全 文 ：四种培养条件下白桫椤配子体的形态发育
陈贵菊1 ,2 , 成 晓1
?
, 刘保东3 , 焦 瑜1
( 1 中国科学院昆明植物研究所 , 云南 昆明 650204; 2 中国科学院研究生院 , 北京 100049;
3 哈尔滨师范大学生命与环境科学学院 , 黑龙江 哈尔滨 150025)
摘要 : 对四种不同培养条件下白桫椤 ( Sphaeropteris brunoniana) 配子体的形态发育进行了观察 , 发现培养
于腐殖质土和赤红土两种基质上的配子体 , 原叶体形态和有性繁殖均存在差异 ; 培养于改良的 knop′s琼脂
培养基上 , 不同的光照条件下的配子体在丝状体和原叶体阶段形态也差异很大。
关键词 : 白桫椤 ; 配子体 ; 发育 ; 培养条件
中图分类号 : Q 944 文献标识码 : A 文章编号 : 0253 - 2700 (2008) 04 - 430 - 03
Gametophyte Morphological Variations of Sphaeropteris brunoniana
(Cyatheaceae) under Four Culture Conditions
CHEN Gui-Ju1 , 2 , CHENG Xiao1 * , LIU Bao-Dong3 , J IAO Yu1
(1 Kunming Instituteof Botany, ChineseAcademy of Sciences, Kunming 650204 , China;
2 GraduateSchool of the Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049 , China;
3 Collegeof Life and Environment Sciences, Harbin Normal University, Harbin 150025 , China)
Abstract: Gametophyte morphology of Sphaeropteris brunoniana under four culture conditions were investigated . Results
showedthat thegametophytes cultured on humus soil andcrimson soil weredifferent in theshapeof theprothallus and sexu-
al reproduction . On the other hand, the shape of filament and prothallus of thegametophytes cultured on improved Knop′s
agar mediumwere also quite different under different illuminations .
Key words: Sphaeropteris brunoniana; Gametophyte; Morphological development; Culturecondition
白桫椤 ( Sphaeropteris brunoniana ( Hook .) R .
M . Tryon) 是桫椤科 ( Cyatheaceae) 植物的一种。
桫椤科植物是蕨类植物中一个独特类群 , 不仅对
研究古生物、古气候和古环境变迁有重要意义 ,
而且 具有 较高 的药 用和 观赏 价值 ( 敖 光辉 ,
2001; 周志琼 , 2004 )。它们多生长在沟深谷狭和
温暖潮湿的环境 , 属热带亚热带蕨类植物。我国
白桫椤主要分布在西藏、云南和海南 (张宪春 ,
2004) 。近年来 , 由于它的生存环境日益恶化、
森林破坏和过度开发致其处于濒危状态 , 被列为
CITES 公约附录物种。前人曾对白桫椤配子体作
了一系列研究 ( Khare and Chandra, 1995; 蒋胜军
等 , 2002; 王金娟等 , 2007) , 但是这些报道只局
限于配子体发育特征的描述和孢子培养 , 关于不
同的培养条件下白桫椤配子体发育的研究还未见
报。本文报道了四种培养条件下白桫椤配子体的
形态发育 , 以期为白桫椤乃至整个桫椤科植物的
保育和人工繁殖提供参考资料。
1 材料与方法
1 .1 材料
野外采集白桫椤的成熟孢子叶 , 装入纸袋自然干
云 南 植 物 研 究 2008 , 30 (4) : 430～432
Acta Botanica Yunnanica DOI : 10 .3724?SP. J . 1143 .2008.07200
? ?通讯作者 : Author for correspondence; E-mail : xcheng@ mail . kib. ac. cn
收稿日期 : 2007 - 09 - 10 , 2007 - 10 - 18 接受发表
作者简介 : 陈贵菊 (1980 - ) 女 , 山东临沂人 , 在读硕士研究生 , 研究方向为蕨类植物多样性保护。
燥 , 待成熟孢子囊开裂散出孢子后弃除孢子囊等杂质 ,
用硫酸纸将孢子包起 , 于 4℃冰箱内保存。凭证标本
(X . Cheng06-101) 存中国科学院昆明植物研究所标本馆
(KUN)。
1 .2 方法
1 .2 .1 土壤培养 分别采用腐殖质土和赤红土作基质 ,
赤红土取自昆明植物园 , pH 5 .5～6 .5 , 有机质含量 3%
～3 .5%。腐殖质土取自云南针阔叶混交林下 , pH 6 .0～
6 .5 , 有机质含量 5 %～5 .5%。土壤经 140～160℃干炒灭
