全 文 ：长柄石杉芽胞及芽胞植株形态研究
?
王小理 , 黎万奎 , 周吉燕 , 胡之璧??
(上海中医药大学中药研究所 , 上海 201203)
摘要 : 为研究石杉属植物芽胞形态特征以及芽胞在石杉属植物无性繁殖中的作用 , 对野外采集和移栽后新
生的长柄石杉 ( Huperzia javanica) 芽胞体、芽胞的形态特征、芽胞萌发形成芽胞植株的过程进行了描述 ,
并对芽胞和芽胞残体发生数量进行计数。结果表明 , 芽胞体由芽胞和芽托部组成 , 前者是 6 个小叶围住的
小芽 , 后者为具有 6 个鳞状叶的柄状体 ; 芽胞脱落后一周开始萌发并进一步发育为芽胞植株 ; 芽胞体发生
枝条上平均有 5 个芽胞发生 ; 芽胞发生具有一定程度的周期性 , 可以据此估计石杉植株株龄和生长速度。
关键词 : 石杉属 ; 芽胞 ; 芽托 ; 芽胞植株 ; 形态 ; 周期性 ; 无性繁殖
中图分类号 : Q 944 文献标识码 : A 文章编号 : 0253 - 2700 (2007) 05 - 521 - 06
Morphological Study on Gemmae and Gemmalings of
Huperzia javanica (Huperziaceae) *
WANG Xiao-Li , LI Wan-Kui , ZHOU Ji-Yan, HU Zhi-Bi **
( Institute of Traditional Chinesemedica, Shanghai University of TCM , Shanghai 201203 , China)
Abstract: To investigate the morpholgoy of gemma and its role in the asexual vegetation of genus Huperzia, gemmae and
gemmalings of Huperzia javanica collected fromfieldand potted plants weremorphologically described, the development of
gemmalings from germinated gemmae was recorded, the number of new born gemmae and that of the residues of gemmi-
phoreswere calculated . Results showed that a gemma (sensu lato) consisted of a gemma ( sensu stricto) and a gemmi-
phore, the former being a bud surrounded by three pairs of microphylls, the latter a stipe consisted of three pairs of scale
leaves . Gemmae (sensu stricto) germinated and developed into gemmalings in one week after abscission fromthe gemmi-
phores . Gemmiferous branches could produce gemmae with an average number of five . Occurrence of gemmae had some
degree of periodicity, thus it provided one way to estimatethegrowth rate and age of the plant .
Key words: Huperzia; Gemmae; Gemmiphore; Gemmaling; Morphology; Periodicity; Vegetative propagation
石杉属植物是小型或者中型土生蕨类 , 包括
小杉兰 ( Huperzia selago (L .) Bernh . ex Schrank et
Mart) 、蛇 足石 杉 ( Huperzia serrata ( Thunb . ex
Murray) Trev .)、 长 柄 石 杉 ( Huperzia javanica
(Sw .) Chun-yu Yang) 等 20 多种及变种 ( 秦仁
昌 , 1981 a, b ; 杨纯瑜 , 1989; 张宪春和张丽兵 ,
2004; 王峻和潘胜利 , 2005 )。从石杉属植物中分
离得到的石杉碱甲是一种高效的乙酰胆碱酯酶抑
制剂 , 对阿尔茨海默病 ( Alzheimer′s Disease) 等
多种神经退行性疾病具有良好的疗效 ( 王峻和潘
胜利 , 2005)。对石杉碱甲资源需求的日益增加 ,
使得石杉属植物的培养工作成为石杉科植物研究
的热点之一。
由于石杉属植物孢子萌发和孢子体生长缓
慢 , 栽培和培养条件苛刻且植物体内存在内生真
菌 ( 鲁润龙等 , 1999; Waegel , 2003) , 其繁殖生
云 南 植 物 研 究 2007 , 29 (5) : 521～526
Acta Botanica Yunnanica

?
