全 文 ：　第 28 卷第 1 期
2004 年 1 月 　　
南 京 林 业 大 学 学 报(自 然 科 学 版)
Journal of Nanjing Forestry University(Natural Sciences Edi tion)　　
Vol.28 , No.1　
Jan., 2004　
根瘤菌诱导紫云英根表面传递细胞的观察
吴均章 ,韩素芬＊ ,甘习华
(南京林业大学森林资源与环境学院 , 江苏　南京　210037)
摘　要:对紫云英无菌苗进行接菌处理 , 以不接菌为对照。于灭菌无氮培养液中培养 1 周 , 在接菌处理的紫云
英苗中 ,取根毛密集 、形变明显的根段固定 , 同时在不接菌对照处理的紫云英苗中 , 截取相应部位根段固定。
两组固定的根段分别进行塑料半薄切片光镜观察和超薄切片透射电镜观察。结果发现:经根瘤菌处理的根
段 ,其根表皮细胞的外切向壁上 , 发育出大量壁内突结构 , 甚至在根毛细胞四周也发育出大量的壁内突结构 ,
属典型的传递细胞。经透射电镜观察 ,这些壁内突结构主要为乳头状和盾状结构。而对照苗的根段内未发现
壁内突结构 ,证明紫云英根表皮传递细胞的形成是由紫云英根瘤菌诱导所致。
关键词:紫云英;根瘤菌;传递细胞;诱导
中图分类号:S718.52;Q939.9　　文献标识码:A　 　文章编号:1000-2006(2004)01-0081-03
Observation on the Transfer Cells in the Epiderm of Roots of
Astragalus sinicus After Inoculation by Rhizobia
WU Jun-zhang ,HAN Su-fen＊ ,GAN Xi-hua
(College of Forest Resources and Envi ronment Nanjing Forest ry University , Nanjing 210037 ,China)
Abstract:The aseptic seedlings of Astragalus sinicus were treated as tw o g roups.One group was
inoculated by Rhizobium astragalus and the other w as designed as contrast without inoculation.
These two groups were all cultivated in sterilized cultured liquid about one week.The roo t seg-
ments w hich have dist inct ive deformation of root hairs f rom first g roup were cut of f and be f ixed ,
meanwhile the corresponding roo t segments were cut off from the contrastive group and be f ixed.
These g roups of roots segments w ere t reated as semi-thin section and ult rathin sect ions , and then
w ere observed by optical microscope and transmission electron microscope.The result show s:the
transfer cells w ith w all ingrow ths on the tangential exow all of the root epidermal cells is easy to be
found in the root segments w hich has distinctive deformation of roo t hai r.The w all ingrow th lies
not only in roo t epidermal cells but also in the root hairs ,while there is no w all ing row th in root
epidermal cells of Astranalus sinicus which is not inoculated by rhizobia.This proved that the
forming of transfer cells in epiderm of Astragalus sinicus was due to the inducement of rhizobia of
Astragalus sinicus.
Key words:Astragalus sinicus;Rhizobia;Transfer cells;Inducement
传递细胞作为一种溶质短途运输的特殊细胞自Gunning 等提出来后 ,已经在植物的许多部位发现 ,
如苔藓 、蕨类 、被子植物的生殖器官 、茎 、节 、叶 、根及根瘤的维管系统中都发现有它们的存在[ 1～ 6] 。但
在植物根表面上少有传递细胞的报道 。1998年韩素芬等首次报道了根瘤菌对刺槐根表面传递细胞的
产生具诱导作用[ 7] ,为探讨这种现象是刺槐的个别现象还是在其它豆科植物中具有普遍意义 ,笔者研
究了根瘤菌对紫云英根表面传递细胞的诱导 。
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收稿日期:2003-08-29　　　　修回日期:2003-11-01
基金项目:国家自然科学基金资助项目(39970601)
作者简介:吴均章(1963-),男 ,浙江诸暨人 ,南京林业大学森林资源与环境学院博士生。
＊通讯作者(Corresponding Author):韩素芬 ,女 ,教授 ,博士生导师。
1　材料与方法
1.1　紫云英苗的培养
(1)无菌对照苗的培养　将无菌吸胀种子在 YEMA 平板上催芽 ,待胚根长至 2 ～ 3 cm ,确定无根瘤
菌生长 ,将苗转移到灭菌无氮培养液(NF)中培养。
(2)接菌苗的培养　经灭菌处理并吸胀的种子在灭菌滤纸培养皿中催芽 ,待胚根长至 2 ～ 3 cm ,置
紫云英根瘤菌液中浸根接菌 3 h ,再转移至灭菌无氮培养液(NF)的广口瓶中 ,置于温度为 25 ℃左右光
照培养室中 ,在光照度为 2 000 lx ,每天 16 h光照 ,8 h黑暗培养 ,观察根部变化。
1.2　切片观察与制备
(1)半薄切片的制备和光镜观察　接菌处理的紫云英幼苗培养 1周后 ,取根毛密集 、形变明显的根