菌 40 min, 冷却后分装到直径为 6 cm, 高为 8 cm的玻璃
培养瓶中 , 每瓶土壤厚 1 .5～2 cm, 凉开水浸湿。孢子用
凉开水冲洗 3～4 遍 , 制成悬浊液 , 均匀播种在土壤基质
上 , 每种基质播种 12 瓶 , 用塑料保鲜膜封瓶口。播种后
黑暗处放置 24 h, 然后放入培养室培养 , 光照强度为 800
～1 500 lx, 光照时间 9～11 h?d, 最高温度 29±1℃ , 最低
温度 11±1℃。腐殖质土和赤红土为基质的培养分别标
记为培养 1 和培养 2 , 培养过程中保持基质处于适度的
湿润状态。
1 .2 .2 改良的 Knop′s琼脂培养基培养 用蒸馏水将孢子
冲洗 , 3 500 r?min离心 2 min, 弃上层液体 , 用 4%的次氯
酸钠溶液孢子表面消毒 5 min, 离心后弃消毒液 , 蒸馏水
冲洗 , 再离心 , 反复 4 次 ; 最后加蒸馏水将孢子制成悬
浊液 , 均匀接种在直径为 6 cm的培养皿中。基质为改良
的 Knop′s培养基 (刘保东等 , 1991) , pH 6.0～6.5。将接
种后的培养皿黑暗处放置 24 h, 移至光照培养箱 (LRH-
250-G) 内培养 , 光照强度为 1 300～2 000 lx, 温度 25±
1℃ ; 光照时间采用两个处理 : 8 h?d和 12 h?d, 并将此两
种处理分别标记为培养 3 和培养 4。
定期取材 , 显微镜及解剖镜下观察配子体发育情况
并拍照 ; 结果与分析中时间数值均以从接种孢子到第一
次观察到目的性状出现的时间为准 , 其它数值取随机观
察测量的 20 个数值的平均值或数值范围。
2 结果与分析
四种培养条件下白桫椤的配子体形态发育见
表 1 , 由此可以看出四种条件下的配子体形态发
育存在差异。
培养于腐殖质土上的原叶体出现颈卵器以
后 , 呈现蝶状 ( 图 1: 1 ) , 在受精期对原叶体进
行喷雾式浇水产生幼孢子体的比率达 90% 以上。
培养于赤红土上的配子体发育到狭长的片状体或
棒状阶段即开始产生精子器 , 而后停滞生长 ( 图
1: 2) , 保持基质适当的湿度 , 该原叶体能持续
存活 , 并且能不断产生精子器 , 靠假根的增多和
伸长来获取水分和营养。
培养于改良的 Knop′s 琼脂培养基上的配子
体在 8 h?d和 12 h?d 两种光照长度条件下 , 丝状
体和原叶体阶段的形态均表现出极大差别 ( 图
1: 3～7) ; 丝状体细胞的大小差别也较大 , 前者
的细胞长度和细胞直径分别为 80～120μm和 18
～32μm, 后者的分别为 20～44μm和 28～38μm。
12 h?d光照条件下丝状体分枝现象较明显 , 而且
各分支都能形成片状结构 ( 图 1: 8 )。
由此可见 , 两种土壤基质上白桫椤的原叶体
形态及有性繁殖均明显不同 ; 改良的琼脂培养基
上两种光照时间长度下 , 白桫椤的丝状体及原叶
表 1 四种培养条件下白桫椤配子体的形态发育
Table 1 Gametophyte morphological development of Sphaeropteris brunoniana under four culture conditions
配子体形态发育
Gametophyte morphological development
培养 1 ?
Culture 1
培养 2
Culture 2
培养 3 >
Culture 3
培养 4
Culture 4
孢子萌发 Spore germination ( d) 13 ?10 <7 8
孢子萌发率 Ratio of spore germination ( % ) 80 ?- 85 80 - 85 80 - 85 80 - 85
丝状体细胞数 Number of filament cells ( u) 3 ?- 5 3 - 6 6 - 10 3 - 5
分枝丝状体所占比例 Ratio of branched filament ( % ) 0 ?0 )30 - 40 3 - 5
二维生长 Second dimensional growth (d) 18 ?17 <22 15
心形原叶体 Cordate prothallus ( d) 27 ?无 33 28
原叶体长宽比 Ratio of the length and width of the prothallus < 1 ?5 - 7 5 - 11 1 9. 5 - 3 .0
精子器出现 Antheridia appearance ( d) 45 ?43 <35 35
精子器数目 Antheridianumber ( u?p) 30 ?- 80 4 - 9 4 - 8 5 q- 10
颈卵器出现 Archegonia appearance ( d) 60 ?无 65 56
颈卵器数目 Archegonia number ( u?p) 15 ?- 40 无 1 - 4 1 - 5
毛状体出现 Hair appearance ( d) 58 ?无 67 54
毛状体数目 Hair number ( u?p) 6 ?- 30 无 3 - 5 3 - 5
幼子体出现 Young sporophyte appearance ( d) 180 ?无 未记录 未记录
注 : d= day, u= unit, p= prothallus
1344 期 陈贵菊等 : 四种培养条件下白桫椤配子体的形态发育
图 1 白桫椤的配子体形态图
1 . 成熟的蝶状原叶体 ( 培养 1: 150 d) ; 2 . 长有精子器的棒状配子体 ( 培养 2: 292 d) ; 3～5 . 丝状体及长条形原叶体。3 .
丝状体 (培养 3: 20 d) . 4 . 分枝的丝状体 (培养 3: 22 d) ; 5 . 长条形原叶体 (培养 3: 45 d) ; 6～7 . 丝状体和心形原叶体。
6 . 丝状体 (培养 4: 11 d) ; 7 . 心形原叶体 (培养 4 : 33 d) ; 8 . 分枝丝状体发育成的片状结构 ( 培养 4: 26 d)。an= 精子器 ;
1 Bar = 125μm (3 = 75μm, 6 = 15μm, 1 = 1 .3 mm)
Fig . 1 Gametophyte morphology of Sphaeropteris brunoniana
1 . Mature butterfly-shaped prothallus ( Culture1 , 50 d) ; 2 . Club-shaped gametophytewith antheridia ( Culture2 : 292 d) ; 3 - 5 . Protonema
and long prothallus . 3 . Protonema (Culture 3: 20 d) ; 4 . Branched protonema ( Culture 3: 22 d) ; 5 . Long prothallus (Culture 3: 45 d) ;
6 - 7 . Protonema and cordateprothallus . 6 . Protonema ( Culture 4: 11 d) ; 7 . Cordate prothallus (Culture 4: 33 d) ; 8 . Plate form branched
protonema ( Culture 4: 26 d) . an= antheridium; 1 Bar = 125μm ( 3 = 75μm, 6 = 15μm, 1 = 1 .3 mm) .
体形态也存在很大差异。因此 , 基质的变化和光
照时间的变化能引起白桫椤配子体的形态特征及
有性繁殖发生变化 , 但是具体的作用机理还需要
深入研究。
致谢 哈尔滨师范大学王金娟女士在实验中给与帮助 ,
昆明植物所陈渝老师协助实验准备。
〔参 考 文 献〕
张宪 4春 , 张丽兵 , 2004 . 中国植物志 [ M ] . 北京 : 科学出版社 , 6
(3) : 252
Ao G 5H ( 敖光辉 ) , 2001 . Research advance in Cyatheaceae [ J ] . J Nei-
jiang Teach Coll (内江师范学院学报 ) , 19 ( 6) : 79—82
J ian ?g SJ ( 蒋 胜军 ) , Zeng X ( 曾霞 ) , Wang SP ( 王 胜培 ) et al. ,
2002 . Study of tissue culture of Sphaeropteris hainanensis [ J ] . Chin
J Ttrop Agri (热带农业科学 ) , 22 (6 ) : 9—12
Khar ?e PB , Chandra S, 1995 . Gametophyte morphology of an endangered
species of Cyatheaceae SM [ J ] . Indian Bot Soc, 74 : 103—106
Liu ?BD (刘保东 ) , Bao WM ( 包文美 ) , Aur CW ( 敖志文 ) , 1991 .
Studies on the development of gametophyte of Phyllitis japonica from
China [ J ] . Bull Bot Res (植物研究 ) , 11 ( 2) : 93—100
Wang ?J J ( 王金 娟 ) , Liu BD ( 刘保 东 ) , Cheng X ( 成 晓 ) et al. ,
2007 . Gametophyte development of three species in Cyatheaceae
[ J ] . J Trop Subtrop Bot ( 热带 亚热带 植物 学报 ) , 15 ( 2 ) :
115—120
Zhou ?ZQ ( 周志琼 ) , Su ZX ( 苏智先 ) , Liao YM ( 廖 永梅 ) et al. ,
2004 . Advance of biological study on Alsophila spinulosa [ J ] . J
Guizhou Norm Univ (贵州师范大学学报 ) , 2 ( 3) : 100—103
234 云 南 植 物 研 究 30 卷