?? ?通讯作者 : Author for correspondence; E-mail : huzhibi@hotmail . com; Tel : 021 - 51322108; Fax: 021 - 51322508 )
收稿日期 : 2007 - 01 - 25 , 2007 - 07 - 11 接受发表
作者简介 : 王小理 (1981 - ) 男 , 硕士 , 主要从事药用植物的组织培养研究。 E-mail : xiaoliwangsh@ hotmail . com ?
基金项目 : 上海市科委重点基础研究项目 (03JC14065)
物学和组织培养研究一直以来进展缓慢。早期对
亮叶石杉 ( Huperzia lucida (Michx .) Trev .) 的芽
胞形态特 征和萌 发进行 的研 究工作 ( Smith,
1920; Clarke, 1953; Primack, 1973; Waterway,
1986; Gillen and Basile, 1986; Reutter, 1987; Wae-
gel , 2003) , 提示了芽胞是该属植物典型的生殖
芽结构 , 在石杉属植物无性繁殖中可能起着重要
作用。在这一方面国内仅有零散描述 ( 王薇和李
冀云 , 1958; 张宪春和张丽兵 , 2004 ) , 未见详细
报道。我们对长柄石杉芽胞的形态特征、发生和
萌发过程进行了研究 , 报道如下。
1 材料和方法
1 .1 材料
长柄石杉采自浙江省庆元县双苗尖仙岩景区 (N27°
33′, E119°26′)。芽胞和芽胞植株 , 部分来自采集地 , 部
分来自植株移栽后新生芽胞和芽胞植株。植物材料经复
旦大学药学院潘胜利教授鉴定为长柄石杉 ( Huperzia ja-
vanica (Sw .) Chun-yu Yang)。
1 .2 方法
1 .2 .1 芽胞植株采集 在成熟的长柄石杉孢子体周围 20
cm×20 cm范围内 , 收集腐殖质中的芽胞植株。
1 .2 .2 孢子体植物和芽胞培养 孢子体植物移植于本实
验室 , 普通花盆培养。花盆中上部浅层土壤为普通花卉
用土 , 中层土壤为蛭石、花卉土 1∶1 比例混合的混合土
质 , 下层为蛭石。保湿 , 遮荫 , 温度 20～25℃培养。芽
胞培养方法除最上层额外添加苔藓 , 将芽胞埋藏于苔藓
层中 , 其余同孢子体培养方法。
1 .2 .3 芽胞发生数量计数 5 月下旬移植的石杉孢子体
实验室培养 40 天后 , 选择带有新生芽胞的植株 , 对芽胞
数目进行统计。
2 观察结果
2 .1 芽胞体和芽胞外部形态
5～8 月在长柄石杉 ( 图 1: 1 ) 枝上部常见
黄绿色或黄色孢子囊 , 在枝生的孢子囊区段上
端 , 多有绿色芽胞体 ( gemma, sensu lato) 发生
(图 1: 2～ 6 )。从外观上芽胞体可分为两大部
分 : 芽托 ( gemmiphore) 和芽胞 ( gemma, sensu
stricto)。芽托外观上类似叶柄或幼茎 , 外展 , 略
上升 , 长 2～3 mm, 伴生有三对鳞叶 , 其中两对
左右侧生 , 另外一对上下对生。侧生鳞叶柔软 ,
线状披针形 , 长约 1 mm; 远离茎侧的一对侧生
鳞叶成弧形从两侧围住芽胞。上下生的两片鳞叶
中 , 上部鳞叶叶面向下正对芽胞 , 线形 , 长约 1
mm; 下部叶特化 , 叶片大 , 长约 5 mm, 具有浅
沟 , 叶 S 形向外伸出 , 向上托起芽胞。
芽胞位于芽托的顶端、下生叶的基部 , 肉
质 , 向外、向上伸出 , 最宽处 4～5 mm。芽胞由
