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笔筒树(Sphaeropteris lepifera(J.Sm.ex Hook.)Tryon)隶属于桫椤科(Cyathaceae)白桫椤属(sphaeropteris),是珍稀濒危的陆生树状蕨类植物,产于台湾、菲律宾北部及日本南部,我国厦门、广州、深圳及香港均有引种栽培。目前有关笔筒树生殖生物学方面的研究资料甚少,其濒危的原因及保护措施也未见报道。本研究以此为切入点,研究了笔筒树配子体及胚的发育过程,探索了笔筒树的人工繁殖技术,以期为蕨类植物的生殖生物学研究积累基础资料,同时也为蕨类植物的分类学研究提供一定的证据。
本文通过孢子的采集和保存法、扫描电镜法、配子体的培养观察法及石蜡切片法研究了笔筒树配子体及胚的发生发育过程;通过液体、固体及土壤的对比培养探索了笔筒树的人工繁殖方法。结果如下:(1)孢子一年成熟两次,最佳采集时间是春季和秋季,以孢子颜色为深褐色最适宜。(2)在4℃下保存一年后,笔筒树孢子萌发率可达98%以上,孢子萌发类型是书带蕨型(Vittaria-type)和瓶蕨型(Trichomanes-type)。配子体的发育类型为铁线蕨型(Adiantum-type),典型的配子体呈心形,也有可能伸长或呈椭圆形。配子体背面及腹面中肋处的多细胞鳞状毛的大小及形状会随着发育时间而改变:发育初期的鳞状毛为单列细胞,随着时间的增长发育成多列细胞。孢子播种一个月后开始出现精子器,颈卵器的发生滞后于精子器。在配子体的发育过程中,个体较大者通常是严格的雌配子体,密度大的单性雄配子体居多,大部分配子体存在雌雄同株现象。精子器形成于配子体背腹面的两翼,精子器由4个细胞形成,颈卵器产生于腹面中肋处。在水分充足的条件下,播种10周后的孢子会形成幼孢子体,第一叶在中肋处发生。(3)合子的第一次分裂面垂直于颈卵器的长轴,产生两个相等的子细胞,即靠近颈卵器颈部的营养器官原始细胞和远离颈部的基足原始细胞。营养器官原始细胞继续发育,向上、下两个方向分别形成第一叶和第一根。第一叶突出帽状体后,位于基足和第一叶之间的胚表层细胞进行分裂产生第二叶。(4)液体培养条件下,孢子萌发快,播种密度不易控制,易形成单性雄配子体;固体培养条件下产生的配子体能够完成配子体及胚的正常发生发育过程,但萌发率低,配子体形态及大小差异较大;土壤培养条件下,只要保持培养环境中有充足的水分,孢子播种10周就开始产生幼孢子体。
本文认为笔筒树孢子在发育过程中,三裂缝的形成早于周壁纹饰,周壁纹饰的形成可作为笔筒树孢子完全成熟的标志,此时的孢子颜色为深褐色。笔筒树配子体发育周期长,生境破坏严重是其成为濒危蕨类植物的主要原因;此外,发育过程中,水份的缺乏妨碍了笔筒树配子体的受精,也影响了配子体及幼苗植株正常的生长发育。建议对笔筒树进行保护和繁殖时,采用无菌培养及常规土壤培养相结合的方法进行人工繁殖。