全 文 ：武汉植物学研究 2008，26(3)：224～228
Journal of Wuhan Botanical Research
实蕨和刺蕨(实蕨科)配子体发育的研究
孙淑红，刘保东 ，孟宪利
(哈尔滨师范大学生命与环境科学学院，哈尔滨 150025)
摘 要：首次在光学显微镜下详细观察 比较了实蕨科 (Bolbitidaceae)的实蕨(Bolbitis hainanensis Ching et c．H．)和
刺蕨[@eno~a appendiculata(Willd．)J．sm．]的配子体连续的发育过程。实蕨和刺蕨孢子均为单裂缝，播种5 d后
孢子萌发，萌发类型为书带蕨型(Vitaria—type)，播种30～35 d后发育为片状体。幼原叶体不对称，成熟原叶体具毛
状体 ，呈心形。播种 55 d后开始有性器出现。通过重点 比较丝状体 、原叶体、假根及性器等方面的异同，讨论了
Ho[tum和秦仁昌对该科的系统划分，并且进一步支持了秦仁昌的观点。
关键词：实蕨 ；刺蕨；配子体
中图分类号：Q945．51 文献标识码 ：A 文章编号：1000—470X(2008)03—0224—05
Studies on the Development of Gametophyte of Bolbitis hainanensis
and Egenolfia appendiculata(Bolbitidaceae)
SUN Shu—Hong，LIU Bao—Dong ，MENG Xian—Li
(Colege of and Environment Sciences，Ha~in Normal University，Harbin 150025，China)
Abstract：Gametophytic development of two species Bolbit~hainanensis Ching et C．H．and@e．oNa叩一
pendiculata(Wild．)J．Sm．which included in Bolbitidaceae，were studied by the microscope．Their
spores are all monolete．They germinate about 5 days after sowing．The germination is of the Vittaria—type
and the gametophyte development is of the Drynaria—type．The prothallial plate is formed 30—35 days af-
ter sowing．The young prothalli are asymmetric and the mature ones are cordate with hairs．The sex organs
appear about 55 days after sowing．We compared the differences between the two genera uniseriate germ
filament，proehallus，rhizoid and antheridium，and discuss the system of Hohtum and Ching’S system，be—
side we support the view of Ching’S system．
Key words：Bolbitis hainanensis Ching et C．H_；Egenolfia appendiculata(Wild．)J．Sm．；Gametophyte
实蕨科(Bolbitidaceae)由秦仁昌于 1978年主要
依据孢子体特征从藤蕨科(Lomari叩sidaceae)独立
出来 ，并分为3属 90余种，我国仅有实蕨属(Bolbitis
Schot)和刺蕨属(Egenolfia Schot)，且各有 9种 J。
随后 ，吴兆洪 将我国产实蕨属和刺蕨属分别扩充
到 l3种和 l0种。不久，董仕勇等再次对中国实蕨
属进行分类修订，将该属扩充到20种和3个杂交
种 J。此外 ，对该科孢子体的研究还集中在形态分
类 ]、无机有机成分 f、遗传杂交 。 等各个领域，
以上报道表明实蕨科是一个存在争议的、值得深入
研究的类群。
有关实蕨科配子体的研究，只有 Momose¨l 对
Bolbitis subeordata成熟配子体时期做了较为详细的
观察，Nayar和Kaur_1 对该科成熟的心形配子体和
幼孢子体进行过简要报道。由于实蕨属和刺蕨属的
孢子体和配子体都具有多样性 ，因此上述成果还
