全 文 ：第 7 卷第 3 期
19 7 8年 9 月
福 建 林 学 院 学
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1 9 87
江南恺木根瘤及其内生菌超微结构的研究
谢 卿 枷 王 炎 才水
林 学系 )(中心实脸室
摘 要
用光学显微镜 、 透射 电镜和 扫描电镜对江 南艳木 〔A I , :淞 t ar b e c川 。 as H a n d一
M a : :
.
) 根瘤形态解剖特征及其 内生苗的超微结构进行 了观察研究 。
江南恺木根瘤属于典型的枝丛状类型瘤 , 一 多年生根瘤簇直径 1一 s e m , 电镜图
象表示 , 成熟根瘤的内皮层细胞 中存在大量菌丝与泡囊 , 少数感染细胞产生大量多
态形的拟类菌体细胞 。菌 丝分枝 、 具有高密度电子的单层细胞壁和单层壁 的横隔膜 ,
直径o 。 3一0 . 5卜m , 细胞质内有明显单位膜 的中间体 。 成熟的泡囊园形或椭园形 , 表
面比较光滑 , 细胞壁不完整 , 直径为2一彬 m 。 内生菌的这些不 同发育形态与它们
在共生固氮中的作用 , 本文也作 了讨论 。
关键词 : 江南稳木 , 内生菌 ( F 。 , 寿l’a s P户 . ) 超微结构
目前世界各国在非豆科植物根瘤内生菌固氮方面的研究 , 已取得显著成绩 。 据报导在枪
木等21 属植物中发现了固氮根瘤 ; 自1 9 7 8年以来 , 已从赤杨属 ( A l n u s ) 等 9 个属的植物根
瘤中分离出纯培养的内生菌 ( F r a n ilc a s p p . ) . 并成功地 ilt1 接到寄主植物上形成根瘤 〔 3 . 6孔
枪木 ( A l n ls s p p . ) 根瘤是非豆科木本植物和内生放线菌共生固氮能 力 高的 典 型 根
瘤类型 , 国内外对根瘤内生菌的分离接种已有许多报道 , 〔.4 .5 .7 “ 〕 , 但有关恺木根瘤 及其 内
生菌的超微结构的系统研究甚少 。 本文报导用光学与电子显微镜对江南恺木根瘤含菌组织及
内生菌的超微结构迸行观察研究 , 企图直观地揭示内生菌在活寄主细胞内的超微结构形态特
征与分布扩展情况 , 为进一步研究非豆科木本植物根瘤内生菌侵染方式 , 根瘤形成与共生固
氮过程的机制提供资料 。
材 料 与 方 法
根瘤样品分别于 9] 86 年 6月与 1 9 8 7年 3 月采自福建林学院杉木与江南恺木混交试验 林 。
一 、 光学显微镜制片
石 腊切片 新鲜根瘤样品洗净后 , 立即浸入 F A A 溶液中固定 。 经逐级脱水 , 石腊包埋 ,
切成 3 一 6 件m 厚的一切片 , 脱腊后用苯酚 品红一亮绿染色法鉴别染色 , 永久封片 , 光 学显微
福 建 林 学 院
镜观察拍照 c3〕。
根瘤涂 片 将洗净的根瘤瓣切去外皮层 , 瘤柄和顶端的分生组织 , 将留下的侵染细胞集
中在干净的载玻片上 , 加无菌水一滴 , 将修好的瘤块挤出汁液并混合均匀作成涂片后 自然风
干 。 滴加 1% 刚果红溶液 , 风干后再滴加 95 %盐酸酒精 , 以固定菌体并使刚果红在酸性介 质
中呈蓝色〔2 〕。
二 、 扫描电镜制片 用毛细吸管吸取上述压制的菌悬液 , 滴到带有 F or m v ar 膜的 微 型
盖玻片 _匕 自干燥后 , 用等电胶固定在直径为 I c m 铜样品上 , 喷涂后立即用 SJ M一 3 5 C 型 扫
描电镜观察拍照 〔3〕 。
三 、 电子显微镜制片 新鲜根瘤瓣洗净后 , 修成 l m m 见方瘤块 , 用戊二醛和铭酸双重固
定 , E p o sn lZ 环氧树脂包埋 , L K B 8 8 0 0超薄切片机切片 , 乙酸双氧铀和柠檬酸铅双重染色 ,
在 J E M— 1 0 C X型 电镜下观察拍照〔 3〕 。
结 果
一 、 根启的形态特征 江南档木为枝丛状类型瘤 。 成熟的根瘤一般分布在 10 一 4 c0 m 的
表土层水平分布的侧根表面 ( 图 1见 1 17 一 1 18 插页 ) 。 部分根瘤呈 2 一 3层次的珊瑚状分义
瘤瓣 , 单个瘤瓣大小为 1 一 3 又 1 一 1 . 4 m m ( 图 2 ) 。 多年生的根瘤 , 由于枝丛状的瘤瓣不
