全 文 ：Mycosystema
菌 物 学 报 15 January 2010, 29(1): 26-30

jwxt@im.ac.cn
ISSN1672-6472 CN11-5180Q
©2009 Institute of Microbiology, CAS, all rights reserved.






基金项目：国家自然科学基金（No. 30660153, 30860233）；海南大学科技基金项目（No. Rndy 0605, Rnd 0612）
*Corresponding author. E-mail: song.strong@163. com
收稿日期: 2008-10-26, 接受日期: 2009-02-04

野生五唇兰菌根显微结构观察
陈金花 1 胡美姣 2 宋希强 1,3* 何明高 1 罗毅波 3
1海南大学热带园艺植物资源与遗传改良教育部重点实验室 儋州 571737
2中国热带农业科学院环境与植物保护研究所 儋州 571737
3中国科学院植物研究所系统与进化植物学国家重点实验室 北京 100093



摘 要：兰科菌根菌对兰花种子萌发和原球茎生长起了重要作用，在成年阶段也扮演着重要角色（即使该兰花含有叶绿素）。
为了解东南亚特有种五唇兰的菌根形态和菌根真菌的动态侵染过程，对不同生境下两种变异类型叶背绿色和叶背紫色的成年
植株菌根分三个时间段采样并进行显微观察。结果表明，成年的五唇兰植株与菌根真菌有着密切关系，菌丝的侵染、定殖和
消解程度随着生长发育变化而变化；在营养生长阶段和生殖生长阶段都发现菌丝结，这两个阶段的菌丝特征有所不同；而在
休眠阶段的菌根中观察不到菌丝结；不同生境和不同变异类型的菌根结构无明显区别。研究结果为附生兰、地生兰和腐生兰
的菌根结构的比较提供了参考。
关键词：五唇兰，菌根真菌，菌丝结，通道细胞

Microscopic observation on mycorrhiza of Doritis pulcherrima
CHEN Jin-Hua1 HU Mei-Jiao2 SONG Xi-Qiang1, 3* HE Ming-Gao1 LUO Yi-Bo3
1Key Laboratory of Tropical Horticultural Plant Resources and Genetic Improvement Affiliated to Ministry of Education, Hainan University, Danzhou
571737, China
2Environment and Plant Protection Institute, Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences, Danzhou 571737, China
3State Key Laboratory of Systematic and Evolutionary Botany, Institute of Botany, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100093, China
Abstract: Orchidaceous mycorhiza not only has significant effects on seeding and protocorm’s growth, but also plays important roles
in adult stage growth of orchids including achlorophyllous leafless terrestrial orchids. To investigate the mycorrhizal characteristics
and the dynamic invading process of Doritis pulcherrima, an endemic species in Southeast Asia, materials from three different
developmental stages (leafing, flowering-fruiting, and senescence-dormancy) in two ecotypes were chosen. The mycorhizae were
observed by electron microscope. The results showed that mycorrhizal fungi and adult orchid plant have close relations; the invading,
colonizing and digesting extents changed with the development of plant; fungal thallus coils were observed from leafing to
DOI:10.13346/j.mycosystema.2010.01.020
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菌物学报
flowering-fruiting stages except sensecence-dormancy, and the differences of hyphal characteristics were observed. However, the
mycorrhizae in different habitats have no significant difference.
Key words: orchid, mycorrhizal fungi, thallus, passage cell