一个幼芽和位于幼芽四周的的六片小叶组成。近
轴面观有 4 片小叶 (图 1: 7) ; 远轴面观有 5 片
小叶 ( 图 1: 8) 。近远轴面均可观察到的三片小
叶叶型明显较大 , 位于芽胞内侧。并排位于底部
的两片小叶为倒卵形 , 远轴向 , 近全缘 , 约 2
mm×4 mm; 上部小叶处于两倒卵形叶的叶缝正
上方 , 在叶基处与两倒卵形叶重合 , 匙形 , 近轴
向 , 全缘 , 约 3 mm×5 mm。另有一对小叶分别
位于芽胞的上侧和下侧 , 在叶基处与其他小叶重
合 , 叶型小 , 类似于鳞叶 , 长约 1 mm, 披针形 ,
全缘。位于芽胞中心的幼芽 , 是一个微小的突出
物 , 发生于三片较大小叶重合点处或稍上方 , 其
上着生有若干小叶 , 其中一片小叶在芽胞完全成
熟时完全伸展 , 外露 ( 图 1: 8 )。
2 .2 芽胞萌发生长
在培养过程中芽胞直接从植株上取得芽胞体
分离得到 ( 图 2: 1 ) , 或从植株上成熟自然脱
落 , 而芽托留于茎上 ( 图 2: 2 )。芽胞约 1 周后
开始萌发。萌发的芽胞从基部长出一条或两条圆
柱形根 ( 图 2: 3 ) , 直径约 1 mm。在部分萌发的
芽胞中一条根自芽胞的三片大叶上不定伸出。同
时芽胞中心的幼芽展开 , 茎尖和几片螺旋状排列
的小叶明显可见 , 形成了芽胞植株 (gemmaling)
(图 2: 4)。小叶椭圆形 , 大小约为成熟长柄石
杉孢子体营养叶的一半。茎的初始直径约 1 mm,
顶部绿色 , 部分植株茎中下部呈乳白色。部分埋
藏较深的芽胞在萌发过程中 , 除顶部几片小叶
外 , 2～3 个黄绿色的鳞片状小叶螺旋状排列于
茎的中下部。随着不断生长 , 芽胞植株 2～3 cm
高 , 8～10 片叶时 , 顶端叶的大小和形态已经接
近于成熟孢子体营养叶。不定根从茎的基部向外
伸出 , 与从芽胞基部产生的根共同构成了芽胞植
株的根系。
野生条件下 , 芽胞成熟后从芽托脱落到周围
杂草和浅层土壤中。在成熟的长柄石杉植株周围
土壤中检查 , 发现了大量的芽胞和芽胞植株 ( 图
225 云 南 植 物 研 究 29 卷
2: 5～8)。它们处于不同的发育阶段 : 部分芽胞
刚脱落 , 部分芽胞的根开始萌发 , 部分新生枝尖
的叶开始展开 , 部分芽胞已经生长为芽胞植株
(图 2: 7)。
图 1 1～8 . 长柄石杉及芽胞形态 1 . 移栽的长柄石杉植株 ; 2～5 . 处于不同发育阶段的芽胞体 ; 6 . 芽胞体及下方孢子叶
叶腋的孢子囊 ; 7 , 8 . 成熟芽胞近轴面和远轴面观。标尺分别表示 : 1 , 2 , 7 , 8 = 1 cm; 3 , 4 , 6 = 5 mm; 5 = 3 mm。
Fig . 1 1 - 8 . Morphology of H . javanica and its gemmae . 1 . H . javanica in culture; 2 - 5 . Gemmae ( sensu lato) at different stages of development;
6 . Sporangia situated in the axils of sporophyll under thegemmae sensu lato; 7 . Adaxial view of a gemma at maturity; 8 . Abaxial view of it .
( Bar : 1 , 2 , 7 , 8 = 1 cm; 3 , 4 , 6 = 5 mm; 5 = 3 mmrespectively) .
