全 文 ：武汉植物学研究 2004，22(2)：14O～144
Journal of Wuhan Botanical Research
金灰藓(Pylaisiella polyantha) 子体发生的实验观察
范庆书，赵建成 ，黄士良
(河北师范大学生命科学学院，石家庄 050016)
摘 要：金灰藓Pylaisiella polyantha(Hedw．)Grout孢子在光照培养箱中进行培养，实验组为含有Knop培养液
的琼脂培养基质，对照组为无营养成分的琼脂培养基质。在光学显微镜下对配子体发生进行了观察、描绘和照相。
结果表 明：实验组和对照组孢子萌发所需时间相同，均为 53．5 h，萌发极相为 1～4极。4 d时，实验组萌发率为
85．4 ，对照组为 54．1％；20 d时 ，开始形成配子体芽原基 ；40 d时，形成具假根、茎、叶的配子体，并形成两性器官。
并对配子体发生过程的特点进行了分析和讨论。
关键词 ：金灰藓；配子体；发生
中图分类号：Q949．35 文献标识码：A 文章编号：1000—470X(2004)02—0140—05
Experimental Observations on the Gametophyte Development
of Pylaisiella polyrantha
FAN Qing—Shu，ZHAO Jian-Cheng‘，HUANG Shi—Liang
(College of Life Science．Hebei Normal University，Shijiazhuang 050016，China)
Abstract：Spore germination and protonema development of Pylaisiella polyantha(Hedw．)Grout
in response to Knop and distilled water．The medium of these two condition is agar．The spores
of Pylaisiella polyantha is well developed，its protonemata and gametophyte are formed．The
process from the spore germination and protonema growth to development of the gametophyte are
illustrated and taken microphotographs．The result shows that the time of spore germination at
two condition is 53．5 hours。the germination pole iS 1— 4 poles．There iS a contrast to germina—
tion rate of the two groups．After 4 days，the germination rate of experiment group is 85．4 ，
the other is 54．1 ．About the 20th day bud primordium appears．Nearly 40th day，the gameto—
phyte fully grow and starts development of sexual organs．Besides，the characteristic about deve—
lopment of the gametophyte are analysed and discussed in this paper．
Key words：Pylaisiella polyantha；Gametophyte；Development
苔藓植物在生活史中具有明显的世代交替现
象。其中，配子体在世代交替过程中占绝对优势，孢
子体寄生在配子体上，这一点是与其它陆生高等植
物最大的区别[1 ]。在藓类植物中，孢子体上的孢蒴
成熟后，孢子自孢蒴散出，在适宜的环境中，经过孢
子萌发和原丝体系统(protonema system)发育阶
段，发生配子体，即新的植物体。在生活史的整个过
程中，孢子萌发和产生原丝体也是苔藓植物区别于
其它植物类群的显著特征。但是，藓类植物的孢子及
初期的配子体形体微小，自然条件下，人们很难对孢
子萌发和原丝体发育直至配子体发生的全过程进行
观 察。本 实 验 以 金 灰 藓 Pylaisiella polyantha