远不能满足对该科研究的需要。配子体的发育特征
不仅有助于阐明种问亲缘关系，并且其比较形态学
研究具有不可替代的分类学价值 。本文首次详
细报道了该科两属的代表种实蕨(B．hainanensis Ch—
ing et C．H_)和刺蕨[E．appendiculata(Wild．)J．
Sm．]配子体发育过程的稳定特征，分析了性器、毛
状体及假根的发育特点，以及配子体营养细胞中叶
绿体的位移及增殖等过程。
1 材料和方法
本研究所用材料实蕨(Bolbitis hainanensis Ching
et C．H_)和 刺 蕨[ enolfia appendiculata(Wild．)
收稿 日期：2007 10—17，修回日期：2007—12—20。
基金项目：黑龙江省普通高等学校青年学术骨干支持计划项 目(No．1 1 52G015)资助。
作者简介：孙淑红(1984)，女，硕士，主要从事蕨类配子体发育生物学研究。
通讯作者(Author for cmTespondence．E—mail：99bd@163．com)。
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第 3期 孙淑红等：实蕨和刺蕨(实蕨科)配子体发育的研究 225
J．Sil1．]的孢子由刘保东和张宪春分别于 2004年 12
月21 Et和 22 Et采白海南省七仙岭和吊罗山。凭证
标本现存哈尔滨师范大学植物标本室。将刚刚发育
成熟的孢子叶采回，放于干燥、无风的环境中，干燥
后稍施外力，使孢子散落，用硫酸纸收集孢子，并置
于 4 冰箱中保存。
取新鲜孢子接种于改 良的 Knop’S半固体琼脂
平板培养基中，培养条件是：每Et Et光光照 12 h，光
强为 150～180 I．Lrnol·1"1～·s～，温度(22±2)oC，相
对湿度保持在 90％以上。培养过程中，适当增强或
减弱少许材料的光强、pH等单项因素，观察其形态
变化。依各发育阶段制成活体装片，选取典型而稳
定的特征，在 Olympus—BH 光学显微镜下记录并照
相。随机测量20个样本，并计算其平均值，给出所
测数值的范围，颜色以肉眼所见为准。
2 结果
2．1 孢子及其萌发
实蕨和刺蕨的孢子均为单裂缝 ，近球形，极面观
为长 圆形，赤道 面观为 肾形。孢 子极 轴长度为
25．4～30．5~LI1。赤道轴长度为 33．1～40．2~LI1。
裂缝不具边缘，长度为孢子全长的 1／3～2／3。外壁
厚度约为 1~LI1，表面光滑，层次不明显。实蕨孢子
(图1：A)的周壁具褶皱，表面具少许颗粒状纹饰。
刺蕨孢子(图 1：B)的周壁表面具细网和颗粒状纹
饰。
实蕨孢子接种 5 d后，孢子吸涨 ，渐变为绿色；
孢子壁 自裂缝处裂开，向一端发育出 1条或2条近
乎无色透明的假根，向另一端发育出一个富含叶绿
体的原叶体母细胞。
刺蕨的孢子萌发过程与实蕨的无明显差异，二
种萌发方式均为书带蕨型(Vitaria—type) 。
2．2 丝状体
继细胞萌发伸出假根后 13 d左右，实蕨原叶体
母细胞经过一次横分裂(图 1：C)成为2个细胞的原
丝体(图 1：D)，再经过连续数次的横分裂，形成 3～
6个细胞的丝状体 (图 1：F)。浮水培养的实蕨个
体，其细胞多呈长筒状(图 1：G)，横 向直径约与长
度相等，但在弱光(90 I．Lrnol·1"1一·s 以下)下培养
的个体，其细胞长度常大于横向直径；在强光(180
I．Lrnol·1"1一·s 以上)时培养的个体，其细胞长度则
小于直径；如果始终处于沉水状态下发育的个体，则
其细胞在相连处呈缢缩状态(图1：H)。丝状体的
每个细胞内都富含叶绿体，且数目从数十个至百余
个不等，鲜绿色。
刺蕨的丝状体发育方式除顶端细胞偶有膨大
(图1：E)外，与实蕨基本相同。
2．3 片状体
实蕨 和刺蕨 的片状 体发育基本相 同。培养
30～35 d后，二者的丝状体顶端细胞都经连续分裂
形成片状体；片状体具多条假根，且假根数量随着片
状体细胞数量的增多而增多；生长点由片状体先端
细胞分裂而形成。如果对片状体连续黑暗处理4～
5 d，其基部细胞常会膨大死亡 (图 1：I)；恢复正常
光照后，顶端细胞仍能继续分裂，最终发育为正常的
片状体。
2．4 原叶体
孢子培养约 40～60 d，由于细胞横裂次数大于
纵裂次数，使幼原叶体呈披针形，两翼渐上延，生长
点渐下陷；腹面发育出数条假根，边缘陆续产生毛状
体，此时的幼原叶体常常左右不对称(图 1：J)。数
Et后，均可调整为对称的心形(图1：K)；生长点位于
中上方的凹陷处 (图 1：K，箭头所示)，生长点上方
的凹陷较深，呈“V”型，原叶体基部下延呈尾状 ；两