3255 期 王小理等 : 长柄石杉芽胞及芽胞植株形态研究
图 2 1～8 . 芽胞脱落后生长 1 . 芽胞和芽托 ; 2 . 芽胞脱落后 , 芽托残基存留在植株上 ; 3 . 一条根从萌发的芽胞基部伸出 ;
4 . 培养 4 个月后的芽胞 ; 5～8 . 野外采集的不同形态的芽胞植株 ; 7 . 两株芽胞植株茎基部带有黄化的芽胞 ;
8 . 植株茎基部带有可识别的芽胞残基。标尺分别表示 : 1 = 4 mm; 2 , 7 = 6 mm; 3 , 5 = 2 mm; 4 , 8 = 5 mm; 6 = 3 mm。
Fig . 1 1 - 8 . The growth of gemmae after dislodgefrom the mother-plant . 1 . A gemma and thegemmiphore bearing it; 2 . Residues of gemmiphores still
attached to the plant; 3 . One root protruding from thebaseof agemma; 4 . A gemmaling after four monghtsof culture; 5 - 8 . Gemmalings, collected from
wild, at different stages of development; 7 . Two gemmalings with the yellow gemmae at their bases; 8 . A sporophyte with its recognizable residue of a
gemma at its base (Bar: 1 = 4 mm; 2 , 7 = 6 mm; 3 , 5 = 2 mm; 4 , 8 = 5 mm; 6 = 3 mm respectively) .
425 云 南 植 物 研 究 29 卷
一些埋藏于落叶层或者土壤中的芽胞植株基
部残体已经褐化 , 但依然清晰可见 ( 图 2: 8 )。
2 .3 芽胞发生时间和数量
5 月中旬前有少量芽胞发生和成熟 , 6～7 月
为芽胞发生的集中时期。在野外 , 长柄石杉植株芽
胞大部分在 9 月脱落 , 而实验室培养的芽胞可以在
茎上存留至 10～11 月 , 个别芽胞在第二年脱落。
实验室培养 40 天后的 11 株长柄石杉中 , 带
有新生芽胞体的植株一共 7 株 , 16 枝枝条。枝
条上芽胞体数目 2～9 个不等 , 平均每株石杉上
着生有 11 个芽胞体 , 每个枝条上有 5 个芽胞体。
这些芽胞体大致分布在一个 ( 芽胞数≤6 个 ) 或
两个层面上。
2 .4 芽胞发生周期性
在长柄石杉枝上着生孢子囊的可育区段和着
生营养叶的不育区段交替出现 , 使得产生于不育
区的芽胞也具有明显的周期性特点。在 3～4 月 ,
枝尖上已经有不育叶原基和芽胞原基。这些原基
下方是一段可育枝 , 疏生较小的孢子叶和位于叶
腋未完全成熟的孢子囊 , 区段长度在 1.0～1 .2
cm。紧接可育枝部分的下方是另一段不育枝段 ,
着生有芽托残基和不育叶 , 区段长度在 0 .5～1 .0
cm。在这一段不育枝条下方再次出现的可育区
段 , 孢子囊已经开裂。5 月 , 枝尖大部分芽胞体
开始形成 , 较早形成的芽胞已经脱落。在 6～7
月 , 在枝条顶端出现一段新的可育区段 , 孢子囊
处于发育的早期。此时下方不育区段中的芽胞和
不育叶已经展开 , 但部分芽胞还未完全成熟。8
～9 月份大部分芽胞成熟 , 新生可育区段上方开
始有新的不育区段发生。10 月份植株停止明显
的增长 , 除个别芽胞外 , 其余芽胞均已脱落。这
种状态会一直维持到第二年的的生长季 , 从而形
成了观察到的“营养枝 ( 常伴生芽胞 ) - 孢子囊
枝 - 营养枝 ( 常伴生芽胞 )”的分区段现象。
一株芽托残基保存良好的长柄石杉揭示了这
种营养性生长和生殖性生长交替发生具有周期性
的特点。表一是此二回二叉分枝石杉芽胞体发生
的相关记录。在 7～9 个生长季里 , 该植株共发
生 40 个芽胞。值得注意的是在营养枝段 4 和 5 ,
在 4 个枝条上均没有芽胞体的发生 , 表明周期性
并不是非常严格。
3 讨论
3 .1 芽胞与石杉科植物形态鉴定
芽胞的形态和萌发早期的叶片特征是石杉属
植物鉴定的一项重要的辅助依据 , 在一些形态上
相近的种和复合体的鉴定上已经得到应用 (Wa-
terway, 1986; Joseph and John, 1992) 。目前对长柄
石杉种的分类地位尚存在一定的争议 , 有的分类学