兰科植物的整个生活史与共生真菌有着密切
的关系，无论是附生兰、地生兰还是腐生兰，其营
养源部分或完全依赖菌根营养（范黎 1997）。通常
认为：所有生活型的兰科植物种子萌发都需要共生
真菌提供营养；而在成年阶段，附生兰和地生兰其
营养源来自光合作用。然而，某些兰花即使含有叶
绿素在成年阶段同样和菌根真菌有着重要的联系，
菌根营养仍是植物体营养源之一，是光合营养的重
要补充（Rasmussen & Whigham 2002），这个阶段
菌根真菌的主要功能是促进寄主对矿质元素的吸
收（Alexander et al. 1984; Smith & Read 1997;
Cameron et al. 2007）。同时研究证明：在兰花的不
同生长阶段需要不同的共生真菌（Burgeff 1936;
Harley & Smith 1983）。通过显微观察菌根中的菌丝
和菌丝结形态可更加直接地了解兰花和菌根真菌
之间的关系。
五唇兰 Doritis pulcherrima L.隶属于兰科植
物，为东南亚特有种，在我国仅见海南岛有分布，
是一种重要的兰花杂交亲本（陈心启和吉占和
1998）。它是一种含有叶绿素的兰科植物，在自然
界存在两种稳定的变异类型，即叶背绿色和叶背
紫色，附生在岩石上或林下枯枝落叶层中（柯海
丽等 2007）。本研究通过对野生五唇兰菌根显微
结构的观察，对以下几个方面进行分析：（1）五
唇兰在成年阶段对菌根营养的依赖有多大；（2）
营养生长、生殖生长和休眠三个不同物候期，五
唇兰菌根形态的差异性；（3）同种生境下不同变
异类型植株菌根结构的差异性；（4）不同生境下
同一种变异类型植株菌根结构的差异性。研究旨
在揭示菌根真菌与野生五唇兰的动态侵染关系，
为五唇兰共生真菌的分离和研究提供依据，为附
生兰、地生兰、腐生兰的菌根结构对比提供了参
考，为进一步探讨濒危兰科植物的生理生化、菌
根真菌多样性及其真菌相互作用的动态机制提供
依据。
1 材料和方法
1.1 供试材料
依次于 2007 年 8 月（开花结果阶段）、2007 年
12 月（休眠阶段）和 2008 年 4 月（营养生长阶段）
在海南省霸王岭自然保护区五唇兰自然分布地分
别采集附生在石头和林下枯枝落叶层中的叶背绿
色植株与叶背紫色植株的新鲜、健康根。
1.2 方法
营养根流水冲洗后截成 2mm 长，立即在 FAA
（Formaldehyde-Alcohol-Acetic acid）中常温固定
24h 以上。常规石蜡切片，番红固绿对染（李正理
1996），即固定→脱水→透明→浸蜡→包埋→切片
（厚度 8μm）→粘片→脱蜡→染色→加拿大树胶封
藏，并进行显微观察和拍照。
2 结果和分析
2.1 五唇兰菌根基本结构
五唇兰菌根无根毛。根被 3－4 层，均为死细
胞，壁厚，第一层和最内层的根被细胞为半圆形，
中间 1－2 层根被细胞为多角形，由中心向外辐射
状排列（图 1）。外皮层 1 层，由薄壁细胞和通道
细胞组成，靠近根被的壁较厚，细胞体积比中皮层
细胞小（图 1）。中皮层 8－9 层，壁薄，与外皮层
相邻的细胞较小，中间细胞大；在与外皮层相邻的
皮层细胞中常见针状植酸钙镁结晶分布（图 1，2）。
内皮层 1 层，壁厚，细胞较小，与薄壁细胞相间（图
1）。中柱由 5－8 束维管束和薄壁细胞相间而成，
髓部细胞厚壁。
2.2 菌丝侵入
菌丝不侵染五唇兰根尖（图 3）。菌丝侵入时不
破坏五唇兰根被，而是由通道细胞侵入（图 4），穿
过通道细胞后进一步向皮层扩展，最终定殖、消解。
菌丝只侵染部分皮层细胞，被侵染的皮层细胞可观
察到大量的菌丝和菌丝结（图 1）。
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2.3 菌丝在菌根中的形态特征
五唇兰的三个生长阶段中，菌丝结的存在和形态特
征表现有所不同；但是同一生境下的不同种变异类型植
株、不同生境下同一种变异类型植株在营养生长阶段、
开花结果阶段和休眠阶段都未观察到有明显差异。
2.3.1 营养生长阶段：30%左右皮层细胞刚被侵染；
菌丝松散缠绕在一起，番红固绿对染后呈绿色，活
性强；菌丝常接近细胞核，菌丝结定殖后向相邻细
胞扩展并连续定殖（图 5）；在这个阶段观察到两
种不同的形态特征菌丝结，即丝状菌丝结和团块菌
丝结，丝状菌丝结可清晰分辨出一根根菌丝，而团
块菌丝结质地致密，成团块状（图 6）。
2.3.2 开花结果阶段：50%以上的皮层细胞被侵染；
观察到大量的菌丝和菌丝结，菌丝缠绕成团后包裹
细胞核，菌丝流清晰可见（图 7）；活性不强的菌
丝结番红固绿对染后呈红色；菌丝穿过细胞壁后向
相邻的细胞进行扩展并连续在多个细胞中连续定殖
（图 8）；这个阶段只观察到了丝状菌丝结，这种
丝状菌丝结有的由一种形态的菌丝缠绕而成，有的
由两种形态的菌丝缠绕而成，较粗或较细（图 9）。
2.3.3 休眠阶段：未观察到根细胞中有菌丝结的存在，
偶见一些菌丝残骸，可观察到大量的针状结晶（图 2）。



