全 文 ：第 25卷　第 2期　　　　　　　　　　　　　植　　　物　　　研　　　究 2005年　4月
Vo .l 25　No. 2　　　　　　　　　　　　BULLETIN OF BOTAN ICAL RESEARCH April, 　2005
基金项目:国家自然科学重大研究计划(No. 90202019);河北省自然科学基金(No. 303150)和河北省教育厅(No. 2002235)
第一作者简介:赵建成(1956— ),男 ,教授 ,博士生导师 ,主要从事苔藓植物学研究。 　E-m ail:zhaojiancheng@mai.l heb tu. edu. cn
收稿日期:2004 - 11 - 16
小扭口藓 (Barbu la indica)芽胞发育特征的实验研究
赵建成1　黄士良 1　李　敏 1　张元明 2　王晓蕊 1　范庆书1
(1. 河北师范大学生命科学学院 , 石家庄　050016)
(2. 中国科学院新疆生态与地理研究所 , 乌鲁木齐　830011)
摘　要　在光照培养箱中人工对照培养小扭口藓(Barbu la ind ica (Hook. )Sp reng)的芽胞 ,显微镜
下观察并记录其发育成配子体的全过程。结果表明:小扭口藓芽胞在 3 ～ 4 d即可萌发;10 d左右
开始分化出绿丝体 、轴丝体及假根;18 d,轴丝体上的侧枝顶端细胞以分生缢割的方式产生单细胞
或多细胞芽胞;40 d,轴丝体上开始出现配子体原始细胞;之后 ,配子体原始细胞发育成桑椹状的
幼小配子体 。还对芽胞形态发育 、生理生态及配子体发生过程的特点进行了分析和讨论。
关键词　小扭口藓;芽胞;发育
Expermi ental studies on the characteristics of gemma developm ent in
Barbula ind ica
ZHAO Jian-Cheng1　HUANG Shi-Liang1　LIM in1　ZHANG Yuan-M ing2　WANG X iao-Rui1　FAN Q ing-Shu1
(1. Co lleg e of L ife Sc ience, H ebei No rma l Un ive rsity, Shijiazhuang　050016)
(2. X injiang Institu te o f Eco logy and Geog raphy, Chinese Academy of Sciences, Urumqi　830011)
Abstract　Gemma cu lture and protonema grow th ofBarbu la indica (Hook. ) Spreng in response to me-
lio rative knop, authors study the whole process and take pho toes. The resu lts show that its gemm a ge r-
m ina te s after 3 ～ 4 day s;10 days la te r, chloronem ata, cau lonema ta and rhizoides beg in to differentiate;
18 day s, the branch top cells of cau lonem ata d ifferen tiate in to unicellular o r multice llula r gemm as;
N ea rly 40 days, bud primo rdium appears on caulonemata and deve lops into callow game tophy te. In the
end o f this paper, the characteristics of gemma deve lopmen t, and phyoio log ica l eco logy and gametophy te
forma tion are analysed and d iscussed.
