全 文 ：第 24卷　第 4 期　　　　　　　　　　　　　植　　　物　　　研　　　究 2004 年　10月
Vol.24　No.4　　　　　　　　　　　　BULLETIN OF BOTANICAL RESEARCH Oct., 　2004
基金项目:黑龙江省教育厅科学技术指导项目(10533016);哈尔滨师范大学科研基金项目
第一作者简介:邢怡(1963—),女 ,实验师 ,主要从事植物学 、生物信息学教学科研工作。
收稿日期:2004-04-21
黑龙江产十种蕨类植物孢子囊和叶表皮的扫描电镜观察
邢　怡　党安志　刘保东
(哈尔滨师范大学生命与环境科学学院 , 哈尔滨　150080)
摘　要　用扫描电镜对黑龙江产十种不同科属 、不同生境的蕨类植物的孢子囊和叶表皮进行了详
细观察 ,结果显示:蕨类植物的孢子囊和叶表皮在扫描电镜下 ,显示出更为丰富的形态特征 ,并表
现出细致而稳定的异同点 ,可作为蕨类系统分类的现代手段 ,能更好的应用于疑难科属的分类研
究;十种蕨类植物也都表现出其形态结构与生态生理的高度一致性。
关键词　蕨类植物;孢子囊;叶表皮;扫描电镜
The scanning electron microscope observation of the fern sporange and the
fern leaf epidermis in Heilongjiang Province
XING Yi　DANG An-Zhi　LIU Bao-Dong
(Life and Environmental College of Harbin Normal University , Harbin　150080)
Abstract　By means of scanning electron microscope observation of the fern sporange and the fern leaf epi-
dermis from different familial and habitats inHeilongjiang Province.It is found that , under the scanning elec-
tron microscope , more morphological characters and more detailed and steady features can be observed , This
can be considered as a modernmethod for fern phylogenetic classification.The method can be applied to clas-
sify more efficiently those generic that is hard to be identified.It is also found that the morphological structure
of the ferns is in harmony with its living environment.
Key words　Fern;Sporange;Leaf epidermis;SEM
真蕨类植物孢子囊作为孢子体的生殖器官蕴
涵着大量而稳定的生物学特征 ,历来都是蕨类植物
学工作者特别重视的分类学特征之一 ,如囊壁的厚
薄是真蕨类分纲的主要依据[ 1] ,环带的着生方式是
区分目 、科的主要特征[ 2] ,孢子囊的着生位置 、形态
大小 、囊柄的长短 、囊群盖的有无及形状结构 ,是科
属种间的分类依据[ 1～ 3]等等 。但据目前的资料 ,对
孢子囊的观察手段仍主要依靠放大镜和光学显微
镜来进行。几乎没有较为系统的扫描电镜下的资
料可查 。很显然 ,作为结构精细 、形态及其微小的
孢子囊而言 ,传统的观察方法已不能满足现代蕨类
系统分类学 ,特别是疑难科属分类鉴定的需要。同
样 ,电镜下的叶表皮特征在种子植物系统分类上已
受到了广泛的关注[ 4] ,并发挥出独到的作用 ,但就
真蕨类而言 ,这方面的工作在国内几乎是空白。正
如应用扫描电镜对蕨类孢粉学进行系统研究后所
发现的巨大的系统分类学价值[ 5 , 6]一样 ,真蕨类孢
子囊和叶表皮也应该进行细致而全面的扫描电镜
观察和研究[ 7] 。本文选取黑龙江产能代表不同生
境 、不同科属的十种真蕨类植物 ,就孢子囊及叶表
皮进行深入细致的扫描电镜比较观察 ,寻找科属种
间的异同点 ,以期为蕨类植物系统分类积累最新的
