蕨类植物的化感作用及其对生物多样性的影响

植物化感作用是植物通过向环境中释放化学物质从而对同种植株和繁殖体或与其他植物之间产生的直接或间接、有益或有害的作用,它影响植物分布、群落形成与演化、作物间作等,与生物多样性保护以及农林和园艺生产实践关系密切,在国际上受到越来越多的关注。但国内这方面的研究起步相对较晚,研究范围有限,对蕨类植物化感作用的报道更少。本文系统介绍了蕨类植物化感作用的研究进展,包括蕨类植物种内的化感作用(即自毒效应)、常见的蕨类植物种间的化感作用(即孢子体对配子体的化感作用和配子体对配子体的化感作用)及蕨类植物对种子植物的化感作用(蕨类植物可通过化感作用与种子植物争夺更多的资源和生长空间)。还介绍了种子植物对蕨类植物的化感作用(主要表现为抑制作用)以及蕨类植物化感作用与动物侵食、微生物侵染的关系,研究发现昆虫侵食能增强或减弱蕨类植物的化感作用,微生物的活动可能增强某些蕨类植物的化感作用。本文从上述不同角度说明蕨类植物化感作用对生物多样性的影响,希望有助于促进我国学者对该领域的深入研究。     

三角鳞毛蕨配子体发育的研究

采用混合土培养三角鳞毛蕨(Dryopteris subtriangularis)孢子,显微镜下观察记录其孢子萌发及配子体发育过程。结果表明：孢子深褐色,赤道面豆形,极面观椭圆形,单裂缝。播种1周左右孢子萌发,萌发类型为书带蕨型,配子体发育为三叉蕨型。播种2周左右发育为片状体。播种4周左右发育形成幼原叶体,成熟原叶体呈心脏形。原叶体边缘及腹面均可产生毛状体,数量丰富,为单细胞。播种6周左右开始有性器官出现,精子器近圆球形,由3细胞组成,成熟颈卵器颈部由4列细胞组成,3～5层细胞高。原叶体受精后1个月内即可观察到从原叶体上生成的幼胚。     

渐尖毛蕨和齿牙毛蕨的配子体发育研究

采用混合土培养渐尖毛蕨和齿牙毛蕨的孢子,显微镜下观察记录了它们的孢子萌发及配子体发育过程.结果表明:两者的孢子均为深褐色,极面观为椭圆形,赤道面观为半圆形,单裂缝;渐尖毛蕨的孢子萌发所需时间较渐尖毛蕨短,但两者萌发类型均为书带蕨型;丝状体阶段均发达;原叶体边缘均可产生少量毛状体;成熟原叶体均呈心脏形;由原叶体发育成幼孢...     

剑叶凤尾蕨配子体发育的研究

剑叶凤尾蕨(Pteris ensiformis)是凤尾蕨科(Pteridaceae)凤尾蕨属(Pteris)多年生常绿草本植物,具有较高的观赏和药用价值。但是, 目前对其繁殖过程还缺乏了解, 限制了剑叶凤尾蕨资源的开发利用。本文报道了成功地采用混合土培养剑叶凤尾蕨的孢子, 并系统地观察记录其孢子萌发及配子体发育过程。剑叶凤尾蕨的孢子呈褐色, 赤道面观豆形, 极面观三角形, 单裂缝。播种1周左右孢子萌发,萌发类型为书带蕨型, 配子体发育为水蕨型。播种3周左右发育为片状体。幼原叶体不对称, 成熟原叶体裸露, 无毛状体, 呈心脏形。播种5周左右开始有性器官出现, 精子器由3细胞组成, 成熟颈卵器颈部由4列细胞组成, 4层细胞高。原叶体受精后1个月内即可观察到从原叶体上生成的幼胚。该研究为园艺学研究提供了用孢子人工繁殖剑叶凤尾蕨的方法, 也为分子生物学、遗传学和蕨类植物系统学研究提供了基础。     

21世纪以来蕨类植物研究论文的发表情况: 基于Web of Science的数据统计

蕨类植物是地球上起源最为古老的维管植物, 在陆生植物演化中具有重要意义。本文通过Web of Science核心数据库(Core Collection)对目前所有关于“fern”、“lycophyte”、“pteridophyte”、“pteridophyta”等的科研论文进行了分析。结果表明: (1) 2000年后, 蕨类植物论文数量增加迅速, 特别是2006年以来增加显著, 现在年均已突破600篇; (2) 2010年以来的以蕨类植物为研究材料和对象的学科和研究领域变得越来越多元化, 多学科结合和交叉的研究方向成为新趋势; (3)中国正在成为蕨类植物研究的热点国家并且成果显著; (4)中国蕨类植物研究在快速发展的同时也出现了各研究机构之间的发展不同步。期望本论文能给蕨类植物的相关研究提供新的方向, 为中国蕨类植物工作者提供借鉴。     

