全 文 ：植物病理学报
ACTA PHYTOPATHOLOGICA SINICA　 41(6): 570-575(2011)
收稿日期: 2010-12-26; 修回日期: 2011-09-11
基金项目: 中央级公益性科研院所基本科研业务专项(2009hzs1J026); 海南省自然科学基金资助项目(309044)
通讯作者: 金志强,博士生导师,研究员,主要从事分子植物遗传育种研究; E-mail: zhiqiangjin2001@yahoo. com. cn
第一作者: 殷晓敏(1983 - ),女,河南安阳人,助理研究员,主要从事植物病理学研究; E-mail: yinxm8303@126. com。
香蕉枯萎病菌侵染香蕉根系的组织学过程
殷晓敏1, 徐碧玉2, 郑 雯2, 曾会才1,2, 马蔚红1,
王家保3,李焕苓3,金志强1,2*
( 1 中国热带农业科学院海口实验站, 海口 570102; 2 中国热带农业科学院热带生物技术研究所, 海口 571101;
3 中国热带农业科学院环境与植物保护研究所, 儋州 571737)
摘要: 为探明香蕉枯萎病菌侵染香蕉根系的过程,利用绿色荧光蛋白标记的香蕉枯萎病菌 4 号生理小种(Fusarium oxyspo-
rum f. sp. cubense race 4 tagged with green fluorescent protein,GFP-FOC4),接种香蕉根系以观察病原菌侵染香蕉根系的组
织学过程。 结果表明,接种 1 d后病原菌以菌丝体、大型分生孢子和小型分生孢子的形式附着于根系表皮细胞,优先沿细胞
胞间层生长。 接种 7 d后,观察到病原菌以菌丝体、大型分生孢子和小型分生孢子的形式直接侵染维管束,在维管束内以两
种方式扩展繁殖,一种在维管束内横向扩展,菌丝体随机分支,逐步形成网状分布;另一种是菌丝体在维管束内纵向生长,
倾向于呈束状沿维管束单侧生长繁殖,形成大量菌丝体。 本研究首次从组织病理学的角度观察并分析了 GFP-FOC4 侵染
香蕉根系的过程,为研究香蕉枯萎病菌的致病过程机理提供参考。
关键词: 香蕉枯萎病菌 4 号生理小种; 侵染过程; 根系维管束; 绿色荧光蛋白
Histological observation of banana root infected by Fusarium oxysporum f. sp.
cubense　 YIN Xiao-min1, XU Bi-yu2, ZHENG Wen2, ZENG Hui-cai1,2, MA Wei-hong1, WANG
Jia-bao3, LI Huan-ling3, JIN Zhi-qiang1,2 　 ( 1Haikou Experimental Station,Chinese Academy of Tropical Agricultural
Sciences(CATAS),Haikou 570102, China; 2 Institute of Tropical Bioscience and Biotechnology,CATAS,Haikou 571101,
China; 3Environment and Plant Protection Institute,CATAS,Danzhou 571737,China)
Abstract: In order to observe the infection process of Fusarium oxysporum f. sp. cubense race 4 (FOC4) in
banana root,the green fluorescent protein (GFP) was transformed into FOC4. The histopathological observa-
tion was carried out following the inoculation of banana root with GFP-FOC4. The results showed that the
hyphae and a few germinated conidia( including macroconidia and microconidia) of GFP-FOC4 attached the
banana root epidermis cells at one day after inoculation. The preferential colonization sites on the root surface
were observed,which were the grooves along the junctions of adjacent epidermal cells. Further observation
showed that hyphae,macroconidia and microconidia of GFP-FOC4 appeared in xylem vessels of the banana
root at seven days after inoculation. The massive infectious hyphae of the fungal pathogen was observed exten-
sively in the xylem vessels of banana root. This is the first report on histological observation of the infection
process of FOC4 in banana root. The results obtained play an important role in exploring the pathogenic mech-
anism of this pathogen.