形态学资料 ,并探求扫描电镜在该领域应用上的简 便技术路线。
表 1　实验材料名录
Table 1　List of species examined in this study
科名
Family
种名
Species
采集人
Collector
采集日期
Day of collection
采集地
Locality
生境
Habitat
铁线蕨科(Adiantaceae) 掌叶铁线蕨(Adiantum pedatum) 刘保东 2002/ 7/28 尚志市老山 林下 ,半阴生
蹄盖蕨科(Athyriaceae)
中华蹄盖蕨(Athyrium sinense) 张大维 2002/ 8/5 五常凤凰山 林缘 ,半阴生
猴腿蹄盖蕨(Athyrium multidentatum) 刘保东 2002/ 7/28 尚志市老山 林缘 ,半阴生
羽节蕨(Gymnocarpium jessoense) 张大维 2002/ 8/5 五常凤凰山 林缘 ,半阴生
球子蕨科(Onocleaceae) 球子蕨(Onoclea sensibi lis) 张大维 2002/ 8/5 五常凤凰山 林缘 ,阳生
岩蕨科(Woodsiaceae) 耳羽岩蕨(Woodsia polystichoides) 张大维 2002/ 8/5 五常凤凰山 岩缝 ,阳生
鳞毛蕨科(Dryopteridaceae)
布朗耳蕨(Polystichum braunii) 刘保东 2002/ 7/30 镜泊湖 林下 ,半阴生
鞭叶耳蕨(Polystichum craspedosorum) 张大维 2002/ 8/5 五常凤凰山 岩缝 ,半阴生
广布鳞毛蕨(Dryopteris expansa) 刘保东 2002/ 7/30 镜泊湖 林缘 ,半阴生
香鳞毛蕨(Dryopteris fragrans) 刘保东 2002/ 7/30 镜泊湖 岩缝 ,阳生
1　材料和方法
1.1　材料
本文实验材料的名称 、来源 、生境等见表 1。
1.2　方法
叶表皮材料采用 2.5%戊二醛前固定 ,缓冲液
冲洗 , 1.5%锇酸后固定 ,缓冲液冲洗 ,乙醇梯度脱
水 ,临界点干燥 ,样品粘台后 ,金属导电处理 。电镜
观察;就孢子囊而言 ,经多次对比 ,本文选用了如下
经济简便的实验方法:直接将自然干燥的带有孢子
囊的羽片粘贴在铜台上 ,置60℃干燥箱1 h后取出 ,
自然冷却至室温 ,喷金镀膜 ,HITACHI S-520扫描
电镜观察并拍照 。
2　观察结果
2.1　掌叶铁线蕨(Adiantum pedatum)
叶片的上下表皮细胞均为不规则长条形 ,其长
轴与叶脉平行(图版 Ⅰ :1),细胞壁呈明显的镶嵌
状 ,长轴方向两相邻细胞间有少量气孔存在 ,气孔
大小与叶表皮细胞等宽 ,气孔排布为平列型(图版
Ⅰ:2 ,3)。孢子囊群着生于叶片背面边缘 ,不连续
分布 。
2.2　中华蹄盖蕨(Athyrium sinense)
叶表皮细胞为不规则长条形 ,叶脉处表皮细胞
与普通表皮细胞相比 ,前者细长且无气孔分布(图
版Ⅰ :7),细胞壁呈明显的镶嵌型 ,叶背面有气孔分
布 ,气孔周围表皮细胞分化出 1 ～ 2层的副卫细胞 ,
气孔较大 ,宽度大于表皮细胞宽度(图版 Ⅰ:6 , 8)。
孢子囊群分布在叶背面小羽片近前方叶脉中部 ,无
囊群盖(图版 Ⅰ :4),孢子囊群由 10 ～ 20个孢子囊
组成 ,孢子囊为纵生型环带(图版Ⅰ :5)。
2.3　猴腿蹄盖蕨(Athyrium multidentatum)
叶片的下表皮细胞界限不明显 ,气孔为平列
型 ,气孔宽度大于表皮细胞宽度(图版 Ⅰ :9),叶片
上表皮叶脉处表皮细胞细长且前端隆起 ,叶表皮细
胞细胞壁呈明显镶嵌型(图版Ⅰ :10)。孢子囊群无
囊群盖 ,由数10个孢子囊组成 ,孢子囊为纵生型环
带(图版Ⅰ :11)。
2.4　羽节蕨(Gymnocarpium jessoense)
叶片的上表皮无气孔 ,表皮细胞长条形 ,细胞
壁剧烈镶嵌(图版 Ⅰ :14),叶片下表皮有平列型气
孔分布 ,无明显的副卫细胞(图版Ⅰ :15),气孔器较
小 ,其直径与表皮细胞直径相等(图版 Ⅰ:16)。孢
子囊群着生在叶背面小羽片叶脉两侧 ,上覆近圆形
囊群盖 ,囊群盖在近叶脉侧有一缺刻(图版Ⅰ:12),
囊群盖自中心向周边 ,其细胞由大变小 ,细胞壁镶
嵌程度由弱变强 ,(图版Ⅰ :13)。
2.5　球子蕨(Onoclea sensibilis)
营养叶叶片上表皮无气孔 , 表皮细胞近多边
形 ,细胞壁不镶嵌 ,常有多细胞毛状体分布(图版