收稿 日期：2003—07—12，修回日期：2003—11—24。
基金项目：河北省自然科学基金资助项目(303150)}河北省教育厅资助项目(2002235)。
作者简介：范庆书(1973-)，男，河北省泊头市人，河北师范大学植物学专业博士研究生，主要从事苔藓植物系统与发育学研究。
赵建成(1956一)，男，教授，博士生导师，主要从事苔藓植物学研究。
通讯作者(Author for corresp0ndence．E—mail z zhaojian—cheng’@mail．hebtu．edu．on)。
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第 2期 范庆书等：金灰藓(Pylaisiella户。 口 f，l口)配子体发生的实验观察 141
(Hedw．)Grout为材料，观察并详细记录了孢子萌
发到配子体发生的全过程及其特点，取得了一些新
的实验数据。本结果将对金灰藓的生活史研究给予
补充和完善，同时，也为建立苔藓植物人工快速繁殖
体系提供初步的实践经验和一定的理论依据。
1 材料与方法
1．1 实验材料
实验材料取自河北师范大学植物标本室金灰藓
Pylaisiela polyantha(Hedw．)Grout标本上的成
熟孢蒴。凭证标本：毕海燕 2000—048(HBNU)，2000
年 1O月 18日，采于河北省邢台县云蒙山，海拔 850
m，岩面生。除华南地区外，金灰藓在我国广泛分布。
另外，该种也分布于Et本、俄罗斯(远东地区及西伯
利亚)和北美[3]、克什米尔地区。
1．2 实验方法
实验组含有Knop营养液的琼脂培养基质，其中
琼脂为Sigma公司出品，Knop营养液配方见表1。
表 1 Knop营养液
Table 1 Knop solution
试 剂 浓度
Reagent Concentration(mg／L)
Ca(N03)2·4H20
KN03
KH2P04
MgSO4·H20
ZnSO4·7H20
蒸馏水 dHz0
1 000
25O
25O
25O
3
1 000 m L
Note：pH 7．0．
实验步骤如下：
(1)培养基的制备：实验组按表 1的配方，在一
定量的 Knop营养液中加入适量琼脂，使其浓度为
2 ，加热熔化后，倒入 6O mm 的培养皿中，凝固后
即可使用。对照组为无营养成分的基本培养基，即只
含有 2 的琼脂。
(2)孢子悬液的制备：取金灰藓成熟孢蒴，将其浸
入75 酒精中，5 min后取出，用蒸馏水反复冲洗5次之
后，在超净工作台上用镊子和解剖针打开孢蒴，将孢子
散入适量的蒸馏水中，制成适当浓度的孢子悬液。
(3)用移液管将稀释后的孢子悬液分别接种于
实验组和对照组培养基质上。
(4)培养皿加盖后放在 250一D型光照培养箱中
培养。温度(18±2)℃，相对湿度大于 8O ，光照强
度 24 t~mol·m ·s～，光照时间 12 h／d。
(5)自接种培养后，每天定时镜检孢子萌发情
况，对具代表性个体的萌发过程进行显微照相及绘
图，并详细记录个体的发育特点。
2 实验结果
本实验培养的金灰藓孢子为单细胞孢子，属外
生孢子萌发(expsporous germination)类型[1]。孢子
形状为球形，具厚壁，大小为 13(10-~20)btm，绿色，
孢壁由内壁(intine)与外壁(exine)构成，内有若干
不发达的叶绿体。
光学显微镜下观察表明，从孢子萌发到配子体
的发生可分为三个阶段：①孢子萌发阶段；②原丝体
生长阶段；⑧配子体发生阶段。
2．1 孢子萌发阶段
孢子萌发阶段可分两个时期：①实验组和对照
组孢子均吸水膨胀，随后外壁破裂。孢子在外壁破裂
后，内壁也随即破裂，孢子在大量吸收水分的同时，
孢子内部结构也发生显著变化，叶绿体的数 目不断
增多(图版 I：1)。两组孢子萌发所需的时间均为
53．5 h。②孢子萌发的标志是原生质膜的凸出(图版
I：2)。随着原生质膜的持续凸出，孢子萌发出绿丝
体(chloronema)原始细胞(图版 I：3A)。当绿丝体
达到 25 tm以上时，分裂而产生第一个分隔(图版
I：4)。在101．5 h时，实验组孢子萌发率为85．4
(表 2)，对照组孢子的萌发率为 54．1 (表 3)。
表 2 有营养条件下(18"C)，培养101．5 h时的孢子萌发率
Table 2 The spore germination rates of alible group(18℃)at cultivation 101．5 hours