Key words: Fusarium oxysporum f. sp. cubense race 4; infection process; root xylem vessel; green fluores-
cent protein
中图分类号: S432. 1　 　 　 　 　 文献标识码: A　 　 　 　 　 文章编号: 0412-0914(2011)06-0570-06
　
　 6 期 　 殷晓敏,等:香蕉枯萎病菌侵染香蕉根系的组织学过程
　 　 由尖孢镰刀菌古巴专化型(Fusarium oxyspo-
rum f. sp. cubense,FOC)侵染引起的香蕉枯萎病
是香蕉上最具毁灭性的病害[1],对全球香蕉种植
业的健康发展造成严重障碍[1 ~ 3]。 关于香蕉枯萎
病侵染的病理学过程,Stover[4]曾报道香蕉枯萎病
菌的侵染过程,但因其所采用的组织切片方法检测
分辨率低,不能清晰定位病原菌,未能清楚观测到
整个侵染过程,Visser 等[5]将 GFP 转入香蕉枯萎
病菌株内,但并未对病原菌侵染过程进行报道。 虽
然普遍认为香蕉枯萎病的发病机制是由于病原菌
从香蕉根系侵入植株输导组织,堵塞导管,从而致
使香蕉整株死亡[4]。 然而关于香蕉枯萎病菌是如
何侵入香蕉根系,又以何种方式在根系维管束内扩
展等相关的侵染机制仍不清楚。 通过绿色荧光蛋
白(Green fluorescent protein,GFP)对病原菌进行
标记,可直观清晰地观察到病原菌侵染寄主的整个
过程 [6 ~ 12]。 用绿色荧光蛋白标记的香蕉枯萎病菌
4 号小种强致病力菌株接种巴西蕉(Cavendish,cv.
Brazilium AAA )组培苗的根系,直观清晰地观察
到了病原菌在香蕉根系组织中的侵染及扩展过程,
本文报道这一研究结果。
1　 材料与方法
1. 1　 材料
供试香蕉品种是巴西蕉(Cavendish,cv. Brazi-
lium AAA )为病原菌的感病品种。 绿色荧光蛋白
标记的香蕉枯萎病菌 4 号生理小种(简写为 GFP-
FOC4),为中国热带农业科学院环境与植物保护研
究所张欣博士馈赠,已经证明该菌株具有很强的致
病性[13]。
1. 2　 植物材料和病原菌的培养
选用 4 ~ 5 片叶香蕉组培苗直接移栽花盆,盆
内装经高温(121℃)灭菌的基质(沙土:蛭石 = 3:
7)。 待幼苗长势稳定后接种病原菌,采用伤根淋
灌方法[3]接种香蕉苗 40 株,孢子接种浓度为 105
个 / mL(包括大型分生孢子和小型分生孢子),接
种后进行正常的肥水管理,2 次重复。 以接种清水
为对照。 香蕉枯萎病菌 4 号生理小种的活化和培
养具体参照 Fang[14]的方法。
1. 3　 显微观察
参照 Nahalkova 等[9]的方法。 从接种后 1 d
开始,轻轻倒出花盆中香蕉根系,选取根系主根和
侧根,用自来水将根系的基质冲洗干净,蒸馏水漂
洗 3 次,制备临时玻片,以后每天随机取样观察 1
次,共取样 20 次,2 株 /次。 观察根系表皮时,将根
系直接置于显微镜下进行观察。 观察根系维管束
和假茎时,采用改进后的徒手切片法[15],将根系纵
切,挑选较薄的切片,置于显微镜下观察。 显微镜
选用 Nikon公司 C-SHG1 型荧光显微镜,绿色荧光
光源波长为 450 ~ 490 nm,在 10 × 、20 ×和 40 ×的
目镜下进行观察拍照。
2　 结果与分析
2. 1 　 香蕉枯萎病菌侵染香蕉根系表皮的组织学
观察
在接种后 1 d,选取香蕉苗的主根和侧根为实
验材料,将整条根系放在载玻片上,滴加蒸馏水,直
接进行显微观察,发现病原菌以菌丝体、小型分生
孢子和大型分生孢子的形式开始附着于根系表皮
细胞(图 1-A)。 接种 3 d后,随病原菌数量增加而
优先侵染表皮细胞的胞间层,沿细胞间隙生长(图
1-B),但未观察到病原菌对根系根毛的侵染(图 1-
A、C)。
2. 2 　 香蕉枯萎病菌侵染香蕉根系维管束的组织
学观察
在接种 7 d 后,肉眼看到对照根系维管束(未
接种病原菌)为乳白色,生长正常,取根系主根为
实验材料,采用徒手切片将香蕉根系纵剖后制成切
片,置于显微镜下观察,发现在荧光光源下为淡绿
色(图 2-A)。 而肉眼看到病原菌处理过的植株根
系维管束变为褐色,在荧光光源下为红色(图 2-B、
C),推测是由于受病原菌侵染香蕉根系失去生长
活性所致。
同时在荧光显微镜下观察 GFP-FOC4 处理过
的香蕉根系维管束,发现带有绿色荧光的病原菌菌
丝体和大型分生孢子存在,数量较少(图 2-B)。 观
察同一处理条件下的另一些切片发现病原菌的小
型分生孢子(图 2-C)。 在单条香蕉根系维管束内
不同位置,观察到病原菌的分生孢子和菌丝体。 推
测香蕉枯萎病菌通过在导管中产生和释放孢子,这
些孢子经汁液流携带扩展到远离菌丝体的维管束
导管,在此萌发产生菌丝,进入更多的导管,以加快
病原菌的侵染速度。
175
　
植物病理学报 41 卷