断增加 , 形成球形的根瘤簇 , 直径达 1 一 5 c m 。 有的根瘤簇上还会继续生长 出小根。 在自然
条件下 , 幼嫩的瘤瓣表面较平滑 , 呈灰 白色 。 成熟的瘤瓣 , 表面较粗糙 , 一 般呈浅褐色 。 衰
老的瘤瓣最外层具有周皮 , 深褐色 , 表面出现凹凸不平 , 内部成为空洞 。
二 、 根瘤辫的内一部结构 成熟的根瘤瓣石腊切片 , 在光学显微镜下 , 其内部结构与根的
初生构造相似 。 外层是表皮细胞 ,具有顶生的分生组织和维管束 。 瘤瓣的维管束与瘤柄及根的
维管束相连 。 在横断面的内皮层薄壁细胞中 , 有许多被内生菌侵染的细胞与不含菌 的细胞交
错存在 , 或形成分散的含菌细胞 团完全地包围中柱 ( 图 3 ) 。 含菌细胞中部充满内生菌的分
枝菌丝 、 泡囊和拟类菌体细胞 ( 图 4 ) 。 由于光镜分瓣率的限制 , 菌丝 、 泡囊和拟类菌沐细
胞尚难清析辨别 。 瘤柄 、 外皮层及顶端分生组织细胞 一般不被侵染 。 因此 , 从瘤瓣淤内部结
构及其维管束与根部的维管束相连 , 江南恺木的根瘤可看成是变形的支根 , 与根不同的是在
根瘤瓣顶端没有根冠和根毛 。
三 、 菌丝体与泡囊 用根瘤涂片 , 在光学显微镜下 , 菌丝分枝有隔膜 、 粗细不均 , 直径
0
.
3一 0 . 5协m 。 在菌丝末端或侧枝上有圆形的泡囊 , 大小为 2 一 4 件m ( 图 5 ) 。
在透射电镜下 , 可 以看到菌丝被寄主植物细胞管状原生质膜所包围 。 菌丝细胞壁为电子
密度很高的单层壁 ( 图 6 ) , 细胞质内有明显单位膜的中间体 ( M es os o m es ) 与 类 核 物 质
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)
, 菌丝纵剖面还可以观察到中间体与原生质膜连接 ( 图 7 ) 。 靠近
寄主细胞壁周围的菌丝末端或侧枝膨大 , 形成圆形或椭圆形的泡囊 , 直 径 为 2 一 4 林m 。 成
熟的泡囊表面比较光滑 , 细胞壁不完整 , 有的被寄主细胞的原生质膜包围构成圆形或椭圆形
的空腔 ( 图 8 ) 。 较老的泡囊内部细胞质分布疏密不均 , 可见到细小颗粒状类核物质与液饱
( 图 7 ) 。
谢卿桐等 : 江南枪木根瘤及其内生菌超微 结构的研 究 1 5
四 、 拟类菌体细胞 成熟根瘤超薄切片在透射 电镜下 , 明显地看到部分感染细胞中产生
大量的多角细胞 (拟类菌体细胞 ) ,直径 0 . 5一 1 . 昨 m , 不同发育阶段的拟类菌体细胞内部充满
类脂物颗粒 (l i p id ) , 并紧密地随机集成一群 ( 图 9 ) 。 在扫描 电镜下 , 还 可 以 看到多态
型的杆状 , 纺锤状大小不等的拟类菌体细胞 , 一般长 3一 5 协m , 宽 0 . 4一。 . 6卜m , 表面结构
粗糙 , 凹凸不平 , 边缘不整齐 , 与表面光滑的菌丝片断完全不同 ( 图 10 ) 。
综上所述 , 江南恺木根瘤内生菌 , 在自然条件下 , 在寄主活细胞内其发育过程 , 经历了
菌丝 、 泡囊和拟类菌体细胞等三个不同发育形态 。 在根瘤的活细胞内未观察到抱囊和抱囊抱
子 。
讨 论
我们用江南枪木新鲜根瘤的涂片 , 在光学显微镜和扫描电镜下观察和超薄切片在透射电
镜下观察 , 均未看到抱囊和抱囊抱子 , 只看到菌丝 、 泡囊与拟类菌体细胞 。 据报导 “ ·幻 , 在
四川档木 (妊 l , u s e r e o a s t o g y , e B u r k . ) 、 辽东枪木 ( A . s `b` r ` e a F `: c h . )根瘤的内生菌分离
培养中 , 形成大量的抱囊与抱囊抱子 , 而只有在缺氮的培养基上才能诱导泡囊的产生 。 这可
能是由于根瘤的共生内生菌在不同的生境下产生不同的发育形态 。 据报导 〔.2 6〕 , 拟类菌体细
胞是由营养菌丝断裂形成的菌丝片断 , 以后逐渐发育成各种独特的形态 , 特别当寄主植物遇
到干早 、 低温和营养缺乏等不 良条件下 , 或在长期保存的根瘤 中 , 则大量形成拟 类 菌体 细
