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(1.貴州師范大學(xué)生命科學(xué)院， 貴陽(yáng) 550001； 2.貴州省野生動(dòng)物和森林植物管理站， 貴陽(yáng) 550001；3.貴州省獨(dú)山縣林業(yè)局， 貴州 獨(dú)山 558200)

暖地泥炭蘚(Sphagnum junhuhnianum)孢子形態(tài)及發(fā)育過(guò)程探討

蒙文萍1，冉景丞2，何異杰3，文潔斌3

(1.貴州師范大學(xué)生命科學(xué)院， 貴陽(yáng) 550001； 2.貴州省野生動(dòng)物和森林植物管理站， 貴陽(yáng) 550001；3.貴州省獨(dú)山縣林業(yè)局， 貴州 獨(dú)山 558200)

描述了暖地泥炭蘚(Sphagnumjunhuhnianum)孢蒴從翠綠色透明狀球體歷經(jīng)黃綠色、淡褐色、褐色、具光澤的深咖啡色球體到最后喇叭狀過(guò)程中孢子的形態(tài)特征。成熟孢蒴中孢子的數(shù)量(71 631±12 751)個(gè)。成熟孢子四面體結(jié)構(gòu)清晰，極面觀呈圓三角形，赤道面觀呈近扇形，直徑(23.27±1.05)μm，均出現(xiàn)三裂隙結(jié)構(gòu)，唇狀，稍細(xì)，長(zhǎng)為極半徑的2/3，裂隙表面布滿疣狀顆粒物，近極端三面凹陷無(wú)褶皺，分布少量疣狀顆粒物，遠(yuǎn)端面不平整，布滿疣狀顆粒物。

暖地泥炭蘚； 孢蒴； 孢子形態(tài)

泥炭蘚(Sphagnum)是比較原始的一類苔蘚植物，無(wú)根，喜生活在酸性基質(zhì)上，自然條件下主要靠無(wú)性生殖維持種群數(shù)量。全世界共有300余種，中國(guó)47種1亞種，貴州有19種1亞種，暖地泥炭蘚(Sphagnumjunhuhnianum)植物體較粗大，淡褐白色，或帶淡紫色，莖直立，細(xì)長(zhǎng)，表皮無(wú)色細(xì)胞特大，壁薄。在貴州主要分布于遵義的習(xí)水，黔東南的雷山，貴陽(yáng)的惠水，黔南的都勻、貴定，銅仁江口、印江，安順紫云等地的沼澤地、潮濕林地、潮濕巖石面、樹干基部及腐木上[1]。大量野生泥炭蘚被采集，生境受放牧、開墾等因素破壞嚴(yán)重，導(dǎo)致泥炭蘚生長(zhǎng)狀況不佳，2年以上的泥炭蘚難有機(jī)會(huì)存在。泥炭蘚孢蒴的形成對(duì)環(huán)境條件要求苛刻，在貴州原生地已經(jīng)很少發(fā)現(xiàn)暖地泥炭蘚形成的孢蒴。孢子具有遺傳穩(wěn)定性，研究其形態(tài)變化對(duì)苔蘚植物的分類、演化有重要意義。到目前為止，文獻(xiàn)記載有了80余種泥炭蘚的孢子形態(tài)特征，大部分為北美種和英國(guó)種[2]。國(guó)外學(xué)者對(duì)泥炭蘚孢子研究較多，例如Sebastian Sundberg研究狹葉泥炭蘚(S.cuspidatum)、柔葉泥炭蘚(S.tenellum)、粗葉泥炭蘚(S.squarrosum)、偏葉泥炭蘚(S.subsecundum)、銹色泥炭蘚(S.fuscum)等的孢子量，發(fā)現(xiàn)孢子數(shù)量從柔葉泥炭蘚的18 500個(gè)到粗葉泥炭蘚的243 000個(gè)之間，孢蒴大小與孢子大小之間存在一定的曲線關(guān)系，孢蒴大小存在種間差異[3]，孢子噴射速度最快為3.6 m/s，到達(dá)的最大高度為20 cm左右(平均15 cm)，孢子噴射形成孢子云的規(guī)模也與孢蒴大小相關(guān)，淺色孢子落地速度小于深色孢子[4]。國(guó)內(nèi)對(duì)泥炭蘚孢子的研究較少，只初步描述了粗葉泥炭蘚，細(xì)葉泥炭蘚(S.teres)[5]，狹葉泥炭蘚，泥炭蘚(S.palustre)，廣舌泥炭蘚(S.robustum)，尖葉泥炭蘚(S.nemoreum)、白齒泥炭蘚(S.girgensohnii)、暖地泥炭蘚的成熟孢子形態(tài)特征[6]，并未見對(duì)整個(gè)孢蒴生長(zhǎng)過(guò)程中不同時(shí)期孢子發(fā)育情況的描述。

