实验十 地衣、苔藓及蕨类植物

一、目的与要求
1、了解地衣植物门形态、结构。
2、掌握苔藓植物的主要特征及代表植物的实验观察方法，并了解它们在植物界中的演化地位。
3、掌握蕨类植物的主要特征及代表植物的实验观察方法，并认识常见蕨类植物。
二、材料和用品
1、自备材料：具胞芽杯和生殖托的地钱生活标本或浸泡标本，具配子体和孢子体的葫芦藓生活标本或浸泡标本。石松属、卷柏属、木贼属、蕨属植物的新鲜标本或浸泡标本；问荆的孢子叶球的新鲜标本或浸泡标本；
2、其它材料和用品：地衣标本及制片；地钱雌、雄生殖托纵切永久制片；葫芦藓雌、雄生殖枝纵切永久制片；地钱叶状体横切永久制片，葫芦藓原丝体装片。石松孢子叶球及卷柏孢子叶球纵切永久制片，蕨的根状茎横切永久制片，蕨的孢子叶横切永久制片（示孢子囊），蕨的原叶体永久装片。其他常见蕨类植物标本。显微镜、体视显微镜或放大镜、解剖器、载玻片、盖玻片、吸水纸、培养皿、烧杯、滴管等。 
三、实验内容
１、地衣植物形态观察
　　２、苔藓植物形态观察
３、蕨类植物形态观察
四、实验方法与实验举例
1、地衣植物（Lichenes）形态观察
地衣植物是一种菌类和藻类植物的复合体。按其形态可分枝状地衣、叶状地衣和壳状地衣；按其结构可分同层地衣和异层地衣。 观察实验中提供的各种地衣标本，比较其不同点，并判断其属于哪种类型的地衣。常见地衣形态见实验教材图20—3。然后取叶状地衣切片，置显微镜下观察异层地衣的解剖结构，可见其从上而下分为四层，即上皮层、藻胞层、髓层和下皮层。上皮层和下皮层均由致密交织的菌丝构成（在横切面上看这些菌丝很像薄壁组织）。藻胞层是在上皮层之下由藻类细胞聚集成1层。髓层介于藻胞层和下皮层之间，由一些疏松的菌丝交织组成。另外，在切片的上表面可看到子囊盘（裸子器）的纵切，直立的子囊和侧丝夹杂组成的子实层排列于上，子囊内有子囊孢子。地衣构造见实验教材图20—4。（提示：若是同层地衣，其结构中藻细胞不在上皮层之下聚集成藻胞层（即无藻胞层），藻细胞均匀分布于髓层菌丝之间，上皮层和下皮层都由一层细胞构成 。）
２、苔藓植物形态观察
（1）苔纲（Hepaticae）代表植物观察
    苔纲的代表植物是地钱属（Marchantia）的常见种类地钱（M. polymorpha  L.），生于阴湿而温暖的环境，在山坡、林下、沟边、墙脚、井边等地都可采到。观察地钱的形态和结构最好用新鲜的材料。（其标本的采集与培养方法见实验四）。
    地钱配子体的形态：取地钱的新鲜标本，置培养皿中观察其配子体外部形态特征。见实验教材图21—1。
观察提示：（1）地钱配子体为绿色  二叉分枝的叶状体，有背腹之分。腹面生有紫褐色的鳞片和许多白色丝状的假根。
（2）背面具中肋，有菱形的网纹，每一菱形网格表皮下即是一个气室，网格中央有一小白点即通气孔。
（3）雌雄异株，生殖托生于中肋上，由顶端扩大的托盘和下部的托柄组成。
（4）雌托托盘周围着生 8—10个指状芒线 ，幼时芒线下垂贴柄，长大后向上辐状展开，每两个指状芒线之间的托盘上着生一列肉眼难以见到的倒悬颈卵器。
（5）雄托托盘碟形，边缘波状，表面有许多小孔，有的为通气孔，有的是精子器腔的开口。
（6）叶状体背面中肋附近常有小碗状的胞芽杯，其内产生有许多胞芽（具营养繁殖作用）。
