全 文 ：广 西 植 物 Guihaia 29(2)：187— 191 2009年 3月
四种杓兰的菌根结构及其周年动态
高 倩1，2，李树云1，胡 虹1
(1．中国科学院 昆明植物研究所 ，昆明 650204；2．中国科学院 研究生院，北京 100049)
摘 要：对黄花杓兰、云南杓兰、西藏杓兰和紫点杓兰四种高山杓兰成年植株的根进行了一个生长周期的切
片观察 。发现四种杓兰的的菌根结构及其在～个生长周期中的动态变化有以下共同特征：在其成年生活期的
各个时期，都有真菌入侵形成内生菌根结构，菌丝在其根部皮层细胞内有四种存在状态：(a)咖啡色或黄色、菌
丝扭结缠绕而成的大菌丝结；(b)灰褐色或黄色、由片断菌丝组成的大菌丝结；(c)无色、零散的菌丝；(d)橘红
色和黄色、菌丝形态模糊的小菌丝结。真菌的入侵一消解在其成年生活期中周而复始地进行 ，四种状态的菌
丝是处于入侵一消解循环不 同阶段的菌丝。并 由此对高海拔环境下二者的共生关系进行了初步的探讨 ：真菌
侵入杓兰根部以获得 自身生存和繁衍所需的营养物质，杓兰利用真菌菌丝消解后的营养物质 ，进行混合营养。
关键词 ：高山杓兰 ；菌根结构 ；菌丝结；共生关系
中图分类号 ：Q935 文献标识码 ：A 文章编号：1000—3142(2OO9)O2一O187一O5
Structure and annual changing pattern 0f
l ● n n 0 l ■ 0
nlVC0ITnlZae 0t t0Ur L。V prt peatum sDecles
GA0 Qian1，2，LI Shu-Yun1，HU Hong1
(1．Kunming Institute of Botany，The Chinese Academy of Sciences，Kunming 650204，China；
2．Graduate School，The Chinese Academy of Sciences，Beijing 100049，China)
Abstract：Roots of four alpine Cypripedium species(C． ~avum，C．yunnanense，C．tibeticum and C．guttatum)were
sliced up and observed throughout their lifecycle．Their common structure and annual changing pattern of mycorhizae
are as folows：Fungi infect and form endomycorrhizal structure with plants throughout the latter’s grown period，and
hyphae e)(ist in the cortical cels of roots in the folowing four forms：(a)Coffee-colored or yelow big peloton consis—
ring of twisted hyphae；(b)Dust-colored or yelow big peloton consisting of fragmentary hyphae；(c)Colorless scat—
tered hyphae；(d)Orange or yelow small peloton with blurry hyphae．The four forms of hyphae are in different pha—
ses of the infection-decomposition circle，which goes round and round throughout the plants’grown period．It is pri—
marily concluded that in the alpine area，fungi infect roots of the Cypripedium species for nutrients they need for their
subsistence and multiply，and the Cypripedium species use them as nutrients，thus，processing mixotrophy．
Key words：Alpine Cypripedium species；mycorrhizal structure；peloton；symbiotic relation
菌根(Myeorrhiza)是共生真菌生存于健康的陆
生植物根组织上而形成 的联合吸收器 官(Trappe，
l996)，是植物在长期的生存过程中与菌根真菌共同
进化的结果。兰科菌根是兰科植物与真菌形成的共
生联合体，对兰科植物的生长、发育及进化都起着重
要的作用 。杓兰属(Cypripedium)是杓兰亚科的四
收稿日期：2007—11-05 修回日期：2008-08—18
基金项目：国家自然科学基金(30470182)；中国科学院知识创新工程重要方向项目(KSCXZ-YW-Z-033)；教育部“春晖计划”项目(2005)[Supported by
the National Natural Science Foundation of China(3O47O182)；Knowledge Innovation Program of the Chinese Academy of ences(KscX Yw+ O33)；the
“haruteru program”Item of Education Ministry(2005)]
作者简介：高倩(1981一)，女 ，内蒙古鄂尔多斯市人，博士研究生 ，主要从事菌根研究，(E-mail)gaoqian@mail．kib，ac．cn。
通讯作者(Author for correspondence，E—mail：huhong@ mail．kib．ac．cn)
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个属之一 ，温带陆生兰，主要分布在温带地区和亚热
带高山地区。杓兰对自然环境的要求很严格，多数
种类都很难移植 ，野外杓兰的过度挖掘和环境的破
坏 ，已迫使 一些杓 兰物种濒 临灭绝 (Cribb，1997)。
作为重要的观赏兰花，杓兰属成员 目前 已全部被列
入《野生动植物濒危物种国际贸易公约》保护植物名
录(陈心启等，l998)。
前人已做过一些有关杓兰菌根 的研究。Shef—
ferson等(2005)推测杓兰(C．californicum)生境 的
营养情况影 响它和真 菌的共 生关 系。Shimura 8L
Koda(2005)的研究表 明杓 兰(C．macranthos)和真
菌是争斗关系，真菌一直努力从植物细胞获取营养
物质，植物产生抗菌物质控制其生长并将其消解。
王瑞苓等(2004)认为黄花杓兰根内的菌丝情况在各
物候期有所不同，真菌营养是光合营养的补充。但
高山地区杓兰和其菌根真菌的相互作用是怎样的?
