全 文 ：园 　艺 　学 　报 　2008, 35 (11) : 1641 - 1646
Acta Horticulturae Sinica
收稿日期 : 2008 - 07 - 07; 修回日期 : 2008 - 09 - 27
基金项目 : 上海市绿化局资助项目 ( ZX050208)3 通讯作者 Author for correspondence ( E2mail: silandai@ sina1com)
云锦杜鹃菌根显微结构观察
张春英 1, 2 , 侯奕敏 3 , 戴思兰 13
(1 北京林业大学园林学院 , 北京 100083; 2 上海市园林科学研究所 , 上海 200232; 3 上海师范大学生命与环境科学 ,
上海 200234)
摘 　要 : 采用扫描电镜、锥虫蓝染色压片和树脂切片法观察了云锦杜鹃 (Rhododendron fortunei L. ) 菌
根显微结构。结果表明 : 云锦杜鹃毛根由 1层表皮细胞、1～2层皮层细胞和狭小的中柱组成 ; 表面没有根
毛 , 包裹着 1层或疏松或紧密的菌丝层 ; 菌根真菌的侵染没有改变毛根基本解剖结构 , 表皮细胞内具有欧
石南类菌根 ( ericoid mycorrhizal, ERM ) 结构 ; 菌丝复合体多出现在幼嫩毛根表皮细胞内 , 90%以上含有
菌丝体的表皮细胞壁加厚不明显 ; 根据菌丝及菌丝圈的形态判断 , 至少两类真菌参与云锦杜鹃 ERM的形
成 , 一类为粗菌丝形成紧密菌丝圈 , 另一类为细菌丝形成松散菌丝圈。
关键词 : 云锦杜鹃 ; 欧石南类菌根 ; 菌根形态 ; 解剖结构
中图分类号 : S 685121　　文献标识码 : A 　　文章编号 : 05132353X (2008) 1121641206
O bserva tion on M icrostructure of M ycorrh iza l Root of R h ododen d ron
fortune i L .
ZHANG Chun2ying1, 2 , HOU Yi2m in3 , and DA I Si2lan13
(1 College of L andscape A rch itecture, B eijing Forestry U niversity, B eijing 100083, Ch ina; 2 Shanghai Landscape and Garden ing
Institu te, Shangha i 200232, China; 3 College of L ife and Environm ent Science, Shangha i N orm al U niversity, Shanghai 200234,
China)
Abstract: The m icrostructure of mycorrhizal root of R hododendron fortunei L. were observed with scan2
ning electron m icroscope and fresh mount of hair root stained with trypan blue and resin section. The results
showed that the hair roots consisted of one layer of ep iderm is cells and 1 - 2 layers of cortical cells surrounding
the stele; The hair roots did not form root hair and were covered with loose or compact fungal mantle; The
p resence of the mycorrhizal fungus in ep idermal cells did not appear to disrup t the p rimary tissue structure of
the root, excep t that mature ep idermal contain ericoid mycorrhizal ( ERM ) hyphal coils; The fungal comp lex
were mostly observed in ep idermal cells and the cellwall of 90% ep idermal cellswith funguswere not obvious2
ly thickened; According to the morphological feature of the hyphae and hypha comp lex, at least two types of
fungi appeared to form mycorrhizal coils in ep idermal cells. One type was a thick mycelium fungus which
formed tight coils, the other was a thin mycelium fungus formed loose coils.
