全 文 ：U B LE L TI NO O F BA T NI C A E L RSE A C R H
第 1 卷 , 第 2期
V o l
.
l l , N (
, . 2
1 9 9一 年
A P r i l
,
4 月
19 9 1
中国产对开旅配子体发育的研究
刘保东 包文美 教志文
S T U D IE S O N T HE D EV EL O PME N T O F G AM E T O P HY T E
O F 尸H YL L IT IS J A P O N! C A F R O M C H !N A
L i u B a o
一
d o n g B a o W
e n 一 m e i A u r C h i h
一
w e n
〔提要〕 本文对 中国产铁 角旋科的对开旋 ( P h y l 叮: 了aP o) , ,。 ) 配 子体发 育 ,
用尤学显微镜和扫描 电镜作 了详细研究 。 抱予单裂缝 , 周壁具褶皱 。 葫发方式向心
. `
型 。 丝状体 2 一 8 细胞 , 单列 。 原叶体发育三 叉蔗型 , 具毛状体 。 雌雄同株为主 。
精子器较大 , 颈卵器细长 。 比较配子体 的特征 , 本文认为中国产的 对开成与欧洲 所
产的应 为同一种 。
对开藤属 尸勺“ it i : 是一类著名的观尝植物 , 国外已培养出上百个品种 。 我 国近年
才在吉林省长白山发现该属的一种即 p . 了aP on ica K o m . , 其分布极为局限 , 数量 很
少 , 实属中国的珍稀濒危植物 。 关于对开旅属的配子体工 作 , M o m o s e ( 19 4 2) 对 尸 。
i
a Po , Zi c a 的抱子萌发有过观察 , 对 p . s c o l o P e n d : i u m ( L . ) N e w m a n . 和 P . d e l a -
, a万i ( F r a n 。 h . ) C . c h r . 成熟配子体的形态进行了描述 ( 1 94 1 , 1 9 6 1 ) , 本 文 所 研
究的配子体发育全过程至今未见前人有过报道 。 吴兆洪 ( 1 9 8 9) 从抱子 体的角度对我国
产 p . 夕aP on i ca K o m . 的种名有异议 , 认为它和欧洲产 p . s co l oP o dn : lt m 为同一种 ,
因此也有必要从配子体发育的角度加以比较研究 , 以期提供一定的佐证 。 本文也提供了
用抱子人工繁殖对开旅的方法 。
材 料 和 方 法
中国产对开旅属植物 尸h对1 15 夕aP on i ca K o m . 采 自吉林省长白朝鲜族 自治县长
刘保东 、 包文美 : 黑龙江 , 哈尔滨 , 哈尔滨师范大学生物系 ( B io lo g了 D e p a r t m e n t o f H a r b i n N o r m a l U n 云-
v e s it y
,
H
a r b i二 , H e i lo n g l认 n g , 15 0 0 8 0 ) 。
敖志文 : 黑龙江 , 哈尔滨 , 东北林业大学林学系 . (D e p a r t m e o t o f F o e s t r 了, N o r t h r 一 E a s t e r n F o r e s t了 U n i , -
e s it y , H
a r
b i
n ,
H
e il o
n g j达 n g , 15 00 4 0 ) .
本文系国家 自然科学基金资助项 目 . 蒙时述 武同志协助采集标本 , 张大维阵态协助电镜工作 , 谨此 一并致谢 .