家主张将长柄石杉作为独立的种或变种 , 而另外一
些分类学家认为宜将长柄石杉作为蛇足石杉的种下
等级予以归并 (王峻和潘胜利 , 2005 )。我们野外
观察初步表明长柄石杉和蛇足石杉的芽胞在形态
和发生数量上存在较大的差异 ( 形态差异将另文
发表 ) , 因此主张将长柄石杉作为独立的种。
3 .2 芽胞发生与株龄测定
芽胞脱落后在植株上留下的芽胞体残基为判
断长柄石杉芽胞的发生数目提供了一个简单而有
效的方法 , 同时也可以估计长柄石杉植株在以往
的 5～8 年或者更早年份每个生长季的纵向生长
情况以及长柄石杉植株的株龄。根据我们对芽胞
体残基初步调查结果 , 自然条件下长柄石杉芽胞
表 1 一株长柄石杉营养枝段上植株芽胞的周期性发生
Table 1 A H . javanica plant with periodicity of ontogeny of gemmae on thevegetative zones
芽托残基数量
Number of
gemmiphore residues
营养枝
段 1 e
vz1
营养枝
段 2 (
vz2
营养枝
段 3 ?
vz3
营养枝
段 4
vz4
营养枝
段 5 q
vz5
营养枝
段 6 4
vz6
营养枝段 7 ?
(处于第二次二叉分枝前 )
vz7 (before second dichotomy)
枝条一 shoot one
枝条二 shoot two
4 2
2
0 ?
1
3
1
0 {
0
0 >
0
2 ?
2
6 ?
枝条三 shoot three
枝条四 shoot four
2 2
4
1 ?
1
3
3
0 {
0
0 >
0
1 ?
2
2 ?
合计 Total number 12 D3 ?10 0 {0 >7 ?8
注 : 这株长柄石杉目前栽培于本实验室 , 营养枝段 7 下面的芽胞残基 ( 如果发生 ) 未予计数 ; 营养枝从顶向下序列编号。
Note: This sporophyte is being cultivated in the laboratory, theresidues of gemmiphores ( if therewere anyway) on the zones below zone 7 werenot calcu-
lated; the vegetative zones were numbered basipetally . vz= vegetative zones
5255 期 王小理等 : 长柄石杉芽胞及芽胞植株形态研究
的发生数量大约在 3～5 个。长柄石杉年纵向生
长量在 1 .5～2 .5 cm之间 ; 以这个数值测算 , 从
芽胞萌发到成长为一株可产生芽胞或者孢子的成
熟孢子体 , 大约需要 4～6 年。
3 .3 芽胞与石杉属植物繁殖
石杉属植物是一类古老的小型拟蕨类植物 ,
属石松亚门石松目石杉科 ( 秦仁昌 , 1981a) , 主
要有两种方式繁殖 , 孢子繁殖和芽胞繁殖。孢子
繁殖从孢子萌发到配子体成熟周期较长 , 需要 2
～5 年 , 配 子体 个 体较 小 ( Bruchmann, 1910;
Whittier, 2006) , 培养困难 ; 芽胞个体较大 , 形
态特殊 , 是无性繁殖研究良好的材料 (Gillen and
Basile, 1986; Waegel , 2003) 。开展石杉属植物芽
胞培养工作 , 将为本属植物的繁殖提供新的思
路 , 有助于资源的保护和可持续利用。
致谢 浙江林学院楼炉焕教授在材料采集、复旦大学药
学院潘胜利教授和上海中医药大学中药学院周秀佳教授
对植物材料的鉴定、美国纽约市立大学 (CUNY ) Domin-
ick Basile教授以及美国弗罗里达州热带蕨类及外来植物
协会 (TFEPS) TomMoore为芽胞培养方法提供帮助。
〔参 考 文 献〕
王薇 0, 李冀云 , 1958 . 东北草本植物志 [M] . 北京 : 科学出版社 , 2
张宪 5春 , 张丽兵 , 2004 . 中国植物志 第六卷 第三分册 [ M ] . 北
京 : 科学出版社 , 1—31
Bruc ?hmann H , 1910 . Die Keimung der sporen und die entwickelung der
prothallien von Lycopodium clavatum, L . annotinum, and L . selago
[ J ] . Flora, 101: 220—267
Chin ?g RC (秦仁昌 ) , 1981a . The taxonomy of ChineseLycopodiaceae (sen .