一
样 孢 墼(个) 未萌 子
。
数
f
‘个 单极
No
萌
． o
发
f
孢
on
子
e p
数
ol
‘
e
个 双极萌
No
发
．
孢
of
子
tw
数
o
‘个
G
萌
e
发
rm
率
ina
‘
t
％
io)n
Sample N 0． ungermination germination pole germ ination rates
平均值
M eall Vflltl
17
3O
2O
18
24
48
26．1
5
14
4
5
8
8
7．3
1O
13
11
1O
14
32
15
88．24
90．00
75．00
83．33
91．67
83．33
85．44
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142 武 汉 植 物 学 研 究 第 22卷
表 3 无营养条件下(18~C)，培养101．5 h时的孢子萌发率
Table 3 The spore germination rates of absent nutrition group(18℃ )at cultivation 101．5 hours
。
样 孢 擎(个) 未萌发N孢o
．
子
。
数
f
‘个 极
N
萌
o．
发
of
孢
on
子
e
数
po
‘
le
个 极萌
No
发
．
孢
of
子
tw
数
o
‘个
G
萌
e
发
rm
率
ina
‘
t io)n
am ple ungermination germination pole germination rates
1 17 10 7 0
2 26 16 10 0
3 23 13 10 0
4 19 7 12 0
5 17 6 9 2
6 2O 4 15 1
M ue 20．33 9．3 10．5 0．5
41．17
38．46
43．48
63．16
64．71
8O．OO
在统计孢子萌发率时，随机选取 6个 1O倍物镜
下的视野，在显微镜下统计每个视野内孢子总数和
单极、双极萌发的孢子数目。取 6次平均值计算萌发
率 。
2．2 原丝体生长阶段
实验组：孢子萌发后绿丝体继续伸长，4 d时，
孢子从已突出的绿丝体基细胞相对的一侧又开始破
壁，产生第 2极(图版 I：3B，4)。4．5 d时，统计孢子
的两极萌发率已达 5O 左右。对照组孢子的两极萌
发率仅为 3％，主要以单极相生长(图版 I：5)。5 d
后，实验组孢子开始出现三极萌发现象，绿丝体产生
一 级侧枝，侧枝和绿丝体接近垂直生长(图版 I：7)，
形成轴丝体(caulonema)。轴丝体细胞中的叶绿体数
量比绿丝体细胞中的少。轴丝体有的伸向基质外，也
有的沿基质表面生长(图版 I：8A)。在二级侧枝形
成后，有的深入到基质中生长，且细胞内部的叶绿体
逐渐减少，特化成假根(rhizoid)(图版 I：8B)。对照
组孢子未出现三极生长型，主要以单极为主，生长速
度也较慢，而两极生长较少。
9 d时，实验组的绿丝体继续伸长，侧枝增多，
92 以上的孢子出现三极生长，四极生长的孢子也
开始增多(图版 I：8)。对照组的孢子生长趋向停止，
绿丝体内的叶绿体收缩、变少，绿丝体细胞逐渐变得
细长。14 d时，实验组绿丝体基部一个或多个原丝
体细胞膨大，有的膨胀呈近圆球形。随后，几个球形
细胞之间的连接处逐渐变细，2 d后，发生缢裂，各
自独立生长(图版 I：9)。
随着时间的推移，绿丝体生长逐渐趋于缓慢，轴
丝体及其轴丝体上长出的侧枝生长速度加快。此时
的侧枝比较粗壮，叶绿体含量较少，一般向培养基外
生长。绿丝体与轴丝体的发生分别完成了藓类原丝
体发育的第一、二阶段。由于配子体不在原丝体的顶
端发生，因此 ，不影响原丝体的继续生长。
2．3 配子体发生阶段
金灰藓的原丝体在经历了第一、二阶段的发育
之后，开始产生配子体(gametophyte)，也称配子枝，
可谓原丝体发育的第三个阶段。20 d时，在实验组
中，绿丝体基部分化出一个内部叶绿体很少、顶端膨
大的芽体，即配子体原始细胞。在显微镜下观察，该
细胞近似空腔(图版 I：12)。2 d后，芽体顶端细胞
通过 3个分裂面的不断分裂，形成桑椹状的幼小芽
体(图版 I：13)。此时，幼小的芽体顶端细胞中含有
大量的叶绿体。同时，在轴丝体细胞的斜壁处也产生
配子体原始细胞(图版 I：10)，形成芽体，其顶细胞
变粗大，芽体的数量在不断增加，并且伸向培养基外
侧(图版 I：11)。
25 d时，桑椹状细胞群顶部的细胞进行横向、