高山杓兰的难于引种驯化是 否和菌根的形成有关?
这方面的研究尚不多见。本研究选取了生长于同一
地点的四种高山杓兰，对其菌根进行了切片制作和
观察 ，旨在了解一周年 中真菌在杓兰根内的存在状
态及变化规律，在一定程度上反映二者的共生关系，
为高山杓兰的人工繁育与物种保护提供一定的科学
理论依据。
1 材料与方法
1．1材 料
四种杓 兰：黄花杓 兰 (C．flavum)、云 南杓 兰
(C．yunnanense)、西藏杓兰(C．tibeticum)和紫点杓
兰(C．guttatum)成年植株 的根于 2005年 1O月 ～
2006年 9月采 自云南香格里拉县附近的纳帕海。
每种植物随机取三个植株，采其全部的根。生长期
(4～lO月)每月采两次，休眠期(11月～次年 3月)
于 12月采 1次。
纳帕海生境 ：地理位置 99。35 E，27。47 N，海
拔 3 450 m。年均气温(6i～90年)5～8℃，5 cm地
温平均比同时期气温高 3～4℃，冻土时间从 lO月
下旬始至翌年 4月止，约 120 d。年降水量约 600
mm，一年中分布极不均匀，6～9月的降水占全年总
量的 7O 以上，有明显的早 、湿季之分 ，且湿热基本
同步。土壤为黄沙壤，pH值稍偏碱性。云杉林疏
林下，分布有四种杓兰，伴生种有高山栎(Qercus s —
mecarpifolia)、角蒿 (Nicotiana tabacum)、马先蒿
(Pedicularis YCSUpinata)等。
1．2方法
将杓兰的根冲洗 干净 ，贮存 于 FAA固定液(甲
醛、乙酸、95 乙醇以5：5：90混合)中。各个时期
所采的四种杓兰的根 ，均从每个植株的根中随机选
取 3条(每种植物均为 3个植株 ，共 9条根)，将根分
成根尖、基部及 中段三段(根尖 1 cm，基部 l cm，其
余为中段)，徒手切片，0LYMPUS CX3l型显微镜
下观察，JVC TK—C72lEG照相。入侵率计算见潘
超美等(2002)的方法 。
2 结果
2．1四种杓兰的生活周期
四种杓兰有相似的生活周期。4～1O月为生长
期 ，11月至次年 3月为休 眠期 。生长期内，4月开始
萌动，5月展叶、始花，6、7月盛花、幼果，8、9月结
果、叶片衰老，10月开始休眠。
2．2四种杓兰的菌根结构
通过四种杓兰菌根切片的观察发现了它们菌根
结构的共同特点 ：为典型 的兰科菌根结构 (内生菌
根)，无菌套 (Hyphal mantle)和 哈蒂 氏网(Hartig
net)。菌丝主要以缠绕的菌丝结形式存在于皮层的
中间 3～4层细胞，根被、外皮层、皮层其余几层和内
皮层细胞极少有侵染 ，中柱细胞没有侵染。经测量
并统计得出，没有菌丝结及菌丝结被消解得所剩无
几的细胞的平均直径为 46．3±4．6 m(统计 2O个
无菌丝结细胞的直径大小得出)(图版 I：1，5；图版
Ⅱ：3)，而有菌丝结的细胞 的平均直径增大为 82．4
±6．8 m(统计 2O个有菌丝结细胞 的直径大小得
出)(图版 I：3；图版 丌：4)(经 T—test分析，两数有
显著性差异)。还发现菌丝结多的细胞内淀粉粒较
少(图版 I：2，3；图版 Ⅱ：4，6)，菌丝结少和没有菌丝
结的细胞内淀粉粒较多(图版 I：5，7)。
2．3杓兰根内四种状态的菌丝
四种杓兰根中的菌丝均有以下四种存在状态
(图版 I)：(a)咖啡色或黄色、菌丝扭结缠绕组成的
大菌丝结(图版 I：2，3)；(b)暗灰色或黄色、由片段
菌丝组成的大菌丝结(图版 I：4)；(c)无色、零散的
菌丝(图版 I：5)；(d)橘红色和黄色、菌丝形态模糊
的小菌丝结(图版 I：6)。通过大量的切片观察，认
为：状态 3是新近入侵的菌丝，密集而完整；状态 b
是开始被消解的菌丝，稍显松散 ，很多已经片段化；
2期 高倩等：四种杓兰的菌根结构及其周年动态 189
状态 C是消解后残留的菌丝，零散而稀疏 ；状态 d是
菌丝被消解而成的物质 ，菌丝的形 态已被破坏。从
状态 a～d构成一个真菌的入侵一消解循环。菌丝
结在细胞的各个方 向上 由几根贯穿相邻两细胞细胞
壁的菌丝连接起来，各个时期的菌丝结都有这种连
通现象。
图版 I 四种杓兰共有的菌根结构 1．根被、外皮层、皮层、内皮层、中柱鞘、维管束和髓(×40)(来自黄花杓兰)；2，3．黄色和咖啡色菌丝
