全 文 ：　　1996- 10- 24收稿。
宋晓斌助理研究员,郑文锋,张学武,马松涛(陕西省林业科学研究所　陕西杨陵 　712100)。
* 本研究为 1986～1996年陕西省林业攻关课题“泡桐抗丛枝病综合防治技术研究”、“泡桐抗丛枝病品系选育及病原研
究”中的部分内容。
类菌原体的侵入对泡桐组织和细胞的影响*
宋晓斌　郑文锋　张学武　马松涛
　　摘要　通过类菌原体 MLO 侵入泡桐筛管, 引起寄主细胞变化的观察和对细胞差别透性的分
析、病健组织结构的观察,研究了 M LO 侵入泡桐后对寄主组织和细胞的影响。结果表明: MLO 的
侵入使筛管细胞产生胼胝质,胼胝质的聚集堵塞了筛板孔和由胞间连丝连接筛管与相邻细胞的通
道, 使得皮部细胞的差别透性增大,木质部的差别透性减小,形成层相对厚度变薄。
　　关键词　泡桐　类菌原体　细胞差别透性
　　许多植物病理工作者对泡桐丛枝病 MLO 做了大量的研究,并在病原、病害的发生规律及
防治技术方面取得了一定的进展。但对 MLO 侵入泡桐后寄主组织细胞等方面的变化研究不
多,为了揭示这种变化,作者在这方面进行了研究,现将取得的结果总结报道如下。
1　材料与方法
1. 1　植株与病原材料
试验材料均为陕西省林科所栽植的豫杂 1 号( Paulow nia tomentosa ( Thunb. )×P . f or-
tuneii ( Seem . ) Hemsl . )。MLO侵入寄主后的细胞反应观察材料采自该株当年生病枝。不同
部位细胞差别透性变化的分析都取自该株的当年生枝条,取材部位为从顶芽起 10 cm 的一段。
组织结构观察材料取自该株当年生枝条。为了确保生长期的一致, 在距顶芽 5 cm 处取材。对
照为与之相邻的一棵豫杂 1号, 取材部位相同。
1. 2　电子显微镜检查
1987年 5月采回观察材料并用自来水冲洗干净,剥下皮部后切成 1 mm 3的小块,分别在
40%的戊二醛磷酸缓冲液中固定 4 h,而后换洗三次, 置于 1%的锇酸中固定 3 h,经过系列浓
度丙酮脱水后包埋,而后作超薄切片,经电子染色后置于日本产 JEM100-CX-Ⅱ电子显微镜下
观察。用健康材料做相同的处理与观察,以此作为对照。
1. 3　不同部位细胞差别透性的研究
把采回的材料用自来水冲洗干净后,再用去离子水冲洗三次, 晾干表面。取病、健枝皮部和
木质部, 剪成 0. 3 cm 长的小段。皮部、木质部各分为病、健两组,为了保持试材基础状况一致,
每组做甲、乙两种处理, 每种重复三次,每份 1 g , 把材料置入已编号的小烧杯中及时加入 20
mL 去离子水。甲组处理放入真空干燥器内,减压至 0. 05 mPa 时增至常压,如此重复三次, 最
后一次减压至 0. 05 mPa时,保持 30 m in, 而后增至常压。乙组材料置于 100 ℃的水浴锅中保
林业科学研究　1997, 10( 4) : 429～434
Forest Research 　　 　　　
持 15 min,取出后在常压下静置 2 h,每组材料在处理前后各测一次电导率。电导率用 DOS-A
电导率仪测定。用 Varian 型原子吸收光谱仪测定测 K + 浓度。为了消除因组织和细胞损伤而
渗出的电解质和 K +对分析结果的影响, 对谭常等[ 1]的计算公式作了修改。以电解质外渗率与
K
+外渗率来反映细胞的差别透性。
