的多细胞毛状体 ,这
种毛状体数量少 ,但形状稳定(图版Ⅰ :j)。随原叶
体的不断发育 ,原叶体的背腹面均有单细胞毛状体
发生(图版 Ⅰ:m)。毛状体内有细胞核和叶绿体 。
毛状体形成20 d后 ,可见表面有分泌物(图版 Ⅰ :
k),40 d后 ,叶绿体几乎全部解体 ,分泌物不仅大量
外排 ,同时也大量积累在内部 ,直至毛状体枯死脱
落 ,而多细胞毛状体常常变为褐色而不脱落 。
2.7假根
孢子萌发初期产生的假根淡黄色至黄褐色 ,较
短 ,常有一核 ,近圆形 ,但核很快消失。以后产生的
假根中的细胞核呈椭圆形 , 寿命长短不一(2 ～
8 d)。假根多分布于原叶体腹面下部 ,管状 ,由营养
细胞外突延长分裂形成 ,直径约14μm ,长约 300 ～
2 000μm ,初为无色透明 ,一个月后变为黄褐色 ,且由
直变弯曲。假根的顶端或近顶端膨大 ,偶尔有分叉
现象 ,与孢子萌发初期产生的假根有明显区别。
2.8　性器官
接种后 60 d 左右开始产生精子器(图版 Ⅰ :
n),每个原叶体上约十余个(雌雄同株)至数十个
(雄性原叶体)不等 ,混生于假根丛中。精子器顶面
观圆形 ,高约 38 ～ 45μm ,直径约为 40 ～ 50μm ,二
个环细胞基本等高 。每个精子器平均产生精子 17
个(20个精器的平均值),精细胞自精子器中溢出
时呈圆球形 , 直径 10 ～ 12μm , 外被薄膜 , 约 3 ～
4 min后 ,薄膜溶解 ,精子迅速游动 , 15 ～ 20 min后若
不能与卵细胞结合 ,便立即死亡 ,且随即解体。
接种后 70 d 左右出现颈卵器 ,一般分布于心
脏形原叶体生长点之下 、原叶体背腹两面中肋范围
内 ,并伴随中肋发育而上延。每个原叶体上有颈卵
器数个至数十个不等。初始为营养细胞产生突起
并垂直于原叶体表面。成熟颈卵器细长 ,颈部由 4
列细胞组成 , 4 ～ 5 个细胞高 , 约80 μm , 直径约为
45μm ,常向原叶体基部倾斜或弯曲 , 有大型基座
(图版Ⅰ :o)。
2.9　生长点
在原叶体的不同发育阶段 ,生长点的外形不
同。在丝状体阶段生长点呈尖状下陷;在片状体时
期呈凹陷状 ,略有夹角;而在幼原叶体时期生长点
变为圆滑的曲线状 ,其附近的细胞呈长条形(图版
Ⅰ:p);原叶体成熟时 ,生长点的凹陷加深 ,两翼内
侧边缘近于平行(图版Ⅰ :q)。
2.10　胚的发育
阔鳞瘤蕨一般都是单株单胚 ,受精后 12 d 内
即可观察到突破原叶体的幼胚 。第一叶首先突破
36 　　　　　　植　　物　　研　　究　　　　　　　　　　　　　　　　　　25 卷
颈卵器腹壁 ,基足深陷配子体中肋 ,第一叶的叶柄
上具有多个单细胞毛状体 ,毛状体可以不断生长并
发生横裂 ,形成多细胞毛状体 。原叶体中部有间隙
处 ,是幼胚长出的地方。
3　讨论
3.1　阔鳞瘤蕨的孢子极面观椭圆形 ,赤道面观肾
形 ,近极单裂缝 ,表面具大小不一的球形颗粒 。孢
子萌发为书带蕨型 ,原叶体发育为槲蕨型。毛状体
出现较晚 ,仅在片状体阶段开始发生。幼原叶体短
舌状 ,成熟原叶体心脏形 ,成熟原叶体若得不到受
精 ,则基部不断枯死 ,表现出无限生长的态势 。本
文结果为探讨水龙骨科及其近缘科植物的系统演
化以及开发利用阔鳞瘤蕨提供了配子体发育的基
础资料。
3.2　通过本文的研究 ,已在实验中完成了阔鳞瘤
蕨生活史的详细观察 ,建立了阔鳞瘤蕨孢子的人工
繁殖方法。在控制光照 、温度等培养条件下 ,配子
体的受精率可达 80%左右 , 并发育出幼孢子体 。
幼孢子体移栽成活率可达 90%以上 。因此 ,可以
尝试阔鳞瘤蕨的规模化生产 ,为观赏蕨类植物增加
一个新种类。
参　考　文　献
1.Nayar&Kaur.Gametophytes of homosporous ferns.The Botani-
cal Review , 1971 , 37(3):295 ～ 396
2.包文美 , 敖志文 ,陈发生.东北蕨类植物配子体发育的研
究 , Ⅰ .水龙骨科.植物研究 , 1985 , 5(4):101 ～ 114