Key words: Rhododendron fortunei L. ; ericoid mycorrhizal; morphology; anatomy
杜鹃花类植物根系能与一些土壤真菌形成典型特征的共生体 , 称之为杜鹃花类菌根或欧石南类菌
根 ( ericoid mycorrhizal, ERM ) (Read, 1996)。杜鹃花类植物之所以在全球广泛分布 , 主要依赖于
ERM共生体获取其生长发育所需的营养物质及缓解环境胁迫 (Cairney &Meharg, 2003)。例如 , ERM
能够活化复杂的有机氮源并促进寄主对无机及有机氮源的吸收 ( Cairney et al. , 2000; Sokolovski et
al. , 2002) , 以及碱性条件下增加铁和钙离子的吸收 (Bajwa & Read, 1986; Leake et al. , 1990) ; 接
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种 H. ericae菌株能显著促进拟欧石南 (Ca lluna vu lgaris L. ) ( Strandberg & Johannsson, 1999)、马醉
木 ( P ieris f loribunda L. ) ( Starrett et al. , 2001) 的生长 ; 而且有研究认为 H. ericae可能在拟欧石南
植被恢复中发挥积极的作用 (D iaz et al. , 2006)。
云锦杜鹃 (R hododend ron fortunei L. ) 是杜鹃花属常绿无鳞类杜鹃花之一 , 广泛分布于我国浙江、
江西、安徽等地海拔 620～2 000 m山脊向阳处或林下 (杨汉碧 等 , 2003) , 具有抗性强、花大且有
香味、结实率高等优点 (张春英和戴思兰 , 2005)。云锦杜鹃是大叶常绿杜鹃花耐碱砧木系列培育的
主要亲本 ( Preil & Ebbinghaus, 1994) , 其耐旱性也比其它大叶常绿类杜鹃强 (张长芹 等 , 2002)。
然而 , 云锦杜鹃在我国几乎没有栽培应用 , 引种栽培生长不良及幼苗繁育生长缓慢是主要限制因子。
而且近年来华顶山云锦杜鹃自然群落开始出现衰退现象 (管康林 等 , 2001)。因此 , 开展我国杜鹃
花类植物 ERM研究 , 对于杜鹃花的引种栽培和自然群落的恢复具有重要的意义。
目前已知杜鹃花科拟欧石南、越橘 (Vaccin ium oxycoccos L. 和 V. m yrtilloides L. )、北美杜鹃花
(R hododendron sp. )、长序杜鹃花 (Rhododendron pon ticum L. )、马醉木 ( Pieris sp. )、山月桂 ( Ka lm ia
angustifolia L. )、加茶杜香 (L edum g roen land icum Oeder )、平铺白珠树 (Gaultheria procum bens L. ) 等
和尖苞树科的几种植物 (A shford et al. , 1996; Massicotte et al. , 2005) 可形成典型的 ERM结构。
本文报道云锦杜鹃菌根显微结构观察结果 , 旨在进一步探索我国杜鹃花植物 ERM发育状况 , 为
开展生态学和生理学研究等方面提供依据。
1　材料与方法
111　采样地点与采样方法
材料来自亚热带常绿针阔混交林中的 3个云锦杜鹃自然分布区 : 华顶山森林公园 (29°15′N 121°
06′E) , 位于浙江省天台县华顶山 , 海拔 900～ l 100 m, 山地黄壤土 , 土层厚度 60～80 cm, 土壤 pH