谭常等的计算公式:
电解质外渗率( %) = 甲组外渗液的电解质的电导率乙组外渗液的电解质的电导率 × 100 ( 1)
K
+ 外渗率( %) = 甲组外渗液的 K + 浓度(
g / g )乙组外渗液的 K + 浓度(
g / g ) × 100 ( 2)
修改后的计算公式:
电解质外渗率( % ) = 甲组处理后电导率 - 甲组处理前电导率(
 / cm )乙组处理后电导率 - 乙组处理前电导率(
 / cm ) × 100 ( 3)
K
+ 外渗率( % ) = 甲组处理K + 浓度 - 丙组(对照) K + 浓度(
g / g)乙组处理
+ 浓度 - 丙组(对照) K + 浓度(
g/ g) × 100 ( 4)
1. 4　对泡桐枝条组织结构的影响
观察 MLO 侵入枝条后枝条组织结构的变化在宋晓斌等[ 2]方法的基础上,在距顶芽 5 cm
处取样。试样经石腊包埋后切片, 切片用迪纳氏液染色 5 m in, 水洗,再用 70%的高锰酸钾染色
3 min后水洗。所作切片置于日产OLYMPUS BH-2型显微镜下观察测量,并进行记录。
2　结果与分析
2. 1　MLO的侵入对泡桐筛管的影响
从图 1中可以清楚地看出, “MLO”侵入泡桐枝条韧皮部后, 筛管细胞中有胼胝质( C)产
图 1　“M LO”引起胼胝质堵塞筛板孔(×1 500)
C:胼胝质;M :“MLO”; H:筛板孔
图 2　“ML O”引起胼胝质堵塞胞间连丝通道(×1 500)
M :“M LO”; C :胼胝质
生,这些胼胝质在筛板孔周围聚积,并堵塞了筛板孔,阻断了筛管细胞与相邻筛管细胞的联系,
这一点和 PVX 病毒侵入千日红( Gomp hrena globosa L. )组织细胞时, 寄主细胞的变化以及
TMV 病毒侵入三叶草( T rif olium p ratense T . )时,细胞的变化情况相似[ 3]。从图 2看出,由于
MLO 的侵入,有些细胞的胞间连丝一端也有葡聚糖产生, 呈絮状分布, 堵死了该细胞与相邻
细胞的联系。说明了 MLO 的侵入确实影响了筛管内物质的交换和运送,这一点和作者多次对
泡桐病韧皮部的观察结果是相同的[ 4] ,在对照观察中没有见到 MLO 及相应的现象。以前对泡
桐的病筛管的电子显微镜观察多局限在对类菌原体的观察[ 5] ,有人[ 3]对 PVX侵入千日红的叶
子后寄主细胞的变化作过电子显微镜观察,在细胞壁与质膜间有胼胝质在其中积累,这一点与
本文的观察结果相似。
430 林 业 科 学 研 究　　　　　　　　　　　　　　　　　10 卷
2. 2　对不同部位细胞差别透性的影响
2. 2. 1　病、健枝条不同部位电解质外渗率　从表 1的测定结果可以看出,乙组健木质部和皮
层的电导率在处理之前分别为 28. 33
 / cm 和 27. 00
 / cm ,近乎相等。在组织细胞完全被
破坏后(即乙组处理) , 在电解质完全外渗的情况下, 健皮层的电导率为 71. 33
 / cm ,木质部
的电导率为 44. 67
 / cm, 前者高出后者 59. 68%, 差异性分析后表明这两者之间差异显著。
说明正常健康的木质部的电解质含量少,皮层的电解质含量高。病枝木质部和皮层的电导率与
之相比下,处理前分别为 36
 / cm 和 25
 / cm ,木质部高出皮层 44% ,处理之后分别为 58.
