全 文 ：　　收稿日期 : 2001206220
基金项目 : 国家自然科学基金项目 (39870622)和浙江省自然科学基金项目 (397030)部分内容
作者简介 : 陈连庆 (19432) ,男 ,河北唐山人 ,研究员.
　　文章编号 : 100121498 (2002) 0120096205
三种石斛菌根形态结构及元素构成的研究
陈连庆 , 裴致达 , 韩宁林 , 张守英
(中国林业科学研究院亚热带林业研究所 ,浙江 富阳　311400)
摘要 : 通过对石斛菌根解剖镜检表明 :石斛菌根是由根被、皮层、中柱组织构成 ,在皮层细胞内 ,常有
菌根真菌栖居、生长 ,并呈现菌丝团结构。对石斛组培非菌根与野生石斛菌根营养元素分析表明 ,组
培根 N、P、K含量是菌根的 2 　5 倍 ;微量元素除 Zn 外 ,Cu、Fe、Mn、Ca、Mg 等元素含量低于菌根 22 % 　
78 %。
关键词 : 石斛菌根 ;形态结构 ;元素构成
中图分类号 : S718181 　　　　　文献标识码 : A
石斛 ( Dendrobium spp . )属于兰科 (Orchidaceae)植物 ,其根系为典型的单子叶植物类型。石
斛多数品种既是名优花卉 ,又是传统名贵中草药。由于野生资源稀少 ,试材难得 ,到 20 世纪 70
年代后 ,有关兰科植物营养器官的解剖特征研究 ,才逐渐开展起来 ,但又主要集中于兰科植物
抗旱性储水结构的研究上 ,对其“菌根”共生体很少深入、全面的研究。法国生物学家贝尔纳
(Bereard)首先对兰花根菌在种子发芽中所起作用进行研究。布尔吉夫在 1959 年写的《兰花根
菌》中认为 :“兰花是与根菌共生的 ,兰花与根菌之间保持平衡是兰花生长良好的必要条
件”[1 ,2 ] 。所以搞清兰科植物菌根形态结构及其营养状况 ,对其进一步深入研究是非常必要
的。然而 ,当前该领域的报道还局限在简单描述上 ,无法根据这些描述来区别和鉴定该特殊菌
根类型 ———“兰科菌根”,因而限制了兰科菌根形态学的进展[3 　8 ] 。本研究着重对石斛根进行
形态、结构和主要营养成分分析 ,揭示共生菌根真菌在根组织中的位置、形态和栖居规律 ,为野
生石斛引种驯化、胚培养、细胞工程和兰科植物的永续开发利用等技术提供理论依据。
1 　材料与方法
111 　材料
　　根样取自野生和组培石斛鲜根 ,其品种金钗石斛 ( Dendrobium nobile Lindl . ) 、细茎石斛 ( D.
moniliforme (L. ) Sw. ) ,1998 年 4 月采自云南省 ;铁皮石斛 ( D. candidum Wall . ex Ldl . ) 1999 年 5
月采自浙江省 ,并取相应的石斛 1 年生组培苗根样。
112 　方法
在采集样品时要小心、保护好根系 ,洗去附着物 ,一部分保存在 FAA 固定液中 ,一部分根
样进行形态和徒手切片检测 ;取组培石斛苗洗去培养基粘着物 ,样品也分成两部分处理。采用
林业科学研究　2002 ,15 (1) :96 　100
Forest Research
常规化学分析和原子吸收分光光度计等方法 ,进行主要营养元素分析。
11211 　石斛菌根外部形态观察 　使用 XTT立体显微镜观测、记录。
11212 　石斛菌根解剖结构检测
徒手切片 :精选高质量切片置于载玻片上 ,滴加乳酸和曲利本蓝染色液 ,盖上盖玻片 ,光学
显微镜下镜检 ;
石蜡切片 :从固定液中取出根样 ,按常规石蜡切片法 ,包埋 →切片 →染色 →封片 →镜检等
步骤进行 ;
电镜扫描根样的制备 :取 FAA 固定根样 ,进行水洗 ,多梯度乙醇脱水、临界点干燥、喷金、
电镜观测。
2 　结果与讨论
211 　石斛根的外部形态和结构特征
　　表 1 结果说明 :3 种石斛根基本的组织结构大同小异 ,只有细胞的大小、层次的多少、排列
状况等方面 ,因不同种而有所变化。石斛根的形态与结构为典型的单子叶植物类型 ,无主根和
侧根之分 ,粗细相近。根冠绿色 ,根毛有的较发达 (图版 Ⅰ- 1 ,2) 。该根由 4 层组织细胞构成
(图版 Ⅰ- 3 ,4) ,最外层是根被组织 ,其细胞长筒形 ,多角 ,近呈 45°辐射状排列。根被细胞成熟
后 ,原生质解体 ,增长加厚条纹 ,失去生命力 (图版 Ⅰ- 2 ,5) 。它主要起保护、吸水、透光、减少
内部组织细胞水分散失的作用。向根内深入的中层细胞为皮层组织 ,由 6 　10 层细胞组成 ,