1 材料和方法

所用樣本為2016年3月30日采于貴州省習(xí)水縣天鵝池邊(106°8′16.86″E， 28°24′26.24″N，海拔985 m)，一塊背靠山體幾乎垂直的紅色砂巖上，砂巖表面有1 mm左右的腐殖層并有流水。泥炭蘚生長(zhǎng)旺盛，厚度達(dá)10 cm，屬未受人為影響自然生長(zhǎng)的泥炭蘚。2016年4月1日移植部分到實(shí)驗(yàn)室種植。

統(tǒng)計(jì)單位面積內(nèi)配子體結(jié)孢蒴的數(shù)量，計(jì)算結(jié)蒴率。選取100個(gè)孢蒴為固定觀察對(duì)象，每周記錄1次孢蒴生長(zhǎng)過(guò)程的顏色、大小、孢柄長(zhǎng)度等，并用照相機(jī)(Canon EOS 7 D Mark Ⅱ)記錄孢蒴的生長(zhǎng)過(guò)程。不同時(shí)期觀測(cè)孢子成熟對(duì)應(yīng)情況。選取10個(gè)孢蒴在光學(xué)顯微鏡下用紅血球計(jì)數(shù)板統(tǒng)計(jì)孢子數(shù)量和成熟孢子率。分別用光學(xué)顯微鏡和電子顯微鏡(JSM-6490)對(duì)孢子進(jìn)行掃描照相，并選取30個(gè)孢子測(cè)量直徑和極半徑。用照度計(jì)(TES-1339 R)測(cè)量室內(nèi)光照強(qiáng)度，溫度計(jì)測(cè)室內(nèi)溫度，用SPSS 17.0分析作分析統(tǒng)計(jì)。

2 結(jié) 果

2.1 孢蒴發(fā)育情況

2016年4月末開始出現(xiàn)孢蒴，孢蒴在雌孢葉中由翠綠色透明狀球體到黃綠色，淡褐色，褐色，具光澤的深咖啡色球體，最后呈深咖啡圓柱體和喇叭狀，總共歷時(shí)50 d。前4周孢蒴在雌孢葉中生長(zhǎng)，孢蒴由翠綠色透明狀球體到黃綠色孢子懸浮孢蒴內(nèi)，再到淡褐色，蒴柄僅5 mm左右。第5周孢蒴伸出雌孢葉，蒴柄生長(zhǎng)加快，1周時(shí)間長(zhǎng)了1 cm，是前4周增長(zhǎng)速度的8倍，說(shuō)明前4周配子體的物質(zhì)與能量主要用于孢蒴中的孢子母細(xì)胞的減數(shù)分裂與孢子發(fā)育，5～6周新形成的孢子個(gè)體進(jìn)行自我完善，第7周孢子成熟，蒴蓋打開，孢子飛出，孢蒴由球形變成圓柱形和喇叭形。

表1 暖地泥炭蘚孢子的測(cè)量結(jié)果

序號(hào)直經(jīng)(μm)長(zhǎng)半徑1(μm)長(zhǎng)半徑2(μm)半徑3(μm)122．0013．3012．1511．15222．2014．5814．877．84322．6414．1914．0611．84424．1714．0814．1511．03522．3713．4211．3210．62626．7321．1021．1018．36723．9713．9714．0211．18823．3614．9515．9310．08922．0213．3012．1511．141022．2114．5814．877．841123．0414．2114．2511．861224．1914．0914．1611．041322．3113．4011．3010．601424．6315．1115．1611．361523．9113．9114．0011．161623．0314．7515．7310．011722．8714．0012．9011．251822．2014．5814．879．641923．1614．2114．0811．862023．9714．0414．1211．012123．4713．7511．5610．802224．8415．1015．1311．892323．6613．8614．0011．132423．4614．0515．0311．082522．0713．3312．1711．132623．2014．9814．789．992722．5614．2114．0911．882823．5814．3814．5411．232922．3113．4411．2310．413023．9316．1015．1011．36平均值(μm)23．27(±1．05)14．43(±1．41)14．09(±1．9)11．06(±1．7)

