鳞毛蕨科植物的系统发育: 叶绿体rbcL序列的证据

运用MEGA2和MrBayes 3.0b4软件包对105种鳞毛蕨类及近缘植物(其中新测定36种)的叶绿体DNA rbcL基因序列进行系统发育分析, 探讨了其主要分类群(属级水平)的系统演化关系。用最大简约法、邻接法和贝叶斯分析方法构建的系统树基本一致, 结果显示: (1)秦仁昌系统所定义的鳞毛蕨科Dryopteridaceae, 除了拟贯众属Cyclopeltis外, 均包含在两个单系群之中, 支持鳞毛蕨族Dryopterideae和耳蕨族Polysticheae的成立; 但是鳞毛蕨族还包含秦仁昌系统所定义的球盖蕨科Peranemaceae和三叉蕨科Tectariaceae肋毛蕨属Ctenitis的部分种类; 耳蕨族还包含产于美洲的Phanerophlebia属和Polystichopsis属; 确认石盖蕨属Lithostegia属鳞毛蕨族的成员, 且与复叶耳蕨属Arachniodes具有较近的亲缘关系。(2)拟贯众属与所分析的其他任何鳞毛蕨类植物的关系都比较疏远, 单独为一支。(3)秦仁昌系统所定义的球盖蕨科与肉刺蕨属Nothoperanema聚成一个分支, 属于鳞毛蕨族的成员。(4)鳞毛蕨属Dryopteris为多系类群, 耳蕨属Polystichum和贯众属Cyrtomium均为并系类群。(5)黔蕨属Phanerophlebiopsis、毛枝蕨属Leptorumohra和石盖蕨属与复叶耳蕨属构成一支; 柳叶蕨属Cyrtogonellum与Polystichum属和Cyrtomium属的部分种类聚成一支; 肉刺蕨属与球盖蕨科及鳞毛蕨属的部分种类聚成一支。对鳞毛蕨科的系统关系、球盖蕨科与鳞毛蕨科的系统关系、肋毛蕨属与鳞毛蕨科的系统关系以及中国或亚洲特有属(拟贯众属、肉刺蕨属、黔蕨属、毛枝蕨属、石盖蕨属和柳叶蕨属)的系统位置进行了讨论。     

岩蕨科、球盖蕨科的系统位置:叶绿体DNAtrnL-F区序列证据

岩蕨科(Woodsiaceae)和球盖蕨科(Peranemaceae)历来被多数学者认为是亲缘关系密切的两个科,它们的系统位置一直存在争议,两科曾被放入三叉蕨科(Aspidiaceae)、碗蕨科(Dennstaedtiaceae)、鳞毛蕨亚科(Dryopteridoidaae)及鳞毛蕨科(Dryopteriaceae)蹄盖蕨亚科(Athyrioideae)中.根据岩蕨科1种、球盖蕨科3种、蹄盖蕨科8种、鳞毛蕨科2种及1种外类群假大羽铁角蕨(Asplenium pseudolaserpitiifolium)的cpDNA基因trnL-F区序列建立的系统树,结果显示,岩蕨科和球盖蕨科的亲缘关系较远,岩蕨科与蹄盖蕨科有密切的亲缘关系,球盖蕨科与鳞毛蕨科亲缘关系较近,岩蕨科和球盖蕨科是处于不同进化线上的植物.秦仁昌(1978)和Pichi-Sermolii(1977)的系统将二者分别作为独立的科是合适的.     

岩蕨科、球盖蕨科的系统位置：叶绿体DNAtrnL-F区序列证据

岩蕨科(Woodsiaceae)和球盖蕨科(Peranemaceae)历来被多数学者认为是亲缘关系密切的两个科,它们的系统位置一直存在争议,两科曾被放入三叉蕨科(Aspidiaceae)、碗蕨科(Dennstaedtiaceae)、鳞毛蕨亚科(Dryopteridoidaae)及鳞毛蕨科(Dryopteriaceae)蹄盖蕨亚科(Athyrioideae)中。根据岩蕨科1种、球盖蕨科3种、蹄盖蕨科8种、鳞毛蕨科2种及1种外类群假大羽铁角蕨(Asplenium pseudolaserpitiifolium)的cpDNA基因trnL-F区序列建立的系统树,结果显示,岩蕨科和球盖蕨科的亲缘关系较远,岩蕨科与蹄盖蕨科有密切的亲缘关系,球盖蕨科与鳞毛蕨科亲缘关系较近,岩蕨科和球盖蕨科是处于不同进化线上的植物。秦仁昌（1978）和Pichi-Sermolii（1977）的系统将二者分别作为独立的科是合适的。     

