دانلود کتاب Current Advances In Fern Research

فهرست مطالب :

Dedication......Page 5
Preface......Page 6
Contents......Page 7
Contributors......Page 10
Part I: Biology and Biotechnology in Ferns......Page 15
1.1 Introduction......Page 16
1.2 Why Is It Important to Lead Studies on Mosses, Lycophytes, and Ferns?......Page 17
1.3 The Gametophyte: Born to Reproduce Either Sexually or Asexually......Page 19
1.4 Blechnum spicant: A Sexual Species......Page 20
1.5 Dryopteris affinis ssp. affinis: An Apomictic Species......Page 21
References......Page 28
2.1 Introduction......Page 33
2.2.1 Diversity of Symbiotic Nitrogen Fixation......Page 35
2.2.2 Diversity of Azolla......Page 37
2.3 Azolla Has a Heritable Cyanobiont......Page 38
2.3.1 Continuity of the Azolla-Nostoc Symbiosis......Page 39
2.3.2 Cross Talk in Symbiotic Nitrogen Fixation......Page 40
2.3.3 Communication and Dependency......Page 42
2.3.4 Reductive Evolution in the Cyanobiont of Azolla......Page 43
2.4.2 The Azolla Nuclear Genome......Page 44
2.4.3 Azolla Is a Promising System for Plant Evo-devo......Page 45
2.4.4 Evolution of Phytohormone Signaling as an Example for Azolla’s Potential for Plant Evolutionary Studies......Page 47
References......Page 50
3.1 Introduction......Page 59
3.2.1 Ferns (Polypodiopsida)......Page 60
3.2.2 Lycophytes......Page 62
3.3.1 Ferns......Page 64
3.3.3 Selaginella: Rhizophore and Root Apical Meristems and the Angle Meristem......Page 65
3.4 Intercalary Meristems......Page 66
3.5 Lateral Meristems: Vascular Cambium and Phellogen......Page 67
Vascular Cambium......Page 68
3.5.2 Botrychium/Botrypus......Page 70
3.6 Maintenance of the Meristem Identity......Page 71
3.6.1 KNOX Family......Page 72
3.6.2 WOX Family......Page 74
3.7 Mechanisms Protecting the Meristem Identity......Page 76
References......Page 78
4.1 Introduction......Page 86
4.3 Genetic Barriers in Gametophytes......Page 88
4.4 Gametophyte as a Model Organism for Biotechnological Studies......Page 90
4.5 Clone Gametophyte Formation......Page 91
4.6 In Vitro Gametophyte Development......Page 92
4.7 In Vitro Gametophyte Explant Culture......Page 93
4.8 Regeneration of Clone Gametophytes......Page 95
4.9 Sexual Expression and Mating in Clones......Page 97
4.10 Propagation of Sporophyte......Page 99
4.11 Transplantation of Sporophytes......Page 100
4.12 Hardening and Acclimatization of Sporophytes......Page 101
4.13 Biotechnology in Ferns: Biomolecules, Transgenic and Future Perspectives......Page 102
References......Page 104
5.1 Introduction......Page 109
5.2 Callus Induction, Maintenance, and Its Morphogenic Potential......Page 113
5.2.1 Gametophytic Source of Explants......Page 114
5.2.2 Sporophytic Source of Explants......Page 115
5.4 Proliferation of Secondary and Tertiary Gametophytes......Page 116
5.5.1 Callus and Cell Suspensions......Page 117
5.5.2 Protoplast......Page 120
5.6 Green Globular Bodies (GGBs)......Page 122
5.7 Media and Plant Growth Hormones Used......Page 125
References......Page 126
6.1 Introduction......Page 131
6.2 Story of Somatic Embryogenesis in the Tree Fern Cyathea delgadii......Page 132
6.3 Insight into Early Somatic Embryogenesis Using the C. delgadii Model System......Page 135
6.5 Application of Somatic Embryogenesis for the Propagation of Ferns......Page 140
6.6 Future Prospects......Page 142
References......Page 143
7.1 Introduction......Page 148
7.2.1 Collection, Cleaning, and Culture of Spores and Gametophytes......Page 150
7.2.4 Statistical Analysis......Page 151