初始發(fā)育階段的孢蒴內(nèi)2/3以上部分為黃色，以下部分為透明狀。通過(guò)解剖發(fā)現(xiàn)，在孢蒴形成早期，孢子只在孢蒴2/3以上發(fā)育，下部主要為液體物質(zhì)，在后期成熟后在下部才有孢子。孢蒴中孢子的數(shù)量(71 631±12 751)個(gè)，孢蒴直徑(1.89±0.08)mm，高度(2.90±0.08)mm。

注：1為第4周時(shí)電鏡下孢子形態(tài)和一個(gè)有4個(gè)孢子體組成的表面光滑的結(jié)構(gòu)；2為孢子與孢子間的連接物;3～4為第5周顯微鏡下(100倍)孢子形態(tài)；5為第7周電鏡下成熟孢子形態(tài)，6為電鏡下孢蒴壁結(jié)構(gòu)形態(tài)。圖版

2.2 孢子形態(tài)特征

孢子發(fā)育第3周，在顯微鏡下觀察孢子形態(tài)，切開黃綠色孢蒴里面呈無(wú)色液態(tài)，孢子呈圓三角形，具周壁，大部分孢子無(wú)三裂隙結(jié)構(gòu)，內(nèi)部充滿氣泡狀物質(zhì)，少數(shù)有三裂隙結(jié)構(gòu)的孢子內(nèi)部充滿顆粒物質(zhì)。第4周，切開淡褐色孢蒴里面呈微黃色漿狀，在電鏡下，孢子四面體結(jié)構(gòu)清晰可見，裂隙處于發(fā)育起始階段，是半徑的1/3，近極端的3個(gè)面無(wú)凹陷，整個(gè)孢子表面分布少量疣狀顆粒(圖版1)，孢子與孢子間存在連接物(圖版2)。第5周，切開淡褐色孢蒴，現(xiàn)黃色粉末，在顯微鏡下，孢子近極端的3個(gè)表面凹陷，裂隙口有顆粒物(圖版3、4)。第7周，切開深咖啡色孢蒴，出現(xiàn)橙黃色粉末，孢子個(gè)體間散亂分布，存在大小差異，四面體結(jié)構(gòu)清晰，極面觀呈圓三角形，赤道面觀呈扇形。通過(guò)對(duì)30個(gè)成熟孢子進(jìn)行測(cè)量，孢子平均直徑為(23.27±1.05)μm，最大值為26.73μm，最小值為22μm。均出現(xiàn)三裂隙結(jié)構(gòu)，唇狀，稍細(xì)，長(zhǎng)為極半徑的2/3，裂隙表面布滿疣狀顆粒物，近極端的3個(gè)面凹陷無(wú)褶皺分布少量的疣狀顆粒物，遠(yuǎn)端面不平整，布滿疣狀顆粒物(圖版5)。在電鏡下觀察孢蒴壁，外部光滑，內(nèi)部具多層褶皺，似大腦結(jié)構(gòu)，剖面由許多小孔排列組成，似蜂窩(圖版6)。在電鏡下觀察孢蒴壁，外部光滑，內(nèi)部具多層褶皺，似大腦結(jié)構(gòu)，剖面由許多小孔排列組成，似蜂窩。

3 討 論

試驗(yàn)中測(cè)得暖地泥炭蘚成熟孢子平均直徑為(23.27±1.05)μm，實(shí)測(cè)結(jié)果為(22-)23.27(-26.73)，遠(yuǎn)端面不平整，布滿疣狀顆粒物，與張玉龍描述的暖地泥炭蘚直徑(29.6-)33.8(-41.8)μm表面光滑[6]，存在差異，這一現(xiàn)象可能與采集地和采集時(shí)間不同有關(guān)，或許證實(shí)了張玉龍?zhí)岢龅奶\類孢子體積一般由大向小的方向演化的觀點(diǎn)[7]。暖地泥炭蘚孢子裂隙長(zhǎng)為極半徑的2/3,與高謙等研究的粗葉泥炭蘚和細(xì)葉泥炭蘚孢子裂隙占半徑的比例相同[5]。試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，暖地泥炭蘚孢蒴起初呈透明狀第3周孢蒴2/3以上出現(xiàn)黃色物質(zhì)1/3以下透明，到最后通體深咖啡色，推測(cè)孢子可能在孢蒴內(nèi)2/3以上部分發(fā)育，隨著孢子逐漸成熟，孢蒴內(nèi)水分消失，孢子充滿孢蒴。Nawaschin認(rèn)為，孢子釋放是因?yàn)榄h(huán)境干燥，孢蒴壁細(xì)胞向內(nèi)收縮，蒴蓋受內(nèi)部空氣擠壓而打開，孢子噴出孢蒴[8]。試驗(yàn)中暖地泥炭蘚的水分條件恒定，濕度都在85%左右，所以孢蒴打開的機(jī)理是否是孢子成熟后從孢蒴上部落到下部的過(guò)程形成一定的氣流，加之內(nèi)外氣壓差，蒴蓋被沖開，孢子噴射而出，孢子的釋放機(jī)制還待進(jìn)一步研究。