     胞芽的形态结构： 用解剖针从胞芽杯中挑取一点胞芽，做成临时水装片，在显微镜下观察，（也可取地钱胞芽杯纵切永久制片结合观察）。胞芽的形态结构可见其为绿色，侧面观为双凸透镜形，平面观为椭圆形，一端有与母体相连的无色透明短柄，两侧各具一缺口，此缺口即为生长点的位置，芽体除绿色细胞外，还有一些无色透明的油细胞及一些色暗的产假根细胞。
精子器和颈卵器的形态结构： 取地钱雄托纵切永久制片在显微镜下观察，对照图21—1，识别托柄、托盘、精子器腔、精子器及精子精子等结构。再取雌托纵切永久制片在显微镜下观察，托柄、托盘、芒线、颈卵器，并在高倍镜下仔细观察一个颈卵器的结构，识别颈沟细胞、腹沟细胞和卵细胞。
注意：观察颈卵器时，常因颈卵器已经受精，颈沟细胞、腹沟细胞及卵细胞都已消失，而只能看到一团漆黑的多细胞结构的胚体 。
孢子体的形态结构：地钱的孢子体寄生在配子体上，它包括孢蒴、蒴柄、基足三部分。从比较老的雌托上用镊子和解剖针从指状芒线间剥出孢蒴，孢蒴很小，呈卵形，将它放在载玻片中央的一滴清水中，盖上盖玻片，并施以轻压，使其成一薄层，然后在显微镜下观察，可见其内的孢子和弹丝。见实验教材图21—2。
（2）藓纲（Musci）代表植物观察
　   藓纲代表植物是葫芦藓属（Funaria）常见种类葫芦藓（F. hygrometrica Hedw）（图21—3），多生于湿润而富含有机质的墙脚、树边及火烧过的土地等处，常成片生长。葫芦藓的配子体和生殖器官通常在某些方面2、3月份就能采到，孢子体 3—6月份采。观察葫芦藓的外部形态最好用新鲜植物或浸制标本，观察其颈卵器或精子器也可使用永久制片。
配子体及孢子体的形态：  先取葫芦藓的不带孢子体的新鲜植株（配子体）观察，它为茎叶体，高约 2厘米。茎短小，基部生有黄白色的假根，叶螺旋状着生在茎的上部，舌状卵形。葫芦藓为雌雄同株异枝，雌枝顶端的叶片较窄且紧抱如芽，雄枝顶端的叶片较宽且外展，形似一朵花。雌、雄枝上分别生有颈卵器和精子器（肉眼不易看到）。再取带有孢子体的植株观察，可见其孢子体寄生在配子体上，并对照图21—3识别基足、蒴柄和孢蒴（内有孢子）三部分。此外，孢蒴顶端往往还罩有一长喙状的蒴帽。
    叶与假根的结构：用镊子从配子体上取一片叶，平铺在载玻片上，滴一滴清水，盖上盖玻片，在显微镜下观察 ，可见中央有一条由多层细胞组成的中肋，两侧绿色而透明的部分由单层细胞构成。再从配子体上取少许假根，做成临时水装片，在显微镜下观察，可见其假根由一列细胞组成。
精子器与颈卵器的结构： 先取雄枝纵切永久制片在显微镜下观察，识别精子器、精子、隔丝（或侧丝）等结构。再取雌枝纵切永久制片在显微镜下观察，识别颈卵器的结构。（注意：若是受过精的颈卵器，颈沟细胞、腹沟细胞和卵细胞已不存在，仅能看到幼胚或幼孢子体）。
    孢子体的结构：  从葫芦藓标本上取一孢蒴，放在载玻片上，去掉蒴帽后，用解剖针将蒴盖掀开，加一滴清水，盖上盖玻片，并轻压使孢蒴破裂 ，便可在低倍镜下观察，可见在蒴口周围有其壁呈螺纹加厚的锥形蒴齿（共32个，排成两层），还可见许多孢子。
    原丝体的结构：取葫芦藓原丝体永久装片在显微镜下观察，可见原丝体为分枝的丝状体，细胞内含有大而圆的叶绿体，在原丝体上产生有芽，芽下生有黄褐色的假根。
3、蕨类植物形态观察
（１）石松亚门（Lycophytina）
    A．石松属（Lycopodiaceae）
本属常见种有石松（L. clavatum  L.），分布在热带、亚热带、温带，喜酸性土壤，我国主要分布于华南、长江流域和东北地区 。生于山坡、林缘。
