全 文 ：广 西 植 物 Guihaia　May２０１３,３３(３):３８３－３８７　　　　　　　　　　 http://journal．gxzw．gxib．cn　
DOI:１０．３９６９/j．issn．１０００Ｇ３１４２．２０１３．０３．０１６
陈彦安,马晓彤,王任翔,等．球腺肿足蕨的配子体发育特征及其系统学意义[J]．广西植物,２０１３,３３(３):３８３－３８７
ChenYA,MaXT,WangRX,etal．GametophytedevelopmentinHypodematiumglandulosoＧpilosumanditssystematicsignificance[J]．Guihaia,２０１３,
３３(３):３８３－３８７
球腺肿足蕨的配子体发育特征及其系统学意义
陈彦安１,马晓彤３,王任翔１,２∗,李丽诗１
(１．广西师范大学 生命科学学院,广西 桂林５４１００４;２．珍稀频危动植物生态与环境保护省部共建
教育部重点实验室,广西 桂林５４１００４;３．梧州市第十中学,广西 梧州５４３０００)
摘　要:采用改良Knop’s营养液液体和固体培养基,对球腺肿足蕨的孢子进行人工培养,利用光学显微镜观察
其孢子的萌发及配子体发育过程.结果表明:成熟的孢子深褐色,不透明,极面观为椭圆形,赤道面观为豆形,单
裂缝,周壁具密集的波纹状褶皱.孢子萌发类型为书带蕨型,原叶体发育类型为三叉蕨型.孢子接种后７d左
右萌发,３０d左右形成为片状体,５０d左右发育为幼原叶体,幼原叶体不对称,但成熟原叶体心脏形对称.原叶
体边缘及背腹面都具乳头状毛状体.７５d左右精子器出现,精子器近圆球形,由３个细胞构成.９０d左右颈卵
器出现,成熟颈卵器颈部由４~５列细胞构成,３~５层细胞高.原叶体受精后１个月内可看到幼孢子体生成.最
后讨论其系统学意义.
关键词:肿足蕨属;孢子萌发;配子体发育;系统学意义
中图分类号:Q９４４．４　　文献标识码:A　　文章编号:１０００Ｇ３１４２(２０１３)０３Ｇ０３８３Ｇ０５
GametophytedevelopmentinHypodematium
glandulosoＧpilosumanditssystematicsignificance
CHENYanＧAn１,MAXiaoＧTong３,WANGRenＧXiang１,２∗,LILiＧShi１
(１．CollegeofLifeSciences,GuangxiNormalUniversity,Guilin５４１００４,China;２．KeyLaboratoryofEcologyofRare
andEndangeredSpeciesandEnvironmentalProtection(GuangxiNormalUniversity)coＧestablishedbyGuangxiand
ministryofEducation,Guilin５４１００４,China;３．No．１０MiddleSchoolofWuzhou,Wuzhou５４３０００,China)
Abstract:ThesporesoftheHypodematiumglandulosoＧpilosumwereartificialyculturedinKnop’sliquidandsolid
culturemedia．Itssporegerminationandgametophytedevelopmentwereobservedbyopticalmicroscope．Theresults
showedthatmaturesporesweredarkbrown,opaque,elipticalinpolarviewandbeanＧshapedinequatorialview,single
fractureandperipheralwalwithdensecorrugatedfolds．ThetypeofsporegerminationwasVitariaＧtypewhilethat
ofgametophytedevelopmentwasAspidiumＧtype．Thesporesgerminatedabout７daysaftersowing．Theprothalial
platesformedabout３０daysaftersowing．Theyoungprothaliumdevelopedabout３０daysaftersowing,andthey
werenotsymmetry,butthematureprothaliumwassymmetricalcordate．Papilarytrichomesspreadonupperand
lowersurfacesandalongthemarginoftheprothalium．Theantheridiawasvisible７５daysaftersowing,peletshape,
consistingof３cels．About９０daysaftersowing,archegoniawasavailable．Theneckofmaturearchegoniumwas
composedof４－５rowsofcelsand３－５layersofcelshigh．SporophyteswerepresentwithinonemonthafterfertiliＧ
zation．Thepaperpreliminarydiscusseditstaxonomicsignificance．
收稿日期:２０１２Ｇ１２Ｇ０５　　修回日期:２０１３Ｇ０３Ｇ３１
基金项目:国家自然科学基金(３１０６００３０);广西自然科学基金(２０１１GXNSFA０１８０８９);广西教育厅项目(２０１０１０LX０７０);珍稀频危动植物生态与
环境保护省部共建教育部重点实验室研究基金(桂科能１００１Z０１７);广西壮族自治区研究生教育创新计划项目(２０１１１０６０２０７１０M５４)
作者简介:陈彦安(１９８６Ｇ),女,广西平南县人,硕士研究生,从事蕨类植物学研究,(EＧmail)８４０４０６５４＠qq．com.