中国云南鳞毛蕨属(鳞毛蕨科)13种植物的染色体数目

报道了中国云南产鳞毛蕨科Dryopteridaceae鳞毛蕨属Dryopteris Adanson 13种植物的染色体数目。其中4个种：多雄拉鳞毛蕨D．alpestris（2n=82）、哈巴鳞毛蕨D．habaensis（2n=82）、脉纹鳞毛蕨D．lachoongensis（2n=82）和永自鳞毛蕨D．yungtzeensis（2n=82）的染色体数目为首次报道;无融合三倍体的川西鳞毛蕨Dryopteris rosthornii、无融合四倍体的大羽鳞毛蕨D．wallichiana以及无融合二倍体的栗柄鳞毛蕨D．yoroii为3个新发现的细胞类型。细胞学研究结果支持高山鳞毛蕨组sect．CaespitosaeS．G Lu应该为鳞毛蕨属内一个独立的组;中国喜马拉雅地区的鳞毛蕨属植物中存在着大量的无融合二倍体细胞类型。对蕨类植物中同一植株产生不同倍性孢子的现象进行了讨论。     

24种鳞毛蕨科植物叶表皮形态特征的研究

该研究利用光学显微镜对鳞毛蕨科24种植物的叶表皮形态特征进行观察。结果表明:(1)24种鳞毛蕨科植物的上表皮细胞形状为长条形或不规则形,垂周壁为深波状或浅波状,下表皮细胞均为无规则形,垂周壁均为深波状;上表皮细胞长宽比在1.5~5.7之间,下表皮细胞长宽比在2.2~3.9之间。(2)在24种鳞毛蕨科植物中共观察到8种气孔器类型,分别为不等细胞型、无规则四细胞型、极细胞型、腋下细胞型、横列型、无规则型、聚腋下细胞型和聚合极细胞型,每种植物具有2~8种气孔器类型,气孔均为下生型,多为椭圆形;气孔的长宽比在1.2~1.8之间,气孔密度在17.4~86.0个/mm~2之间,气孔指数为8.60%~37.4%。(3)通过对24种鳞毛蕨科植物的观察可将其上表皮细胞形状、垂周壁形状、上表皮细胞长宽比、主要气孔器类型及衍生类型等作为叶表皮形态特征的分类依据。(4)根据叶表皮形态特征可将24种鳞毛蕨科植物分为2类:即耳蕨类和鳞毛蕨类。该研究在一定程度上支持秦仁昌分类系统对鳞毛蕨科的划分,为鳞毛蕨科植物的系统分类及演化研究提供基础资料。     

鳞毛蕨科3种植物配子体发育的研究

利用光学显微镜详细观察鳞毛蕨科(Dryopteridaceae)3属3种植物,即耳蕨属的棕鳞耳蕨(Polystichum polyblepharum)、鳞毛蕨属的黑足鳞毛蕨(Dryopteris fuscipes)和鞭叶蕨属的鞭叶蕨(Cyrtomidictyum lepidocaulon)配子体发育过程,记录配子体各发育阶段的特征。结果表明:棕鳞耳蕨、黑足鳞毛蕨和鞭叶蕨的孢子都为单裂缝,孢子萌发类型为书带蕨型,配子体发育类型为三叉蕨型,性器官为薄囊蕨型,成熟原叶体为对称的心脏形,具毛状体;3属的属间差异包括孢子颜色、孢子纹饰、萌发时间、丝状体长度、片状体形状、毛状体和假根等特征,上述特征在属间存在交叉现象,因此,孢子形态和配子体发育特征不能作为区分耳蕨属、鳞毛蕨属和鞭叶蕨属的形态依据。     

Establishment of a Tissue Culture and Rapid Propagation System of Dryopteris fragrans