取石松植物体（孢子体）的新鲜标本或腊叶标本观察，可见其植物体为多年生草本，有根、茎、叶的分化，茎分匍匐枝和直立枝，其上密生细小的针形叶（属小型叶），茎呈二叉分枝，在直立茎基部和匍匐茎上有许多不定根。直立茎分枝的顶端生有穗状的孢子叶球，用解剖针拨开孢子叶，在解剖镜下观察，可见其腋部着生一枚肾形孢子囊。
提示：也可以取石松孢子叶球纵切永久制片，在显微镜下观察，其中央为穗轴 ，穗轴两侧着生一些向上的薄片即为孢子叶，在每个孢子叶腋部可见有一个肾形的孢子囊，囊内有许多同型厚壁孢子。
B．卷柏属（Selaginella）
常见种卷柏（S. tamarisina Spring），又称九死还魂草，见于林下阴坡的地面、石缝等处 。 取卷柏的新鲜标本或腊叶标本观察，它也为草本，有根、茎、叶的分化，茎上生有鳞片状小叶，用放大镜仔细观察，可见叶在茎上排成四行，其中侧面两行较大，称侧叶或腹叶，中间两行较小，称中叶或背叶。在每一叶的叶腋处有一薄片状突起 ，称为叶舌。在茎的向地面常生有无叶的枝，称为根托。穗状的孢子叶球产生于分枝顶端，由许多 比营养叶小的孢子叶成四纵行螺旋状密集排列而成，用解剖针拨开孢子叶，用解剖镜观察，在孢子叶的基部可见到肾形或卵形的孢子囊。
（２）楔叶亚门（Sphenophytina）： 木贼属（Equistum）观察
常见种有木贼（E. hiemale L.）、问荆（E. arvens L.）、节节草（E. ramosissimum Desf.），生于河边、林下、草原和沼泽等环境。以问荆为代表观察。（图22—3）
问荆植物体（孢子体）的形态：  取问荆的腊叶标本或新鲜标本观察，其植物体为多年生草本植物，有根、茎、叶的分化，地下茎褐色，为根状茎，其上有褐色的不定根，地上茎绿色，有明显的节和节间，节间中空，表面粗糙，节上着生一轮鳞片状叶，基部结合成鞘。地上茎有营养枝和生殖枝之分，营养枝在夏季生出，节上轮生许多分枝，绿色，能进行光合作用，不产生孢子囊，生殖枝在春季生出，短而粗，棕褐色，不分枝，枝的顶部产生孢子叶球（呈毛笔头状）。
 问荆的孢子叶球：  取问荆孢子叶球的浸泡标本观察，表面观为许多六角形盾状物作有规则排列，每一六角形盾状物即一孢子叶，也叫孢囊柄。用小镊子小心地从孢子叶球轴部取下一个孢囊柄观察，它由与轴相连的柄部和柄端的六角形盾片组成，在盾片内侧着生 6—9个与柄平行的柱状孢子囊。取下一个孢子囊，放在载玻片中央的一滴清水中，用解剖针将其捅破，使孢子散出，清除孢囊柄，盖上盖玻片，在显微镜下观察，可见有许多圆球状的孢子，其上附有弹丝 。
（３）真蕨亚门（Filicophytina）： 蕨属（Pteridium）　
属凤尾蕨科，常见种为蕨[P. aquilinum (L.)Kuhn]，夏季于山坡、林地均可采到。嫩叶可食。（实验教材图22—4） 
蕨的植物体（孢子体）的形态：   取蕨的植物体的新鲜标本或腊叶标本观察，它为多年生草本，有根、茎、叶的分化，茎为根状茎，横生于土壤中，密被褐色细毛，根状茎向下生有不定根，向上生有叶，幼时拳卷，可食，俗称拳菜或蕨菜 ，成熟展开后为 2—3回大型羽状复叶，有叶柄、叶轴和羽片组成，外廓为三角形，为大型叶。在最末一级羽片背部边缘生有孢子囊，形成连续的孢子囊群，羽片边缘背卷形成假囊群盖，盖着孢子囊群，用放大镜仔细观察，可见其孢子囊除具假囊群盖外，还为叶表生出的一层薄膜所遮盖，这层膜即为囊群盖。      蕨的孢子囊的结构：  用小镊子或解剖针从蕨的孢子体腊叶标本上取下少许孢子囊，做成临时水装片，在显微镜下观察，可见其每一孢子囊均具一细胞的长柄，柄端有一个圆形的囊，囊内为孢子，囊壁由单层细胞构成。