翼展开，在生长点上方重叠或不重叠，腹面中下部分
布有假根，中肋为倒卵形，此时形成阔心形的成熟原
叶体。本实验95％ 的个体为雌雄异株，雄性的原叶
体长宽比约为5：2，而雌性的长宽则基本相等；雌雄
同株的形态则介于雌配子体和雄配子体之间。
实蕨和刺蕨 的原 叶体发育方式均为槲蕨型
(Drynaria—type)[141。
2．5 毛状体
实蕨和刺蕨最初的毛状体均是由片状体顶端的
细胞分裂产生，大多为乳突状单细胞，内含叶绿体。
随后的毛状体则由原叶体生长点细胞或营养细胞分
裂而成，成熟的毛状体常分布于片状体、成熟原叶体
的边缘及表面，为长柱形或圆锥形，长约 30~LI1，不
分枝。分布于原叶体边缘的个别毛状体，可发育出
2个细胞(图1：0)或3个细胞，基部细胞较大，且形
状不规则。35 d后，叶绿体几乎全部解体，沉积在
毛状体内部，直至该毛状体枯死脱落。
2．6 原叶体细胞及叶绿体
原叶体细胞形状大小均不整齐，生长点细胞较
小，略呈长方形，翼缘细胞为肾形、长方形或多边形
(图 1：N，箭头所示)。叶绿体近球形，直径约为
4 m。配子体中部和基部细胞的叶绿体呈长椭圆
形或中间缢缩的哑铃型(图 1：P，箭头所示)。在
150～180 pmlol·1"1 ·s 的光强下培养时，叶绿体较
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m～·s 光强进行2 d全光照处理，有些边缘细胞则
变为淡绿色(图 1：R)并逐渐坏死。被真菌感染时，
原叶体的内部细胞也会出现不均匀的褐色斑块(图
1：S)，并逐渐扩大(图 1：T)，直至整株枯死。光强
大于220 tool·1TI‘。·s 的情况下，叶绿体则聚集于
细胞边缘；对原叶体进行单侧光照射时，叶绿体则会
向着光源方向集中(图 1：U)，光强小于 90 p~mol。
m一·s 与光强大于 220 p~mol·13‘。·s 的不同条件
下，叶绿体的分布规律却基本相同。
2．7 假根
实蕨和刺蕨的初生假根均是孢子萌发时细胞壁
外突延长产生的，为近乎透明的圆柱状体。实蕨假
根 15 d左右即发育成管状，直径约为 14 m，长约
400～1800 m；相对湿度降至70％，约有30％ 的实
蕨假根发生弯曲(图 1：V)，40％的刺蕨假根也会出
现此现象。将 pH调至 8．0左右时，约 20％的实蕨
假根末端膨大(图1：W)，10％的假根中部膨大(图
1：X)，5％的幼嫩的实蕨假根末端有椭圆形核状内
含物(图 1：Y)，但核状 内含物很快消失，刺蕨却无
此现象。当温度降至 5 时，刺蕨的假根末端出现
内容物凝集现象(图 1：Z)。进入成熟配子体阶段
后，假根的数量均可增至百余条，20 d左右即渐变
为褐色。
2．8 性器
两个种均是在培养 55 d后产生性器。精子器
(图1：L)最早产生于幼原叶体的边缘细胞或假根
之间，高约 30～48 m，直径约 33～50 m，透明，均
质；侧面观为长圆形，顶端微窄，群生。精子器由两
个基本等高的环细胞和一个盖细胞组成，每个精子
器平均产生精子约 16个，精细胞成熟时，盖细胞中
央孔裂，精细胞从盖细胞的开 口处溢出。自精子器
形成至精子成熟并释放约需 12 d；精子释放 15～
20 min后，若不与卵结合则会死亡或解体。实蕨的
个别精子器 (图 1：M)具有膨大的柄细胞。实蕨和
刺蕨的成熟颈卵器均无大型基座且群生，其它形态
特征与王晓楠等 的描述基本相同。
3 讨论
实蕨和刺蕨的孢子萌发和配子体发育的共同特
征是：单裂缝孢子，发育方式为书带蕨型，片状体由
萌发丝状体的顶细胞发育而来；原叶体由单层细胞
构成，心形，发育方式均为槲蕨型，具有毛状体；精子
器由两个等环形细胞及一个盖细胞组成，精子 自精
子器中央孔裂的盖细胞处游出。这些特征既不同于
Vashishta_1 所报道的藤蕨属(Lomariopsis)的特点，
也与 Nayar和 Kaurl14]观察到的舌蕨属(Elaphoglos—
sum)的带状原叶体以及叉蕨型(Aspidium—type)发
育的特点不相同。由此表明，Hohtum_1 将舌蕨属、
实蕨属和刺蕨属归入舌蕨科并不自然，相对而言，我
们认为秦仁昌将实蕨属和刺蕨属独立为实蕨科的观
点更为合理。
细胞学方面，实蕨丝状体细胞多呈筒状(图 1：
G)，而刺蕨丝状体顶端细胞常膨大(图 1：E)。浮水
状态下培养的实蕨个体(图 1：G)与连续沉水状态
下发育的个体(图 1：H)，其丝状体细胞形态并不相
同。实蕨原叶体细胞常由于真菌感染而坏死，且坏
死部位会按纵向二叉分支状区域继续扩大(图 1：
T)，但与坏死区横向相邻的细胞却仍能正常发育，
似乎表明实蕨的原叶体细胞在功能上具有一定的方
