全 文 ：植物病理学报
ACTA PHYTOPATHOLOGICA SINICA　 42(4): 365-373(2012)
收稿日期: 2011-12-15; 修回日期: 2012-02-16
基金项目: 四川省教育厅重点项目(08ZA054)
通讯作者: 叶华智,教授,博导,主要从事植物抗病性研究; Tel: 0835-2882547, E-mail: yhz@sicau. edu. cn
第一作者: 严吉明(1971 - ),男,副研究员,主要从事粮食作物和药用植物病害研究; E-mail: jimingyan@126. com。
蚕豆油壶菌火肿病的组织病理学
严吉明, 叶华智*
(四川农业大学, 雅安 625014)
摘要:为了解巢豆油壶菌(Olpidium viciae)侵染蚕豆叶片和茎引起细胞和组织的病理学变化,采用光学显微镜观察蚕豆叶
和茎的病、健表皮组织及组织切片的解剖结构和病原物在寄主细胞中的动态。 结果表明,巢豆油壶菌侵入叶和茎的表皮细
胞后,定殖在被侵入的细胞内,菌体生长发育,整体产果,形成游动孢子囊和休眠孢子囊。 病菌的侵染刺激了侵染点邻近的
表皮细胞和其下的叶肉组织或茎的皮层组织细胞,这些已分化的组织细胞转为分生细胞,进行分裂,分裂方式为平周分裂。
原有的正常基本组织细胞被未高度分化的薄壁组织细胞取代。 这些细胞具有分生能力并不断分裂,细胞体积增大,造成蚕
豆病组织细胞发生畸形增生的病理解剖改变,病部呈瘤状隆起。 这是蚕豆油壶菌火肿病症状产生的病理组织学机制,也反
映了巢豆油壶菌和蚕豆在细胞和组织水平上的相互作用。
关键词:蚕豆; 巢豆油壶菌; 蚕豆油壶菌火肿病; 组织病理学
Histopathology of broad bean blister caused by Olpidium Viciae 　 YAN Ji-ming,
YE Hua-zhi　 (Sichuan Agricultural University, Ya’an 625014, China)
Abstract: To understand the histopathology of broad bean blister caused by Olpidium viciae, the anatomy of
epidermal tissues and cross sections of leaf and stem of broad bean, and the growth of the fungus in host cells
were observed with light microscope. The results showed that the pathogen infected and parasitized in the epi-
dermal cells of leaf and stem. The whole thallus of the pathogen was converted into a zoosporangium or a rest-
ing sporangium. The host responded quickly to the invasion. Once the fungal body in the individual infected
cells began to develop, the epidermal cells adjacent infected cell and differentiated cells ( including mesophyll
cells of leaf and cortex cells of stem) beneath the immediate area of invasion of the pathogen were stimulated
to meristematic activity and converted into meristematic cells. The cells of normal basic tissues were replaced
by the cells of largely undifferentiated parenchyma with capacity of division. These cells continued to divide
by periclinal or radial division resulting in hyperplasia at local infected site. This histopathological change of
hyperplasia was the mechanism of inducing symptom of broad bean blister. The result also indicated the inter-
action of the pathogen and broad bean at cytological and histological level.