香鳞毛蕨(Dryopteris fragrans)是一种多年生野生草本蕨类植物, 具有抗氧化、抑菌、抗银屑病和抗肿瘤等多种功效。香鳞毛蕨的野生资源匮乏, 通过组织培养建立其人工再生体系, 是保护香鳞毛蕨资源可持续利用的有效途径。通过对香鳞毛蕨孢子的无菌培养, 比较分析不同因素对原叶体增殖、孢子体诱导、愈伤组织诱导与增殖、丛生芽分化及生根的影响, 建立了快速繁殖体系, 为香鳞毛蕨规模化生产奠定基础。研究结果表明, 当培养基组分为1/2MS时, 原叶体生长状态较好, 颜色翠绿, 增殖倍数最高可达5.67±0.59, 此时有大量幼孢子体产生, 孢子体诱导率为(37.50±2.04)%; 愈伤组织诱导最佳培养基为1/2MS+2.0 mg·L^-1 6-BA+1.0 mg·L^-12,4-D, 诱导率可达(96.67%±5.77)%; 愈伤组织增殖最佳培养基为1/2MS+ 1.0 mg·L^-1 6-BA+0.5 mg·L^-1 2,4-D, 增殖倍数达13.30; 颗粒状愈伤组织在1/2MS培养基中生长出大量丛生芽, 诱导率为(53.33±3.33)%; 1/2MS+0.2 mg·L^-1 NAA培养基促进幼孢子体苗生根, 移栽成活率约为60%。     

变异鳞毛蕨的孢子培养与配子体发育研究

应用无菌培养和常规泥土培养两种方法对变异鳞毛蕨(Dryopteris varia)孢子进行了比较研究,并在光学显微镜下观察了其配子体的发育过程.结果表明:蔗糖浓度为2%的1/2MS与MS培养基对孢子萌发时间和萌发率影响不大,但前者较适于孢子萌发,而后者则适于孢子体形成;在1/2MS培养基上,1%的蔗糖浓度比其它浓度更适宜于孢子的萌发.以菜园士为培养基质时,变异鳞毛蕨孢子的萌发时间短且萌发率高,但幼孢子体出现的时间明显晚于无菌培养.孢子萌发为书带蕨型,原叶体发育为三叉蕨型,符合鳞毛蕨属配子体发育的特征.     

香鳞毛蕨的组织培养和快速繁殖体系构建

香鳞毛蕨(Dryopteris fragrans)是一种多年生野生草本蕨类植物, 具有抗氧化、抑菌、抗银屑病和抗肿瘤等多种功效。香鳞毛蕨的野生资源匮乏, 通过组织培养建立其人工再生体系, 是保护香鳞毛蕨资源可持续利用的有效途径。通过对香鳞毛蕨孢子的无菌培养, 比较分析不同因素对原叶体增殖、孢子体诱导、愈伤组织诱导与增殖、丛生芽分化及生根的影响, 建立了快速繁殖体系, 为香鳞毛蕨规模化生产奠定基础。研究结果表明, 当培养基组分为1/2MS时, 原叶体生长状态较好, 颜色翠绿, 增殖倍数最高可达5.67±0.59, 此时有大量幼孢子体产生, 孢子体诱导率为(37.50±2.04)%; 愈伤组织诱导最佳培养基为1/2MS+2.0 mg·L^-1 6-BA+1.0 mg·L^-12,4-D, 诱导率可达(96.67%±5.77)%; 愈伤组织增殖最佳培养基为1/2MS+ 1.0 mg·L^-1 6-BA+0.5 mg·L^-1 2,4-D, 增殖倍数达13.30; 颗粒状愈伤组织在1/2MS培养基中生长出大量丛生芽, 诱导率为(53.33±3.33)%; 1/2MS+0.2 mg·L^-1 NAA培养基促进幼孢子体苗生根, 移栽成活率约为60%。     

湖北鳞毛蕨属植物的地理分布及区系特征

对湖北鳞毛蕨后植物的地理分布和区系特点进行了研究。鳞毛蕨后植物广布于世界各地,该后的分布和多样性中心位于中国西南部和东喜马拉雅山区;另一中心则位于日本,中国东南部和南部。鳞毛蕨后是一个自然的北温带分布属。中国有鳞毛蕨后植物134种(包括7变种),西南地区(云南、四川、贵州等)是国产鳞毛蕨属植物分布最集中的地区。区系分析表明：湖北鳞毛蕨后植物种类比较丰富,有36种,主要分布于鄂西北和鄂西南山区,是构成湖北森林植物区系林下草本植物的主要成分之一;地理成分比较复杂,种的分析显示出以中国一日本分布和中国持有分布为主的特点;与相邻省鳞毛蕨属植物区系的关系比较密切;区系过渡性明显。