图 1：五唇兰菌根横切面，示根被、外皮层、皮层、内皮层及中柱（50×）；2：示内皮层细胞中的针状结晶体（200×）；3：
根尖，箭头示皮层细胞中的针状结晶体（100×）；4：菌丝的侵入方式，箭头示侵入方向（1000×）；5：在相邻的细胞中连续
定殖的菌丝（400×）；6：箭头示营养生长期同一菌丝团中两种不同粗细的菌丝（400×）；7：左箭头示新定殖的菌丝、右箭头
示衰败的菌丝和菌丝流（400×）；8：箭头示穿过细胞壁的菌丝（400×）；9：箭头示开花结实期同一菌丝结中两种不同粗细的
菌丝（200×）. VE：根被；EX：外皮层；CO：皮层；RC：根冠；F：菌丝；DF：衰败的菌丝；P：菌丝结；PC：通道细胞.
Figs. 1: The transverse section of Doritis mycorhiza, showing velamen, exodermis, cortex, endodermis, and stele (50×); 2: Crystals in endodermal
cells (arrows) (200×); 3: Root tip showing crystals in cortex cells (arrow) (100×); 4: The invading manner of mycorrhizal fungi, showing invading
direction of hyphae (arrow) (1000×); 5: The fungi colonizing near cells (400×); 6: The fungi forming peloton (arrows) (400×); 7: Alive fungi,
decaying fungi and hyphal stream (arrows) (400×); 8: Hyphae (arrow) penetrated cell wall (400×); 9: Hyphae of different thickness (arrows) in the
same peloton during flowering-fruiting stage of plant (200×). VE: Velamen; EX: Exodermis; CO: Cortex; RC: Root cap; F: Alive fungi; DF:
Decaying fungi; P: Peloton; PC: Passage cell.
VE EX CO
ST
1
VE
EX CO
2
RC
P
3
VE
F
4
N
P
F
5
P
F
8
P P
6
EX
CO
F
F
DF
7
F
P
9
PC
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3 讨论
3.1 五唇兰菌根真菌的侵染方式和特点
菌丝侵入方式主要有两种：一种是通过通道细
胞侵入，如：铁皮石斛（邢晓科等 2005）、长茎羊
耳蒜（范黎等 2000）、卡特兰（丁晖等 2002）等
大部分具有通道细胞的附生兰；另一种是通过破坏
根被或外皮层侵入，如：建兰（范黎等 2000）、墨
兰（伍建榕 2005）、虎头兰（伍建榕 2005）等大
部分地生兰。菌丝通过通道细胞侵入五唇兰皮层细
胞，与大多数附生兰相同。虽然五唇兰存在两种不
同的生态型，两种生态型又同时附生在石头上或林
下枯枝落叶层腐殖质中，但都只观察到了一种侵入
方式，可能是因为五唇兰有通道细胞的缘故。
真菌对根的侵染具有选择性。通过五唇兰菌根
切片观察可知，真菌不侵染内皮层和中柱；不侵染
所有的中皮层细胞。这一现象在鼓槌石斛
Dendrobium chrysotoxum（范黎等 2000）和苞舌兰
Spathoglottis plicata（Hadley & Williamson 1972）中
有报道，铁皮石斛也有类似的现象（邢晓科等
2005）。五唇兰的内皮层和中柱中未观察到菌丝或
菌丝结，可能是由自身的保护机理所致。真菌的这
种适当侵染使根能保持生理活性，还为营养体不断
输送营养和水分，并与真菌建立和谐的共生关系。
3.2 五唇兰菌根真菌的形态特征