向性。实蕨的部分叶绿体具有裂缝现象，刺蕨的叶
绿体中部出现哑铃形缢缩(图1：P，箭头所示)，经细
致而连续的观察，发现随着缢缩的不断加深，这些叶
● ——一
A．刺蕨孢子；B．实蕨孢子萌发；C．实蕨丝状体及孢子第二次分裂；D．实蕨丝状体；E．刺蕨丝状体 ；F～H．实蕨丝状体：F．正常丝状
体，G．筒状细胞丝状体，H_细胞问有缢缩的丝状体；I．刺蕨片状体；J．实蕨成熟雄配子体；K．实蕨成熟雌配子体；L_实蕨精子器侧
面观 ；M．具膨大柄细胞的实蕨精子器；N．实蕨配子体边缘细胞；O．刺蕨毛状体；P．实蕨多种形态的叶绿体；Q．实蕨均匀分布的叶
绿体 ；R～T．实蕨坏死细胞：R．边缘坏死细胞 ，s．内部坏死细胞，T．多个坏死细胞；U．刺蕨叶绿体；v～x．实蕨假根：v．弯曲的假
根 ，w．末端膨大的假根，x．中部膨大的假根；Y．实蕨假根内含物；Z．刺蕨假根内含物
A．Spore of ∞o 0；B．Uniseriate germ filament and spore’s second division；C．Spore germ ination of Bolbitis：D
． Uniseriate germ filament of
Bolbitis；E．Uniseriate germ filament of Egeno~a；F—H．Uniseriate germ filament of Bolbitis：F．Normal uniseriate germ filament．G．Tubuliform
cels，H．Shrink cel plates between cell and cell；I．Yong prochalus of Eg∞0 0；J．Mature male prochalus of Bolbitis；K
． Mature female
prochallus of Bolbitis；L．The lateral view of the antheridium of Bolbitis；M
． Swelling basifixed cells of antheridium of Bolbitis：N
． MargiHal cells
oi the gametophyte of Bolbitis；O．Hair of ㈣ 伽 ；P．Different states of choloroplast；Q．Chloroplast of Bolbitis；R—T．Dead ce1s Bolbitis：
R．Dead cel on the margin，S．Dead cel inside the gametophyte，T．Dead cels；U．Chloroplast ofEgeno 。；v—X． Rhizoid ofB0lbitis：V．Curvy
rhizoid，W ．Term inal swelling of rhizoid，X．Interm ediate swelling of rhizoid；Y．Substance in the rhizoid of Bolbitis；Z．Substance in the rhizoid of
Egenolfia
图 1 实蕨和刺蕨配子体发育阶段
Fig．1 Stage of the gametophyte development of Bolbitis hainanensis Ching et C．H．and Egenolfia appendiculata(Wild．)J．Sm
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228 武 汉 植 物 学 研 究 第 26卷
绿体可以像原核生物一样以“无丝分裂”形式来增
加数量。实蕨和刺蕨细胞内的叶绿体趋光运动方式
与刘保东等 首次在对开蕨[ litis scolopendrium
(L．)Newm．]配子体中所观察到的完全一致，与苔
藓植物的配子体也高度相似。笔者认为这些现象在
讨论叶绿体的起源、颈卵器植物的系统演化方面，都
有一定的参考价值。
Momose Ll 认为实 蕨 的精 子器 直径为 95～
120 1Tim，本研究的观察结果与之相差甚大，曾汉元
等 副认为是由于培养方法和条件不同所致，即蕨类
植物配子体的形状和大小与播种密度、营养、水分等
因素有关，但并未说明性器的大小是否也受环境条
件的影响，而我们认为性器应是最保守的、最稳定的
遗传特征，是不应因环境因素不同而产生如此大幅
度变化的。引起本研究与 Momose观察结果差异的
原因，尚需进一步研究。
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