壹、前言
蕨類植物的配子體階段從孢子發芽、配子體發育模式、配子體形態、
配子囊發生行為到孢子體形成方式，不同物種會有不同的模式，甚至同種 不同染色體套數類群（通常為不同亞種或變種）間，即具有不同的模式。
蕨類植物的配子體形態與行為容易被分類學者所忽視（Nayar & Kaur, 1971;
Haufler, 2002），然而不同的配子體形態與發育形式除了與分類群有關外，
配子體的生殖行為更與物種的演化有關，並影響物種間與族群間遺傳組成 樣式（Haufler, 2002）。蕨類植物藉由孢子進行長距離的傳播，其繁衍主要 發生在有性階段的配子體，僅有少數種類是依賴配子體行營養增殖而不形 成孢子體的(Wagner & Wagner, 1966; Farrar, 1990)，或僅見孢子體之無性繁 殖而無孢子的產生(Walker, 1979)。由於孢子體與配子體彼此皆可獨立存 活，所以兩種階段的生物學性質與蕨類植物的地理分布都有關連(Kato, 1993)，而配子體的分布範圍甚至遠大於孢子體(Farrar, 1990)。
Nayar & Kaur (1971)對於蕨類配子體發育的型式做過完整而系統性的 討論與分類，並認為早期配子體的發育型式可作為科以上的分類標準，其 將同型孢子蕨類分成 7 種發育型式︰鐵線蕨型(Adiantum type)、三叉蕨型 (Aspidium type)、水蕨型(Ceratopteris type)、槲蕨型(Drynaria type)、Kaulinia 型(Kaulinia type)、觀音座蓮舅型(Marattia type)及紫萁型(Osmunda type)。烏 毛蕨科配子體的發育型式有三叉蕨型與鐵線蕨型兩類(Nayar & Kaur, 1971;
邱文良﹐1989)，Stone(1969)曾觀察過狗脊蕨屬 3 種 1 變種(W. Japonica, W.
orientalis, W. orientalis var. prolifera & W. martinezii)的配子體發育，而國內學
者邱文良(1986)則觀察台灣狗脊蕨(W. orientalis var. formosana = W. prolifera) 的配子體，所獲得的發育型式都屬於三叉蕨型。蕨類植物形成的孢子有同型孢子(homospore)與異型孢子(heterospore)兩 類，同型孢子可以發育成同時具有雌雄配子囊的兩性配子體，或僅具雌或 雄配子囊的單性配子體，而異型孢子中的大、小孢子則分別發育成分別只 具有雌、雄配子囊的配子體。由於同型孢子潛在可以發育成能獨立生活與 兩性的配子體，並可單獨自交產生孢子體，因此理論上同型孢子蕨類可藉 由單一孢子傳播而形成新的族群(Klekowski, 1969)。實際上新的族群能否建 立，除受外在生育環境條件影響外，主要受內在的生殖配育系統(mating systems)所控制。蕨類植物有性生殖的配育系統可區分為三類(Klekowski, 1979; Haufler, 2002)︰1)同配子體自交(intragametophytic selfing)，即孢子體 由同一配子體之精、 卵結合而產生； 2)異配子體自交 (intergametophytic selfing)，即孢子體由來自同一孢子體之不同配子體的精、卵結合而產生；
3)異配子體異交(intergametophytic crossing)，即孢子體由不同配子體的精、
卵結合而產生，且此二配子體分別來自不同的孢子體。後兩種又合稱為異 配子體交配(intergametophytic mating)。在維管束植物中，同配子體自交僅 可 能 發 生 在 同 形 孢 子 蕨 類 植 物 ， 其 結 果 是 絕 對 的 同 質 性 基 因 配 對 (homozygous)，相對地異配子體交配則有助於異質性(heterozygous)後代的形 成(Klekowski, 1973; 邱文良﹐1998)。同配子體自交雖然有利於同形孢子蕨 類植物長距離的族群擴大，然有些種類具有自交不親和系統，無法藉由單 一孢子的散播而建立新族群。其他種類雖然具有自交親和性，但是完全同 質性的基因組合卻會立即顯現潛在隱性致死基因的效應，可能造成孢子體 的死亡或發育不正常，因此 Klekowski（1972）提出遺傳負荷(genetic load) 假說，以推算植物體內隱性致死基因比例。