   提示：囊壁中有一列特殊的五面加厚的细胞，形成一环，此为环带，环带中有少量薄壁细胞称唇细胞（位于近柄的一端），当孢子成熟时，孢子囊由唇细胞处裂开，散发出孢子。（注意有的孢子囊已破裂，只剩下环带。）也可取蕨的孢子叶横切永久制片，在显微镜下找到切到的孢子囊结合观察孢子囊的结构。
蕨的根状茎的结构：   取蕨的根状茎横切永久制片，先在解剖镜下观察其全貌，再移至显微镜下观察，最外一层排列紧密的细胞为表皮，表皮里面是皮层厚壁组织，皮层厚壁组织里面是薄壁组织，皮层以内是中柱，其中有内外两圈大小不等的维管束 ,外圈多而小，内圈少而长，仅有一条较直和一条微曲的维管束组成，有时两条连为一个整体。在高倍镜下仔细观察一个维管束的结构，可见周边有两层排列整齐的细胞，其中染色较深的外层为内皮层，内面含有淀粉粒的一层为维管束鞘，维管束鞘里面是韧皮部，由筛管组成，中央口径较大的细胞区为由管胞组成的木质部，两者之间无形成层，为周韧维管束。因此蕨的中柱是由内外两圈维管束互相联结沟通形成网状，故称多环网状中柱。
蕨的原叶体（配子体）形态结构： 取蕨原叶体永久装片在显微镜下观察，其为心形的扁平体，四周仅一层细胞，中部为多层细胞，细胞内含有叶绿体。腹面生有起固定作用的假根，颈卵器和精子器也都着生在腹面，颈卵器着生在心形凹口附近，颈卵器的腹部埋在原叶体组织内，颈部较短 ，突出于原叶体之外 ，在腹面假根之间有一些球形的结构就是精子器。
（４）常见蕨类植物的识别
观察以下蕨类植物的腊叶标本或新鲜标本或浸泡标本，注意其孢子囊或囊群着生的位置、形状、囊群盖、及叶片附属物的情况。
    木贼(E. hiemale L.) 、 节节草（E. ramosissimum. Desf）、海金沙（Lygodium  japonicum  (Thunb.)Sw.）、铁角蕨（Asplenium  spp.）、银粉背蕨（Aleuritopteris  argentea  Fee）、井口边草（Pteris  multifida  Poir.）、凤丫蕨（Coniogramme   japonica   Diels）、蹄盖蕨（Athyrium  spp.）、贯众（Cyrtomium  fortunei   J. Sm.）、有柄石苇（Pyrrosia  petioloba  Ching）、瓦苇（Lepisorus  spp.）、蘋（田字草）（Marsilea  quadrifolia  L.）、满江红（Azolla   imbricata  Nakai）等。
五、综合分析
1、根据本次实验的观察结果，总结苔藓植物的主要特征。
2、苔藓植物在植物界的系统演化中所处的地位如何？高等植物与低等植物的主要区别是什么？
3、苔藓植物为何个体如此矮小，而且多在潮湿的环境中生长？
4、苔纲与藓纲有哪些区别？
5、根据实验观察的结果，总结蕨类植物的主要特征。推断它们在植物界中的演化地位如何，并说出蕨类植物门分为哪几个亚门？
6、蕨类植物与苔藓植物有哪些异同点？
7、总结蕨的生活史，并与地钱和葫芦藓的生活史作比较。
六、实验报告
1、绘地钱或葫芦藓的颈卵器纵切详图。                           
    2、绘蕨的根状茎横切面简图和一个维管束详图。

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