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苔藓的生长策略

2023-05-16韩国营

知识就是力量 2023年5期
关键词:藓类配子体孢子

“苔花”曾在很多古诗中出现过,如“溅石苔花润,随流木叶红”“古殿有基还草色,断碑无字半苔花”等。这些诗中的“苔花”多指苔藓植物,也可能是指地衣或藻类。之前我们曾了解过何为“苔花”(可见《知识就是力量》2022年12月刊),现在我们将更加深入地探寻“苔花”的奥秘,它不但有着详细的分类,而且它的背后还蕴藏着苔藓植物独特的生殖方式。

苔藓植物的“世代交替”

苔藓植物的生命周期中有明显的世代交替现象,即有性配子体世代和无性孢子体世代。

配子体是我们通常看到的绿色植物体,其细胞内同源染色体的数目为单倍体(n)。通常苔藓的配子体包括假根、茎、叶和生殖器4部分,又可以分为雌配子体和雄配子体2类,有雌雄同株、雌雄异株和雌雄杂株3种类型。

而孢子体包括基足、蒴柄和孢蒴3部分,其细胞内同源染色体的数目为二倍体(2n)。

苔藓植物的两个世代的示意图(绘图/ 黄金)

苔藓植物生殖的世代交替表现为:孢子体(2n)进行无性生殖,通过减数分裂产生孢子,孢子萌发,通过有丝分裂产生新的配子体。配子体进行有性生殖,发育成熟的雄配子体的生殖器官——精子器,会产生精子,精子游到雌配子体的生殖器官——颈卵器的结构中,与里面的卵细胞结合形成受精卵,受精卵发育为胚,再逐步发育为孢子体。

胚的出现,使得苔藓植物成为高等植物的开始类群,也是相对简单和原始的一类,植物体在形态上有了根、茎、叶的初步分化,但内部结构缺少维管束,故严格意义上应称为假根、拟茎、拟叶。而实际使用中,苔藓植物研究者和《中国苔藓志》等工具书都是直接使用假根、茎、叶。

其中假根是由植物体表皮细胞突出形成的,外形和根很像,但结构更为简单,由无色的单列细胞组成。假根具有固定和支撑植物体的功能,还有一定的吸收功能。苔藓植物的茎构造同样简单,没有维管束,有时茎的横切面结构可以帮助识别类群。

而苔藓植物的叶多数由单层细胞构成,少数种类是多层细胞,没有叶脉。藓类叶常具有中肋,有的不明显或无;茎叶体苔类叶无中肋,叶状体苔类有的具有中肋;角苔类无中肋。藓类植物的叶形变化较大,是识别类群的重要特征,通常需要借助显微镜观察。

“戴帽子”的藓类

中国目前有苔藓植物3000多种,其中藓类植物2000余种,约占中国苔藓植物的2/3,其配子体为茎叶体。藓类的孢蒴初期会戴着一个帽子状结构,苔藓学者称之为蒴帽。蒴帽是颈卵器壁的一部分,即属于配子體,因此也为单倍体(n)。

有些藓类植物的中文名就是依据蒴帽的形状来取名,因而名字都特别形象又好记。有一个属的藓类植物蒴帽特别大,罩覆整个孢蒴,形状就像我们在日常生活中会遇到的红白相间的交通锥,因此苔藓学者将它取名大帽藓。还有一类藓,其蒴帽如同钟状,像是公园里老爷爷挥鞭抽打的陀螺,又像是一个粗短的竹笋,被取名为钟帽藓。

不同形态的孢蒴

大多数藓是蒴柄,先把孢蒴的雏形慢慢推出颈卵器,顶破的颈卵器壁形成蒴帽罩在孢蒴上,孢蒴被举在半空中,慢慢成长变大。初期蒴帽起到保护孢蒴的作用,后期完成使命便随风掉落。孢蒴内含有孢子,孢子为单倍体(n)。