Key Words: broad bean; Olpidium viciae; broad bean blister; histopathology
中图分类号: S435. 23　 　 　 　 　 文献标识码: A　 　 　 　 　 文章编号: 0412-0914(2012)04-0365-09
　 　 蚕豆油壶菌火肿病由巢豆油壶菌(Olpidium
viciae)引起。 巢豆油壶菌是 1912 年日本真菌学家
Kusano报道的新种,在自然条件下的寄主是巢豆
(Vicia unijuga) [1],人工接种条件下还侵染 16 科
36 种植物[2]。 巢豆油壶菌在日本的自然寄主还有
蚕豆和豌豆。 该菌侵染寄主叶和茎的表皮细胞,引
起病部产生小瘤状突起,故命名为油壶菌火肿
病[3]。 巢豆油壶菌也曾在四川阿坝州引起蚕豆油
　
植物病理学报 42 卷
壶菌火肿病[4]。 迄今,只有日本和我国有该病原
物及其病害发生与防治的报道,而关于病理组织学
的研究,Kusano[1]发现巢豆油壶菌侵染巢豆寄主
茎、叶引起病部产生瘤状物是由于巢豆茎、叶病部
细胞分裂增生的结果,但未作详细的病理组织学研
究。 对于侵染蚕豆的病理组织学研究尚无文献报
道。
植物受病原物侵染后,将发生一系列的相互作
用和病理变化。 首先是生理病变,随之是细胞和组
织的病变,造成寄主内部解剖结构改变,最终导致
植物外部形态发生变化,产生各种症状类型。 植物
病害的病理组织学是植物病理学基础研究之一。
本研究的目的是采用切片和显微观察技术,观察蚕
豆油壶菌火肿病的病理解剖结构特点以及病菌在
细胞、组织中的动态,从而了解油壶菌与蚕豆在细
胞和组织水平上的相互作用。
1　 材料与方法
1. 1　 材料
从田间或人工气候箱盆栽接种的蚕豆植株上
采取发病程度不同的蚕豆油壶菌火肿病叶、茎(图
1)和健叶样本,装入塑料袋,放在盛有冰块的塑料
箱中,带回室内供研究用。
Fig. 1 　 Symptoms of Olpidium blister of
broad bean showing tumors
A: On the upper surface of the leaves; B: On the stem surface.
1. 2　 方法
1. 2. 1　 表皮组织样本制备　 参见文献[5]。 用镊
子撕取新鲜健叶、茎和病叶、茎病斑上的表皮组织,
表皮组织采用两种方法制片:一是立即将样本放于
载玻片的水滴或乳酚油中制成临时玻片;另一种处
理是将样本立即投入 FAA 中固定和保存,待用时
再将固定的材料放置于载玻片的乳酚油 (或
0． 01%曲利本兰乳酚油)中,制成玻片标本。 用刀
片平切病斑表皮所得较厚的组织样本,则放入 AA
液(乙醇∶乙酸 = 1∶ 1)中去除叶绿素后,再按上述
方法制片。
1. 2. 2　 叶和茎的组织切片制备 　 参见文献[6]。
样本的固定:将新鲜的叶、茎样本用刀片切成小块,
置于 FAA固定液中固定和保存,供切片用;徒手切
片样本的制备:将经 FAA固定的叶和茎组织块,夹
于通草中,用双面刀片横切样本,选取厚度适宜的
切片,置于载玻片上的乳酚油中,盖上盖玻片,制成
临时玻片标本,供显微观察用;石蜡切片技术制备
样本:样本制备的流程是 FAA 固定的材料经不同
梯度的乙醇脱水→浸蜡处理→石蜡包埋→切片机
横切包埋的材料→切片粘贴于载玻片上→切片脱
蜡→树胶封片。
1. 2. 3　 样本的显微观察　 样本用光学显微镜(Ni-
kon ECLIPSE 80i)观察制备的玻片标本,比较蚕豆
病、健表皮细胞及其内部细胞和组织结构以及病原
物的特点,并显微摄影记录。
2　 结果
2. 1　 叶片表皮组织的病理变化
2. 1. 1　 叶片健康表皮组织的形态结构　 显微观察
显示:健康叶片的表皮细胞形状呈不规则形,紧密
相连,各细胞大小、形状基本相似。 细胞内原生质
均匀、无叶绿素,细胞核圆形或椭圆形。 气孔排列
无规则型(图 2)。
2. 1. 2　 叶片病表皮组织的形态结构　 蚕豆叶片表
皮被巢豆油壶菌侵染后,表皮细胞组织发生明显改
变,幼叶和老叶的表皮细胞组织的病理改变存在差
异。 在 15℃培养条件下,已展开的幼嫩叶片接种
病菌后 48 h,被病菌侵入的细胞及邻近细胞发生肿
大变形,少数被侵染细胞的细胞壁褐变,被侵染细
胞内有很小的圆形原生质团即病菌营养体(图 3-
A)。 接种后 72 ~ 96 h,被侵入细胞内的菌体生长
迅速,体积明显增大,有的细胞内有多个菌体(图
3-B) 。在菌体迅速生长的同时,被侵细胞周围的
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　 4 期 　 　 严吉明,等:蚕豆油壶菌火肿病的组织病理学
Fig.2　 Healthy epidermis of leaf in surface view
showing the shape of epidermal cell
(ec), nucleus (n) and stomata (s)
变形细胞数目不断增多,细胞发生重叠,显微影像
的界限表现模糊。 接种后 96 ~ 120 h,接种叶片表
面出现稍褪绿的压痕斑,即病害的初期病状,潜育
期为 4 ~ 5 d。 采用平切病表皮组织,整体透明染色
制片、镜检,可见表皮细胞呈近圆形并进行分裂
(图 3-C),这表明因侵染刺激,表皮细胞转为分生
细胞状态。 初期症状出现后,随时间推移,由于病
部细胞不断分裂增生和堆积,病斑不断向上隆起,
形成大小不等的小瘤。 接种 120 h 后,逐日镜检病
瘤表皮组织中的病菌生长发育状况,菌体不断长
大。 接种后 144 ~ 168 h,一些被侵染细胞内的菌
体,整体产果,形成游动孢子囊(图 3-D),有的被侵
染细胞发生褐变,使病瘤表面出现不均匀的褐色小
Fig. 3　 Histopathological changes of epidermis through diseased
spot of young unfolded leaves in surface view
A: A infected cell and surrounding cells of host showing swollen cells, brown cell wall (brw) and fungus body ( fb); B:
Infected host cells with numerous growing fungus bodies ( fb); C: Host cells converted into meristematic cells (mc) and divi-
sions; D: Infected epidermal cells containing mature zoosporangium (zsp); E: The emptied zoosporangium (ezsp) in host cell
and escaping pore (ep) on the exposed surface of the host cell; F: Aggregated resting sporangia in the brown cells of host.
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点。 用刀片平切病表皮组织块,放入载玻片的水滴
中镜检,可见从成熟游动孢子囊中释放出游动孢
子。 释放孢子后,寄主细胞中留有空的孢子囊,在
寄主表皮细胞壁表面有边缘呈双同心圆的圆形排
孢孔 1 ~ 6 个,数目取决于孢子囊大小(图 3-E)。
游动孢子囊的排孢管也可偶见。 在蚕豆不同生育
阶段田间采样,镜检发病程度不同的病表皮组织,
均可见到上述接种观察到的病理变化。 在蚕豆营
养生长期,叶片病组织表皮细胞中,病菌大多是产
生游动孢子囊,偶有休眠孢子囊。 开花结荚的生长
后期,基本是产生休眠孢子囊,游动孢子囊少见
(图 3-F)。
　 　 老叶片被侵染的表皮细胞内,病菌能正常生长
发育形成游动孢子囊或休眠孢子囊,但被侵染的表
皮细胞及其邻近的细胞形状不发生明显改变和细
胞增生(图 4-A),被侵染的细胞后变为褐色(图 4-
B)。 病部外观只出现无明显突起的褐色斑。
2. 2　 茎表皮组织的病理变化
2. 2. 1　 茎健康表皮组织的形态结构　 显微观察茎
健康表皮组织的细胞呈长形,与茎主轴成平行排
列,细胞核为椭圆形或梭形。 表皮上分布有气孔
(图 5)。
Fig. 4　 Histopathological changes in epidermis through diseased
spot on old leaf in surface view
A: Showing no changes in the shape of infected and uninfected cells and zoosporangium (zsp);
B: Brown host cell (brc) with zoosporangia (zsp) .