Fig. 1　 Infection way on epidermis cell in banana root of
Fusarium oxysporum f. sp. cubense race 4
A: Hyphae and a few geminated conidia( including macroconidia and microconidia) was attaching to the root surface; B: There
were preferential colonization sites on the root surface, which were the grooves along the junctions of adjacent epidermal cells;
C: The FOC4 did not infect the root hairs. Photographs were taken after incubating for one day (A)and three days (B and C) .
Hy: Hypha; Mac: Macroconidium; Mic: microconidium; Rh: Root hair.
Fig. 2　 The infection way in the xylem vessels of banana root by
Fusarium oxysporum f. sp. cubense race 4
A: Xylem vessels of the control; B,C: Hyphae, macroconidia and microconidia were observed in the diseased xylem vessels.
Photographs were taken after incubating for seven days. Hy: Hypha; Mac: macroconidium; Mic: Microconidium; Xv: Xylem vessel.
　 　 接种后 10 d,采用徒手切片法将香蕉主根切制
成尽可能薄的切片,观察到根系维管束内有更多的
菌丝体,且菌丝体在维管束内的扩展繁殖有两种方
式,一种是在维管束间隙倾向于横向生长(图 3-A、
B、C),另一种是呈纵向生长(图 3- D、E、F)。 病原
菌在维管束内横向扩展时,病原菌菌丝体随机分
支,逐步形成网状分布(图 3- B),最后大量的菌丝
体堵塞整个维管束导管(图 3- C);病原菌在维管
束内纵向生长时,更倾向于沿维管束单侧生长(图
3- D、E、F),或呈束状沿维管束一侧纵向生长(图
3- D、E),或环绕维管束一侧纵向生长(图 3-F)大
量繁殖,而维管束的另一侧没有看到任何带有绿色
荧光的病原菌(图 3-G、H、I)。
2. 3　 香蕉枯萎病菌侵染香蕉假茎的解剖学观察
取病原菌侵染 15 d 后的香蕉假茎,徒手切片
观察假茎的形态变化。 结果表明,经侵染的香蕉苗
假茎维管束变褐且假茎基部腐烂(图 4- A),未侵
染病原菌的香蕉假茎,生长正常(图 4- B)。 从本
实验所观察的 40 株香蕉苗来看,病菌侵入每株香
蕉苗 2 ~ 4 条根系主根维管束后,足可以侵染到香
蕉假茎内大量繁殖。
275
　
　 6 期 　 殷晓敏,等:香蕉枯萎病菌侵染香蕉根系的组织学过程
Fig. 3　 Development of Fusarium oxysporum f. sp. cubense race 4
in the xylem vessels of banana root
A,B,C: Cross growth of the hyphae in the xylem vessels of banana root; D,E,F: Longitudinal growth of the hyphae in the xy-
lem vessels of banana root; G,H,I: Colonization and infection of the hyphae on one side in the xylem vessels of banana root was
massive,while hyphae did not infect the another side. Photographs were taken after incubating for ten days.
Hy: Hyphae; Non-Hy:No hyphae.
Fig. 4　 The infection of banana pesudostem by Fusarium oxysporum f. sp. cubense race 4
A :The diseased pesudostem infected with FOC4 ( indicated by arrow);B:The pesudostem of the control.