Ⅱ:2),叶片下表皮有平列型气孔分布 ,孢子叶无气
孔 。孢子囊群着生在特化的孢子叶上 ,整个小羽片
特化为囊群盖 ,并包孢子囊群为球状 ,孢子叶轴与
球状孢子囊群表面 ,都分布有与营养叶叶背面上的
相同的多细胞枝状毛(图版 Ⅱ:1)。
2.6　耳羽岩蕨(Woodsia polystichoides)
叶片的上表皮无气孔 ,表皮细胞为不规则长条
形 ,细胞壁剧烈镶嵌(图版 Ⅱ:3),细胞界限明显 ,叶
片下表皮有平列型气孔分布 。孢子囊群着生在叶
背面小羽片边缘 ,排布均匀 ,周围有残缺的囊群盖 ,
孢子囊群内混生有数十条不育隔丝 ,即单细胞管状
毛状体(图版 Ⅱ:4),孢子囊球形 ,纵生环带(图版
Ⅱ:5)。
2.7　布朗耳蕨(Polystichum braunii)
414 　　　　　　植　　物　　研　　究　　　　　　　　　　　　　　　　　　24 卷
叶片的上表皮无气孔 ,表皮细胞长条形 ,细胞
壁剧烈镶嵌(图版Ⅱ:7),叶片下表皮有平列型气孔
分布 ,有明显的副卫细胞(图版 Ⅱ;8),气孔器较小 ,
其直径略大于表皮细胞直径。孢子囊群着生在叶
背面小羽片叶脉两侧 ,近叶脉侧有半圆形宿存的囊
群盖 ,其开裂方式为一侧开裂 ,每孢子囊群由十数
个孢子囊组成 ,孢子囊近球形 ,纵生环带(图版 Ⅱ:
6)。
2.8　鞭叶耳蕨(Polystichum craspedosorum)
叶片的上表皮无气孔 ,叶片下表皮有平列型气
孔分布 ,无明显的副卫细胞。孢子囊群着生在叶背
面小羽片叶脉两侧 ,上覆圆形囊群盖 ,囊群盖自中
心向周边 ,其细胞由大变小 ,细胞壁镶嵌程度由弱
变强 ,中央的细胞近圆心侧有明显突起 ,细胞呈长
条形 ,辐射状排列(图版 Ⅱ:9),孢子囊群由十多个
孢子囊构成 ,孢子囊呈球形 ,环带细胞细长(图版
Ⅱ:10),囊柄细长 ,其长度大于孢子囊的直径 ,环带
发达 、纵列 、细胞数量多(30个以上),唇细胞明显分
化(图版Ⅱ:11)。
2.9　广布鳞毛蕨(Dryopteris expansa)
叶片的上表皮无气孔 ,表皮细胞近长条形 ,细
胞壁镶嵌明显(图版 Ⅱ:13);叶片下表皮有平列型
气孔分布 ,无明显的副卫细胞 ,气孔器较小 ,其直径
与表皮细胞直径相等(图版Ⅱ:12)。孢子囊群着生
在叶背面小羽片叶脉两侧 ,上覆近圆形囊群盖 ,囊
群盖早落 ,(图版 Ⅱ:14),孢子囊群为不整齐发育 ,
孢子囊呈球形 ,环带较发达 、纵列 、细胞数量少(约
10个),唇细胞分化不明显(图版 Ⅱ:14)。
2.10　香鳞毛蕨(Dryopteris fragrans)
叶片的上表皮无气孔 ,表皮细胞近长条形 ,细
胞壁镶嵌明显;叶片下表皮有平列型气孔分布 ,无
明显的副卫细胞 ,气孔器较大 ,其直径略大于表皮
细胞直径(图版 Ⅱ:15)。孢子囊群着生在叶背面小
羽片叶脉两侧 ,上覆近圆形囊群盖 ,囊群盖早落 ,孢
子囊群为整齐发育 ,由百余个孢子囊组成(图版 Ⅱ:
16),孢子囊环带较发达 、纵列 、唇细胞分化明显。
3　讨论
3.1　十种蕨类分属于不同的系统位置 ,扫描电镜
的观察结果也与只完全相符 ,科间相差较大 ,属种
间差异较小[ 1 , 2] 。用传统的分类手段区分种间差异
时 ,往往需要多个较宏观的特征相互佐证 ,给鉴定
的准确性常带来一定的误差 ,扫描电镜下的特征 ,
如环带细胞的形态 、数量 ,孢子囊间的不育隔丝即
单细胞管状或多细胞枝状毛 ,囊群盖细胞特征 ,叶
脉处表皮细胞特征等等 ,都是传统的手段所不能观
察到的 ,而这正是种属间直接而稳定的形态特征 。
叶表皮材料的制备方法与已经基本普及了的种子
植物叶表皮制备方法完全相同[ 4] ,特别是我们摸索
总结出的孢子囊材料的制备方法 ,几乎是植物扫描
电镜材料中最简单 、经济 、快捷的方法 ,因此 ,建议
蕨类工作者和扫描电镜工作者能够不断积累这方
面的工作 ,为蕨类研究提供最有力的资料 。
3.2　用扫描电镜分析种间差异是最有力的方法 ,
如中华蹄盖蕨(Athyrium sinense)和猴腿蹄盖蕨
(Athyrium multidentatum)、布朗耳蕨 (Polystichum
braunii)和鞭叶耳蕨(Polystichum craspedosorum)、广
布鳞毛蕨(Dryopteris expansa)和香鳞毛蕨(Dryopteris
fragrans)之间的差异 ,在本文结果中都很显著 ,而且
广布鳞毛蕨(Dryopteris expansa)和香鳞毛蕨(Dry-
opteris fragrans)的生态环境也在微细结构上有一定