67
 / cm 和 61. 67
 / cm, 差异性分析表明两者之间无显著性差异。说明在电解质完全外渗
的情况下,木质部和皮层的电解质含量相近。这是因为健康皮层中,筛管细胞没有受到类菌原
体的侵害, 组织细胞的功能没有被破坏, 能够保持该部位与木质部之间各自的渗压, 而在病皮
层中,筛管细胞由于受到类菌原体的侵害, 细胞中产生了大量的胼胝质, 使皮层细胞维持正常
表 1　病、健枝条不同部位细胞电解质外渗率(差别透性)
部　　位 甲组平均电导率(
 / cm ) 乙组平均电导率(
 / cm )处理后 处理前 处理后 处理前 电解质外渗率( % )
健 皮层 28. 00 27. 00 71. 33 27. 00 2. 26
健木质部 38. 00 28. 33 44. 67 28. 33 59. 17
病 皮层 33. 00 25. 00 61. 67 25. 00 21. 81
病木质部 38. 00 36. 00 58. 67 36. 00 8. 82
渗压的功能遭到破坏, 从而使木质部和皮层的电解质含量趋同。从电解质外渗率的计算结果
看,病皮层为 21. 81%, 健枝皮层为2. 25% ,前者明显高于后者。枝条木质部细胞电解质外渗率
为8. 82%,健木质部为 59. 17%, 前者明显低于后者。统计分析结果表明, 病、健皮层及木质部
的电解质外渗率之间存在着明显的差异。这是由于在排除因创伤造成的电解质外渗的影响后,
健皮层增加的电导率值大, 而甲组增加的电导率值小,病皮层增加的电导率值小,而甲组病皮
层增加的电导率值大造成的,反映了健皮层的电解质外渗少, 病皮层电解质外渗多。这是因为
类菌原体对皮层细胞的侵害,致使细胞产生胼胝质, 胼胝质具有调节筛管成分的渗透梯度和水
度的作用[ 5] , 说明由于类菌原体对枝条的侵入, 破坏了枝条的木质部和皮层细胞之间原来应有
的细胞差别透性, 使皮部细胞差别透性增大, 使木质部细胞差别透性减小。这一结论与公式
( 1)计算结果所得结论一致,但测定结果更为明显。
表 2　病、健枝条不同部位细胞 K+ 外渗率
部　　　位 K+平均外渗浓度(
g/ g)甲组处理 乙组处理 丙组(对照) 外渗率( % )
健皮 层 1 100. 00 1 793. 30 1 020. 00 10. 34
健木质部 1 673. 30 2 013. 30 1 293. 30 52. 77
病皮 层 1 440. 00 2 760. 00 1 126. 70 19. 18
病木质部 1 633. 30 3 573. 30 1 360. 00 12. 30
2. 2. 2　病、健不同部位 K + 外渗率　从原子光谱吸收测定结果(见表 2)可以看出, 在乙组组织
细胞被破坏后,在 K + 完全外渗的情况下, 健康枝条皮层细胞 K + 外渗浓度为 1 793. 3
g / g, 木
质部的 2 013. 3
g/ g ,除去因创伤渗出的 K + 浓度后, 净渗出 K + 浓度分别为 773. 3
g/ g 和
4314 期　　　　　　　　　宋晓斌等: 类菌原体的侵入对泡桐组织和细胞的影响
720. 3
g / g ,差异性检验表明,这两者之间无显著性差异。在甲组处理的健枝皮层组织细胞的
K
+浓度为 1 100
g / g,木质部的为 1 673. 3
g/ g ,除去因创伤渗出的K + 浓度后, 净渗出的 K +
浓度分别为 80
g / g 和 379. 7
g/ g ,差异性检验表明, 这两者之间差异性显著,说明在同一条
件下,皮层细胞渗出的 K + 少,木质部渗出的 K +多。这是因为木质部是运输矿物质包括 K + 在
内的组织部位,除含量高外,导管的通透性比较好。在乙组组织细胞被破坏后,在 K +完全外渗
的情况下, 病枝条皮层细胞 K + 外渗浓度为 1 126. 7
g/ g ,木质部的为 1 360. 00
g/ g ,除去因
创伤渗出的 K + 浓度后,净渗出 K +浓度分别为 1 633. 3
g/ g 和 2 213. 3
g/ g ,这一结果经差
异性分析表明,两者差异显著。说明病枝皮层细胞 K +浓度低,木质部 K +的含量高。这是因为
类菌原体的侵害使筛管细胞内产生了大量的胼胝质,从而使蔗糖在皮层细胞中的运输和积累
减缓[ 6] ,在筛管细胞中, 蔗糖与 K +之间有一种平衡关系,蔗糖的运输和积累减缓,必然使病皮
层组织细胞内 K +的浓度降低, 加之木质部是运输矿物质包括 K + 在内的组织部位,本来就含
大量的 K + 。在甲组处理的病枝皮层组织细胞的 K +浓度为 1 440. 00
g/ g ,木质部的为 1 633.
3
g/ g ,除去因创伤渗出的 K +浓度后,净渗出的 K + 浓度分别为 313. 3
g / g 和 273. 0
g / g ,差
异性检验表明, 两者之间差异不显著,这是因为病枝条木质部的导管较细 [ 2] , 输送矿物质包括
K
+ 的能力差, 相应的外渗性能也差。从计算的 K + 外渗率来看,健皮层为 10. 34% ,病皮层为
19. 18%, 增加了8. 84%。病木质部细胞 K + 外渗率为 12. 30% ,健木质部为 52. 77%, 降低了
40. 47%。经过差异检验分析, 健皮层、病皮层、健木质部、病木质部的 K +外渗率之间差异显
著。其原因也是病皮层组织细胞中有大量的胼胝质产生,引起蔗糖在细胞内的运输和积累减
缓, K + 浓度上升, 打破枝条应有的 K + 与蔗糖之间的平衡, 而使 K + 更易外渗。表明了由于
MLO 在枝体内的存在, 使枝条应有的差别透性发生了改变,使皮部的差别透性增大, 木质部
的差别透性降低。这一结论与公式( 2)计算结果所下结论一致。
2. 3　对泡桐枝条组织结构的影响
对病、健枝条的组织结构观察,有病的韧皮部被染为蓝色,形成层被染成深褐色,镜检测量
结果见表 3。经过平均数的差异性检验分析, 病、健形成层的相对厚度(占总厚度的百分比)之
间存在着显著的差异,而病、健木质部的相对厚度之间无显著性差异, 说明 MLO 对枝条的侵
害使枝条的组织结构发生了变化,使形成层的组织厚度相对变薄, 韧皮部的相对厚度增加, 次
表 3　健、病枝条横切组织厚度
结构部位 病　　　　　枝 健　　　　　枝平均厚度( um) 形成层占观察部位比例(% ) 平均厚度( um) 形成层占观察部位比例( % )
形　成　层 28. 33 6. 71 52. 63 10. 28
次生木质部 264. 30 62. 66 318. 89 62. 31
韧　皮　部 129. 20 30. 63 140. 53 27. 46
观察 部位 421. 83 512. 05
生木质部的相对厚度保持不变。这是因为病枝在 MLO的侵害下, 其正常的生长受到影响, 使
整个粗度变小,因而引起各部位的厚度变薄。胼胝质在筛管细胞中的产生和积累,使蔗糖等同
化物的运输受到影响, 韧皮部对于运输到的同化物优先利用,因而生长受到的影响小,其厚度
必然相对变厚。形成层距筛管有一定的距离,在同化物运输不畅的条件下,不能优先利用同化
物,因而生长受到的影响较大,其厚度也就相对变薄。次生木质部的相对厚度保持不变,可能是
432 林 业 科 学 研 究　　　　　　　　　　　　　　　　　10 卷
因为观察的部位还没有达到产生差异的时期, 随着树体的进一步生长, 这种差异就会表现出
来。形成层是生命活动最活跃的部位,其厚度的薄化势必会对皮层和木质部的进一步正常分化
产生影响,继而影响枝条的正常生长。
3　小结与讨论
　　在 MLO 侵入泡桐韧皮部筛管, 继而对其细胞产生影响,使泡桐筛管细胞产生大量的胼胝
质(葡聚糖) , 并堵塞筛板孔和胞间连丝通道。对于寄主细胞来说,这是一种保护反应,也与泡桐
的抗性有一定的关系[ 7] ,但极有可能影响泡桐筛管细胞对物质的交换和运输,这种影响在无花
果叶瓜( Cucur bita f icif olia Ser . )的筛管中是存在的[ 9]。细胞运输通道的堵塞很可能会影响到
细胞的渗透压的变化, 细胞差别透性的测定结果证明了这一点。皮层部位(包括韧皮部)差别透
性的增大,说明细胞 K +容易外渗,从而使蔗糖出现反渗。K +和蔗糖浓度的变化会影响其它部
位细胞渗透压的变化, 可能会涉及到形成层。结构观察的结果说明了形成层发生了明显的变
化,间接地证明了这种推测。除此之外,本文还有几个问题说明如下:
( 1)在多种不利情况下,许多植物都有胼胝质在细胞中产生和积累的现象[ 6] ,作者的多次
对比观察结果说明,在泡桐筛管细胞中发生的变化是由MLO侵入所致。因为在健康的对照材
料观察中没有发现 MLO及细胞内的相应变化。
( 2)电解质外渗率和 K +浓度不仅能反映细胞的差别透性, 也反映了植物抗寒性和其它抗
性[ 1, 8] ,本文的测定结果既说明了 MLO 侵入泡桐后细胞的差别透性的变化, 而且也说明 MLO
的侵入导致了泡桐抗逆性降低。这完全与病枝条或罹病幼树提前死亡的事实相吻合。
参　考　文　献
　　1　上海植物生理学会.植物生理学实验手册.上海:上海科学技术出版社, 1985. 67～70.