Photographs were taken after incubating for fifteen days.
375
　
植物病理学报 41 卷
3　 讨论
本研究利用绿色荧光蛋白标记的香蕉枯萎病
菌 4 号生理小种观察病原菌的侵染过程,只需制备
临时玻片即可直接进行镜检,证明 GFP 标记是研
究病原菌侵染过程的一种快捷、有效的手段。 本实
验选用沙土和蛭石作营养基质培育的香蕉苗根系,
主根粗壮,侧根丰富,利于均匀接菌,取样时伤根少
且根系容易冲洗干净。 其次,与大田栽培环境较为
相似,其研究结果更能反映实际的侵染过程。
接种香蕉枯萎病菌 1 d后,观察到病原菌以分
生孢子和菌丝体的形式附着于根系表皮,尚不清楚
孢子如何精确地粘附到植物表面,是被物理的或化
学的信号刺激,还是孢子与植物表面存在着非常专
化的相互作用? 可以肯定的是,粘附作用对此后调
控芽管伸长所需信号的传递是必需的[16]。 有趣的
是,香蕉枯萎病菌的菌丝体和分生孢子附着于根系
表皮后,菌丝体优先沿胞间层生长,与番茄枯萎病
菌[6]、玉米轮枝样镰刀菌[10]和玉米炭疽病菌[11]侵
染寄主的的特点颇为相似,推测可能是香蕉枯萎病
菌在侵染过程中产生果胶酶的缘故,香蕉枯萎病菌
4 号生理小种在寄主体内具有果胶酶活性 [17]。 番
茄枯萎病菌[6]、玉米轮枝样镰刀菌[10]可以侵染根
系根毛,易在根毛区定植,但在本实验中并未观察
到香蕉枯萎病菌侵染或附着于根系根毛。 为了验
证此试验结果的可靠性,本实验室研究了利用水培
体系观察香蕉枯萎病菌的侵染过程,也未观察到病
原菌对根系根毛的侵染或附着(文章待发表)。 推
测 FOC4 侵染香蕉根系可能与此专化型病原菌侵
染寄主的方式不同有关,具体的侵染机理有待研
究。 Anastasia 等[6]利用水培体系研究番茄枯萎病
菌侵染番茄根系时,发现当番茄枯萎病菌尖孢镰刀
菌番茄专化型病原菌侵入到维管束时,整条根系表
皮外围被菌丝体所附着,而本研究观察到香蕉枯萎
病菌侵入根系维管束时,根系外围并没有观察到病
原菌的附着,这可能与本试验采用沙土和蛭石作培
养基质更接近于自然栽培条件有关。
在研究中发现,对照根系维管束(未接种病原
菌)在荧光光源下为淡绿色,病原菌侵染的根系维
管束在显微镜荧光光源下为红色,而此时观察到多
数维管束内病原菌菌丝体或分生孢子数量非常少
(图 2-B)。 推测可能是由于病原菌与寄主互作过
程中释放某些酶类或活性物质使根系失去生长活
性所致,或者是由于近根系生长点部位受到病原菌
侵染后失去输送水分和养分的能力,影响根系正常
生理代谢,致使近假茎端的根系维管束提前坏死,
具体作用机理有待进一步研究。 多个样品观察时
发现在单条香蕉根系维管束内不同位置,同时观察
到病原菌的分生孢子和菌丝体,推测香蕉枯萎病菌
通过在导管中产生和释放孢子,这些孢子经汁液流
携带扩展到远离菌丝体的维管束导管,在此萌发产
生菌丝,进入更多的导管。 从本实验所观察的 40
株香蕉苗来看,对每株香蕉苗,病原菌侵入 2 ~ 4 条
根系主根维管束后,便可以侵染到香蕉假茎内大量
繁殖,造成维管束变褐和假茎基部腐烂。 由此可以
看出,香蕉枯萎病的致病机理是多种因素影响的结
果,而不是单一的堵塞学说和毒素学说[18]。 本研
究首次利用 GFP-FOC4 侵染香蕉根系,并获得植物
组织的病理解剖学方面的实验证据,对于理解香蕉
枯萎病菌和香蕉的互作关系,阐明病原菌的侵染机
制具有重要意义。
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