3.包文美 , 敖志文 ,刘保东.东北蕨类植物配子体发育的研
究 , Ⅳ.铁线蕨科.植物研究 , 1987 , 7(4):63 ～ 71
4.包文美 , 敖志文 , 刘保东 , 等.东北蕨类植物配子体发育
的研究 , Ⅴ.球子蕨科.植物研究 , 1988 , 8(3):193 ～ 208
5.刘保东 , 王志洪.朝鲜蛾眉蕨配子体形态发育的研究.植
物学通报 , 1995 , 12(1):49 ～ 51
6.陆树刚 , 林尤兴编著.中国植物志 , 第六卷 , 第二分册.北
京:科学出版社 , 2000
7.Nooteboom H P.The Microsoroid ferns(Polypodiaceae).
Blumea , 1997 , 42:261～ 395
8.Lu S G.A new combination of the genus Phymatosorus(Polypo-
diaceae).Bulletin of National Museum of Natural Science ,
1998 , 11:147～ 149
9.石雷.中国产瘤蕨属植物的孢子形态研究及其分类学意
义.植物研究 , 2002 , 22(4):428～ 431
图　版　说　明
Explanation of plate
图版Ⅰ 　a.孢子萌发(×400);b.丝状体(×400);c.形
成顶端细胞(×800);d.原叶体(×40);e.无机培养基中
培养的原叶体进行营养繁殖(×200);f.营养细胞受损(×
400);g.边缘细胞受损(×400);h.衰老的原叶体(×20);
i.叶绿体的形态(×800);j.多细胞毛状体(×800);k.毛
状体的分泌物(×357);l.分布于片状体边缘的毛状体(×
400);m.分布于原叶体背面的毛状体(×800);n.精子器
(×800);o.颈卵器(×357);p.幼原叶体的生长点 (×
200);q.成熟原叶体的生长点(×320)。
PlateⅠ 　a.Spore germination(×400);b.Filament(×400);
c.A apical meristemic cell occurred(×800);d.Prothallus(×
40);e.Vegetative propagation of the prothallus cultured in the
inorganic medium(×200);f.Vegetative cells injured(×400);
g.Marginal cells injured(×400);h.Aging prothallus(×20);
i.The shape of the chloroplasts(×800);j.Multicelluar hair(×
800);k.The secretion of the papillate hair(×357);l.Hair oc-
curs on the margin of the prothallial plate(×400);m.Hair oc-
curs on rear side of the prothallus(×800);n.Antheridium(×
800);o.Archegonium (×357);p.Apex of young prothallus
(×200);q.Apex of adult prothallus(×320).
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徐艳等:阔鳞瘤蕨(水龙骨科)配子体形态发育的研究 图版Ⅰ
XU Yan et al:Observation on the gametophyte development of Phymatosorus hainanensis(Polypodiaceae) PlateⅠ
See explanation at the end of text
38 　　　　　　植　　物　　研　　究　　　　　　　　　　　　　　　　　　25 卷