全 文 ：豆科树种凝集素和根瘤菌胞外多糖
结合反应与结瘤的关系＊
殷爱华 ,韩素芬
(南京林业大学森林资源与环境学院 ,江苏　南京　210037)
摘　要:通过 3 种结瘤豆科树种合欢(Albiz zia julibrissin)、马蹄针(Sophora davi dii)、刺槐(Robinia pseud-
oacacia)和 3 种不结瘤豆科树种双决明(Cassia bicapsularis)、伞房决明(C.corymbosa)、黄槐决明(C.su f f ru-
ticosa)的凝集素与 13 种根瘤菌胞外多糖的结合反应 ,在合欢 、马蹄针和刺槐这 3 种树种中除合欢的凝集素不
能与 92-76 菌株结合外 ,其余都能发生结合反应。而不结瘤的双决明 、伞房决明和黄槐决明中也存在能与根
瘤菌发生反应的凝集素 ,其中黄槐决明的凝集素可以与这 13 种根瘤菌株的胞外多糖都能发生凝集反应 , 但最
终不能结瘤。因此豆科树种的凝集素与根瘤菌胞外多糖的结合可能仅是根瘤菌被吸附于豆科树种的根表 ,是
它们之间建立共生体系的一个前提条件。
关键词:豆科树种;根瘤菌;凝集素;胞外多糖;结瘤
中图分类号:S718　　　文献标识码:A　　　文章编号:1000-2006(2005)05-0088-03
Relationship of Nodulation with Reactions of Letins of
Leguminous Trees with EPS of Rhizobium
YIN Ai-hua , HAN Su- fen
(College of Forest Resource and Environment Nanjing Forest ry Universi ty , