全 文 ：细 枝 木 麻 黄 气 生 瘤 的 人 工 形 成*
邹　铧　 张忠泽　张成刚　丁　鉴　王育英　付　莉* *
(中国科学院沈阳应用生态研究所, 沈阳 110015)
Artificial formation of aerial nodules on Casuarina cunninghamiana. Zou Hua, Zhang
Zhong ze, Zhang Chenggang , Ding Jian, Wang Yuying and Fu Li ( I nstitute of App lied E-
cology , A cademia S inica, Shenyang 110015) . -Chin. J . App l. Ecol. , 1995, 6( 1) : 106- 108.
U sing t est t ube-slide met hod to culture plants, t he aer ial nodules ar e successfully br ed on
shoo ts of C . cunninghamiana seedlings. The pr icked and non-pr icked sites on stem are in-
ocula ted w ith Frankia str ain Cc01 w hich was iso lat ed fr om roo t nodules o f same plant
species, and t he aeria l nodules ar e appeared 40 days after , which ar ise fr om the pericy cle
of stem . The lobes of aer ial nodule ar e similar t o those o f r oo t nodules in size and shape,
and each lobe has a nodule r oo t at its top. T ransver se section of aer ial nodule show s that
the endophy te hyphae have diaphragm and some hyphae pass through tw o plant cells.
Histo lo gical character istics o f aerial and ro ot nodules do no t show significant differences.
The aerial nodules have a mean ARA value ( n mo l C2H4. min-1. g -1 fresh w eight of
nodules) of 28. 79, compared to 81. 96 of their ro ot counterpar ts. T he nit ro genase act ivi-
ties o f bo th aer ial and ro ot nodules can be r educed by low concentr ation of NH+4 ( 0. 47g·
L -1 NH4) 2SO 4) and inhibited by 2. 0g·L -1( NH4) 2SO 4.
Key words　Casuar ina cunninghamiana, A er ial nodules, N itr og en fix ation.
　　* 国家自然科学基金资助项目.
* * 现在锦州卫生学校工作.
　　1994年 9月 5日收到, 11月 9日改回.
1　引　　言
豆科植物、放线菌结瘤植物分别被根瘤菌和
Frankia 菌侵染后, 通常在根部形成固氮瘤. 豆科
植物的几个属如田箐属 ( S esbania)、田皂角属
( Aeschynomene)、决明属 (Cassia)中的某些种还
能在茎部形成固氮瘤[ 8, 10] .豆科植物茎瘤比其同
株植物的根瘤大, 且固氮活性也比同株的根瘤
高[ 8] . 根瘤的形成及其固氮活性很易被氮化物所
抑制, 而豆科植物的某些种类, 氮化物却能促进
其茎瘤的形成及固氮活性[ 8, 9] .
Pr in 等[7]报道, 位于 La Reunion 岛东北部的
40- 50年生细枝木麻黄上生有气生瘤, 这些气生
瘤位于 6- 7m 高的树干上, 用乙炔还原法测得其
固氮活性为 0. 77
mo l C2H4. hr -1. g -1干重.
然而, 在人工培养条件下形成该类植物的气
生瘤尚未见报道.通过模仿气生瘤形成的自然条
件, 即高湿的环境, 丰富的 F rank ia 菌等, 在细枝
木麻黄茎部人工结瘤成功.
2　材料与方法
2. 1　木麻黄幼苗培养
细枝木麻黄( Casuarina cunninghamiana)种
子用水洗涤 3 次, 用 0. 1%HgCl2浸泡 5min 表面
灭菌, 用无菌水将 HgCl2 充分洗净, 播于无菌砂
中培养. 砂培小苗出芽 2 个月, 小苗长至 5cm 左
右时, 转用试管-玻片法培养[ 2] ,培养液用有氮或
无氮 Hoagland 营养液[11] .
2. 2　F rank ia 菌培养
选用分离自细枝木麻黄的菌株 Cc01[ 1] , 用有
氮 Bap 培养基[6] 28℃培养 1- 2 周后, 离心收集
菌体,用匀浆器分散菌丝, 悬于无氮 Bap 培养基
中, 供接种用.
2. 3　人工接种
幼苗在管内培养 3 天后, 部分植株在距子叶
上方约 5 cm 处的茎部用针刺破表皮, 并覆以一
应 用 生 态 学 报　1995 年 1 月　第 6 卷　第 1 期　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHINESE JOURNAL OF APPLIED ECOLOGY , Jan. 1995, 6( 1)∶106—108
条湿润滤纸以保持湿度, 另一部分植株茎部不刺
破, 仅覆以一湿润滤纸. 每项处理做 18 株苗. 在
上述茎部位点及根部同时接种 Frank ia 菌株
Cc01, 另有 18 株苗不接菌作对照.
2. 4　根瘤和气生瘤的形态观察与比较
根瘤与气生瘤长出后, 用解剖镜观察比较其
大小及形状的异同. 并分别做半薄切片, 用棉兰
染色, 显微镜观察其内部结构.
2. 5　透射电镜观察
气生瘤瘤瓣分开, 用 2%多聚甲醛、2. 5%戊
二醛混合液固定, 锇酸后固定. Epon 812 环氧树
脂包埋, 超薄切片. 用醋酸双氧铀-柠檬酸铅双重
染色. 电镜观察.
2. 6 固氮酶活性测定
　　分别摘取用有氮或无氮 Hoagland 营养液培
养的气生瘤及根瘤, 用乙炔还原法测定其固氮活
性[ 12] .
3　结　　果
3. 1　气生瘤及根瘤的形成
　　接菌 40 天后, 在小苗茎部刺破位点形成气
生瘤, 结瘤率约为 55% (表 1) ;在未刺破植株的
茎部也出现了气生瘤, 结瘤率约为 30% (表 1) .
然而, 同一植株根瘤的形成仅用 20 天, 且结瘤率
为 100% . 培养液中( NH4) 2SO 4浓度为 0. 47g·L -1
时, 并不影响气生瘤及根瘤的形成. 未接菌对照
茎部及根部均未结瘤.
3. 2　气生瘤及根瘤的形态观察与比较
表 1　植株茎部与根部的结瘤率(有氮培养加 0. 47g·L-1( NH4) 2SO4)
Table 1 Nodulation rate on s tem and root of the plants( 0. 47g·L-1( NH 4) 2SO4 in NH4+ cultured solution )
植株培养方式
Cul ture methods
of the plant
植株总数
T otal
plan ts
茎部结瘤株数
Nodulated plants
on stem
结瘤率
Nodulat ion rate
( % )
接菌 Cc01 Inocu-
lated w ith st rain
Cc01
茎部刺破无氮培养
Pricked on s tem, N-f ree culture 18 10 55. 6
茎部刺破有氮培养
Pricked on s tem, NH+4 cul tu re
18 9 50
茎部不刺破无氮培养
Non-prick ed on stem , N-f ree cultur e
18 6 33. 3
茎部不刺破有氮培养
Non-prick ed on stem , NH+4 cultur e
18 6 33. 3
不接菌,无氮培养
Not inoculated
w ith s t rain Cc01,
N-f ree cultur e
18 0 0
表 2　气生瘤与根瘤的固氮活性
Table 2 N2ase activities of aerial and root nodules (n mol C2H 4.min-1. g-1)
无氮培养植株N -free cul tured plants
气生瘤
Aer ial nodules
1 2 3
根瘤
Root n odules
1 2 3
有氮培养植株a ) NH+4 cultured plan ts
气生瘤
Aerial nodu les
1 2 3
根瘤
Root nodules
1 2 3
固氮活性
N 2ase act ivit ies
32. 07 30. 27 24. 04 87. 21 78. 27 80. 35 2. 93 3. 15 2. 91 8. 40 11. 39 10. 77
平　均 Mean 28. 79 81. 94 3. 00 10. 19
a) Hoagland 营养液中含 0. 47g·L-1( NH4) 2SO 4　0. 47g·L-1( NH4) 2SO 4 in Hoagland solut ion.
　　气生瘤与根瘤的大小及形状基本相同, 直径
约 2- 3mm(图版 I , 1a) , 但有些气生瘤的瘤瓣排
列不规则, 长约 4- 6mm(图版 I , 1b) . 与根瘤相
同, 每一气生瘤的瘤瓣顶端生有瘤根(图版 I , 1a ,
1b) . 气生瘤的中柱与植物茎的中柱相连, 这表明
气生瘤很可能与根瘤相同, 都是从中柱鞘开始形
成的[ 4] .而豆科植物的根瘤从中柱鞘发生 ,茎瘤则
源于皮层[ 8] . 气生瘤切片观察表明, 被侵染的细
胞位于皮层 (图版 I, 2) ,这与根瘤相同.组织学检
测也未发现气生瘤与根瘤有明显的差异.
3. 3　电镜观察
气生瘤含菌细胞中充满菌丝与顶囊(图版 I ,
1071 期　　　　　　　　　 邹　铧等: 细枝木麻黄气生瘤的人工形成　　　　　　　　
3a ) , 菌丝有隔膜 (图版 I, 3c) ; 与离体纯培养 Cc01
相同, 内生菌顶囊具有电子透明颗粒[ 3] (图版 I ,
3d) ;有的菌丝横穿两个植物细胞(图版 I, 3b) .
3. 4　固氮活性
用乙炔还原法分析固氮酶活性表明,气生瘤
的固氮活性平均为 28. 79n mo l C2H4. min. g -1鲜
重, 根瘤平均为 81. 94n m ol C2H4. min-1. g -1鲜重
(表 2) . 而豆科植物则不同,其茎瘤的固氮活性高
于根瘤. 当培养液中( NH4) 2SO 4的浓度达到0. 47g
·L -1时, 仍能形成根瘤及气生瘤, 但两者的固氮
活性均降低(表 2) ;植株气生瘤与根瘤形成后 ,将
( NH4) 2SO 4浓度增加到 2g·L -1时, 两者都无固氮
活性.
4　讨　　论
　　根毛侵入通常被认为是木麻黄根瘤形成的唯
一途径[ 5] . 然而, 气生瘤的形成揭示出 Frank ia 菌
的侵入还有其它途径, 很可能通过愈伤组织或者
象豆科茎瘤的形成那样通过皮孔侵入植物形成固
氮瘤. 气生瘤的形成还表明 , Frankia 与木麻黄的
相互识别过程很可能不需要根分泌物的参与 , 这
为研究固氮共生体的形成提供了一个新思路. 非
豆科植物气生瘤的形成途径还有待于进一步研
究, 以揭示植物与微生物固氮共生体形成的新途
径.
细枝木麻黄的气生瘤固氮活性低于其同植株
的根瘤, 表明在无氮培养条件下, 该植物的氮素
主要由根瘤提供, 根瘤固定的氮素上运到茎部后
很可能对气生瘤的固氮活性有影响.
致谢　本所电镜组王丽霞、刘　丹同志协助电镜
制片与观察.
参考文献
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