蕨类植物配子体发育及化感作用的研究

我国的蕨类植物资源十分丰富，约有2600多种，占全世界12000种的1/5强，其中许多种具有很高的观赏价值。在欧美的一些国家，蕨类植物已经成为花卉行业的一个重要组成部分，早已进入家庭居室、宾馆、商场、办公楼和其它公共场所，绿化和美化人们的生活环境。到目前为止，全世界共已栽培成功观赏蕨类植物700多种（品种），而我国仅有十多种投入花卉市场作为盆景和切花配叶，尚未形成一定的规模。繁殖技术不过关是造成蕨类植物在我国花卉市场难以迅速发展的障碍之一。目前国内对蕨类植物的需求主要靠野外采挖得以满足，对野生蕨类植物资源造成严重的破坏，再加上自然生态环境的恶化，致使许多物种濒临灭绝。因此，加强相关的基础研究、繁殖技术和外界环境对蕨类植物影响的研究，对蕨类植物资源的利用和保护具有重要的研究价值和现实意义。 作者在近五年的研究过程中，建立了蕨类植物孢子无菌培养技术，观察记录了蕨类植物配子体的形态发育，为建立蕨类植物快速有效的繁殖技术体系打下了良好的基础。在此研究基础上，探讨了对蕨类植物生长发育构成威胁的外界环境之一—外来入侵植物紫茎泽兰对蕨类植物的生长发育的化感作用。紫茎泽兰为目前国际上研究的热点入侵植物之一，对我国农业、林业等已造成很大破坏，并对蕨类植物资源构成一定威胁。蕨类植物配子体发育过程是蕨类植物生活史中相对脆弱的环节，最容易受化感作用的影响。但迄今为止，国际上尚未开展任何紫茎泽兰对蕨类植物（包括孢子体阶段和配子体阶段）的化感作用的研究。为保护蕨类植物自然资源，填补这一研究领域的空白，开展了紫茎泽兰对蕨类植物配子体发育过程的化感作用的研究。实验结果如下： （1）建立了金毛狗（已被列入《濒危野生动植物种国际贸易公约》（CITES）附录II 名单）、凤尾蕨属植物如傅氏凤尾蕨、剑叶凤尾蕨、蜈蚣草、银脉凤尾蕨、溪边凤尾蕨、疏裂凤尾蕨、西南凤尾蕨等多种蕨类植物的孢子无菌培养技术体系。 （2）采用无机培养基培养、土壤培养和滤纸培养三种培养方法，显微镜下观察傅氏凤尾蕨、剑叶凤尾蕨、蜈蚣草、银脉凤尾蕨、溪边凤尾蕨、疏裂凤尾蕨、西南凤尾蕨、三角鳞毛蕨、乌毛蕨、普通针毛蕨、金毛狗的孢子萌发及配子体形态发育的整个过程，研究了上述蕨类植物孢子萌发的类型、配子体各发育阶段的形态特征以及到达每个发育阶段所需的时间，为蕨类植物的繁殖技术提供了科学的依据，同时为蕨类植物系统进化和形态分类学研究提供了重要的基础资料。 （3）以金毛狗、普通针毛蕨、疏裂凤尾蕨为受体植物，研究了紫茎泽兰对这三种蕨类植物的配子体发育的化感作用。选择蕨类植物孢子萌发、假根生长、配子体形态、配子体发育各阶段及所占比例为测定指标，结果表明：紫茎泽兰根、茎、叶提取液可以对这三种蕨类植物的配子体发育产生不同程度的化感作用。表现为：延迟这三种蕨类植物的孢子萌发，降低其孢子萌发率，抑制假根的伸长，并且上述抑制作用随紫茎泽兰提取液浓度的升高而增强。随着紫茎泽兰叶水提液浓度的升高，金毛狗配子体发育阶段会滞后。在紫茎泽兰根提取液处理下，普通针毛蕨配子体上的假根发生畸变。随着时间的推移，这种现象削弱或基本消失。随着根和叶提取液的浓度升高，普通针毛蕨配子体发育阶段将会滞后。高浓度的紫茎泽兰根提取液能改变疏裂凤尾蕨的配子体的形态，并使疏裂凤尾蕨的配子体发育阶段滞后，浓度越高效果越显著。这三种蕨类植物在受到紫茎泽兰化感作用的影响后表现不同，推测与它们对紫茎泽兰所含有的化感物质的不同敏感度有关。

红毛菜发育过程及其生理基础

红毛菜（Bangia Lyngb.）属于红藻门，与紫菜属同属红毛菜科，其味道和营养都优于紫菜。目前红毛菜栽培产业已在我国福建莆田展开，但栽培技术还有待提高。海藻栽培技术的发展和成熟依赖于对其生长发育过程的认识。本研究针对红毛菜发育过程及相关光合生理展开，并初步探讨了一采自山西娘子关泉淡水红毛菜群体（FWB）的系统地位。 色素突变标记的壳孢子萌发特征表明最初两次分裂产生的4细胞决定了完整植株的形态建成。成熟植株，为雌雄异体。雌性生殖器果胞的标志性分化结构为原始受精丝，环境因子是促发原始受精丝发展的外部因素，其膨大程度随受精的延迟而增大。原孢子是主要的无性生殖孢子类型，在不良环境中，藻体也会形成内生孢子或休眠包囊，或者藻体断裂后重新形成完整的植株。 红毛菜的生长发育很大程度上受环境因子的控制。高温不利于配子体的发育，15-20 ºC比较适宜。红毛菜无性繁殖的最适温度-光照组合为20 ºC-8 h，有性繁殖为15 ºC-12h。 不同发育阶段，PSII实际光合效率（Y(II)）与细胞的健康状况以及光合器官完整性及其在细胞内的分布有关，而与细胞的类型关系不大。健康的假根细胞、已分化未成熟的精子以及果孢子细胞均具有很高的Y(II)。色素体由中间位变为围周位，中央大液泡（营养藻丝）和大小纤维囊泡（成熟孢子与精子）的产生，使得细胞Y(II)降低。刚放散的壳孢子Y(II)很低，说明在壳孢子由贝壳基质释放到自由水体过程，光合作用受到一定程度抑制；而2h后，Y(II)开始恢复，rbcL的转录水平非常高，为孢子的萌发储备物质和能量需求。 在失水和低盐胁迫下，藻体均维持较高的Y(II)。干出处理至藻体重量不再变化，复水后Y(II)可回复初始水平。海生红毛菜在100％淡水培养基中（约20ºC）培养7天后，部分雄性藻体依然活着。从而体现了红毛菜位居高潮带的生理优势。 FWB终生行无性繁殖，藻体形态与发生以及染色体数目（4条）与海生群体没有区别。而rbcL-rbcS Spacer序列显示，红毛菜海生群体（无性和有性）具有完全相同的序列，而FWB与它们有5bp差异，但是与欧洲、北美地区的淡水群体仅1bp不同，初步说明所有淡水红毛菜群体具有共同的原始起源。