藓类下的泥炭藓属和黑藓属是个例外,它们孢蒴下的小柄是在孢蒴成熟时,由基鞘下部突出形成的,在组织构造上属于配子体(n),故叫作假蒴柄。

藓类孢蒴的形态也有许多种,例如,孢蒴直立或倾立的有短月藓属、立碗藓属等的一些物种;孢蒴平列的有平蒴藓属等;孢蒴下垂的有真藓属、匐灯藓属等的一些物种。因此,藓类植物孢蒴的形状、形态也是区分类群的特征依据。

不一样的苔类

中国苔类植物已知1000余种,配子体大部分为茎叶体类型,和上面的藓类结构相似。还有少部分为叶状体类型,没有茎,在片状叶上直接长出孢子体,例如异溪苔;或者特化成雌、雄生殖器托,孢子体生长在雌生殖器托上,例如地钱。

当地钱长出孢子体时,一根细小的半透明蒴柄,顶着一个蛋黄似的圆球形孢蒴,我们凑近了裸眼就能观察到,用微距相机拍照则看得更明显。雌生殖器托的指状芒线和孢子体构成的造型,就跟游乐园里的旋转飞骑似的。

苔类的蒴柄生长也不尽相同,据《中国苔纲和角苔纲植物属志》记载:“多数苔类孢子体发育后期,蒴柄由于它的细胞迅速延长增大,而很快地延长。蒴柄的迅速增长使蒴帽破裂,并将孢蒴推出包被的总苞(蒴萼)或蒴囊之外,但有些苔类的蒴柄始终是不延长的,如在钱苔和角苔中就不形成蒴柄。”

苔类孢蒴为圆球形或椭圆形,先在颈卵器内逐渐长大到成熟阶段,再缓慢撑裂颈卵器壁,蒴柄短时间内就快速伸长把孢蒴举起来,孢蒴选择时机开裂释放孢子。这种情况下,颈卵器壁被撑破形成的蒴帽则不会像藓类那样罩在孢蒴上,而是留在基部周围。这样就容易给我们一个错觉,误以为苔类没有蒴帽。其实苔类也有蒴帽,只是没和颈卵器分离,正如《中国藓类植物属志(上册)》所描述:“蒴柄延伸在孢蒴成熟之后。颈卵器壁不形成分离的蒴帽。”

长出“小角”的角苔类

角苔类植物起先是放在苔纲植物中,后来才被植物学家提升为角纲,与苔纲、藓纲并列为苔藓植物的三大纲。角苔类是苔藓植物中种类最少的一类,在中国现今发现不足30种。

角苔类植物的配子体为叶状体,常形成莲座状,颜色为暗绿色,我在野外恰好拍到了角苔类和黄绿色的小蛇苔生长在一起的照片,颜色对比特别明显。

角苔类植物叶片背面会长出许多绿色的细针,外形就像松树的针型叶,有的类群长出粗短角,外形像是一门门整装待发的小礼炮。这些角状结构就是角苔类植物的孢子体,角苔类也因此而得名。

 与小蛇苔生长在一起的角苔类植物(供图/韩国营)

孢子体分为基足、基部分生组织和孢蒴3部分。孢蒴自上而下逐渐成熟,释放孢子,其孢蒴开裂释放孢子的过程总让我想起小时候玩过的一种叫作“滴滴金儿”或者“神鞭”的烟花。孢子一类为黑色或棕黑色,另一类为黄色或轻微着色,据此可把角苔类植物分为两大支。此外,在北方遇到角苔类植物的几率明显比南方小。

小小苔藓,大奥秘!这些顽强的小生灵就藏在我们的身边,去寻找和观察它们吧!

知识拓展  苔藓植物的叶状体与茎叶体

 叶状体苔类(毛地钱)(供图/韩国营)

 茎叶体藓类(金发藓)(供图/韩国营)

苔藓植物有两种基本形态,一种是无茎叶分化的扁平叶状体,一种是具有茎、叶分化的茎叶体。

(责任编辑 / 张丽静    美术编辑 / 周游)

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