Key words　Barbu la indica;gemm a;developmen t
无性生殖在苔藓植物扩大种群数量的过程中
具有重要意义。尽管很多苔藓植物学家将无性生
殖看成是苔藓植物窄幅分布(S teno typy)、进化缓慢
的直接原因 ,甚至会引起某个分类群最终消亡 ,但
由于其繁殖系统对水分的独特要求以及雌雄异株
比例的偏高 ,使得无性生殖在苔藓植物个体建成中
似乎更为重要[ 1] 。无性生殖使苔藓植物在大的气
候变化中获得更多的生存机会 ,特别是在干旱 、寒
冷等恶劣条件下 ,藓类植物的种群密度小 、受精率
比较低时 ,无性生殖能够在较短的时间内建立有效
种群 ,占据生态位 ,其生存能力甚至会超过维管植
物[ 2] 。
苔藓植物进行无性繁殖的繁殖体有芽胞和繁
殖枝等 ,芽胞则是多数旱生藓类植物为渡过不良环
境而产生的独特生命形式 [ 2] 。人们虽然知道藓类
植物可以通过连续分枝 、茎叶碎片 、假根 、孢子 、芽
胞等方式进行繁殖 ,并且早就开始通过室内人工培
养藓类植物孢子 ,观察孢子萌发 、原丝体发育及配
子体的发生过程 ,从而研究其有性生殖的特点 ,但
是 ,藓类植物究竟是如何利用芽胞进行繁殖的 ,尚
无系统的研究报道[ 3 ～ 7] 。
实验以小扭口藓 (Barbula indica)为材料 ,通过
人工培养其芽胞 ,详细观察并记录了小扭口藓芽胞
萌发 、原丝体发育及配子体发生过程 ,初步取得了
一些实验数据 ,它们将是藓类植物生殖生物学特性
研究的有益补充 。同时 ,藓类植物也是固定沙丘结
皮层的优势成分 ,是结皮层中生物量最大的类群 ,
它们对生物结皮的逐年增厚 、维持 、养分积累和水
分的动态平衡等起主要作用 [ 3] 。因此 ,研究小扭
口藓芽孢的发育特征 ,对揭示旱生藓类植物的繁殖
生物学特性 ,研究荒漠结皮层的形成及其维持机理
具有十分重要的意义 。
1　材料与方法
1. 1　实验材料
实验所用材料采自河北省巨鹿县辛庄乡西辛
庄村 ,唐伟斌 00 - 422b,采集日期:2000年 11月 5
日 。凭证标本保存于河北师范大学生命科学学院
植物标本室 (HBNU)。
小扭口藓(Barbula indica)隶属于丛藓科扭口
藓属(Barbu la),主要生于岩面薄土 、水边石壁及土
壤上 , 林下土层和阴湿砖面也常见 , 海拔 80 ～
2 210 m。分布于中国 (内蒙 、北京 、河北 、河南 、江
苏 、福建 、广东及台湾 ),日本 、尼泊尔 、印度 、菲律
宾 、非洲 、美洲及澳大利亚等地 。
1. 2　实验方法
1. 2. 1　本实验采用含改良 Knop营养液的琼脂培
养基质 , 其中琼脂为 SIGMA 公司生产 , 改良的
Knop营养液配方见表 1。
表 1　改良的 Knop营养液
Tab le 1　Modified rec ipe o fKnop so lution
试剂 Reagen t 浓度 C oncent ration(m g L -1)
C a(NO 3)2 4H2O 1 000
KNO
3 250
KH2 PO4 250
M gSO 4 7H 2O 250
ZnSO 4 7H2O 3
FeSO 4 7H2O 12. 5
NaNO 3 微量
蒸馏水(D isti lled w ater) 1 000m L
　　注　 pH:7. 0
1. 2. 2　实验步骤
(1)培养基的制备:实验组按表 1配方 ,在一
定量改良的 Knop营养液中加入适量琼脂 ,使其浓
度为 2%,加热熔化后 ,倒入 60mm的培养皿中 ,凝
固后即可使用。 (2)芽胞悬液的制备:获取小扭口
藓的配子体 ,把整个植株浸入 75%的酒精溶液中
20 s,然后 ,在无菌蒸馏水中清洗 5次 ,用镊子和解
剖针将配子体叶腋内的芽胞挤出 ,将芽胞散入无菌