扭结缠绕的大菌丝结(X100)(来自西藏杓兰)；4．黄色、片断菌丝组成的大菌丝结(X100)(来自云南杓兰)；5．无色、零散菌丝(×100)(来自黄
花杓兰)；6．橘红色、菌丝形态模糊的小菌丝结(×】00)(来自紫点杓兰)；7．淀粉粒(×100)(来自紫点杓兰)；8．连通相邻两细胞内菌丝结的菌
丝(×400)(来 自云南杓兰)。
Plate T Common structure of mycorhizae of four Cypripedium species 1．Velamen，exodermis，cortex，endodermis，vascular bundle
sheath，vaseular bundl~and pith(×40)(fromcflavum)；2，3．Yelow and colfee-coloured big pelotonswithtwisted hyphae(×100)(fromC．tibef打一
urn)；4．Yelow big pelotons consisting of fragmentary hyphae(X 100)(from C．yunnanense)；5．Colourless scatered hyphae(× 100)(from C —
rum)；6．Orange small pelotons with blurry hyphae(X100)(from C guttatum)；7．Starch grains(×100)(from C guttatum)；8．Hyphae linking pe—
lotons in two neighbouring cells(×400)(from C yunnanense)
2．4四种杓兰根内真菌的入侵一消解循环
四种杓兰根中具有共同的真菌入侵一消解现象 ，
入侵率为 29 ～36 。按照某种状态菌丝所在横切
面的数量在 i00个横切面中所占的比例，我们把各种
状态菌丝所占的比率划分为 8O 以上、5O ～8O 、
2O ～50 和2O 以下。观察到各个物候期的根中，
存在着各种状态和数量的菌丝，即处在入侵一消解循
环各个阶段的菌丝，表明真菌的入侵一消解循环在周
而复始地进行着。如黄花杓兰不同物候期根内的菌
丝情况(表 1)。没发现休眠期杓兰根内真菌的入侵、
消解和生长期有明显差异，以 12月为例，黄花杓兰有
50 ～8O 状态 a和 20 ～50 状态 d菌丝，云南杓
兰有 5O ～8O 状态 a和 20 以下状态 b菌丝，西
藏杓兰有 5O ～8O 状态 b和 2O ～5O％状态 a菌
丝，紫点杓兰有 2O ～50 状态 a和状态d菌丝。总
之，在四种杓兰成年生活期的各个时期，都观察到处
在入侵一消解循环各个阶段的菌丝。
观察到，同一物候期杓兰根中的菌丝同样处在入
侵一消解循环的各个阶段：同一植株不同的根，同一
条根的不同根段，及四种不同杓兰根内的菌丝均以各
l9O 广 西 植 物 29卷
种状态和数量存在。
3 讨论
在四种高山杓兰成年植株的根中，人侵真菌的菌
丝主要存在于皮层的中间 3～4层细胞，根被、外皮层
细胞和皮层外部几层细胞内偶尔有少量菌丝，可能是
真菌向皮层中间几层细胞人侵途中留下的残余。有
菌丝结细胞的平均直径增大和淀粉粒数量减少可能
和真菌入侵后植物细胞内代谢活动的变化有关。
入侵真菌的菌丝在杓兰的根 内有 a、b、c、d四种
存在状态，代表它们处于入侵一消解循环的不同阶
段，即新近入侵、开始被消解、消解后的残余及消解后
的物质四个阶段。相邻细胞的菌丝结由菌丝连通，这
是在侵染过程中，菌丝扭结充满细胞后穿过细胞壁进
一 步向相邻细胞侵染的结果。
表 1 黄花杓兰不同时期根内的菌丝状态和数量
Table 1 Form and quantity of C．flavum Hyphae in diferent periods
釜物 候 动 ， en0logysprou b ul ．er 盛花、幼果 Bloom，begin to fruit 果期、叶片衰老 Fruit，leaves senesce 休眠 Dormancy
，、 4月中旬 5月上旬 5月下旬 6月上句 6月中旬 7月上旬 7月中旬 8月中旬 9月上旬 9月下旬 10月上旬 12月中旬
W Middle Early Late Early Middle Early Middle Middle Ea rly [．ate Ea rly Middle M