415～510; 幕阜山森林公园 (28°59′N 113°52′E) , 位于湖南省平江县幕阜山 , 海拔 1 000～1 300 m,
山地黄壤土 , pH 410～510, 土层厚度 30～40 cm; 黄山风景区 (30°10′N 118°11′E) , 位于安徽省南
部黄山 , 海拔 1 500～1 700 m, 山地暗黄棕壤土 , 酸性反应 , pH 510～610。2005年 5—6月 , 在 3个
分布区分别采集 6棵株高低于 40 cm植株的根样 (植株之间的距离 100 m以上 ) , 放置于冰桶内带到
实验室存放 4 ℃冰箱中备用。
112　云锦杜鹃幼苗无菌培养方法
云锦杜鹃种子用自来水冲洗干净后 , 10%次氯酸钠溶液消毒 8～10 m in, 播种于不含植物生长调
节剂的 1 /2 MS培养基上 , 待幼苗根系发育良好时剪取幼根固定。
113　压片与切片制作方法
将根系用自来水轻轻冲洗干净 , 剪取幼根约 5 mm的根段 , 固定在 FAA中 24 h以上或 4%戊二醛
固定液中 2～4 h以上 , 用于压片和切片制作。压片方法 : 将 FAA固定的根段经 10% KOH透明处理 ,
011 mol·L - 1 HCl酸化处理后用 012%锥虫蓝染液染色 , 直接压片后光镜观察 ; 切片方法 : 固定好的
材料经酒精梯度脱水后 , 树脂包埋 , 切成 1μm厚的切片 , 甲苯胺蓝染色后封片光镜观察。
扫描电镜材料制作 : 将剪好的 5 mm根段浸入 011 mol·L - 1磷酸缓冲液中清洗干净 , 215%戊二
醛溶液固定 2 h以上 , 酒精梯度脱水后进行导电处理 , 然后在样品表面喷镀一层厚度适当、均匀的金
属膜用于电镜观察。
2　结果与分析
211　云锦杜鹃菌根的形态结构
云锦杜鹃根系由大量细弱的毛根 ( hair roots) 组成 , 成熟毛根直径一般为 50～120μm。3个采样
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地点的菌根形态和解剖结构在扫描电镜及光镜下没有明显差异 , 毛根从根尖开始向上 , 颜色逐渐加
深 , 由乳白色逐渐变为浅黄色、浅棕色。野生菌根扫描和横切面图显示 , 毛根表面具有一层或致密或
疏松菌丝层 , 很难观察到根表面的结构 (图 1, A、B)。乳白色幼根表面布满菌丝 , 横切面基本呈圆
形或近圆形 , 表面没有观察到明显的凸起 (图 1, A; 图 2, A )。颜色逐渐加深为浅黄色的根段常见
棱状凸起 , 菌丝分布在长条形棱状凸起之间 (图 1, B) , 类似颜色的根段横切面也有明显的棱状凸起
(图 2, B , 箭头所示 )。无菌培养的云锦杜鹃乳白色幼根外观比较光滑 , 有皱缩 , 无菌丝缠绕 , 没有
观察到根毛结构 (图 1, C) , 对应的根段横切面外周也比较平滑 , 无根毛结构 (图 2, C)。
图 1　云锦杜鹃毛根扫描图
A、B. 野生毛根片段 ; C. 无菌培养毛根片段。
F ig. 1　Scann ing electron m icroscop ic photos of Rhododendron fortunei ha ir roots
A, B. Scanning electron m icroscop ic photo of wild2collected hair root; C. Scanning electron m icroscop ic photo of asep tic cultural hair roots.
云锦杜鹃幼嫩的毛根组成结构简单。有 1层表皮细胞和 1～2层皮层细胞包裹着狭小的中柱 (图
2, A、C)。菌根真菌的侵染没有改变毛根的基本解剖结构 , 只在菌根的表皮细胞和皮层细胞内观察