∗通讯作者:王任翔,博士,教授,硕士生导师,从事细胞学和蕨类植物系统学研究,(EＧmail)wrx０５＠１２６．com.
Keywords:Hypodematium;sporegermination;gametophytedevelopment;systematicsignificance
　　球腺肿足蕨(HypodematiumglandulosoＧpiloＧ
sum)隶属于肿足蕨科(Hypodematiaceae)肿足蕨属
(Hypodematium),在我国产于河南南部(大别山)、
江苏南部(南京、江浦)、福建西南部(龙岩)及广西桂
平,生于干旱的石灰岩石缝中(刑公侠,１９９９;覃海宁
等,２０１０).肿足蕨属最早由 Kunze于１８３３年提
出,全属目前约１６种,主产于亚洲和非洲的亚热带
和暖温带地区,中国为本属的分布中心.肿足蕨的
系统位置及近缘科属间关系,曾经存在各种各样的
意见.过去曾将它放在金星蕨科(秦仁昌,１９６３)、鳞
毛蕨科 (Christensen,１９０５)或蹄盖蕨科 (Pichi,
１９７７);秦仁昌(１９７５)将肿足蕨属从金星蕨科中分出
成立了肿足蕨科,其位置介于蹄盖蕨科(AthyriaceＧ
ae)与金星蕨科(Thelypteridaceae)之间.
配子体发育的研究对蕨类植物的分类和系统演
化的研究具有重要的意义(Stokey,１９６０;Nayar&
Kaur,１９７１;Atkinson,１９７３;包文美等,１９９４).目
前对肿足蕨属植物配子体发育的研究很少(Loyal,
１９６０;Nayar& Bajpai,１９７０;郭治友等,２０１０).郭
治友等(２０１０)认为,虽然在配子体发育特征上,肿足
蕨(Hypodematiamcrenatum)同蹄盖蕨科和金星
蕨科有较多相同之处,但也存在差异,反映出他们彼
此之间的系统关系较远.球腺肿足蕨的叶柄、叶轴、
羽片和囊群盖上均有针状毛和乳头状毛,而肿足蕨
则只有针状毛.本文首次对球腺肿足蕨进行人工培
养,并在显微镜下详细观察和记录其孢子萌发和配
子体发育各个阶段的形态特征,为肿足蕨属植物的
配子体发育提供新的资料,为其系统分类学研究提
供配子体方面的证据.
１　材料和方法
１．１材料
球腺肿足蕨采自广西桂平罗丛岩石缝间,凭证
标本存放于广西师范大学标本室.成熟孢子连同叶
片用纸袋密封存冰箱,实验时选取具有成熟孢子的
叶片,将成熟孢子囊、孢子从球腺肿足蕨的叶背面刮
下来,用手搓动孢子囊,使孢子散落,除去杂质后把
孢子装于密封纸袋中,置于４℃冰箱中保存.
１．２方法
采用改良Knop’s营养液体培养和固体培养,
改良的Knop’s营养液配方见表１,固体培养另加
０．７％琼脂粉.培养基经１２１℃高温、高压灭菌２０
min左右.在无菌操作条件下,用滤纸包好成熟的
孢子,折成２cm２左右,７５％酒精消毒３０s,无菌水
漂洗１遍,５％ NaClO消毒１０~１５min,无菌水漂
洗３遍,超净工作台上接种于 Knop’s无菌培养基
上.培养箱温度２５℃,日光灯光源１２h/d,强度为
２５００lx.光暗交替为１２h/１２h.重复培养多次,在
配子体发育的各个阶段用光学显微镜进行活体观察
记录,精子用龙胆紫染色液处理,镜检后用OLYMＧ
PUSDP７０拍摄照片.