Fig. 5　 Healthy epidermis of stem in surface view showing the shape of cells (ec),
nucleus (n) and stomata (s)
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　 4 期 　 　 严吉明,等:蚕豆油壶菌火肿病的组织病理学
2. 2. 2　 茎病表皮组织的病理变化　 茎表皮细胞被
油壶菌侵染后的病理变化与叶表皮细胞的变化在
很多方面相似,病变程度也与蚕豆组织生长发育程
度(老嫩)有关。 幼嫩表皮细胞被侵染后,变形肿
大,被侵染细胞周围的表皮细胞也变形并转为分生
细胞,不断进行分裂增殖,病部增生的表皮细胞发
生堆积,有的呈小丘状(图 6-A)。 随病情发展,被
侵染细胞出现菌体和游动孢子囊(图 6-B)。 成熟
的游动孢子囊释放游动孢子后在寄主的细胞内和
外壁也可见到空孢囊和排孢孔,寄主细胞褐变坏死
(图 6-C)。 在蚕豆生长前中期,多产生游动孢子
囊,休眠孢子囊少见。 而在蚕豆生长后期,细胞内
多见的是休眠孢子囊,而且数量很大,一个细胞内
多达 60 多个,充满了寄主细胞(图 6-D)。
　 　 老茎表皮细胞受侵染后,细胞一般不变形或改
变微小,细胞变为褐色,内有休眠孢子囊,周围的细
胞也不发生改变(图 7-A)。 即使侵染压力很大,被
侵染细胞及周围的细胞也不发生改变(图 7-B)。
2. 3　 叶片的解剖结构变化
2. 3. 1　 叶片健组织的解剖结构 　 叶片健康组织
的横切片,最外层为角质层,分为上表皮和下表
皮。 表皮细胞呈长方形。 上表皮下为栅栏组织,
由一层长柱形细胞组成。 在栅栏组织下为薄壁组
织,细胞近圆形,其内分布有维管束组织。 在下表
皮上方为疏松的海绵组织。 海绵组织细胞呈分枝
状。 在栅栏组织和海绵组织细胞中有很多叶绿体
(图 8)。
Fig. 6　 Histopathology of epidermis through diseased spot of stem in surface view
A: A pile of meristematic cells (mc) on the stem and infected cell with brownish;
B: Zoosporangia (zsp) and fungal body ( fb) in swollen cells of stem;
C: Zoosporangia, emptied zoosporangia (ezsp) and escaping pore (ep) in abnormal host cells with brown walls (brw);
D: Aggregated resting sporangia in the brown cells (brc) of host.
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Fig. 7　 Histopathological changes in epidermis through diseased
spot on old stem in surface view
A: The unchanged shapes of an infected cell containing six resting sporangia and neighboring uninfected cells;
B: Aggregated resting sporangia ( rsp) closely packed in the infected brown cells (brc) of stem.
Fig. 8　 Cross section of healthy leaf showing upper epidermis (ue), palisade mesophyll
cell (pmc), spongy mesophyll cell (smc), vein (v) and lower epidermis ( le)
2. 3. 2　 叶片病组织的解剖结构　 叶片病部的横切
面显示,病菌可侵染下表皮(图 9-A、图 9-B)或上
表皮(图 9-C、图 9-D)或同时侵染二面表皮(图 9-
E、图 9-F)。 病变首先发生在侵染点邻近的多个表
皮细胞(图 9-A、图 9-C)和其下的叶肉细胞(图 9-
B、图 9-D)。 细胞体积和细胞核增大,后转变为分
生细胞,细胞进行分裂,分裂方式为平周分裂。 随
着分裂细胞数量不断增加和堆积,局部呈现隆起。
在表皮细胞病变发生的同时,表皮细胞下的栅栏组
织细胞(上表皮细胞被侵染)或海绵组织细胞(下
表皮被侵染)转变为具有分生能力的细胞,细胞和
细胞核增大,也以平周方式不断进行分裂,细胞形
状成为近圆形、排列紧密。 由于病部组织细胞大量
分裂、细胞增多和细胞体积增大,使病部异常隆起
膨大(图 9-E、图 9-F)。 已成长的叶片(老叶)被侵
染后,邻近侵染点的表皮细胞和其下的叶肉组织细
胞的形状一般不发生明显改变和不进行分裂,病菌
能在侵入的细胞中正常生长,形成游动孢子囊或休
眠孢子囊。 病表皮细胞多变褐坏死。
2. 4　 茎部橫切的解剖结构
2. 4. 1　 茎健组织的解剖结构　 茎的横切片显示,
茎外层为角质层。 角质层下为一层排列紧密、与轴
向平行的长形细胞组成表皮层。 表皮细胞上散生
有气孔。 表皮下为皮层,维管束组织分布于皮层组
织和厚壁组织中(图 10)。
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　 4 期 　 　 严吉明,等:蚕豆油壶菌火肿病的组织病理学
Fig. 9　 Cross section of leaf through diseased spot on the epidermis
A:The lower epidermal cells adjacent infected cells converted into meristematic cells (mc) and periclinal division;
B: The spongy mesophyll cell (smc) converted into meristematic cell (mc) and division;
C: Upper epidermal cells converted into meristematic cells (mc) and periclinal divison;
D: The palisade mesophyll cells converted into meristematic cells (mc) and division;
E: The infected upper and lower epidermis showing mesophyll cells converted into meristematic cells (mc) and division;
F: Hyperplasia in leaf tissue cross section through the tumor and unaffected zone (unz) .
