首页 > 分享 > 生物小课堂：为什么说“蕨类的生殖离不开水”？

生物小课堂：为什么说“蕨类的生殖离不开水”？

花匠小妙招
2025-05-18 22:00

关于蕨类植物，有许多值得讲述的故事。在数以亿年计的演化斗争中，原本遮天蔽日的蕨类森林，逐渐被适应能力更强的种子植物所取代，如今的蕨类植物大多身材矮小，现代的植物爱好者们也只能通过桫椤等少数几种树蕨来想象远古蕨类的高大身姿。

图1：中科院植物所北京植物园中的白桫椤

蕨类植物之所以在演化竞争中屈居人后，很大程度上是因为它们的生殖方式。初中生物课本中关于蕨类植物有一个知识点，讲的就是“蕨类植物的生殖离不开水”。陆生占大多数的蕨类植物，其生殖方式对水体有着深切的依赖，这使得它们难以在干燥的环境中生存繁衍，因此，也只有在潮湿之地，蕨类才能保住自己的生存空间。

但是，课本中关于“为什么蕨类生殖离不开水”这个问题并没有深入讲解，同学们知其然而不知其所以然。关于这个问题，作为生物老师的我也花了很长时间，甚至亲手种植之后才弄明白。现在，我尝试将蕨类植物繁殖不能脱离水体的原因解释得更为详尽些，不当之处欢迎各位朋友留言指正。

图2：以铁线蕨为例展现出的蕨类植物完整生活史

在了解蕨类植物的生殖过程之前，首先要明确两个概念：第一，蕨类植物的“世代交替”现象。在蕨类的繁殖历程中，会交替以两种完全不同的形态出现，这两种形态体型差距很大，分别称为“孢子体世代”和“配子体世代”，这样不同形态的世代交替出现的现象就称为世代交替现象。就好比一个巨人生出了许多侏儒，侏儒父母再生出许多巨人，蕨类植物的繁殖过程就是如此。

第二，大家平时所看到的蕨类植株，通常是它们的孢子体世代。孢子体世代比较高大，也就是世代交替中的“巨人”世代。孢子体世代的蕨类具备维管组织，叶子大多分为两种，一种叫“营养叶”，一种叫“生殖叶”。营养叶负责光合作用、提供养分，生殖叶的叶背面则会产生许多小小的孢子囊群。也有一些蕨类不分营养叶和生殖叶，同一片叶子兼具两种功能。不同的蕨类植物，生殖叶上的孢子囊群形态有所不同，这也是分辨蕨类的一个重要依据。图3展示了几种蕨类的孢子囊群形态。

图3：不同蕨类植物生殖叶上的孢子囊群排布方式

蕨类植物不产生种子，只由孢子体世代产生孢子；一株孢子体世代的蕨类植物无需受精过程，自己就能产生孢子，这是一种无性生殖。这些孢子存在于一种叫做“孢子囊”的结构里。见过小零食“星球杯”的朋友会更容易理解，孢子囊就好比星球杯，星球杯里的小圆球就相当于孢子，而一个个星球杯又被塞在一个更大的容器里，这个更大的容器就叫做“孢子囊群”。图4清楚地显示了铁线蕨生殖叶边缘的孢子囊群、孢子囊、孢子三者间的关系。图5、6是对孢子囊群和孢子囊的显微观察照片。可以看到，孢子囊表面有许多纹理，这些纹理是蕨类植物定种时的重要依据之一。

图4：铁线蕨生殖叶边缘的孢子囊群、孢子囊和孢子

图5：显微镜下的铁线蕨孢子囊群

图6：显微镜下的铁线蕨孢子囊

孢子成熟之后，孢子囊会开裂释放出孢子，孢子落入土壤，并不会像种子那样长出新植株，而是在合适的温度和湿度条件下发育成为称作“原叶体”的矮小植物体（图7）。原叶体直接由孢子发育而来，这个过程中不存在有性生殖。原叶体匍匐生长、形似木耳，直径不过几毫米，结构十分简单，仅由几层细胞构成，不具有维管组织。在原叶体的背面长有结构简单的丝状体，称为“假根”，它们能将原叶体固定在土壤中。

图7:铁线蕨原叶体和假根

图8：铁线蕨配子体微观观察

原叶体在蕨类植物世代交替的过程中属于“配子体世代”，小小的原叶体在土壤中慢慢生长，最终长出两种生殖器官，一种产生精子，称为“精子器”，另一种产生卵细胞，称为“颈卵器”。精子器和颈卵器都生长在原叶体上，它们之间的距离虽然不长，但对于精子来说仍是一道天堑。蕨类植物的精子需要在水中进行游动，因此，只有当有水将精子器和颈卵器联通的时候，精子才能通过鞭毛的运动游进颈卵器，使卵细胞受精，产生受精卵。

受限于这样的繁殖方式，蕨类植物配子体所产生的精子和卵细胞在受精过程中无法脱离水环境，因此才说“蕨类植物的生殖离不开水”。在有水环境下受精成功的受精卵通过进一步发育，从原叶体中生长出新的孢子体植株，也就是大家平时所看到的蕨类植物。

总之，蕨类植物的繁殖历程会不断地以这两种形态出现：体型高大的孢子体世代通过无性生殖产生孢子，孢子发育成体型矮小的原叶体，即配子体世代，原叶体在有水环境下通过有性生殖产生受精卵，发育成新的孢子体。看到此处，您是否已经理解蕨类植物的世代交替现象，并最终理解蕨类生殖离不开水的原因了呢？收藏好这份知识点，考试的时候会考哦~

图9：铁线蕨的孢子体与配子体