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陆生植物通常被划分为四大类群，即苔藓、蕨类、裸子植物和被子植物。在植物系统树中，蕨类植物是陆地植物中介于苔藓和种子植物中间的一个重要类群。它具有明显的世代交替，有性生殖器官为精子器和颈卵器，不产生种子，孢子是其主要的散播方式。真蕨类植物的配子体和孢子体都可以独立生活，配子体结构简单，没有维管组织，但孢子体有根、茎、叶的分化，内有维管组织，它是一个非常好的研究演化发育实验材料，但目前尚无蕨类植物生长发育的详细研究。 拟南芥leafy cotyledon1(lec1)突变体的发现，为探索种子性状的发生带来了新的机遇。蕨类植物与种子植物胚胎建成不同在于非种子植物的胚形成后没有停顿直接发育成二倍体植株，而种子植物胚发育到一定阶段会中止其形态建成过程，进入脱水、休眠阶段，种子再次萌发时恢复发育。因此就形成一个富有挑战性的、典型的Evo-Devo问题:演化过程中种子性状的产生是否源于LEC1类基因的出现？ 本项研究以铁线蕨为实验材料，首先在实验条件下对铁线蕨培养条件进行优化，并对其生长周期进行形态观察及人工干预处理;其次以铁线蕨这个实验系统为基础，研究LEC1同源基因在蕨类植物中的功能，并根据该基因的功能来解释种子性状产生的演化发育机制。 主要研究结果如下: 1)优化铁线蕨培养体系，在实验条件下完成生活周期。红光诱导孢子的萌发，孢子萌发时间缩短10天左右;改良Knops培养基适合培养配子体。 2)根据配子体形态特点，将配子体发育过程定义为九个时期，孢子萌发-幼胚产生过程需50-60天;根据羽片孢子囊发育特点，定义为七个发育时期，孢子囊发育时间约为30天; 3)采用同步化培养的方法，使配子体处在同质环境，并处在相同发育时期，后续实验的可操作性大大提高; 4)铁线蕨LEC1同源基因AcLEC1在正常生长孢子体绿色孢子囊-成熟孢子囊中表达;在干旱处理的孢子体愈伤组织中检测到表达;孢子体叶片在干旱胁迫和ABA处理时，可以上调AcLEC1的表达。因此推测该基因在铁线蕨中可能参与干旱胁迫过程中细胞脱水保护的调控过程。 5)利用转基因技术将AcLEC1基因转入拟南芥lec1突变体中，可以互补突变体表型。不仅得到了正常发育的胚，而且得到了能够忍受干燥、具有活力能够萌发的种子，萌发后展开子叶不具有毛状体结构。证实AcLEC1基因具有与种子植物LEC1基因相似的功能。 铁线蕨生长发育过程可以在实验条件下完成;对生长时期的定义、发育阶段的人工筛选等使铁线蕨生活周期的发育特征非常清楚，这为铁线蕨成为模式植物打下了很好的基础;另外，对AcLEC1基因的功能研究显示:AcLEC1基因在蕨类植物孢子发育后期表达，因此可能参与干旱胁迫的细胞脱水保护过程;但在拟南芥中异位表达时，具有LEC1基因的功能。这些均为今后在蕨类植物验证“种子程序三要素”假说，提供了很好的工作基础。