２　观察结果和分析
２．１孢子及孢子萌发
成熟的孢子深褐色,不透明,大小为２９．６μm×
４２．３μm(各数据为随机测得的１０个数值的平均
值),极面观椭圆形(图版Ⅰ:１),赤道面观肾形(图版
Ⅰ:２),单裂缝,周壁具密集的波纹状褶皱.孢子播
种后吸水膨胀,接种７d左右孢子开始萌发,萌发
时,孢子壁先沿其裂缝开裂,裂口处长出一个含叶绿
体的绿色细胞,无初生假根,孢子壁宿存.随着细胞
的生长,绿色细胞底部分裂出一条假根(图版Ⅰ:３
箭头示),假根无色透明,具薄壁,不分枝.孢子萌发
为书带蕨型(VittariaＧtype)(Nayar&Kaur,１９７１).
表１　改良的Knop’s营养液
Table１　ModifiedrecipeofKnop’ssolution
试剂Reagent 浓度Concentration(mg􀅰LＧ１)
Ca(NO３)２􀅰４H２O １０００
KNO３ ２５０
KH２PO４ ２５０
MgSO４􀅰７H２O ２５０
ZnSO４􀅰７H２O ３
FeSO４􀅰７H２O １２．５
NaNO３ 微量Trace
蒸馏水Distiledwater 定容至１０００mL
　注:pH＝７．０
２．２丝状体
原叶体原始细胞先横分裂为二(图版Ⅰ:４),顶
端细胞再经过连续横分裂,接种１５d左右发育成３
~８个细胞长的单列丝状体(图版Ⅰ:５).丝状体细
胞呈圆筒状,侧壁向外鼓出,细胞长度与直径有些几
乎等长,有些细胞高度略大于宽度,内分布较多叶绿
４８３ 广　西　植　物　　　 　　　　　　　　　　　　　　３３卷
体,多为圆饼状呈鲜亮的绿色(图版Ⅰ:４箭头示),
顶端的细胞中叶绿体数量较丰富且多分布整个细
胞,而其他细胞叶绿体多位于边缘.
水培的丝状体则由于缺乏养分普遍比较瘦弱,
细胞比培养基培养的更长,呈长条形(图版Ⅰ:６箭
头示).水培养的配子体发育到片状体阶段后生长
缓慢后逐渐死亡,不能形成正常的原叶体.
２．３片状体
大部分丝状体在２~５细胞长时,顶端细胞纵向
分裂成２个或多个顶端细胞,各自进行分裂 (图版
Ⅰ:６Ｇ９).也有的单列丝状体的基部或中部横生出
一个顶端细胞(图版Ⅰ:９).接种３０d左右,可见有
部分丝状体发育成片状体.丝状体顶端细胞纵向分
裂,然后再左右交替斜向分裂,由一维生长变成了二
维生长,形成片状体(图版Ⅰ:１０Ｇ１２).片状体较长、
较大,长度０．５~１．１mm,宽度０．２~０．４mm.随着
片状体不断发育,基部及腹部假根数量逐渐增多,边
缘细胞长出更多毛状体,叶绿体更丰富,两侧细胞分
裂增多.
顶端细胞常产生单细胞乳头状突起的毛状体
(图版Ⅰ:７,８箭头示),其细胞内含叶绿体,这些突
起的毛状体可发育成假根.
２．４原叶体
接种５０d左右,肉眼可见培养基表面有明显的
浅绿色组织,此为幼原叶体(图版Ⅰ:１３).幼原叶体
多不对称,边缘大多凹凸不平(图版:１４),其基腹部
及表面都生长有毛状体,前端出现凹陷,即幼原叶体
的生长点(图版Ⅰ:１５),顶端及边缘细胞与表面细胞
形态差异明显,为多列紧密排列的楔形小细胞,楔形
细胞不断斜向分裂形成分生组织,凹陷加深,顶端细
胞侧生出的细胞不再分裂,顶端细胞不断分裂,幼原
叶体细胞增多,细胞壁不断增厚,两翼面积增大,形
成成熟原叶体.成熟原叶体为深绿色,呈对称心形,
两翼展开(图版Ⅰ:１６),大小为(２．４~４．５)μm×(３．６
~８．１)mm,假根数量增多成丛(图版Ⅰ:１７),变成深
褐色.叶绿体分布均匀.表面及边缘均有毛状体.