纵向、斜向分裂，形成分生细胞团(图版 I：14A)，分
生细胞团再分裂成形成几个叶状体细胞(图版 I：
14B)。芽体发育成叶状体细胞后，交互生长，并在生
长过程中逐步扩展，形成幼叶，伸向培养基外侧(图
版 I：15A)。27 d时，在幼小的配子体基部开始有白
色的假根生成(图版 I：15B)。配子体顶端分生组织
细胞体积较小，细胞分裂周期较短，叶原基随即发
生。32 d时，配子体上生成更多的叶状体，配子体上
的表层细胞开始长出细长的毛状结构(附属物)。配
子体发育到 32 d时，已经有 5～8个幼叶出现，在显
微镜下观察到金灰藓的叶状体中部无明显的中肋
(图版 I：16)。配子体顶部细胞的先端有刺状细胞出
现，在其基部的叶腋内有新的芽体突出。
3 分析与讨论
(1)本实验采用蒸馏水和营养液进行孢子培
养，孢子吸水膨胀到破壁这段时期，两种条件下的互
相比较无显著差异。孢子破壁后，产生单极或双极萌
发型。破壁后形成的原丝体和孢子本身继续吸收营
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第 2期 范庆书等：金灰藓(Pylaisiela polyantha)配子体发生的实验观察 143
养，供原丝体生长和产生新的极向。而孢子本身所固
有的营养只供萌发破壁和单极生长，多极生长需要
外界营养的供给。
(2)金灰藓的孢子萌发有明显的极向，一般为
单、双极 ，也有三、四极萌发。孢子萌发时多数首先出
现的极向为绿丝体，即含有叶绿体，细胞间壁与长轴
垂直。绿丝体长到一定长度后，便继续发育产生轴丝
体，仍含有椭圆形的叶绿体，但叶绿体的数量少于绿
丝体。假根发生于绿丝体上和配子体基部，细长且分
枝，呈正向地性。轴丝体上产生配子体(配子枝、芽
体)的时间也有差异。到配子枝发生阶段，绿丝体的
生长速度减慢，轴丝体的生长速度大于绿丝体，在轴
丝体上萌发的配子体芽的生长速度也小于轴丝体的
生长速度。在配子枝发生阶段，围绕孢子的轴丝体细
胞产生更多的芽体，这和原丝体在此阶段产生的内
源激素有关[4 ]。这种激素促使更多的芽体产生，而
且使绿丝体的生长速度减慢。
(3)在实验中观察到金灰藓的侧枝发生时，芽
发生的位置多数位于绿丝体细胞的中部，而不是由
斜壁细胞启动产生侧枝。而少数轴丝体上芽发生时
是在斜壁细胞启动(图版 I：10)。这与其他藓类的芽
发生时的位置有些差异L6 ]。
(4)本实验中的藓类孢子培养基质是琼脂，pH
7．0。前人在实验中多采用瓦片和滤纸作为培养基
质，这样的培养方式不利于在显微镜下直接观察，且
采用从瓦片和滤纸基质上取材进行观察容易破坏原
丝体系统，不能在下次镜检时观察到同一孢子连续
萌发的情况。采用滤纸作为基质，其纤维所含化学物
质容易对原丝体发育产生影响。因此，本实验采用小
口径培养皿和琼脂作为基质，有利于孢子的萌发和
显微镜下观察。本实验所用的孢子是在野外采集后
在室内保存了 5个月后进行的萌发实验，显示出较
高的萌发率。
参考文献：
[1] 胡人亮．苔藓植物学[M]．北京 ：高等教育 出版社 ，
1987．
[2] 吴鹏程．苔藓植物生物学[M]．北京：科学出版社，
1998．
[3] 吴鹏程．横断山区苔藓志[M]．北京：科学出版社，
2000．628．
[4] 高谦，张钺．中国藓类植物孢子萌发和原丝体发育的
初步研究 [J]，武汉植物学研究，1986，4(2)：123一
l33．
[5] Sehwuchow J M，Kerm V D，White N J，Sack F D．
Consevation of the plastid sedimentaion zone in al
moss genera with known gravitropic protonemata
I-J]．Plant，2002，21：146—155．
[6] 赵建成 ，李秀芹 ，张慧中．10种藓类植物孢子萌发和
原丝 体发育的初步研 究[J]．干旱 区研究 ，2002，19
(1)：32— 38．
[7] Nishida Y．Studies on the sporing types in mosses
[J]．J Hatorri Bot Lab，1978，44．
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武 z植 物 学 研 究 第 22卷
范庆 书等 版 FAN Qing-Shu et al
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