7.3.1 Effects of Phytohormones and Inhibitors on Spore Cultures......Page 152
Homogenate Cultures from Gametophyte Tissue......Page 153
7.4 Discussion......Page 155
References......Page 158
8.1 Introduction......Page 162
8.2 Horticulture and Pteridophytes......Page 165
8.3 Significance of Fern Horticulture......Page 166
8.4 Demand of Fern Horticulture......Page 167
8.6 Climate Factors that Aid in Fern Horticulture......Page 168
8.8 Fern Horticultural Conditions......Page 170
8.10 Multi-foliar Horticultural Practices......Page 171
8.12 Harvesting of Foliose Ferns......Page 172
8.13 Foliar Preservation......Page 173
8.14 Packaging of Foliar......Page 174
8.16 Modes of Supply of Fern Foliose......Page 175
8.17 Market-Linked Demand and Application in Product Preparation......Page 176
8.18 Key Foliose in Florist and Bouquet Shops......Page 177
8.20 Role of Fern Horticulture in Economic Development......Page 178
8.21 Future Perspectives of Fern Horticulture......Page 179
8.22 Conclusion......Page 180
References......Page 181
Part II: Evolution, Biodiversity and Conservation of Ferns......Page 185
9.1 Overview of Fern and Lycophyte Evolution......Page 186
9.2.1 Early Divergences in Vascular Plants: Ferns and “Fern Allies”......Page 188
9.2.2 Relationships and Classification of Extant Lycophytes......Page 189
Equisetum Is Sister to Extant Ferns......Page 190
Remaining Eusporangiate Relationships......Page 191
Leptosporangiates......Page 192
Polypods......Page 195
Eupolypods I and II......Page 196
References......Page 198
10.1 Introduction......Page 208
10.2 Auxin in the Seed Plant Sporophyte......Page 209
10.2.2 Shoot Apical Meristem......Page 210
10.2.3 Root Apical Meristem......Page 211
10.2.4 Embryo to Mature Sporophyte......Page 212
10.3.1 Embryogenesis......Page 213
10.3.2 Polar Auxin Transport in the Mature Sporophyte......Page 214
10.3.4 Root Development......Page 215
10.4 Similarities and Differences, Knowns and Unknowns......Page 216
10.5 Is Auxin Involved in the Evolution of Lycophyte Leaves?......Page 219
10.6 Polar Auxin Transport and Lycophyte Rooting Structures......Page 221
10.7 Anatomical Fingerprints of Polar Auxin Transport......Page 223
10.8 Conclusions and Future Directions......Page 225
References......Page 226
11.1 Introduction......Page 233
11.2.2 Conserving Fern Spores......Page 234
11.2.3 Non-spore Options for Fern Conservation......Page 236
11.3 Case Study: Long-Term Storage of Ferns in CREW’s Frozen Garden......Page 237
Germination of Fern Spores for Viability Assays......Page 238
Production and Acclimatization of Sporophytes......Page 239
Testing the Viability of Gametophytes......Page 241
Summary of Results......Page 243
Fern Spore Maturity and Quality During Collection......Page 244
11.4.2 Gametophytes......Page 246
Cryopreservation of Gametophytes......Page 247
Cryopreservation of Sporophytes......Page 249
11.6 Conclusions......Page 250
References......Page 251
12.1 Introduction......Page 256
12.2 A New Look on the Taxonomy and Biology of Azolla......Page 257
12.3 The Bougainville’s Voyage: A Journey Through Utopia......Page 260
12.4 The Winds of Liberty and the Emotions of the Natural World......Page 264
12.5 Who Discovered Azolla?......Page 266
12.6 Conclusion......Page 269
References......Page 270
Part III: Ferns as Genetic and Metabolic Resources......Page 273
13.1 Introduction......Page 274
13.2 Transgenesis in the Moss Model......Page 275
13.3 Transgenesis in the Liverwort Model......Page 276