白山 。 叶片经干燥后 , 取抱子按常规方法接种 , 改 良 K n o p 尹s 的 1。 2%琼脂培养基 . 培
养条件是每 日光照 12 小时 , 黑嗜 12 小时 、 光 强 2 5 0 0一 3 0 0 0 L U X ; 温 度 : 光 下 18 一
28 ℃ , 黑暗 14 一 2 ℃ 。 重复培养 8 次 , 每次 6 份 , 培养过程中 , 少许材料适当 改 变 光
强等单项因素 , 观察形态变化 。 依各发育阶段 , 用光学显微镜和电子显微镜 观 察 并 照
相 。 精子是在 6 0 oC 条件下用 0 . 5 %饿酸固定 , N o l a n d 液染 色 。 光 镜 O ly m p u s 一 B H Z ,
电镜 H I T A C H I . S 一 5 2 0 。 S E M 。
观 察 结 果
1
. 抱子及抱子萌发
抱子黑揭色 , 赤道面观豆形 , 极面观椭 园 形 , 大 小 为 (2 3一 2 8) 翁 X 3 9 . 6 ( 34 一
4 3) 微米 ; 近极单裂缝 , 长达赤道面长轴的 1 / 2左右 , 周壁厚约 2 . 6 微米 ( 图版 1 . 1 ) ,
扫描 电镜下表面为不规则条状隆起 , 隆起之间密布小穴 (图版 l , 9 ) , 周 壁 较 易脱
落 , 外壁光滑无纹饰 (图版 1 , 1 0) 。
抱子吸涨后 , 细胞渐变为绿色 , 培养 6 天左右 , 可见抱子内有多数叶绿体产生 , 稍
后 , 抱子壁 自裂缝处裂开 , 产生近乎无色透明的初生假根 1 一 2 条 , 此时原叶沐母细胞
内部除形成数个近边位的升绿体外 , 中央为一个大而明显的园球形 油 滴 (图版 1 . 2 ,
3
, 5
,
)
, 以后随叶绿体增多 , 油滴渐小直至消失 (图版 1 . 4 ) 。 抱子萌发方式 为 向
心型 ( M o m o s e , 1 9 4 2 ) 。
2
。 丝状体
接种 20 天左右 , 原叶体母细胞经过连续数次横分裂 ( 图 版 1 . 5 一 7 ) , 形成 4 一
8 细胞的丝状体 ( 图版 1 . 8 ) , 但因湿度和光强度不同 , 细胞 .数 量 可在 3 一 n 个不
等 。 细胞筒状 , 直径与长度几乎相等 , 但弱光下 ( 1 5 0 o L U X 以下 ) , 长度大于直 径 ,
强 光下 ( 4 0 0 0 L U X ) 则长度小于直径 。 丝状体先端细胞叶绿体数量较多 , 呈鲜绿色 。
3
. 片状体
接种 35 天以后进人片状体阶段 。 生 长点的形成方式多样 , 多数是丝状体前端 的 细
胞经过连续 1 一 3 次分裂 ( 图版 1 . 9 ) , 形成生长点的同时分化出 1 一 2 个毛状体 (图
版 1 . 1 0) , 但其生长点的形成先是偏向片状体的一侧 (图版 1 . 功 , 1 ) , 经自 身 请
节后才位于中央 (图版 1 . 1 2 , 1 3 ) 。 其发育方式 为三叉藤型 ( A s p i d i u m t y p e ) ( N a -
y r a , 1 9 7 1 )
。
4
. 原叶体
幼原叶体 培养 60 天后 , 由于横裂次数较多 , 整体呈披针形 , 两翼渐上 延 , 生 一民
点渐下陷 , 腹面发育出十数条假根 ( 图版 1 . 13 ) , 边缘陆续产生毛状体 ( 图版 1 . 15 ) ;
这一时期 , 分生组织极为活跃 , 形态 发 育 较 不 稳 定 , 若 给 以 72 小 时 左 右 的 弱 光
( 10 0 0 L U X 以下 ) 处理后 , 易在原生长点处重新诱发一新的幼原叶体 , 其余部分仍正常
发育 (图版 1 . 14) 。 但一挨幼原叶体近于成熟 , 此现象不再发生 , 这与铁角藤科的主
要特征相符 ( N a了 a r , 1 9 7 1 ) 。
成熟原叶体 呈宽圆状心胜形 , 基部下延为尾状 , 两翼展开 , 稍有波折 , 在生长点上
方相交或不相交 ( 图版 1 . 1 6) , 抱壁宿存 , 腹面中下部分布有假根 , 中脉呈倒卵形 ,
曰
一 9 4 一
2一 5层细胞厚 。 原叶体边缘及背腹面均有毛状体分布 , 但以两翼上缘 和腹 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 , 核明显 , 叶绿体相对较多 , 两翼
边缘细胞近正方形 (图版 1 . 15 , 1 7) , 至原叶体中下部渐为长多边形 (图版 1 . 18 ,
1 9 )
, 分裂列明显 ; 中脉表面的细胞为正边形 。 叶绿体扁盘状 , 每细胞中约有数十个 , 随
光强变化而有明显的位移运动 , 即在 1 5 0 L U X 以下和 4 0 0 OL U X 以上时 , 运动结果 相
同 , 位于细胞侧壁 ; 当光强达 6 0。。L U X 左右 , 叶绿体仅沿细胞分裂列的两纵向侧壁 分