胞 。 同时这些拟类菌体细胞在适宜的条件下 , 又可 以重新发芽形成新的菌丝体 , 而不经过抱
囊抱子这一阶段 。 因此 , 可 以认为 , 拟类菌体细胞与抱囊抱子具有 同样的繁殖功能 , 它是根
瘤内生菌在特定的环境条件下一种独特发育形态的繁殖器官 。 内生固氮菌的这些发育形态变
化是与它们在根瘤中的共生生活相适应的 。 由于这些变化 , 为有效共生系统的建立和大量饱
囊形成为固氮酶的发生创造了条件 , 从而为内生菌本身 与寄主植物提供 了 必 要 的 氮 素 营
养〔6〕 。 所 以 , 我们认为 , 在适宜的自然条件下 , 内生菌在活的寄主细胞内主要以拟类菌体细
胞的发育形态进行繁殖 , 或在土壤中渡过不 良环境 。 这样内生菌的世代交替期 短 , 繁 殖 率
高 , 有利于大量产生固氮泡囊 。 在人工培养条件下 , 内生菌则以抱囊抱子为主要繁殖方式与
渡过不 良环境 。 这些不同发育形态的变化 , 是寄主植物与共生内生菌在长期的系统发育过程
中形成的共生生活适应性 。 这点与B 。 。 k l’n g( 1 9 6 4) 等认为菌丝体如侵入活的寄主细胞 , 则发
育成抱囊 ; 而进入死的寄主细胞则发育为拟类菌体细胞的观点不同 c7 〕 。 而与 G ar d。 。 : ( 1 9 6 5)
认为菌丝体发育为抱囊或拟类菌体细胞是 由于季节条件等因素所致的看法是一 致 的〔8〕 。 总
之 , 对于拟类菌体细胞形成 的原因还必须进一步深入研究 。
参 考 文 献
〔1〕 _匕海植物生理研究所固氮研究室 1 9 7 7 非豆科植物共生固氮的研究 l 胡颓子属植物 ( E lae a g -
1 9 ( 4 )
s p p
.
)根瘤的超微结构 植物学报
P
:
2 4 7一 2 5 1
1 6福 建 林 学 院 学 报
〔幻 杜大至等 19 83 非豆科植物共生固氮的研究 工 根瘤内生菌的观察方法 微生物学报
23 ( 4) P
:
3 7 4一3 5 0
〔3 〕 谢卿相等 1 9 8 4木麻黄根瘤形态及超微结构的研究 福建林学院学报 攻1 () p :1 2一舫
〔 4〕 蒋建德等 1 9 8 4由四川档木根瘤中分离和培养弗兰克氏苗 微生物学报 2搜 (1 ) p :3 7一拍
〔5〕 袁长芳 工9 87 辽东枪木根瘤内生菌的分离和培养条件的研究 微生物学报
27 (1 ) P : 6 4一 6 8
〔 6〕 王毅岩等 1 9 5 8翅果油树根瘤超微结构及其内生菌的观察 秋物学报 7 2 () 2 p :1 28一 13 2
〔7 〕 Be e k i ng J。 H .e ta l .1 9 6 4E le e t ro nm i e o s re o py o f t ho e e n lo p hy te o A f lu ns g lu ti o s a n
A n to ni e Va n Le e u w e n ho o k 3 0 P
:3 43一3 7 6
〔s 〕 G a r de n r I.C .19 65 o bs e r va ti o no n t he fi ” e s tu re tu re o f t he e n do P hy te o f t l, e
r o o t n o d u l
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M i e r o b i o !
.
s i P : 36 5一 3 8 3
( 9〕 H o l t J . G . 1 97 7 《 T h e s h o r t e r B e 只e y ’ 5 M a n o a l o f D e t e r m i n a t i v e B a e t e r i o l o g y 》
( E i g h t h E d i t i o n ) P
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2 61一 26 3
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