原叶体的发育为三叉蕨型(AspidiumＧtype)(Nayar
&Kaur,１９７１).本研究在培养基中发现许多形状
不规则的原叶体,其上长有生殖器官(精子器和颈卵
器),预示着性器官的成熟程度.
２．５毛状体
在配子体发育中,球腺肿足蕨只出现乳头状单
细胞毛状体.毛状体最早出现于丝状体顶端,一般
由单个营养细胞外突构成.在片状体阶段,毛状体
只出现于边缘的前端细胞上,数量较多,从幼原叶体
开始,毛状体开始出现于背腹面,但分布较稀疏.毛
状体内始终含有叶绿体.发育至成熟原叶体阶段,
毛状体的数量也逐渐增多,位于原叶体边缘(图版
Ⅰ:１８)和表面(图版Ⅰ:１９),原叶体边缘每隔３~５
个细胞产生一条毛状体.针状毛直到幼孢子体才出
现(图版Ⅰ:２０).
２．６假根
假根最早出现于丝状体时期,且只生长出一条,
初生假根白色透明(图版Ⅰ:３箭头示),个别具有少
量叶绿体,随着配子体的不断发育,假根的数量会越
来越多,到了原叶体时期,其基部和腹部都密生假
根,即假根丛(图版Ⅰ:１７).当原叶体逐渐成熟,约
过１０d,假根由原来的无色,逐渐变成黄褐色,偶见
分叉及尖端膨大,直径约２０μm,其中短的呈管状,
长的则多呈现出不规则弯曲,基部较大,长度不一,
长度在几十微米到几毫米之间,数量１０００多条.
２．７性器官
培养１２周左右,将成熟原叶体腹面朝上放在载
玻片上,精子器成熟时,将配子体从培养基上取出,
制成临时装片标本,在显微镜下观察.利用龙胆紫
染色液将精子器和假根染成紫色,能增加视觉反差,
使观察效果更好.球腺肿足蕨配子体雌雄同株.精
子器主要着生于假根丛中,数量较多.精子器顶面
观呈长圆球形(图版Ⅰ:２１),侧面观为圆形或椭圆形
(图版Ⅰ:２２前头示),直径约５８μm,高约３０μm.
它的壁由３细胞组成,即基细胞,环细胞和盖细胞.
盖细胞较小,基细胞使精子器附着于原叶体上,略长
于中间的环细胞,由３个细胞包围着内部的若干精
细胞.精子成熟时盖细胞孔裂使精子放出.
９０d左右颈卵器出现.颈卵器常着生于精子
器上方,即生于近心脏形配子体腹部(图版Ⅰ:２３),
凹陷部位的下方,并向后倾.成熟颈卵器顶面观为
铜钱状(图版Ⅰ:２４),颈部由４~５列细胞组成,直径
为４０~６０μm,侧面观柱状,基部大于顶部(图版Ⅰ:
２５、２６),突出,略弯曲,由３~５层细胞组成,高６０~
１００μm,当颈卵器顶部的盖细胞开裂,精子即可进
入颈卵器与卵结合形成受精卵.未受精的颈卵器一
般会变为褐色.
２．８胚及幼孢子体的发育
球腺肿足蕨受精后１个月内即可观察到从原叶
体上生成的幼孢子体(图版Ⅰ:２７).幼孢子体长出
５８３３期　　　　　　　　陈彦安等:球腺肿足蕨的配子体发育特征及其系统学意义
图版Ⅰ　球腺肿足蕨的配子体发育过程　１．孢子赤道面观;２．孢子极面观;３．孢子萌发开裂(箭头示假根);４Ｇ５．丝状体(箭头示叶绿
体);６Ｇ９．丝状体细胞分裂(箭头示毛状体);１０Ｇ１２．片状体;１３．幼原叶体;１４．幼原叶体边缘;１５．生长点;１６．成熟原叶体;１７．假根丛;１８Ｇ２０．
毛状体(箭头示);２１Ｇ２２．精子器(箭头示);２３Ｇ２６．颈卵器(箭头示);２７Ｇ２９．幼孢子体;３０．幼苗.