到菌丝或菌丝圈结构 (图 2, A、E、F)。菌根表皮细胞内可见明显的 ERM菌丝圈 , 菌丝几乎占据整
个表皮细胞。有些根段的所有表皮细胞内均可观察到菌丝圈结构 , 少量皮层细胞内也观察到菌丝片段
或菌丝圈。表皮细胞内菌丝复合体外围可观察到一层膜结构与根细胞质分开 , 成为独立的菌丝团占据
一定的细胞内空间 (图 2, D)。常观察到具有菌丝结构的表皮细胞壁较薄 , 少量菌根段横切面可见
表皮细胞壁加厚或不均匀加厚现象 (图 2, E、F)。有的厚壁细胞内观察到菌丝片段或菌丝圈 , 有些
没有见到菌丝结构。部分菌根段横剖面和纵剖面都观察到表皮细胞缺失 , 留下几乎都是充满菌丝结构
的表皮细胞 (图 2, G、H)。颜色逐渐变深的根段横剖面 (图 2, B ) 外围可见明显的棱状凸起 , 表
皮细胞残缺 , 壁内陷 , 有时可见菌丝片段 ; 皮层细胞内有一些染色较深的物质积累 , 中柱组织增加。
212　菌根表皮细胞内菌丝体形态
在野生云锦杜鹃菌根表皮细胞内可观察到不同的菌丝圈 ( coils) 形态。最常观察到的菌丝结构是
由隔明显且较粗菌丝组成的紧密菌丝圈 (图 3, A、B )。这种菌丝结构中 , 大部分菌丝片段膨大 , 有
时呈小泡囊状 , 菌丝直径 2～6μm; 菌丝为蓝色 , 染色较浅 (图 3, A )。从菌丝侵入点看到 , 菌丝在
侵入点附近比较细 , 进入细胞内部并形成菌丝复合体时明显加粗和部分膨大 (图 3, B)。此类菌丝圈
一般占据根表皮细胞比较中央的位置 , 常充满整个细胞 , 结构比较致密。另一类菌丝圈观察到的频率
较低 , 其中从黄山风景区采集的云锦杜鹃根样压片中观察到的频率稍高。该类菌丝圈结构常比较松
散 , 菌丝染色较深 , 为深蓝色 ; 菌丝直径约 1μm, 菌丝隔不明显 ; 菌丝一般不聚集在细胞中央某一
位置 , 或在细胞膜边缘松散地缠绕 (图 3, C)。还有一种菌根表皮细胞内菌丝观察到的频率很低 , 但
其形态与上面提到的两类菌丝结构完全不同。该类菌丝在细胞内不形成菌丝圈 , 而是穿梭于细胞间 ,
菌丝比较粗且均匀 , 隔明显 , 没有局部膨大 (图 3, D )。
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3　讨论
311　云锦杜鹃菌根结构
本研究表明 , 云锦杜鹃毛根由结构简单的表皮、皮层和中柱组成 , 表皮细胞不形成根毛结构。野
生云锦杜鹃菌根表面有或致密或疏松的菌丝层 , 其解剖结构与毛根相似 , 表皮细胞内具有典型的
ERM菌丝圈 , 这与越橘 (V accin ium sp. ) 等杜鹃花科植物的 ERM 结构类似 (Massicotte et al. ,
2005) , 表明云锦杜鹃在自然生境中形成 ERM菌根。颜色偏深的云锦杜鹃菌根段表面有明显的棱状
凸起 , 横剖面图显示此区域的根段表皮细胞变空、壁内陷、脱落 , 其中可见菌丝片段 , 皮层细胞内深
色物质积累 , 中柱组织明显已经开始次生生长。因此 , 菌根表面的棱状凸起可能是根系次生生长产生
的木栓保护层。Peterson等 (1980) 曾在北美杜鹃菌根结构研究中观察到表皮细胞脱落后根表面形成
木栓层 , 但没有提到类似云锦杜鹃根表面的棱状凸起。 Singh和 Mukerji (2002) 在 ERM真菌侵染过
程论述中提到菌根结构形成一段时间后 , 表皮细胞变空并失去完整性 , 逐渐脱落 , 菌丝复合体也随之
降解 , 最后只可见破碎菌丝片段 , 菌根真菌侵染的单个表皮细胞的寿命只有 5～6周。由此推测表面
具有棱状凸起的云锦杜鹃根段已经处在菌根真菌侵染的末期 , 表皮细胞和菌丝结构已经或正在脱落。
312　云锦杜鹃菌根细胞壁加厚现象
