中国产桫椤类配子体在不同基质胁迫下的形态畸变多样性研究

为了明确土壤污染对中国产桫椤科植物的生殖影响,以探讨中国桫椤类乃至其他濒危蕨类濒危的内在原因。该研究以中国产9种桫椤植物为材料,采用各植物原产地地表土壤培养孢子至配子体成熟,全程比较观察配子体畸变类型,统计畸变率;并分别取3个属的代表种笔筒树、大叶黑桫椤和中华桫椤的孢子,以MS培养基为对照,分别用5mg·kg^-1Pb^2+和1mg·kg^-1Cd^2+单因素胁迫培养配子体,比较观察各组的配子体形态畸变类型,统计畸变率。结果表明:(1)中国产桫椤类9种植物配子体培养过程中共出现17种形态畸变类型,其中4种为分化畸变,7种为假根畸变,4种为细胞畸变,2种为性器畸变。(2)不同培养基——对照组(MS培养基)、原产地土壤、Cd^2+胁迫、Pb^2+胁迫对中国产桫椤科9种植物配子体的平均畸变比例分别是2.28%、12.61%、31.58%和33.58%。(3)9种桫椤的配子体畸变类型及其畸变率均与培养基的胁迫程度呈正相关关系,其配子体发育都受到了产地土壤污染的严重伤害。(4)3种桫椤属植物配子体对土壤环境胁迫的耐受力强弱为黑桫椤属>白桫椤属>桫椤属。(5)桫椤科配子体的形态畸变多样性与胁迫条件之间具有稳定的对应关系。     

孑遗蕨类中华水韭根系发育的研究

以发育良好的中华水韭植株为材料,用常规半薄切片法,详细观察了根的发育及其根系的特征,并讨论了水韭根的内外两种起源途径、不同粗细根的结构功能、分支及横隔的生物学意义,为探讨古老维管植物的系统演化及濒危原因提供形态学依据。结果显示:(1)中华水韭成熟植株没有主根,有近百条浅棕色管状根,既有内起源根,也有外起源根,且每条根都有多回二歧分支。(2)二歧分支的发生一般频率密集且为不均等分裂,根越细分支越早,而且分支频率越密集;二歧分支处都有由2~3层细胞组成的永久性横隔,即使在老根内这种横隔也始终存在。(3)子根尖的部分皮层细胞能够直接转化成表皮,子根尖粗细不等。研究认为,中华水韭有茎起源根和根托起源根,皮层细胞具有特殊的分化能力,横隔是古生态的高能环境所造成的适应性结构,其根系具有旺盛的再生能力及高度的复杂性。     

中国产3种水韭叶舌形态结构的比较研究

以中国产3种水韭的成熟叶片基部为实验材料,采用石蜡切片法,详细观察3种水韭的叶舌结构,建立各自叶舌的立体模型,探讨3种水韭间的亲缘关系,并比较了中国特产水韭与中亚及北美水韭的演化关系。结果显示:(1)3种水韭叶舌结构主要分为舌片、舌足和横带三部分。(2)中华水韭与东方水韭舌片均为三叉型,有主侧舌片之分,足角均为卵圆形,舌足与叶轴平行,而云贵水韭长鼻形,无主侧舌片之分,足角为三角形,舌足与叶轴有一定的角度。(3)中华水韭与云贵水韭的舌足侧面观为长椭圆形,东方水韭舌足侧面观为肾形。研究认为,中华水韭与东方水韭的亲缘关系较近,二者与云贵水韭亲缘关系较远;叶舌是水韭类的溯祖形态,其结构复杂,特征稳定,种间差异明显,应该作为水韭分类的重要依据。     

中华水韭孢子囊发育研究

采用半薄切片法,连续观察了极度濒危级(CR)植物中华水韭大小孢子囊的发育过程,以期从无性生殖的角度,为探讨其濒危原因提供直观可靠的理论根据。结果显示:(1)中华水韭的大小孢子叶相间排列,无混生孢子囊。(2)隔丝为孢子供给营养,其体积直接影响孢子的大小、产量和育性。(3)大小孢子囊都近半数败育,小孢子囊为整齐发育,大孢子囊为不整齐发育。(4)大小孢子囊均无柄,且都不存在开裂结构,只有孢子囊壁腐烂后才能散播孢子。研究认为,中华水韭的濒危与孢子囊的发育特征密切相关,孢子囊的高频率败育、没有开裂结构以及对环境的依赖,是造成中华水韭濒危的重要因素之一;通过与近缘类群孢子囊的比较,发现仅水韭孢子的散播借助外力,对生境要求较高,即验证了水韭古老的系统学地位,同时说明水韭更具有监测生境地区环境指标的能力。     

蕨类植物的鳞片特征及演化I: 凤尾蕨科

鳞片是蕨类植物体表常见附属物, 是蕨类植物非常显著的分类学特征。凤尾蕨科(Pteridaceae)在蕨类植物系统发育中的位置关系多次发生了变化, 不同学者对该科中包含的类群也有着不同的观点。通过对该科76种植物的鳞片进行取材, 利用解剖镜观察拍照, 对各属鳞片特征进行描述。结果显示, 鳞片特征在不同的属和亚科之间具有明显的形态差异。用GenBank数据库中的rbcL基因序列对所研究物种进行系统发育重建, 并对鳞片的边缘特征和筛孔类型进行祖先性状重建, 结果表明, 全缘型鳞片和均质型鳞片是凤尾蕨科鳞片的祖征性状, 非全缘类型和透明筛孔类型的鳞片是在后期演化过程中形成的特征。此外, 透明和不透明类型的筛孔其形成可能与蕨类植物生活环境中的光照强度有关。     