段于 FAA液中固定 ,同时取对照培养的相应部位的根段于 FAA 液中固定 ,并分别制成塑料半薄切
片[ 8] ,在显微镜下观察拍照。
(2)超薄切片制备和透射电镜观察　取部分接菌处理的紫云英根段固定于 4%戊二醛磷酸缓冲液
中。超薄切片制备方法参见文献[ 7] 。
2　结　果
接菌处理的紫云英幼苗培养 1周后 ,观察到部分根段根毛密集并发生明显形变(图 1-1)。通过塑料
图 1　紫云英接菌培养和不接菌培养 1 周后根表面形态和细胞结构的变化
Fig.1　The changes of morpha and cellular structure of root s epidermal cells of Astragalus sinicus
after the inoculated and contrast seedlings
1.紫云英根毛形态 , ×50;2.接菌紫云英初生根横切面整体细胞结构图 , ×50;3.图 1-2方框放大 ,箭头所指为表皮细胞外
切向壁上的壁内突结构 , ×500;4.图 1-5方框放大 ,箭头所指为表皮细胞外切向壁 ,光滑无壁内突结构 , ×500;5.对照紫云
英初生根横切面整体细胞结构图 , ×50;6.接菌紫云英初生根横切面部分细胞结构 , 箭头所指为根毛细胞壁上的壁内突结
构 , ×300;7.接菌紫云英根表皮细胞的透射电镜照片 ,箭头所指为乳头状壁内突结构 , ×20 000;8.接菌紫云英根表皮细胞
的透射电镜照片,箭头所指为乳头状壁内突结构 , ×30 000;9.接菌紫云英根表皮细胞的透射电镜照片 ,箭头所指为盾状壁
内突结构 , ×12 000。
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半薄切片光镜观察其横切面 ,结果显示:从外向内分别为表皮 、皮层 、维管柱 。表皮细胞排列整齐 、紧密 、
无细胞间隙 ,皮层细胞大 、排列疏松 ,外皮层不明显 ,内皮层细胞小而排列整齐紧密 ,维管柱最外为中柱
鞘 ,内为初生木质部和初生韧皮部以及它们之间的薄壁细胞 ,从初生木质部辐射角看 ,其根为二原型(图
1-2)。油镜观察表明 ,其表皮细胞的外切向壁上发育出大量的壁内突结构(图 1-3箭头所指),甚至在根
毛的四周细胞壁上也能观察到大量的壁内突结构(图 1-6箭头所指),但在皮层和维管柱的薄壁细胞中
未观察到这种壁内突结构 。通过超薄切片透射电镜观察 ,其壁内突结构更为清晰 ,为乳头状(图 1-7 , 1-8
箭头所指)和盾状(图 1-9箭头所指)。连续观察紫云英接菌苗的培养 ,形变根段正是根瘤形成部位。
在对照不接菌的紫云英无菌苗培养 1周后 ,根毛直 ,不发生形变 ,在相对应部位的塑料半薄切片中 ,
显示其初生结构与接菌培养的紫云英幼苗相同(图 1-5),但在表皮细胞和根毛内均无发现壁内突结构
(图 1-4箭头所指),不形成传递细胞。
3　讨　论
传递细胞被普遍认为是一种具细胞间短距离营养物质吸收及转运功能的细胞类型 [ 1 , 2],其发育产生的
大量壁内突增加了沿着它表面分布的质膜的面积 ,也增加了细胞质膜表面积和细胞体积之比 ,有利于物
质的吸收和转运 。接菌培养的紫云英幼苗 ,其根上根毛密集 ,形变明显 ,根毛存活时间延长 ,这些部位正
是以后根瘤形成之所在。而且在这些部位的横切面上 ,根表皮细胞外切向壁上和根毛上出现大量的壁
内突 ,而紫云英不接菌对照苗的相应根段上 ,根毛直 ,不发生形变 ,而且在其表皮细胞和根毛内均不形成
壁内突结构 ,即不形成传递细胞。所有这些改变 ,不仅有利于根瘤菌的入侵 ,而且大大增加了对外界环
境水分和各种营养物质的吸收和转运 ,这与根瘤形成过程中细胞大量快速分裂 、共生固氮体系的形成需
要较多水分无机盐和其它营养物质相适应 ,表现出形态结构与功能的高度统一;同时也说明 ,紫云英根
表皮上传递细胞的形成是由根瘤菌诱导所致 ,这种现象并不是在刺槐中的个别现象 ,在紫云英中也存
在 ,也许在结瘤豆科植物中它具有普遍意义。从超薄切片透射电镜观察结果 ,紫云英根表面传递细胞的
内突形状有乳头状也有盾状 ,说明紫云英根表面传递细胞的不同发育阶段其内突形状会发生变化 ,并没
有一个固定不变的内突形状 ,故用传递细胞的内突形状作为植物分类的依据是不合适的 。
[ 参 考 文 献 ]
[ 1] Gunning B E S , Pate J S.“T rasfer Cells” plant cells with wall ingrow ths , specialized in relation to short distance transport of solutes-their
occurrence , st ructu re and development[ J] .Protoplasma , 1969 , 68:107-133.
[ 2] Gunning B E S.Transfer cells and their roles in transport of solutes in plants[ J] .S ci Prog Oxf , 1977 , 64:539-568.
[ 3] Gunning B E S , Pate J S , Britarty L G.Specialised “Transfer Cells” in minor veins of leaves and thei r possible significance in phloem translo-
cat ion[ J] .J Cell Biol , 1968 , 37:c7-12.
[ 4] 朱　徵 ,胡适宜.植物生殖系统中传递细胞的研究进展[ J] .植物学通报 , 1999 , 16(专辑):35-41.
[ 5] Folsom M W.Change in t ransfer cell distribution in the ovule of soybean af ter fertilization[ J] .Can J Bot , 1986 , 64:965-972.
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[ 7] 韩素芬 ,甘习华 ,黄金生.接种根瘤菌后刺槐根表皮形态和超微结构的变化[ J] .林业科学 , 1998 , 34(4):109-110.
[ 8] 吴均章 ,韩素芬.塑料半薄切片观察豆科植物根表面传递细胞[ J] .南京林业大学学报(自然科学版), 2003 , 27(2):65-68.
(责任编辑　王国栋　郑琰炎炎)
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　2004年　总第 109期　　　　　　　　　吴均章等:根瘤菌诱导紫云英根表面传递细胞的观察