蕨类植物因其较高的观赏及药用价值,具有广阔的市场应用前景。诱导配子体高效形成孢子体以及探索与之相关的调控机制,是构建蕨类植物高效繁殖体系中最重要的问题。本文以荷叶铁线蕨(Adiantum reniforme var.sinense)作为研究材料,首先构建了配子体分别通过有性生殖和无配子生殖方式高效产生孢子体的培养体系,并对配子体和孢子体的形态建成和微观特征进行观察。在此基础上,运用高通量测序以及生物信息学手段对不同生殖方式不同发育时期的配子体进行研究,揭示与性器官分化以及无配子生殖高效产生孢子体过程有关的分子调控机制,为蕨类植物的高效繁殖以及大规模产业化生产打下理论基础。主要的研究结果如下:1.成功构建配子体通过有性生殖和无配子生殖高效产生孢子体的培养体系。将配子体置于含3.0mg/L赤霉素的培养基中培养,能刺激雌性生殖器官即颈卵器的分化,产生密布颈卵器的配子体。对这种配子体进行水培培养,可以促进受精现象的发生,通过有性生殖的方式高效产生孢子体。一般一个配子体上能产生多个孢子体。将配子体置于添加有40g/L蔗糖和1/4 MS的培养基中培养,能抑制性器官的分化,促进配子体进行无配子生殖高效产生孢子体。一般一个配子体上能产生十几甚至几十个孢子体。2.对荷叶铁线蕨通过有性生殖和无配子生殖产生的孢子体进行形态观察以及倍性鉴定。发现孢子体组培苗的新叶形状、成年植株叶片在扫描电镜下的纹饰存在差异,是区分两种生殖方式的重要特征。利用流式细胞仪鉴定有性生殖孢子体为二倍体,无配子生殖孢子体为单倍体。从200对SSR引物中筛选出5对能有效区别两种孢子体的引物,其中3对可用于构建指纹图谱。3.利用RNA-seq技术对能够进行无配子生殖高效产生孢子体的配子体进行测序,获得有效数据约4Gb,长度大于200bp的Unigene共62198个。利用数字基因表达谱技术对无配子生殖中4个时期的配子体进行测序,分别从各个时期鉴定到了20376、20592、22807和19750个基因。采用FDR≤0.001且差异表达倍数在2倍以上的条件,在Stage1和Stage2、Stage2和Stage3、Stage3和Stage4之间分别筛选出401、838和669个差异表达基因。对这些差异表达基因进行GO和KEGG功能富集分析,发现与细胞壁合成和植物激素有关的代谢途径可能在无配子生殖过程中起重要作用。此外,从差异表达基因中鉴定出24个与无配子生殖有关的转录因子。利用qRT-PCR研究12个候选基因在不同时期的表达类型,结果表明GID1、DELLA、SERK4基因可能在无配子生殖启动中具有重要作用。4.为了能用qRT-PCR方法在荷叶铁线蕨不同试验条件下获得准确的基因表达分析结果,运用geNorm、Normfinder和Bestkeeper软件对10个候选内参基因的稳定性进行评估。结果表明,40S、UBQ和H3基因适合用作配子体在蔗糖处理条件下的基因表达研究;40S和RPL35基因适合用作配子体在赤霉素处理条件下的基因表达研究;40S以及RPL35和REF2基因的组合适合配子体不同发育时期的基因表达研究。5.对荷叶铁线蕨有性生殖和无配子生殖总共6个时期的配子体进行高通量RNA测序,获得长度不少于200bp的unigene 264,791条。差异基因表达分析表明,与有性生殖相比,无配子生殖早期阶段的转录调控更为活跃。对两种生殖方式启动阶段的差异表达基因进行KEGG功能富集分析,发现淀粉与蔗糖代谢途径和植物激素信号转导途径只在无配子生殖早期阶段显著富集,进一步证明这两者在无配子生殖启动过程中的重要作用。筛选出SPS、TPS/TPP、GID1和PP2C等与无配子生殖启动有关的基因。6.对性器官分化和无性胚细胞分化时期的配子体转录组进行比较研究,以padj<0.05作为标准,筛选出2466个DEGs,从中鉴定出66个转录因子,这些转录因子与被子植物中影响性器官分化的转录因子是同源的,可能在蕨类植物中与性器官分化有关。实时定量试验结果表明AGL1和BBM基因可能分别具有促进蕨类植物性器官和无性胚细胞分化进而进行有性生殖和无配子生殖的作用。此外还筛选出22个甲基转移酶基因,说明DNA甲基化可能参与到蕨类植物配子体不同生殖方式的调控中。