龙舌草果实和种子及其种苗发育形态学研究

采用形态观察和GMA切片相结合的方法,对龙舌草果实、种子及种苗发育的形态结构进行解剖学观察研究,探讨龙舌草个体发育中表现出的与水生环境相适应的结构特征.结果显示:(1)龙舌草由佛焰苞包被的果实通常由6心皮构成,心皮边缘不完全愈合,层片状胎座,水面形成的幼嫩果实被果柄拉入水中发育成熟;种子具毛,萌发时苗端先于根端发育,在胚根分化之前先出现单细胞的下胚轴毛,随后胚根发育为初生根,并在真叶的节处发育出不定根;果皮和叶肉内的维管束仅由少数细胞构成,且细胞分化不明显,有发达的通气道;叶表皮无角质层,细胞外凸,叶肉细胞数量少;表明龙舌草的结构特征与水生环境相适应.(2)研究还发现,龙舌草的种子无胚乳,下胚轴贮存种苗发育需要的大量淀粉粒,以及初生根和不定根均有根毛的结构,且与泽泻科的慈菇和泽泻的结构一致,证明水鳖科与泽泻科具有较近的亲缘关系.     

槲蕨配子体形态发育的扫描电镜观察

该研究以水龙骨科(Polypodiaceae)槲蕨(Drynaria roosii Nakaike)为研究对象,在人工培养条件下,采用扫描电镜观察其配子体发育的全过程,以期从三维立体角度揭示槲蕨配子体各发育阶段中的一些精细结构,为进一步补充部分经典形态学理论提供依据。结果显示:(1)槲蕨孢子萌发过程中原叶体母细胞的初生假根存在两条同时生长的现象。(2)槲蕨配子体的假根膨大及分叉现象普遍,且具有2层细胞壁,基部呈圆孔状结构。(3)槲蕨的原叶体腹面及边缘处毛状体非常发达,且乳突状单细胞毛状体和针状单细胞毛状体混生。(4)精子器释放精子时,盖细胞前后呈不同开裂状态。(5)发现精细胞向游动精子转化可能的限制性结构是细胞膜,细胞膜表面附着有碎屑状物质。(6)观察到腹沟细胞的解体过程是从近颈卵器开口处的细胞膜开始逐渐向四周及其后下方扩展。(7)发现了颈壁细胞在排列顺序和数量上都不稳定的畸形颈卵器、体积正常但无法区分雌雄的性器及体积显著增大呈锥形的泡状败育性器。     

核心薄囊蕨类颈卵器多细胞起源的形态学观察

核心薄囊蕨类是真蕨纲中的主要类群,其颈卵器壁细胞的起源问题尚未见报道。该研究以华北鳞毛蕨为例,在人工培养条件下,用石蜡切片法综合观察了颈卵器的发育过程,分析颈沟细胞、腹沟细胞、卵细胞等的发生与分化,并结合桫椤科等十多个类群性器官的研究成果,探讨核心薄囊蕨类颈卵器的起源。结果表明:(1)颈卵器由配子体1个原始细胞和多个营养细胞共同发育而成。(2)原始细胞经两次不均等分裂由外向内依次形成颈壁细胞、中央细胞、基细胞。(3)中央细胞分裂形成1个卵细胞、1个腹沟细胞和颈沟细胞。(4)基细胞分化为颈卵器腹壁最下方的1~4个壁细胞。(5)颈卵器腹部周围的壁细胞由卵细胞周围的多个营养细胞直接转化而来。该研究首次提出了核心薄囊蕨类颈卵器为多细胞起源,并为探讨颈卵器植物的有性生殖演化规律提供了形态学依据。     

球子蕨精子器多样性的新观察

利用人工培养和石蜡切片技术,在光学显微镜下对球子蕨精子器的形态结构和着生位置进行了多样性观察。首次报道了过熟配子体的颈卵器萎缩消失,只有精子器正常发育,且其中肋有突起、中空、分层等现象。精子器可着生在中肋的外表面或埋生在中肋内部,也可以着生在中空中肋的内表面,精子器的结构也各不相同。讨论了球子蕨精子器形态结构及着生位置多样性的系统学意义,为探讨相关类群的系统演化补充了全新的基础资料。     

天星蕨“隆孔”的发现及其可能的形态演化关系

该研究通过石蜡切片及扫描电镜观察,首次报道了天星蕨(Christensenia assamica)叶片的通气结构即"隆孔"(raised pore),系维管植物新的通气结构类型。结果表明:(1)隆孔是位于叶片下表皮、由约20个条形细胞围成的、呈倒置碗状隆起,隆起的内壁密布微绒毛,隆起顶部有一个直径约为240μm、不能开闭的圆孔。(2)隆孔下方的气室内有表面密布微绒毛的、分支管状的光合细胞。(3)随气室向叶脉处过渡,微绒毛渐变为微纤丝、条状斑块。(4)隆孔与苔藓植物地钱类的单式气孔外形相似,但细胞分化远比后者复杂。研究认为,隆孔是目前在维管植物中发现的孔径最大、不能开闭、具有高效的气体代谢和特殊防御功能的通气结构,可能与苔藓植物地钱类的单式气孔具有一定的形态演化关系。