　　2　宋晓斌,张学武,郑文锋.罹丛枝病泡桐组织结构的解剖观察.陕西林业科技, 1993, ( 3) : 38～40.
　　3　[日]铃木直治等(张际中,齐显章,许泳峰,等译) .植物近代病理化学.上海:上海出版社, 1985. 23～32.
　　4　宋晓斌,郑文锋,任锁堂,等.罹丛枝病泡桐 MLO 的观察.陕西农业科学, 1994, ( 6) : 29,封三.
　　5　郑文锋,宋晓斌,任锁堂,等.泡桐丛枝病病原及传播途径的研究.陕西林业科技, 1990, ( 1) : 23～25.
　　6　[苏] A .库尔萨诺夫(韩锦锋,王瑞新,贾志旺译) .植物体内同化物的运输.北京:科学出版社, 1986. 210～252.
　　7　田国忠.张锡津,熊耀国.泡桐筛管内胼胝质与抗丛枝病关系的研究.植物病理学报, 1994, 24( 4) : 352～355.
　　8　毛远,周永学,于梦杰,等.两种新选泡桐无性系抗寒性的测定.西北林学院学报, 1994, ( 2) : 50～54.
　　9　Eschrich W . Beziehungen zw isch endem Auf t reten von callose u nd der Feinst ructur desprima
ren Ph loem s b ei C ucur-
bita f i cif ol ia. planta, 1963, 59: 243～261.
4334 期　　　　　　　　　宋晓斌等: 类菌原体的侵入对泡桐组织和细胞的影响
Influence of Infection by Mycoplasma like Organism(MLO)
on Paulownia Tissues and Cells
S ong X iaobin　Zheng W enf eng　Zhang Xuewu　Ma S ongtao
　　Abstract　This paper deals w ith af fection to t issues and cells o f Paulow nia which is in-
fected by MLO. By means o f elect ron m icroscopy , it is found that a lar ge amount of callose
accumulate in the infected cells and fill in sive mesh and path between cells. By means o f
atomic absorpt ion spect rometry , the rate of electro lyt ic out-seeping w as measured, the result
show s that the rate of elect ro lyt ic out-seeping in the healthy xy lem is 59. 17%, but in the in-
fected xy lem is 8. 82 %, the r ate o f electr olyt ic out-seeping in the healthy cortex is 2. 26%,
but in the infected cortex is 21. 81%. By means of microscopy, the t issues st ructure o f
branchs w as measured, the result show s that the cambium r elat ivity thickness in the healthy
branch is 10. 28
m, but in the infected branch is 6. 71
m, cor tex and xy lem relat iv ity thick-
ness are unchanged basically.
　　Key words　Paulow nia　MLO　dif ferential permeability of cell
　　S ong Xiaobin, Assis tant Profes sor, Zh eng Wenfeng, Zh ang Xuew u, M a Songtao ( Th e Forest ry Research In st itute of
Sh anxi Province　Yang ling, S han xi　712100) .
434 林 业 科 学 研 究　　　　　　　　　　　　　　　　　10 卷