13.4 Transient and Stable Transformation in the Fern Model......Page 277
13.5 Agrobacterium-Mediated Transformation of C. richardii Gametophytes......Page 278
13.6 Gametophyte Transformation Deployed for the Study of Asexual Alternation of Generations......Page 281
13.7 Conclusion......Page 283
References......Page 284
14.1 Introduction......Page 288
14.2 Screening Assays of Sporophytes and Gametophytes Transformed with Yellow Cameleon 3.60......Page 291
14.2.2 Phenotypic Screening of Transgenic Lines......Page 292
14.2.3 Insights Gained from Transforming Ceratopteris with Yellow Chameleon 3.60......Page 294
14.3 Successful Transformations Altering Expression of Ceratopteris Genes and Their Potential to Help Identify Ca2+ Transporters and Signaling Steps Activated by Gravity......Page 298
14.3.1 Mechanosensitive Channels......Page 299
14.3.3 Apyrase......Page 300
14.3.5 Platform for Testing Effects of Transformations on Ca2+ Transport Dynamics......Page 302
References......Page 303
15.1 Introduction......Page 307
15.2.1 Saccharides......Page 309
15.2.2 Phenolics......Page 310
Tannins......Page 313
Flavonoids......Page 314
Antioxidant Activity of Ferns......Page 315
Phenolics and Antioxidant Activity......Page 317
15.2.3 Terpenes and Terpenoids......Page 318
Sesquiterpenes......Page 319
Pterosins......Page 320
Triterpenes......Page 321
15.2.4 Nitrogen-Containing Secondary Metabolites; Alkaloids......Page 322
15.3 Conclusions......Page 326
References......Page 327
16.1 Introduction......Page 330
16.2 Crude Extracts......Page 331
16.3 Antimicrobial Activity of New Extracts and Formulations......Page 334
16.4 Synthesis of “Green” Nanoparticles Using Pteridophyte Extracts......Page 336
16.5 The Role of Metabolites from the Pteridophyte Extracts in Nanoparticle Synthesis......Page 338
16.6 Applications of Nanoparticles Phytosynthesized in Pteridophyte Extracts......Page 341
16.7 Evaluating Phytotoxicity and Cytogenetic Effects of the Ethanol Extracts from Spores of Athyrium filix-­femina (L.) Roth......Page 342
16.8 Conclusions......Page 351
References......Page 352
Part IV: Ferns and Environment......Page 359
17.1.1 Arsenic Toxicity......Page 360
17.1.2 Arsenic-Hyperaccumulator Pteris vittata......Page 361
17.2.1 Arsenate Uptake Via Phosphate Transporters (Pht)......Page 362
17.2.2 Arsenite Uptake Via Aquaporin Channels......Page 363
17.2.3 Arsenate Reduction Via ACR2......Page 364
17.2.4 Arsenic Translocation......Page 365
Frond Arsenic Efflux......Page 366
17.2.6 Arsenic Detoxification and Hyperaccumulation......Page 367
17.3.1 PvPCS1 Gene......Page 368
17.3.3 Phytase Genes......Page 369
17.4 ACR3 Genes......Page 370
References......Page 372
18.1 Introduction......Page 379
18.2 Phenological Studies of Ferns in the World......Page 380
18.3.1 Seasonality of Leaf Emergence......Page 382
18.3.2 Seasonality of Leaf Senescence......Page 383
18.3.3 Seasonality of Spore Maturation/Release......Page 385
18.4.1 Seasonality......Page 387
18.4.2 Leaf Numbers for Fertile and Sterile Leaves......Page 388
18.4.3 Leaf Lifespan (LLS)......Page 390
18.4.4 Discrimination of LLS and Leaf Numbers for Species across Locations......Page 391
18.5 Future Studies of Fern Phenology......Page 392
References......Page 394
19.1.1 General Background About Plant Desiccation Tolerance......Page 398
19.1.2 General Mechanisms of Plant Desiccation Tolerance......Page 399
Sugars......Page 400
Slowing Down of Metabolism Under Desiccation: The Vitrification of Tissues and the Glassy State......Page 401