PlateⅠ　GametophytedevelopmentprocessofH．glandulosoＧpilosum　１．Equatorialviewofspore;２．Polarviewofspore;３．Spore
germination(arrowshowingrhizoid);４Ｇ５．Filament(arrowsshowingchloroplasts);６Ｇ９．Filamentcelsdivision(arrowsshowingtrichomes);１０Ｇ１２．
Prothalialplate;１３．Youngprothalium;１４．Marginofyoungprothalium;１５．Growingpoint;１６．Matureprothalium;１７．Rhizoidsplexus;１８Ｇ２０．
Trichomes(arrows);２１Ｇ２２．Antheridium(arrows);２３Ｇ２６．Archegonia(arrows);２７Ｇ２９．Youngsporophyte;３０．Youngseedling．
６８３ 广　西　植　物　　　 　　　　　　　　　　　　　　３３卷
１~５片叶片后,叶绿体逐渐解体,毛状体不脱落,原
叶体退化(图版Ⅰ:２８、２９箭头示).将幼孢子体从
培养容器中取出,洗净后密植于经高温灭菌的土壤
培养皿中,喷水加盖保持湿润,其他条件与前面所述
相同,原叶体形成幼苗率达９０％以上(图版Ⅰ:３０).
３　讨论
球腺肿足蕨孢子为深褐色,二面体型,单裂缝,
周壁具密集的波纹状褶皱,孢子萌发为书带蕨型,原
叶体发育为三叉蕨型.球腺肿足蕨的毛状体最早出
现在丝状体阶段,随着配子体发育而数量不断增加,
在成熟的原叶体阶段,毛状体不仅分布在原叶体基
腹部,边缘和表面也有,内含有大量的叶绿体.这些
均与肿足蕨孢子的萌发、配子体发育及形态特征相
似(Loyal,１９６０;Nayar& Bajpai,１９７０;郭治友等,
２０１０),说明两者亲缘关系十分相近.
球腺肿足蕨与肿足蕨的配子体都有乳头状毛状
体,但肿足蕨的配子体还具有针状毛状体(Loyal,
１９６０;Nayar& Bajpai,１９７０;郭治友等,２０１０).肿
足蕨在成熟的原叶体开始出现的针状毛,而球腺肿
足蕨的配子体则不出现针状毛,他的针状毛直到幼
孢子体才出现.在成熟的孢子体中,球腺肿足蕨的
叶柄、叶轴、羽片和囊群盖上均同时有针状毛和乳头
状毛,而肿足蕨则只有针状毛.由此可见,球腺肿足
蕨与肿足蕨的毛状体无论在配子体阶段还是在孢子
体阶段都不一样,这为种的鉴定及系统学研究提供
了新的证据.
肿足蕨科的系统位置仍有较大争议,它曾放在
金星蕨科(秦仁昌,１９６３)、鳞毛蕨科(Christensen,
１９０５)或蹄盖蕨科(Pichi,１９７７;秦仁昌,１９７５)中.
目前的分子证据对肿足蕨属的系统位置提出了一些
不同观点.Smithetal．(２００６)在新的世界蕨类分
类系统中,认为肿足蕨属与大膜盖蕨属的亲缘关系
最近,并把它们放在鳞毛蕨科中;Liuetal．(２００７)
依据两个叶绿体基因的分析结果也支持肿足蕨属和
大膜盖蕨属近缘,但与鳞毛蕨科亲缘关系远.金星
蕨科、蹄盖蕨科、鳞毛蕨科及肿足蕨属植物孢子萌发
方式大都为书带蕨型,但原叶体发育方式存在差异,
金星蕨科有铁线蕨型(包文美等,１９９４)、三叉蕨型
(包文美等,１９９４),鳞毛蕨科有三叉蕨型(王全喜等,
１９９５),蹄盖蕨科有铁线蕨型(张开梅等,２０１０)、三叉
蕨型,肿足蕨与球腺肿足蕨的原叶体萌发方式都为
三叉蕨型.从孢子萌发和原叶体发育方式看,肿足
蕨科与金星蕨科、蹄盖蕨科和鳞毛蕨科有一些不同,
但也有一定的亲缘关系.因此,肿足蕨属的系统位
置还有待于进一步的研究.
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