蕨类植物配子体发育与生理生态研究进展

蕨类植物配子体为单倍体,结构简单,独立于孢子体生活,在研究其对环境的响应以及揭示其机理上都具有独特的优势。该研究从我国和国际两个分支出发,梳理了近年来全球范围内相关的文献资料,透视了蕨类配子体的发育和生理生态前沿科学和研究动态。在发育部分以研究进展为主要内容,国内研究以传统植物蕨类植物的配子体形态和发育的观察为主,而国外学者更关注于新技术和新方法在传统学科中的运用,如X光透射技术和流式细胞术。生理生态部分分为光合与呼吸作用、土壤逆境的响应、气候变化的响应以及对化感物质的响应4个板块。在光合作用的研究中,发现蕨类配子体会在光强的变化下产生自我保护机制,碳水化合物和脂质是配子体能量代谢中的重要指标。在土壤逆境的响应研究中,对砷有超富集作用的蜈蚣草配子体和耐高盐的铁角蕨配子体是配子体研究中较为突出的材料。荷兰地区广泛存在的耳蕨属蕨类,哥斯达黎加热带雨林的20种蕨类植物及水生蕨类槐叶萍,成为了证明配子体成活率和温度之间重要关系的实验例证。在化感作用研究中,主要通过紫茎泽兰根、茎和叶水提液对扇蕨等4种蕨类配子体的作用,证明了入侵植物对于蕨类植物配子体生长发育具有危害作用。在美国佛罗里达的一类爬树蕨也发现了同样的入侵植物现象。此外,还对几个新兴技术在配子体研究的前景进行了展望,并对已有技术进行了描述。该研究以多个角度介绍了国内外配子体的研究进展,希望有助于促进我国学者对该领域的深入研究。     

剑叶凤尾蕨配子体发育的研究

剑叶凤尾蕨(Pteris ensiformis)是凤尾蕨科(Pteridaceae)凤尾蕨属(Pteris)多年生常绿草本植物,具有较高的观赏和药用价值.但是,目前对其繁殖过程还缺乏了解,限制了剑叶凤尾蕨资源的开发利用.本文报道了成功地采用混合土培养剑叶凤尾蕨的孢子,并系统地观察记录其孢子萌发及配子体发育过程.剑叶凤尾蕨的孢子呈褐色,赤道面观豆形,极面观三角形,单裂缝.播种1周左右孢子萌发,萌发类型为书带蕨型,配子体发育为水蕨型.播种3周左右发育为片状体.幼原叶体不对称,成熟原叶体裸露,无毛状体,呈心脏形.播种5周左右开始有性器官出现,精子器由3细胞组成,成熟颈卵器颈部由4列细胞组成,4层细胞高.原叶体受精后1个月内即可观察到从原叶体上生成的幼胚.该研究为园艺学研究提供了用孢子人工繁殖剑叶凤尾蕨的方法,也为分子生物学、遗传学和蕨类植物系统学研究提供了基础.     

傅氏凤尾蕨配子体发育的研究

采用MS培养基、混合土和滤纸分别培养傅氏凤尾蕨孢子,对其配子体发育过程用显微镜作了详细观察。结果表明:孢子呈四面体形,大小为27.4μm×10.3μm,三裂缝。孢子萌发的早晚因培养方式不同而有差异,MS培养基培养需4天左右,混合土培养需1周左右,滤纸培养则要2周左右。孢子萌发类型为书带蕨型,原叶体发育类型为水蕨型。发育为片状体的时间也存在差异,MS培养基培养自接种后需22天左右,混合土培养需16天左右,而滤纸培养需40天左右。原叶体裸露,无毛状体。幼原叶体形状不规则,成熟原叶体呈心脏形。混合土培养自播种后4￣11周左右出现性器官,精子器近圆球形,成熟颈卵器颈部常向原叶体基部倾斜或弯曲。     

普通针毛蕨配子体发育的研究

采用混合土培养普通针毛蕨（Macrothelypteris torresiana (Gaud.) Ching）孢子,显微镜下观察记录其孢子萌发及配子体发育过程。结果表明：孢子褐色,赤道面观为半圆形,极面观椭圆形,单裂缝。播种3 d左右孢子萌发,萌发类型为书带蕨型,配子体发育为槲蕨型。播种7 d左右发育为片状体,丝状体与片状体两阶段的界限不明显。原叶体边缘及背腹面均可产生毛状体。播种21 d左右发育形成幼原叶体,成熟原叶体呈心脏形。播种35 d左右开始有性器官出现,精子器近圆球形,由3个细胞组成,成熟颈卵器颈部由4列细胞组成,4～5层细胞高。原叶体受精后1个月内即可观察到从原叶体上生成的幼胚。     

乌毛蕨配子体发育的研究

采用混合土培养乌毛蕨（Blechnum orientale）孢子,显微镜下观察记录其孢子萌发及配子体发育过程。结果表明：孢子黑褐色,赤道而豆形,极而观椭圆形,单裂缝。播种1周左右孢子萌发,萌发类型为书带蕨型,配子体发育为叉蕨型。丝状体5—10细胞时开始发育为片状体。播种2周后发育形成幼原叶体,成熟原叶体呈心脏形。原叶体边缘及表面均可产生毛状体,数量丰富,为单细胞。播种后1个月左右开始有颈卵器出现,成熟颈卵器颈部由4列细胞组成,3—5层细胞高。精子器产,扛时间较颈卵器早10d左右,精子器近圆球形,由3细胞组成。精卵受精后2周左右即可观察到从原叶体上生成的幼胚。