此外在電鏡下發(fā)現(xiàn)，一個(gè)有4個(gè)孢子組成的外表面光滑的結(jié)構(gòu)(圖1)，這與Brown and Lemmon[9-10]提出的苔蘚植物有性生殖過(guò)程中是由一個(gè)孢子母細(xì)胞分裂成4個(gè)孢子體的觀念相符合，此結(jié)構(gòu)分裂溝深裂，可能是孢子母細(xì)胞處于有性生殖的末期的形態(tài)。

孢子母細(xì)胞在減數(shù)分裂前期就形成分裂溝，孢蒴剛出露雌孢葉呈淡褐色時(shí)，孢蒴內(nèi)呈漿狀，孢子母細(xì)胞正處于減數(shù)分裂末期，分裂溝深裂，4個(gè)孢子體遠(yuǎn)端面光滑。大多數(shù)苔蘚植物的孢子母細(xì)胞進(jìn)入減數(shù)分裂前期，壁向內(nèi)生長(zhǎng)，細(xì)胞質(zhì)中出現(xiàn)分裂溝，使得母細(xì)胞呈四分體裂片狀，而且裂片環(huán)繞著母細(xì)胞遠(yuǎn)端面的質(zhì)體，最終成為孢子明確的分裂界限[11,15]。剛形成的孢子表面光滑，極半徑并無(wú)裂隙，隨著孢子內(nèi)細(xì)胞質(zhì)與細(xì)胞器的發(fā)育，裂隙開裂，極點(diǎn)形成中央孔，孢子表面凹陷，疣狀顆粒物形成。孢蒴發(fā)育前期一直處于雌孢葉間，基足深入配子體中吸取水分供孢蒴生長(zhǎng)和孢子發(fā)育，孢子發(fā)育過(guò)程中水分起著重要作用為孢子母細(xì)胞的減數(shù)分裂和孢子內(nèi)部細(xì)胞器與外表面形態(tài)的發(fā)育提供物質(zhì)和能量。

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(本欄目責(zé)任編輯：周介雄)

The Discussion of Spore Morphology and Development Process ofSphagnumjunhuhnianum

MENGWenping1，RANJingcheng2，HEYijie3，WENJiebin3

(1. College of Life Science, Guizhou Normal University, Guiyang 550001,China; 2. Provincial Administration of Wildlife and Forest Plants of Guizhou,Guiyang 550001,China3. The Forestry Bureau of Dushan County,Dushan Guizhou 558200,China)

This article describesSphagnumjunhuhnianumspore morphology of the development process of capsula,which from green transparent ball to yellow green, light brown, brown, shiny dark brown and end of the horn shape.The spore number of mature capsula is about 71 631±12 751.The characteristics of mature spore that is tetrahedral,rounded-triangular in polar view,nearly sector in equatorial view, three aperture and (23.27±1.05)μm in diameter.Trilete1is distinct, narrow accounting for 2/3 of the spore radius and distributed a lot of verrucous particulate matter.The surface in polar view is sunken,smooth and distributed litter verrucous particulate matter.The undersurface is uneven and distributed numerous verrucous particulate matter.

Sphagnumjunhuhnianum； capsula； spore morphology

2016-09-23

貴州省林業(yè)科研課題(黔林科合[2016] 12號(hào))資助。

蒙文萍(1991—)，女，碩士研究生，主要從事泥炭蘚及濕地生態(tài)恢復(fù)研究。

冉景丞，E-mail：rjc68cn@163.com。

10.16590/j.cnki.1001-4705.2017.01.043

Q 949.35+2.1

A

1001-4705(2017)01-0043-04