研究发现一些杜鹃花科和尖苞树科 ERM 植物的菌根表皮细胞形成厚壁组织 (A shford et al. ,
1996; Massicotte et al. , 2005)。本试验中也发现云锦杜鹃少量菌根表皮细胞具有厚壁组织 , 但检测
到的几率较低 , 90%以上菌根根段的表皮细胞壁没有加厚现象。而且检测到的厚壁组织多为不均匀加
厚 , 厚壁细胞和薄壁细胞镶嵌存在 (图 2, E、F)。云锦杜鹃菌根表皮细胞壁的解剖特征可能是其物
种菌根结构特异性 , 进而说明菌根表皮细胞壁加厚也许不是杜鹃花科 ERM植物的共有特征。
研究认为尖苞树科植物 L ysinem a cilia tum 和 W oollsia pungens根厚壁表皮细胞比较易于受到 ERM
真菌的侵染 ; 而且在野生 ERM根段上常见具有活性菌丝圈的厚壁表皮细胞 , 而周围未被侵染的薄壁
细胞已经降解 ; 因此 , 厚壁结构可能对真菌起保护作用或作为真菌的生长基质 , 在侵染细胞的寿命延
长中具有重要作用 (B riggs & A shford, 2001; Cainey & A shford, 2002)。而在云锦杜鹃的一些菌根横
切和纵切面中也观察到部分表皮细胞脱落的根段 , 留下的完整细胞都具有菌丝结构 , 但其细胞壁没有
明显加厚 (图 2, G、H)。表明被菌根真菌侵染的表皮细胞比非侵染的表皮细胞保持完整性的时间
长 , 其中的菌根真菌复合体可能以某种方式延长了根表皮细胞的寿命或真菌与根细胞的共生关系 , 与
表皮细胞壁加厚没有关系。Massicotte等 (2005) 认为真菌降解了失去活性的毛根表皮细胞厚壁中的
物质满足自身生长需要 , 厚壁变薄、消失。据此解释 , 在处于活跃生长期的春季根系样品中应观察到
大量的厚壁细胞 , 实际上观察结果正相反。3个云锦杜鹃样地的菌根表皮细胞壁加厚几率都较低 , 其
中黄山根样稍高 , 但均低于 10%。因而 , 厚壁结构在云锦杜鹃 ERM真菌侵染中并不占主导地位 , 少
量的根表皮细胞壁加厚可能是某些根围环境因子造成的 , 关于这一点有待深入研究。
313　云锦杜鹃菌根内菌丝体形态多样性
在云锦杜鹃菌根锥虫蓝压片中 , 可观察到表皮细胞内典型的 ERM菌丝圈结构 , 但存在粗菌丝形
成的紧密菌丝圈和细菌丝形成的松散菌丝圈两类。Massicotte等 ( 2005) 在越橘、平铺白珠树、加茶
杜香、山月桂等杜鹃花科植物菌根中也观察到两种类似的菌丝圈结构 , 但没有对菌丝圈的菌丝形态特
征进行详细描述 , 且常观察到松散菌丝圈。而云锦杜鹃菌根材料中紧密菌丝圈出现的频率较高。菌根
中不同特征的菌丝或菌丝圈应该是由不同类型的真菌形成的 ( Steinke et al. , 1996; Massicotte et al. ,
2005) , 因而推测至少两类真菌参与形成云锦杜鹃的 ERM。云锦杜鹃与越橘等植物菌根中两类菌丝圈
频率的差异 , 可能是由于不同寄主的主导 ERM真菌类型不同造成的。但关于菌丝圈形态与 ERM真菌
的对应关系目前还缺少充分的证据。另外 , 云锦杜鹃菌根表皮内偶尔观察到较粗的菌丝贯穿。Peter2
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son等 (1980) 在北美杜鹃 (R hododendron sp. ) 菌根中也观察到不形成菌丝圈的菌丝 , 菌丝隔附有
沃鲁宁体 (woronin bodies) , 为子囊菌的特征。但本试验未见菌丝隔具有沃鲁宁体 , 不能确定与其为
同类真菌。而且这种胞内菌丝是否为菌根真菌 , 仍需要回接试验证实。
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