表 1 　石斛根外部形态与组织结构
项目
品　　种
金钗石斛 细茎石斛 铁皮石斛
　根冠　　大小/ mm颜色
长 115 　210 ,直径 110
褐绿色
长 110 　115 ,直径 018
绿色
长 210 　310 ,直径 015 　110
绿色
根部颜色
根直径/ mm
根毛
灰白
210 　310
无
白色
115 　215
有
银白色
110 　210
有
根
被
层数/ 层 　5 　7 　7 　9 　5 　6
细胞大小/μm 25 　70 10 　40 20 　50
厚度/μm 330 　350 200 　280 180 　190
外
皮
层
层数/ 层 1 1 1
细胞大小/μm 20 或 20 ×30 20 或 20 ×30 15 或 15 ×25
细胞壁厚度/μm 10 7 5
皮
层
层数/ 层 　5 　6 　5 　4 　5
细胞大小/μm 30 　80 20 　70 15 　60
细胞总厚度/μm 200 　300 210 　280 190 　210
内
皮
层
层数/ 层 1 1 1
细胞大小/μm 10 　20 10 　20 15 　20
中
柱
直径/μm 450 　500 300 200
细胞大小/μm 10 　20 15 　25 40 　70
维管束个数① 14 　16 ×1 9 ×1 7 ×3
　　注 : ①金钗石斛、细茎石斛为单个细胞的维管束个数 ,铁皮石斛为 3 个细胞的维管束个数。
79第 1 期 陈连庆等 :三种石斛菌根形态结构及元素构成的研究
占据根组织绝大部分 (该层为 3 层细胞组织) 。第 1 层为外皮层 ,只一层细胞 ,由圆形细胞与长
形细胞有规律的相同排列 ,细胞壁较厚 ,内含细胞质 (图版 Ⅰ- 3 ,4) 。第 2 层为皮层 ,4 　8 层细
胞组成 ,皮层组织细胞较大 ,多角球形 ,细胞壁薄 ,内含物最丰富 ,也是活力最旺的细胞。该细
胞内含有大量气泡 ,有时含有叶绿体或淀粉粒 (图版 Ⅰ- 7) ,有时发现个别细胞内被针状束结
晶体所占据 (图版 Ⅰ- 6) 。第 3 层是单层细胞构成的内皮层 ,细胞比较小 ,近圆形 ,凯氏带明
显 ,细胞有活力 (图版 Ⅰ- 4) 。根中心部分称为中柱 ,由韧皮部、木质部、维管束和髓构成 (图版
Ⅰ- 3 ,4) 。
图版Ⅰ　铁皮石斛菌根的显微结构
图版说明 :CO1 皮层 ; EN1 内皮层 ; EX1 外皮层 ;RH1 根毛 ;VE1 根被 ; F1 真菌 ;S1 淀粉粒 ; RC1 根冠 ;ST1 中柱 ;DF1 衰败
菌丝 ; △1 皮层细胞的针状结晶。
　　11 根纵切 ( ×64) ,根毛 (RH) 、根冠 (RC) 、中柱 (ST) ;21 根纵切 ( ×160) ,根被 (VE) 、真菌菌丝团 ( F) ;31 根横切 ( ×400) ,根
被 (VE) 、外皮层 ( EX) 、皮层 (CO) 、中柱 (ST) ;41 根横切 ( ×160) ,根被 (VE) 、外皮层 ( EX) 、皮层 (CO) 、内皮层 ( EN) 、中柱 (ST) ;51
根被 (VE)单细胞 ,细胞腔网状横隔结构 ( ×1 620) ;61 皮层单细胞中结晶束 ( ×2 030) ,针状结晶 ( △) ;71 根横切皮层细胞中淀
粉粒 (S) ( ×640) ;81 根纵切皮层细胞中衰败菌丝 (DF) ( ×640) 、皮层 (CO) ;91 根纵切皮层 (CO) ,细胞中真菌菌丝团 ( F) ( ×
980) ;101 皮层细胞中真菌菌丝 (F) ( ×1 620) ;
89　 林 　业 　科 　学 　研 　究 第 15 卷
212 　石斛菌根解剖结构
经光学、电子显微镜观测发现 ,菌根与非菌根 (组培根) 在基本组织结构上 ,没有明显的区
别。唯一的显著差异在于菌根是由石斛根与真菌发生共生关系而形成的联合体 ,在细胞内、外
具有某种真菌的侵染、栖居 ,并生长、增殖和衰败 ,周而复始 ,终生互惠 (图版 Ⅰ- 2) 。
菌根真菌存在于自然界土壤里 ,当与石斛根相接触时 ,真菌通过根被的通道细胞向根里侵
染 ,先侵染外皮层细胞 ,并通过纹孔使相邻细胞相互感染。从切片观测发现 ,菌丝体多栖居在
圆形细胞内 (直径 15 　20μm) (图版 Ⅰ- 2) ,长形细胞 (15μm ×30μm) 中较少。然后真菌继续
向皮层薄壁细胞侵染 ,该细胞组织是真菌增殖生长的主要栖居区域。真菌在细胞内的形态 ,多
以一条或多条菌丝卷曲 ,呈现出典型的菌丝圈结构 (图版 Ⅰ- 8 ,9 ,10) ,或变为零碎的菌丝段 ,