蕨類植物的配育系統類型與其生育地環境有關（Soltis et al., 1991），針 對不同棲地環境蕨類植物配育系統的研究顯示，生育於先驅性環境的蕨類
以經由同配子體自交快速而大量地建立族群，而其他環境的蕨類則傾向異 配子體交配(Christ & Farrar, 1983; Chiou et al., 2000)。許多著生性蕨類具有 長壽且可形成群落(clone)的配子體，其藉由營養增殖擴大所佔據的面積，並 延長生存的時間，除了可以拉近與其他配子體的距離外，並可增加與其他 配子體進行異配子體交配的時間及機會(Chiou & Farrar, 1997; Dassler &
Farrar 1997, 2001; Chiou et al., 1998)。此外，有些物種其配子體可行分芽繁 殖，藉由新長出的分芽體（proliferous prothallium）取代原有老化的配子體，
使其壽命得以延續，增加異配子體交配的機會。因此，觀察配子體的形態 發生過程，可使蕨類植物配育系統的研究更為完整。
配子體的生殖行為對蕨類植物的存活與族群消長具有關鍵影響，並與 族群的遺傳多樣性有關，因此欲探討特定蕨類物種現今的族群分布模式與 遺傳組成關係，首先必須清楚其配子體階段的生殖行為，也就是需要明瞭 其配育系統，方可能針對物種分布與遺傳組成提出一合理之解釋。蕨類植 物的配育系統與染色體倍體性（ploidy）亦有關聯，近年來的研究結果顯示，
二倍體物種傾向於異配子體交配，且具有較高的遺傳負荷；多倍體物種則 傾向於同配子體自交或無配生殖（ apogamy）， 並具有較低的遺傳負荷
（ Masuyama, 1979; Hedrick, 1987; Masuyama et al., 1987; Masuyama &
Watano, 1990; Chiou et al, 2000）。Masuyama （1979）針對日本產短柄卵果 蕨（Phegopteris decursive-pinnata）的研究更指出染色體倍體性對於蕨類植 物配育系統的影響包括配子囊在配子體上位置的差異，其中二倍體類群的 藏精器與藏卵器距離較遠，而四倍體類群兩種配子囊距離較近，作者藉此 推測雌雄配子囊距離較近的四倍體趨向同配子體自交。綜合蕨類植物倍體 性與配育系統關係研究結果顯示，傾向異配交配系統的二倍體物種有利於 維持較高的遺傳多樣性組成，而可行同配子體自交或無配生殖的多倍體物 種孢子通常比二倍體物種孢子有利於長距離散播並建立新族群，此由多倍
體類群的廣泛分布與分子遺傳學證據獲得驗證（Haufler, 2002; Pinter et al., 2002）。
前人的研究與前一章節的結果指出哈氏狗脊蕨複合種群具有二倍體與 四倍體類群（Takamiyaet al., 1992; Cranfill, 2001），其中二倍體類群僅侷限 分布於中國大陸廣東省珠江口左岸之新會一帶，已知四倍體類群則分布於 日本九州屋久島、台灣北部、中國大陸福建南靖及香港等地區。兩種不同 倍體性類群的分布差異是否因為配子體的生殖行為的差異所導致，以及配 育系統與遺傳組成分布模式的關係，都需要配合明確的生殖生物學證據，
方能獲致合理的解釋，因此本研究首先針對四倍體哈氏狗脊蕨複合種群進 行其生殖生物學研究。
貳、研究材料及方法 一、研究材料：
根據物候學調查結果，於孢子囊群成熟而未散播前（6-8 月），每種各 採取 2 株不同個體的孢子葉，攜回實驗室後收集成熟孢子，以供後續 實驗培養。
二、研究方法：
以 2007 年自台灣北部烏來地區採樣之四倍體哈氏狗脊蕨複合種群個體 進行試驗，先收集成熟孢子，以不同培養基於 25-30℃、1000-1500 lux 光照強度及 12 小時光照週期下培養，並進行以下試驗。