蒸馏水中 ,制成适当浓度的芽胞悬液 。 (3)用吸管
将稀释的芽胞悬液接种于培养基上。 (4)培养皿
加盖后放在 250—D型光照培养箱中培养。温度
23 ±2℃, 相 对 湿 度 大 于 80%, 光 照 强 度
24μmo l m - 2 s-1 ,光照时间12 h /d。 (5)自接种
培养之日起 ,每天定时镜检芽胞萌发情况 ,并对芽
胞的萌发过程进行显微照相及绘图 ,详细记录个体
的发育状况 。
2　实验结果
2. 1　芽胞的形态及其萌发　小扭口藓的芽胞为多
细胞个体 ,近球形 ,直径 30(17 ～ 60)μm。幼嫩的
芽胞为浅绿色 ,成熟后呈棕黄色 (图版 Ⅰ :1 , 2),无
休眠和后熟现象 。芽胞接种 1 d后 ,吸水膨胀至最
大 ,直径达 35 μm。 2 d后 ,芽胞内部叶绿体的颜色
变深 ,数量增多。 3 ～ 4 d,芽胞周围开始产生绿丝
体(Chloronema)原始细胞(图版 Ⅰ:3)。 5 ～ 6 d时 ,
绿丝体原始细胞的数目增多到 3 ～ 6个 (图版 Ⅰ :
4)。绿丝体原始细胞继续伸长 、分枝 (图版 Ⅰ :5)。
10 d左右时 ,绿丝体生长 、分枝增快 ,少数芽胞的外
壁开始脱落 。
2. 2　原丝体发育阶段　13 d时 ,绿丝体发育形成
网络状 ,顶端细胞不断进行横向分裂 ,形成单细胞
不分枝的丝状原丝体 。在网络状绿丝体的主干上
的细胞向侧方斜向分裂 ,产生分枝细胞 ,形成一级
侧枝 。一级侧枝继续分裂 ,在其上产生二级侧枝 ,
即轴丝体 (Cau lonema)原始细胞 ,轴丝体内的叶绿
体的数量较少。二级侧枝形成后 ,有的深入到基质
中生长 ,其细胞内部的叶绿体数目逐渐减少 ,特化
成假根(Rhizoid);绿丝体上形成的侧枝有的也伸
向培养基质内部 ,发育形成细长透明的假根。芽胞
萌发生长初期没有初生假根生成 ,随着原丝体的发
育 ,假根的数量开始增多 ,其正向重力反应随假根
的发育而不断加强。
2. 3　芽胞新个体的产生时期　17 d时 ,轴丝体上
的侧枝和绿丝体前端的二级侧枝开始伸向基质外
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侧 ,并且侧枝的顶端细胞膨大 (图版 Ⅰ:6)。 20 d
时 ,这类侧枝数目增多。同时 ,原丝体生长发育速
度加快 ,部分轴丝体开始褐化。 30 d时 ,整个原丝
体系统的一 、二和三级侧枝的顶端细胞均膨大成棒
状 ,并开始以分生缢割的方式产生单细胞或多细胞
芽胞 ,多形成 2、4、5个细胞的芽胞 (图版 Ⅰ:7, 8)。
37 d后 ,侧枝顶端形成的芽胞逐渐成熟 ,并脱离侧
枝;同时 ,脱离母体后的多细胞芽胞的胞壁开始褐
化 (图版 Ⅰ:9, 10)。
2. 4　配子体发生阶段　35 d时 ,轴丝体上开
始出现配子体原始细胞 。配子体原始细胞中的叶
绿体数量逐渐增多 ,不同于轴丝体上的棒状细胞
(图版 Ⅰ :11)。 37 d时 ,配子体原始细胞发育形成
桑椹状的细胞团 ,细胞团顶部的分生组织又分裂成
几个芽 ,这些芽发育成丝状细胞向上生长 ,并不断
的进行纵向和横向分裂 ,发育形成叶原基 (图版
Ⅰ :12)。配子体顶端分生组织细胞体积较小 ,具有
较高的分裂频率。 40 d时 ,由分生组织发生的叶原
基逐渐发育形成幼叶 ,伸向培养基外侧。 45 d时 ,幼
小的配子体上已产生 1 ～ 6个幼叶(图版 Ⅰ:13)。
3　分析与讨论
环境条件适宜时 ,小扭口藓的芽胞在配子体的
叶腋内开始萌发生长 ,产生原丝体 ,然后在原丝体
上产生芽胞和配子体。通过实验室内培养小扭口
藓的成熟芽胞可以观察到:小扭口藓芽胞萌发生长
能产生大量原丝体 。轴丝体不直接发育形成配子
体 ,而是首先发育形成芽胞 。经历这样一段较长的