表现 ,如孢子囊数量 、气孔结构等等 ,也都于生态环
境密切相关[ 2] 。
参　考　文　献
1.吴兆洪 ,秦仁昌.中国蕨类植物科属志.北京:科学出版
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报 , 1991 , 29(2):156 ～ 163
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报 , 1997 , 17(5):44 ～ 47
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图　版　说　明
Explanation of plates
图版Ⅰ 　1.掌叶铁线蕨叶片远轴面 ×30;2.掌叶铁线蕨
叶片远轴面 ×500;3.掌叶铁线蕨叶片近轴面 ×200;4.
中华蹄盖蕨羽片远轴面 ×30;5.中华蹄盖蕨孢子囊群
×130;6.中华蹄盖蕨气孔 ×1 000;7.中华蹄盖蕨羽片近
轴面 ×200;8.中华蹄盖蕨羽片近轴面 ×500;9.猴腿蹄
盖蕨羽片远轴面 ×400;10.猴腿蹄盖蕨羽片近轴面 ×200;
11.猴腿蹄盖蕨孢子囊 ×500;12.羽节蕨羽片远轴面 , 示
4154期　　　　　　　　　邢怡等:黑龙江产十种蕨类植物孢子囊和叶表皮的扫描电镜观察
孢子囊群 ×20;13.羽节蕨孢子囊群盖 ×100;14.羽节蕨
羽片近轴面 ×250;15.羽节蕨羽片远轴面 ×250;16.羽节
蕨气孔 ×1 000
图版Ⅱ　1.球子蕨孢子囊群 ×20;2.球子蕨羽片远轴面
×400;3.耳羽岩蕨羽片远轴面 ×500;4.耳羽岩蕨孢子囊
群 ×20;5.耳羽岩蕨孢子囊 ×200;6.布朗耳蕨孢子囊群
×100;7.布朗耳蕨羽片远轴面 ×200;8.布朗耳蕨气孔
×1 000;9.鞭叶耳蕨孢子囊群盖 ×120;10.鞭叶耳蕨孢子
囊群 ×170;11.鞭叶耳蕨孢子囊 ×170;12.广布鳞毛蕨气
孔 ×1 000;13.广布鳞毛蕨近轴面 ×1 000;14.广布鳞毛
蕨孢子囊群 ×200;15.香鳞毛蕨羽片远轴面 ×300;16.香
鳞毛蕨孢子囊群 ×30
PlateⅠ 　1.Adiantum pedatum ×30;2.Adiantum pedatum
×500;3.Adiantum pedatum ×200;4.Athyrium sinense ×30;
5.Athyrium sinense ×130;6.Athyrium sinense ×1 000;7.
Athyrium sinense ×200;8.Athyrium sinense ×500;9.Athyrium
multidentatum ×400;10.Athyrium multidentatum ×200;11.
Athyrium multidentatum ×500;12.Gymnocarpium jessoense
×20;13.Gymnocarpium jessoense ×100;14.Gymnocarpium
jessoense ×250;15.Gymnocarpium jessoense ×250;16.Gymno-
carpium jessoense ×1 000
Plate Ⅱ 　1.Onoclea sensibilis ×20;2.Onoclea sensibilis
×400;3.Woodsia polystichoides ×500;4.Woodsia polysti-
choides ×20;5.Woodsia polystichoides ×200;6.Polystichum
braunii ×100;7.Polystichum braunii ×200;8.Polystichum
braunii ×1 000;9.Polystichum craspedosorum ×120;10.
Polystichum craspedosorum ×170;11.Polystichum craspedosorum
×170;12.Dryopteris expansa ×1 000;13.Dryopteris expansa
×1 000;14.Dryopteris expansa ×200;15.Dryopteris fragrans
×300;16.Dryopteris fragrans ×30
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