2. 4. 2　 茎病组织的解剖结构　 幼茎的表皮细胞被
侵染后,被侵染细胞邻近的多个表皮细胞(图 11-
A)和其下的皮层细胞的体积和核增大(图 11-B)
转为分生细胞,进行分裂活动,分裂方式为径向
(平周)分裂(图 11-A、图 11-C)。 由于细胞数量增
多及细胞体积增大,使病部隆起,外观病状呈瘤状
突起。 被侵染的表皮细胞发生褐变,可见到病菌的
孢子囊。 老茎表皮细胞被侵染,邻近和其下的皮层
细胞体积不增大,也不转为分生细胞和分裂。 被侵
染表皮细胞后变褐坏死(图 11-D)。
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植物病理学报 42 卷
Fig. 10　 Cross section of healthy stem showing stratum corneum (sc), stomata (s),
epidermal cell (ec), cortex cell (cc), sclerenchyma (scl),
phloem cell (pc) and xylem cell (xc)
Fig. 11　 Cross section of stem through diseased spot
A: The enlargement and radial division of epidermal cells adjacent infected cell, and uninfected zone (unz);
B: The enlargement of cortex cells (cc); C: The radial division of cortex cells ( rcc); D: The cross section
through the diseased spot on old stem showing the necrotic epidermal cell and no division of cortex cells.
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3　 结论与讨论
植物受病原物侵染后,植物与病原物发生一系
列相互作用,植物体内的细胞和组织解剖结构发生
病理改变,导致各种症状的出现。 蚕豆叶、茎表皮
细胞被巢豆油壶菌侵染后,在被侵染部位出现小瘤
状突起。 通过对其病部病理解剖结构变化的显微
观察,揭示了这种局部增生病变是由于病菌的侵染
刺激了被侵染表皮细胞邻近的表皮细胞及其下面
组织(叶片的栅栏组织、海绵组织和茎的皮层组
织)的细胞,使其转为分生细胞进行分裂活动,细
胞以平周方式分裂。 由于不断分裂增生,细胞数量
增多和细胞体积增大,而导致了病部外观出现瘤状
突起。 这是蚕豆油壶菌火肿病症状产生的病理组
织学机制。 我们对蚕豆油壶菌火肿病的病理组织
学研究结果,和 Kusano 在巢豆上的研究结果相
同[1],但更为细致和深入。 蚕豆油壶菌火肿病的
增生型组织病理变化,与十字花科根瘤病(Plasmo-
diophora brassicae)和豆科植物根瘤(Rhizobium)
等的组织病理变化相似[7,8]。 不同之处是,被油壶
菌侵染的细胞不发生分裂,因此病菌也不能进入到
邻近分裂的细胞内。
巢豆油壶菌侵染蚕豆茎、叶表皮细胞后,仅定
殖在被侵入的表皮细胞内,但被侵染细胞邻近的表
皮细胞和其下的叶肉细胞或茎的皮层细胞恢复了
分生功能,转为分生细胞进行分裂,这种功能的转
变可能是油壶菌与蚕豆发生相互作用,病菌的刺激
所致。 这一推论与前人[9]报导认为一些已分化并
组成了植物组织的细胞仍具有潜在的分生能力,在
某些条件胁迫下,可以激发出分生能力的论断相
符。 我们的结果揭示了巢豆油壶菌与蚕豆在细胞
和组织水平上的相互作用。
植物生长调节物质(生长激素)控制植物细胞
的分裂、分化和生长。 前人对一些植物增生型组织
病变病害的生物化学和生理学研究证明,是由于植
物体内生长调节物质不平衡所致。 例如甘蓝根肿
病(Plasmodiophora brassicae)的病组织中的细胞
分裂素水平显著高于健康组织[10]。 油橄榄冠瘤病
(Psudomonas savastanoi) 瘤组织中的吲哚乙酸
( IAA)水平显著高于健康组织[11,12]。 蚕豆受巢豆
油壶菌侵染后,侵染点周围的细胞分裂增生和增
大,形成瘤状增生物,这也暗示可能同侵染点附近
组织中有较高的生长激素有关。 我们通过对瘤组
织和健康组织中 4 种生长激素的比较测定发现,瘤
组织中的细胞分裂素含量明显高于健康组织。
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