Coping with Oxidative Stress......Page 402
19.1.3 Why Study Tolerance to Desiccation in Pteridophytes?......Page 403
19.2.1 Sporogenesis, Spore Dispersal, and Fern Spore Water Content......Page 404
19.2.2 Variation of Desiccation Tolerance and Longevity Among Fern Spores......Page 406
19.2.3 Structural and Biophysical Aspects of Desiccation Tolerance and Longevity in Fern Spores......Page 407
LEA Proteins......Page 408
Protection of Fern Spores Against Oxidative Processes During Desiccation and Life in the Dry State......Page 409
Photoprotection of Green Spores During Desiccation......Page 410
19.3.1 Presence and Extent of Desiccation Tolerance in Gametophytes......Page 411
19.3.3 Photoprotection of Gametophytes During Desiccation......Page 412
19.4.1 Presence and Extent of Desiccation Tolerance in the Leaves or Whole Plants in Some Species......Page 413
19.4.3 Role of Photoprotection Mechanisms in Desiccation Tolerance in Fern Sporophytes......Page 414
19.5 Conclusions......Page 415
References......Page 416
20.1 Introduction......Page 424
20.2 Aerobiology: Concept, Methods and Applications......Page 425
20.3 New Observations on Airborne Fern and Lycopod Spore Dynamics......Page 427
20.4 Applications and New Perspectives......Page 436
20.5 Some Notes on the Morphology of Pteridophyta Spores......Page 438
20.6 Some Notes About the Key to Airborne Pteridophyte Spores......Page 440
Annex 20.1 Key to Airborne Fern and Lycopod Spores......Page 441
References......Page 444
21.1 Introduction......Page 450
21.2.1 Plant Material......Page 451
21.2.3 In Vitro Germination......Page 453
21.3.1 Effects on Germination......Page 454
21.3.2 Effects on Gametophyte Development......Page 456
21.4 Discussion......Page 457
References......Page 461
22.1 Introduction......Page 464
22.2 Materials and Methods......Page 465
22.3.1 Stomatal Traits in 15 Species of Temperate Ferns......Page 467
22.3.2 Biometrical Correlations Between Stomatal Traits......Page 469
22.3.3 Relationships Between Stomatal Traits and Habitat......Page 470
22.4.1 Variation and Correlation of Stomatal Traits......Page 472
22.4.3 Ecological Significance of Stomatal Variation in Relation to Light Environment......Page 473
Appendix 22.1......Page 474
References......Page 475
23.1 Introduction......Page 478
23.2 Characteristics of Toxicity Tests......Page 479
23.4 Ferns and Ecotoxicology......Page 480
23.5 Candidate Ferns for Toxicity Testing......Page 482
23.6 Toxicity Testing with Fern Spores......Page 483
23.6.1 Toxicological Sensitiveness and Dose-Response Curves to Pure Substances or Mixtures......Page 484
23.6.2 Environmental Technology Assessment and Development......Page 487
23.6.3 Environmental Monitoring of Land Use and Ecotoxicology......Page 488
23.7 Conclusion......Page 491
References......Page 493
24.1 Introduction......Page 496
24.2 Current State of Phytotoxicity Testing......Page 497
24.4 Limitations of Traditional Terrestrial Plant Toxicity Tests......Page 503
24.5 Usefulness of Ferns in Phytotoxicity Testing......Page 504
24.6 DNA as a Measurement of Cellular Proliferation......Page 506
24.7 Chlorophyll a Autofluorescence as Surrogate of Plant Physiological State......Page 507
24.8 Applications of the Bioassay of Chronic Toxicity Based on Fern Spores......Page 508
24.9 Conclusions......Page 509
References......Page 510
25.1 Introduction......Page 513
25.2.1 Organic Contaminants......Page 514
25.2.2 Inorganic Contaminants......Page 517
References......Page 522
Index......Page 528