on h April May May June June JulY July August September September 0ctober December
注：⋯a’、⋯b’、⋯C’、“d”代表菌丝的四种状态。按某种状态菌丝所在横切面的数量在 100个横切面中所占的比例，把各种状态菌丝所占比率划分
为8O％以一t-、50~80 、2O～50 和 20％以下。“++++”表示 80 以上，“+++”50~80％，“++”20~50 ，“+”2O 以下，“ ”无菌丝。
图版 Ⅱ 黄花杓兰各个时期的根内菌丝情况 (×100) 1．四月份植物开始萌动时；2．六月份植物盛花时；3．八月份植物结果时；4．
九月份植物开始衰老时；5．十月份植物开始休眠时；6．十二月份植物休眠时。
PlateⅡ Hyphal patterns of C．flavum in various periods of its lifecyele(×100) 1．Mycorhizae in April when the plato begins tO
sprout；2．In June when the plant bloms 3．In August when the plant fruits；4．In September when the plant begins to senesee；5．In October when
the plant begins the dormancy；6．In December when the plant is dormant．
真菌入侵不久便被消解，然后再入侵、消解，这样
的入侵一消解循环反复进行。休眠期杓兰的代谢活
动大大减弱，但没发现此时真菌的入侵、消解情况和
生长期有明显差异。可 以看出在杓兰的成年生活周
期中(包括生长期和休眠期)，真菌的入侵一消解都在
其根内周而复始地进行，没发现这一过程和植物的物
2期 高倩等 ：四种杓兰的菌根结构及其周年动态 191
候有必然联系(图版Ⅱ)。偶尔有看不到菌丝的根段 ，
细胞内有较多淀粉粒，推测是正好处于两个循环的间
隙，即上一循环入侵 的菌丝 已被消解吸收，再一次的
入侵尚未发生。
关于兰科植物和真菌的共生关系，有的学者认为
二者是互利的(Harley＆ Smith，1983；Smith& Read，
1997)，有的认为兰花寄生于真菌(Smith，1966；Had—
ley，1982)，还有的认为二者是“你死我活”的斗争关系
(Shimura& Koda，2005)，平衡的共 生关系可在一定
条件下变为寄生关系(Hadley，1970)。通过对四种高
山杓兰一个生活周期的菌根切片观察，对高山杓兰和
真菌的共生关系有 了初步的认识。真菌的入侵和消
解在杓兰的生活周期中周而复始地进行，因高山环境
下杓兰和真菌是彼此需要的，形成菌根共生关系使它
们能更好地在营养物质相对较难获得的高山地区生
存和繁衍。真菌增强植物吸收养分的能力，植物为真
菌提供生长和扩大侵染面积所需的有机营养物质，杓
兰和其菌根真菌是互利的。对真菌来说，在营养相对
较难获得的高山地区，它们通过入侵植物以获得维持
自身生存和繁衍所需的营养物质。对杓兰来说，真菌
营养和光合营养是它获得营养的不同方式，从这个角
度来看，杓兰是进行混合营养，即光合营养和真菌营
养的结合，休眠期则只有真菌营养(Rasmussen，1994；
Sheferson等，2005)。一些能进行光合作用的兰花在
其整个生命周期中都利用着真菌提供的碳水化合物
(Bidartondo等，2004)，即进行混合营养。混合营养是
植物由自养向真菌营养进化的过渡，是真菌和植物相
互适应的结果(Julou等，2OO5)。
在四种高山杓兰成年生活周期的各个时期，都发
现了菌根的存在，因此高山杓兰移植过程中应注意菌
根问题。本实验只是对高山杓兰和真菌的菌根共生
关系进行了初步的观察和探讨，进一步对高山兰科植
物菌根进行系统而深入的研究 ，全面分析二者的关
系，将对促进兰科植物 的快速繁殖、减轻其面临的濒
危压力及其保护与开发具有重要意义。
致谢 衷心感谢臧穆研究员、杨祝 良研 究员、张
石宝副研究员和严宁博士在图片整理和文章写作方
面的建议和指导。
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