布 (图版 1 . 9] ) 。 细胞单核 , 近球形 , 大小基本一致 , 直径 8 一功微米 , 在油镜下可见
核表面均匀分布有不规则的明暗花纹 ( 图版 1 . 17 ) 。 雌雄同株为主 , 单性雌株形态同
上述 , 单性雄株较小 , 不规则条状 , 精子器生于边缘 。 未受精的雌株和两性株可存活一
年以上 , 呈长片状 , 单性雄株 8 个月左右便衰老致枯。
毛状体 最初的毛状体 由片状的先端细胞或楔形细胞形成 , 以后陆续由原叶体生长
点细胞分化产生 , 也可由原叶体营养细胞分裂而成 。 毛状体多为单细胞 ( 图版 1 . 2 。 ) ,
稀 2 细胞 (图版 1 . 21 ) , 锥状棒形 , 基部略宽 ( 45 微米 ) , 先端较窄 ( 25 微米 ) , 长
约 80 ( 72 一 96 ) 微米 , 内有细胞核和 十数个叶绿体 。 毛状体形成 25 天后 , 可见表面 有
帽状分泌物 , 50 天以后 , 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 , 直至该毛状体枯死脱落 。 毛状体基细胞少数可纵裂一次 , 或分裂出一条假根
(图版 1 . 1 ) 。
假根 抱子萌发初期产生的假根 , l 一 2 条 , 常有一核 , 但核很快消失 , 衰老也较
快 , 20 天左右变为褐色 。 多数假根分布 于原叶体腹面下部 , 是由营养细胞外突延长分裂
.而产生 ( 图版 亚 . 2 ) 。 假根中的细胞核呈椭园形 ( 图版 1 . 4 ) , 其寿命 ’ 长 短 不 一
·
( 1 一 10 天 ) 。 假根管状 , 直径大多为 1 3 . 8微 米 , 长 约 3 0 一 2 0 0。 微米 , 初 为 无 色 透
;明 , 1 个月后变 为黄褐色 , 且多发生弯曲 , 顶端或近顶端膨大 , 偶有 分 叉 现 象 (图 版
I
。
3 )
。
性器官 接种后约 80 天开始产生精子器 , 每个个体上约十余个 (雌雄同 株 ) 至 数
十个 (单性雄株 ) , 与假根混生 , 高约 48 一 57 微米 , 直径为 42 一 50 微米 , 二环细胞基
本等高 , 每精子器平均产生精子 1 5 . 3 个 ( 15 个精子器的平均值 ) , 自精子器形成至释放
精子约需 13 天 , 其开裂方式是盖细胞破裂 (图版 1 . 7 ) ; 精子自精子器中逸 出 时 呈
圆球形 , 直径 12 一 15 微米 , 外被薄膜 , 约 3 一 4 分钟后 , 薄膜溶解 , 精子迅速 游 动 。
一
15 一 20 分钟后 , 若不与卵结合即突然死亡而且随即解体 。 精子 螺旋 状 , 螺 旋 1 . 5一 3
周 , 经饿酸 、 N ol a n d 液处理后 , 可见精子由顶端的 “ s ” 形结构 、 生毛带 、 鞭毛 、 细
胞质和精核五部分构成 , 鞭毛 4 1 . 1 条 , 长 9 一 1 7 . 5 微米 (均为 20 个精子平均值 ) (图
版 I 。 8 ) 。 颈卵器 自培养后 3 个月开始产生 , 位于生长点下方中脉处 (图版 1 . 5 ,
1 1)
, 每个个体有数个至数十个不等 , 初始为颈卵器母细胞产生突起并垂直于原叶体表
面 (图版 1 . 5 ) , 成熟颈卵器细长 , 颈部由 4 列细胞组成 , 每列 4 一 5 个细胞 , 高约
·
8 5 微米 , 直径约 招 微米 , 常向原叶体基部倾斜或弯曲 , 有大型基座 (图 版 1 . 6 ) 。
5
. 胚的发育
单株单胚 , 受 精后五 日内即可观察到突破原叶休的幼胚 , 第一叶首先突破颈卵器腹
壁 (图版 1 . 12 ) , 基足深陷配子体中脉中 , 第一叶具多个单细胞毛状体 , 毛状体可以
一 9 5 一
不断生长并发生 2一 4次横裂 , 成为多细胞毛 , 第一叶无拳卷现象 。 胚根较晚出现 , 根
冠明显 (图版 1 . 1 3) , 幼抱子体长出后 , 原叶体仍继续发育 (图版 1 . 1 4) , 直至发
育出 3 一 4 枚真叶后 , 原叶体方渐枯死 。
讨 论
本文研 究的中国产 P h万Il i t i s I a P o n i e a K o m . 与 M o m o s e ( 1 9 4 2 ) 研 究 的 P ,
: co lo eP n d , l’u , N e w m a n 成熟原叶体主要特征 , 诸如原叶体整体形态 、 毛状体形态和性
器特征等作相应的比较 , 我们认为此二种原叶体的主要特征是相似的 , 而这些特征又是
旅类配子体发育所表现出来的稳定性状 ( st o k ey , 1 9 5 1 ) 。 原叶体毛状体的 形态 、 分布
和发生以及毛状体内有无叶绿体等情况是鉴别原叶体属内分种的重要特征 i ( K a w a s a ik , .