五唇兰除了在开花结实阶段观察到部分菌丝
结由两种不同形态特征的菌丝组成外，还在发芽阶
段观察到了不同形态特征的菌丝结。这种现象不仅
仅在兰花中出现，在杜鹃类菌根中也存在同一种菌
根菌在根细胞中有不同的两种形态和在相邻的根
细胞中有不同形态菌丝结的现象（McLean et al.
1999）。目前对混合菌丝结中存在两种不同形态的
菌丝有不同的解释，两种不同形态的菌是同一种菌
的不同形式（Clements 1988）；或这两种不同形态
的菌是不同的共生菌（Huynh et al. 2004）；还有学
者认为这两种不同形态的菌中有一种并不是共生
菌（Senthilkumar & Krishnamurthy 1998）。Clements
（1988）认为粗大的菌丝是细的菌丝在消解前的肿
胀形式，是营养后期的一个阶段，如念珠状细胞是
菌丝在某一营养阶段出现的形态特征。然而Huynh et
al.（2004）通过对 Calagenia formosa 和 Dactylorhiza
majalis 的观察并得到结论：通过营养角度来解释这
种现象是不科学的，而且菌丝特征并不是可靠的分
类特征。Kristiansen et al.（2001）通过线粒体 DNA
序列测定，将 D. majalis 样本的同一菌丝结中两种不
同的菌丝分属于 Tulasnella 和 Laccaria。所以，无论
是开花结实阶段同一种菌丝结存在的两种不同形态
菌丝还是营养生长阶段出现的两种不同形态菌丝
结，应该都是由于共生菌自身的多样性和不同的生
命阶段需要不同的共生菌造成的，是不同真菌在皮
层细胞中的不同表现形态。
3.3 五唇兰物候和菌根真菌的侵染
在五唇兰的年生长发育周期中，4 月是真菌侵
染初期；7 月是侵染旺盛期；12 月是无侵染期。4
月天气转暖，五唇兰开始萌动，此时植株营养需求
增加，菌丝也开始侵入皮层组织，真菌的侵染率虽
不高但活性强。7 月是五唇兰的开花阶段，根细胞
中存在大量刚定殖的、正在被消解的菌丝结和已被
消解的菌丝残骸，这个阶段侵染率高。随着菌丝结
被消解，新的菌丝又不断侵入寄主细胞，进行营养
补充。12 月是五唇兰的休眠阶段，植株完成主要的
生命代谢，生命活动缓慢，观察不到皮层细胞中有
菌丝和菌丝结存在，光合营养能供给自身营养需
要，上一阶段侵染细胞的菌丝结被消解，不再有新
的菌丝侵染皮层细胞。
在五唇兰和真菌的动态侵染关系中，菌丝的消
解起着关键作用。消解行为是寄生细胞限制真菌菌
丝继续扩展的一种反应，是真菌以自身的酶系进行
酶解自溶的过程，在这个过程中酸性磷酸酶和植保
素起着重要的作用（Hadley 1982）。真菌菌丝结被
寄主细胞消解后，为寄生提供了生长所需的营养物
质，从而促进寄主植物的生长，同时，菌丝结消解
后，只要条件适合菌丝会再次侵入皮层细胞。兰科
和真菌相互作用机制十分复杂，还需进一步研究。
五唇兰是一种含有叶绿素的兰花，虽然在成年
阶段已具有光合能力，但是菌根营养仍然是其营养
源之一，它对共生菌的依赖随着生命活动的变化而
变化并呈现一定的规律。发芽初期，植株开始萌动，
光合营养不足以满足植物体需要，菌根营养成为营
养源之一；开花结果阶段，需要大量的营养物，菌
根营养成为光合营养的重要补充；休眠阶段，植株
生命活动微弱，可以不需要菌根营养进行补充；次
30 Mycosystema
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年，待生境条件适宜时真菌又重新侵入寄主并建立
共生关系。五唇兰菌根的形成与叶绿素含量没有紧
密关系，光合营养和菌根营养随着季节变化和植物
体对营养的需求而交替变化。
3.4 不同生境和变异类型五唇兰的菌根特征
生境条件和变异类型未对五唇兰菌根特征产
生明显影响，同一生境下不同的变异类型和同一变
异类型在不同生境下的菌丝侵染、定殖和消解过程
都无明显区别。
致谢：本研究工作得到了中国科学院植物研究所金辉博士的
悉心指导和海南省霸王岭国家级自然保护区王进强同志的
大力协助，谨表诚挚谢意。
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