这是否是根细胞消化菌丝而分解所致 ,待以后进一步研究。根据多次镜检发现 ,只要石斛根被
真菌侵染与栖居后 ,原细胞内集聚的淀粉粒或叶绿体颗粒均消失 ,其空间被菌丝团充满。
213 　石斛菌根与非菌根 (组培根)主要营养元素分析
表 2 　铁皮石斛根营养元素分析
项　　目 组培根 (非菌根) 野生菌根 比值
N/ (g·kg - 1) 21040 8 11051 1 　2∶1
P/ (g·kg - 1) 01322 1 01126 7 215∶1
K/ (g·kg - 1) 11800 9 01364 4 　5∶1
Cu/ (mg·kg - 1) 3715 6010 　1∶116
Zn/ (mg·kg - 1) 3819 3513 　1∶0192
Fe/ (mg·kg - 1) 35910 56310 　1∶1157
Mn/ (mg·kg - 1) 24710 44110 　1∶1178
Ca/ (mg·kg - 1) 5 12910 6 23710 　1∶1122
Mg/ (mg·kg - 1) 2 02910 2 54910 　1∶1125　　表 2 表明 :组培苗根 (非菌根) 内大量元素 N、P、K含量均高于野生石斛菌根的含量 ,组培苗 N的含量是菌根的两倍 ,P 的含量是 215 倍 , K的含量是 5 倍。这说明石斛在人工配制的可溶性营养基质上生长 ,能直接充足地吸收培养基中的 N、P、K三元素 ,所以在根内累积的数量较高。而野生石斛菌根生长在岩石上 ,营养来源与组培基相差甚远 ,故吸收积累量均少于组培根。但与之相反 ,微量元素除 Zn 外 ,Cu、Fe、Mn、Ca、Mg 等元素都高于组培根含量 ,其含量高出 22 % 　78 % ,该原因
有待探索。
3 　小结
石斛根基本组织结构是由根被、皮层 (包括外
皮层、皮层和内皮层) 、中柱三部分组成。石斛菌根是根与真菌共生的联合体 ,在石斛根皮层细
胞中常有菌根真菌侵染、栖居和消长变化。
组培非菌根与野生石斛菌根营养元素分析 ,发现大量元素 N、P、K含量组培根比野生石斛
菌根高 2 　5 倍 ;微量元素除 Zn 外 ,野生石斛菌根含量高于组培非菌根 22 %　78 %。
参考文献 :
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99第 1 期 陈连庆等 :三种石斛菌根形态结构及元素构成的研究
The Form ,Structure and Element Component of Mycorrhizas in
Dendrobium spp.
CHEN Lian2qing , PEI Zhi2da , HAN Ning2lin , ZHANG Shou2ying
(Research Institute of Subtropical Forestry , CAF , Fuyang 　311400 , Zhejiang , China)
Abstract : The Mycorrhizas in Dendrobium candidum , D. nobile Lindl . and D. moniliforme are com2
posed by velamen , cortex , stele under the microscope. The germ is living and growing inside the cell of
cortex as a peloton. According to the analysis for both mycorrhizas organ and nonmycorrhizas one , the
contents of N ,P ,K in the former are about 2 　5 times more than in the later , but the contents of mi2
croelment , such as Cu , Fe , Mn , Ca , Mg etc. except Zn , are lower by 22 %　78 %。
Key words : mycorrhizas in Dendrobium spp . ;structure ;element component
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