1 9 5 9)
, 本文所观察的毛状体与 M o m o s e ( 1 9 6 1) 描述的 尸 . : co l oP o dn ; 汪 m 的毛状体形
态一致 。 但在我们的材料中 , 毛状体具有帽状分泌物 , 毛状体的分布 也 与 M o m os e 所 -
观察的略有不同 , 即在原叶体的边缘与背腹面都有 , 这可能因他当时观察误差所致 。 此
外 , M o m os e ( 1 9 6 1) 认为颈卵器颈部和基 座 的 特征 、 中脉 形 状 , 假 根 分 布 等 在
p h穿l l i t i s 属内因种而异 , 而本种的这些特征与 p , s e o l o p e n d , i u m N e w m a n 基本一 致 ,
这也支持中国产 P . 声aP on i ca K o m . 与 p . : co l oP en d ; i o m N e w a n 系同一种的观点 .
M o m o s e ( 1 9 6 2 ) 也认为有将这二种视为同一种的余地 , 这些都与吴兆洪 ( 2 9 5 9 ) 从 抱
子体角度将中国产对开藤 p . I aP 。 。 i ca K o m . 归并为 p . s co l oP o dn 汀。 m N e w m a n 的
观点相一致 。
通过本文研究 , 已在实验中完成了对开藤的生活史 , 获得用抱子人工繁殖对开藤的
成功方法 , 在控制光照 、 温度的条件下 , 雌株的受精率可达 80 写左右 , 并发育 出 幼 抱
子体 。 幼抱子体移栽人盆的成活率可达 90 %以上 。 因此 , 可以尝试对开旅的人 工繁 殖
和批量育苗进而移栽林区 , 保护并延续我国的珍稀濒危植物资源 ; 同时本文对中国可作
为观赏植物的对开旅的引种驯化和开发利用 , 提供了可靠的资料 。
A B ST R A C T
U i s i n g t h e l i g h t a n d s e a n n i n g e l e e t r o n i e m i e r o s e o p y
, a l l
一
s t a g e s o f t h e
d e v e l o P m e n t o f g a m e t o P h y t e s o f
、
P几y l l i t i : 夕a P o : i c a K o m a r o v , A s p l e n i a e e a e
f r o m C h i n a h a v e b e e n s t u d i e d
.
T h e s P o r e 15 b i l a t e r a l a n d m o n o l e t e w i t h a
P r o m i n e n t P e r i n e
.
T h e P a t t e r n o f s P o r e g e m i n a t i o n s e e m s t o b e o f e e n t r i P e t a l
.
T h e g e r m f i l a m e n t s d e v e l o P Z 一 8 e e l l s , u n i s e r i a t e . T h e P r o t h a l l i a l d e v e l o -
Pm e n t 15 o f t h e A s p id i u m t y p e
。
T h e p r o t h a l l i a r e h a i r y
,
b r o a d
一 r o u n d e o r d a t e
a n d m o n o e e i o u s m a i n l y
。
T h e a n t h e r i d i a a r e l a r g e
。
T h e n e e k s o f a r e h e g o n i a
a r e s l e n d e r a n d t h e b a s a l P a r t s o f t h a t a r e s w e l l i n g
.