发育时期后 ,才开始在轴丝体上形成少量配子体原
始细胞 。因此 ,通过小扭口藓芽胞的整个发育过程
可以看出 ,小扭口藓在没有形成孢子体 、产生孢子
前 ,由于芽胞的大量产生 ,已经使其种群数量大大
扩增 ,种群占有的面积扩大 。即使外界环境变得干
旱 ,不利于该种生长和产生孢子体 ,小扭口藓也可
以无性繁殖的方式维持其种群的发展和扩散。
同时 ,由小扭口藓的无性繁殖过程可以初步推
断出:一些旱生藓类植物能够通过调整自己的生殖
机制去适应变化的外界环境。例如:当外界环境条
件适宜时 ,小扭口藓在原丝体发育阶段即可形成芽
胞 ,随之再产生配子体 ,完成有性生殖过程 。
一般情况下 ,苔藓植物的无性繁殖很少如其产
生孢子那样作为长距离传播的手段。然而 ,它对种
群的繁衍具有非常重要的意义。我们不能根据那
些一年生种类能够产生孢子而推断其有性生殖更
有效 ,因为通过细致入微的野外观察发现其无性繁
殖方式也包含在内。尽管芽胞不具备孢子所特有
的遗传背景 ,甚至长时间的无性繁殖会对种群遗传
多样性产生不利的影响 ,但是 ,无性繁殖对于各类
环境条件变化的贡献远远超过有性生殖 ,其复杂的
繁殖方式对苔藓植物系统演化过程中各谱系的延
续以及变异的积累具有重要意义 [ 2] 。目前 ,无性
繁殖的种群动态变化以及生殖方式对遗传多样性
的影响等均已成为苔藓植物生殖生态学研究的热
点问题。
在人工培养条件下 ,小扭口藓芽胞生长发育速
度较快 ,其产生的植物体的大小 、叶片的形状及细
胞的形态与野生小扭口藓的相应性状有一定差异 ,
在种的鉴定过程中应充分考虑它的生态变异 。
参　考　文　献
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图　版　说　明
Explanation of plate
图版Ⅰ 　1, 2.芽胞;3. 芽胞开始萌发;4, 5. 绿丝体细胞开始
纵向 、横向分裂;6.侧枝顶端变粗;7, 8. 侧枝顶端细胞分化
形成芽胞;9, 10.发育成熟的芽胞开始脱离侧枝;11.配子体
原始细胞;12, 13. 幼小的配子体(3, 6, 9 ～ 11, 13。 ×10;2,
5, 7, 8, 12。 ×20;1, 4。 ×40)
P la teⅠ 　1, 2. Gemm a;3. Gemm a begins to germ inate;4, 5.
Longitudina l and dec lina te Ch lo ronema cell div ision;6. En-
la rge b ranch ap ica l cell;7, 8. B ranch ap ica l cell diffe rentia tes
into gemma;9, 10. M a ture gemm a b reak o ff b ranch;11. Ga-
m e tophy te o rig ina l cell;12, 13. Young gam etophy te(3, 6, 9 ～
11, 13. ×10;2, 5, 7, 8, 12. ×20;1, 4. ×40)
1712期 赵建成等:小扭口藓(Barbula indica)芽胞发育特征的实验研究
赵建成等:小扭口藓(Barbula indica)芽胞发育特征的实验研究 图版Ⅰ
ZHAO Jian-Cheng et al:Experimenta l studie s on the charac teristics o f gemma development in Barbula indica P lateⅠ
See explanation at the end of text
172 　　　　　　植　　物　　研　　究　　　　　　　　　　　　　　　　　　25卷