1. 孢子發芽率試驗
分別取哈氏狗脊蕨與細葉狗脊蕨各 2 個植株所收集的孢子，播撒於 不織布過濾袋上，下置吸水之水苔保濕，進行光照培養，每週觀察 配子體發育狀況，並於不同發育階段畫圖及拍照存證。
洋菜培養基（Grantt & Arnott, 1965）中，進行光照培養，每週觀察 配子體發育狀況，並於不同發育階段畫圖及拍照存證。
3. 配子囊個體發生觀察
(1) 分別取哈氏狗脊蕨與細葉狗脊蕨各 2 個植株所收集的孢子，共 4 個孢子樣品，各撥撒於 4 盆水苔培養基中，進行光照培養。
(2) 自第 3 週起，每週自每個體孢子樣品 4 盆培養基中分別任取 25 個配子體，記錄其大小及觀察其性別表現。
(3) 觀察記錄至配子體性別表現無明顯變化止（約為第 18-19 週）。 4. 配育系統試驗：
(1) 分別取哈氏狗脊蕨與細葉狗脊蕨各 1 個植株所收集的孢子，共 2 個孢子樣品，各撥撒於 1 大盆水苔培養基中，進行光照培養。
(2) 於第 3-4 週時，自哈氏狗脊蕨與細葉狗脊蕨孢子樣品水苔培養基 中各取 48 個配子體（須確認無配子器形成），分別獨立培養於以 根基旺（Kingroot; vermiculite: peat: perlite = 4: 4: 2）為基質之培 養小格中（共 96 小格，其中哈氏狗脊蕨與細葉狗脊蕨各 48 小 格），進行光照培養，並定時補充水分。
(3) 同時自哈氏狗脊蕨與細葉狗脊蕨體孢子樣品水苔培養基中再各 取 48 個配子體（須確認無配子器形成），同孢子樣品來源配子體 兩兩配對於同一小格之獨立根基旺培養格中（共 48 小格，其中 哈氏狗脊蕨與細葉狗脊蕨各 24 小格），進行光照培養，並定時補 充水分。
(4) 同時自哈氏狗脊蕨與細葉狗脊蕨個別不同孢子樣品水苔培養基 中再各取 48 個配子體（須確認無配子器形成），同種不同孢子樣 品來源配子體兩兩配對於同一小格之獨立根基旺培養格中（共 48 小格，其中哈氏狗脊蕨與細葉狗脊蕨各 24 小格），進行光照培養，
並定時補充水分。
圖 1、四倍體哈氏狗脊蕨複合群之配子體發生，以細葉狗脊蕨為例，ph 為單細胞腺毛。
由表 3-2 可以發現雌雄配子體在體型大小有著極顯著的差異，雄配子體 直徑絕大多數小於 4 mm，而以 2 mm 以下的配子體佔最多數；雌配子體體
型分布則大多在 4 mm 以上，2 mm 以下之配子體全無藏卵器發生；大多數
生殖生物學
四倍體哈氏狗脊蕨複合種群發育成熟配子體（至少具有藏精器或藏卵器 之配子體）以單性為主（表 3-2），以經 18 週培養之配子體估算，單性配子 體佔 98.33%，其中雄性配子體佔 69.44%，雌性配子體佔 28.89%，兩性配 子體佔成熟配子體的比例極低，僅 1.67%，其中哈氏狗脊蕨與細葉狗脊蕨兩 性配子體的比例分別為 2.15％及 1.15％。根據配子囊發育行為與配子體性 別比例，可推知四倍體哈氏狗脊蕨複合種群配子體性別發育主要有二種模 式：（一）中大體型配子體直接發育出藏卵器，形成雌配子體，此後不再產 生藏精器；（二）小型配子體發育出大量藏精器後，體型發育停止，終其一 生為雄配子體。極少數中等體型配子體先發育出少數藏精器，隨著體型變
四倍體哈氏狗脊蕨複合種群發育成熟配子體（至少具有藏精器或藏卵器 之配子體）以單性為主（表 3-2），以經 18 週培養之配子體估算，單性配子 體佔 98.33%，其中雄性配子體佔 69.44%，雌性配子體佔 28.89%，兩性配 子體佔成熟配子體的比例極低，僅 1.67%，其中哈氏狗脊蕨與細葉狗脊蕨兩 性配子體的比例分別為 2.15％及 1.15％。根據配子囊發育行為與配子體性 別比例，可推知四倍體哈氏狗脊蕨複合種群配子體性別發育主要有二種模 式：（一）中大體型配子體直接發育出藏卵器，形成雌配子體，此後不再產 生藏精器；（二）小型配子體發育出大量藏精器後，體型發育停止，終其一 生為雄配子體。極少數中等體型配子體先發育出少數藏精器，隨著體型變