A s e o m P a r e d w i t h t h e
m a i : 2 e h a r a e t e r s o f g a m e t o p h y t e s i n P h万I l i t i s 二s c o l o P e : d : i u m ( L 。 ) N e w m a n ,
t h e a u t h o r s s u P P o s e t h e y w o u ld b e i n a s y n o n y m
.
必多
参 考 文 献
包文美 , 敖志文 , 刘保东 , 施心路 , 1 9 88 , 东北孩类植物配子 体发育 的研究 . V . 球子 截 科 , 植物 研究 , 8
( 3 ) : 1 0 3一 20 8 .
吴兆洪 , 1 9 8 9 , 中国铁 角获科资料 (二 ) , 广西植物 , 9 ( 4 ) : 2 8 9一2 92 .
钱家驹 , 1 9 8。 , 对 开获属首次在 我国发现 , 植物分类 学报 , 18 ( 4 ) : 4 8 2 we 4 8 3 .
A t k i n s o n
,
L
.
R
.
& A
.
G
.
S t o k
e y 一。 e 4 . C o m P a r a t i v e m o r p h o l o g y o f t h e g a m e t o p h y t e o f h o -
m o s p o r o u s f
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P五了t o m o r p h o l o g了 14 : 5 1一 7 0 .
K
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1 0 5 0
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S t u d i e s o n t h e s e x u a l g e n e r a t i o n o f f e r n s ( 1 4 )
.
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s p e e运 1 r e f e r e n e e t o t h e i r m a r g i n s . J o u r n . Ja p . B o t . 32( 12 ) : 2 2一 2 6。
M o m o s e
,
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.
19 4一 S t u d i e s o 皿 t h e g a m e t o p h y t e o f f e r n s ( X X I ) . o n t h e p r o t h a ll i o m o f s o m e
s p e e i e s o f A
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17 (了) : 1一 r .
- - - - -一 1 94 2 . S t u d i e s o n t h e g a m e t o p h y t e o f f e r n s ( X X IV ) . o n t h e e h a r a e t e r i s t i e s o f s p o r e o f
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e ir s y s t e m a t i e m e r it s
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N a 了a r , B . K . & 5 . K a u r . 1 0 7一 G a m e t o p h y t e s o f H o m o s p o r o u s f e r n s . B o t . R e v . 3 7 ( 3 ) : 2 05一
3 96
。
S t o k e 了, A . G . 1 0 5一 T h e e o n t r i b u t i o n b y t h e g a m e t o p h了t e t o e l a s s i f i e a t io n o f t h e h o m o s p o r o u s
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P h y t o m
o r p h o l o g y
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龟.J、 .产飞.沪J、Jó0678沪.、J卫气产I
`we、
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目. 卜
`
97
图版 工
多
1
.抱子 ; 2一 4 .抱子萌发 ; 5 一 8 .丝状 体时期 ; 9一 1 2 .片状体时期 ; 13 一 1 4 .创原 叶体 ; 15 .原 叶体
生长点 (黑箭头示 )及毛状体发生 (A 一 D为其形态变化顺序 ); 1 6 .成熟原叶体; 片 .生长点附近的细胞 (示核
表面花纹 ), 18 。 营养细胞 . 19 . 营养细胞在弱光或强光下的叶绿体分布 . 箭头示横隔壁上少或无 叶绿体 . 20 毛状
体单细胞 , 长箭头示分泌物 , 短箭头示细胞核 , 21 . 毛状 体 、 二细胞。
一 9 9 一
图版 1
遭
. 曰
1
. 生有假根的毛状体基细胞. 2. 假根的最初形态 :3. 假根分枝 :4. 假根 中的细胞核. 5. 颈卵器发生
的初始形态. 6. 成熟颈卵器侧面观 ; 7. 成熟精子器上侧面观 ;8. 精子形态结构 :①“ 顶端结构 ” , ②生毛带 ,
③精核 , ④细胞质 . 国鞭毛 ; 9 . 扫描电镜下 的抱子形态具周壁 ; 10 . 同 9 . 除周壁 ; 1 . 扫描电镜下的颐卵器群
白箭头示毛状体 。 12 . 第一叶 ( A 示 ) 穿出原叶体表层细胞 ; 13 . 第一叶 ( A 示 ) 与胚根 ( B 示 ) , 箭头示未受精
的颐卵器 . 14 . 原叶体上寄生幼饱子 体
一 1 0 0 一