lat .) I [ J ] . Acta Bot Yunnan (云南植物研究 ) , 3 (1) : 1—9
Chin ?g RC ( 秦仁昌 ) , 1981b . The taxonomy of Chinese Lycopodiaceae
(sen . lat .) II [ J ] . Acta Bot Yunnan ( 云南植物研究 ) , 3 ( 3) :
291—305
Clar ?ke H , 1953 . Observations on members of the genus Lycopodium, I .
germination of gemmaeof L . lucidulum [ J ] . Amer Fern J , 43 ( 3) :
104—109
Gill ?en JJ , BasileDV , 1986 . Thegrowth of gemmaeof Huperzia lucidula
(Lycopodiaceae) in axenic culture [ J ] . Amer J Bot, 73 ( 5) : 736
J ose ?ph MB , John TM, 1992 . The appalachian firmoss, a new species in
the Huperzia selago (Lycopodiaceae) complex in eastern north Ameri-
ca, with a new combination for the western firmoss [ J ] . Amer Fern
J , 82 ( 2) : 41—46
Lu R ?L (鲁润龙 ) , Zhou ZZ ( 周忠泽 ) , Bao SL (鲍时来 ) et al . 1999 .
Biological features of Huperzia serrata, an important medicine plant
[ J ] . J Univ Sci Technol China ( 中国科学技术大学学报 ) , 29
( 1) : 199—121
Prim ?ack RB, 1973 . Growth patterns of five species of Lycopodium [ J ] .
Amer Fern J , 63 ( 1) : 3—7
Reut ?ter U , 1987 . Growth patterns of gemmlings of Lycopodiumlucidulum
[ J ] . Amer Fern J , 77 ( 2) : 50—57
Smit ?h W, 1920 . Bulbils of Lycopodiumlucidulum [ J ] . Bot Gazette, 69
( 5) : 426—437
Waeg ?el AS, 2003 . Stepwise disinfestation reduces contamination of Hu-
perzia lucidula shoot-tips and gemmae [ J ] . Hortscience, 38 ( 4 ) :
565—567
Wang ?J ( 王 峻 ) , Pan SL ( 潘胜 利 ) , 2005 . Study on content of hu-
perzineA in six plants of Huperzia fromHunan province [ J ] . Chin
Pharm J ( 中国药学杂志 ) , 40 ( 21) : 1616—1618
Wate ?rway MJ , 1986 . A reevaluation of Lycopodiumporophilum and itsre-
lationship to L . lucidulum ( Lycopodiaceae) [ J ] . Syst Bot, 11 (2) :
263—276
Whittier DP, 2006 . Gametophytes of four tropical , terrestrial Huperzia
species (Lycopodiaceae) [ J ] . Amer Fern J , 96 (2 ) : 54—61
Yang ?CY ( 杨纯瑜 ) , 1989 . Revision of Lycopodiales from China [ J ] .
BullAcad Milit Med Sci ( 军 事 医 学科 学 院 院 刊 ) , 13 ( 5 ) :
366—370
625 云 南 植 物 研 究 29 卷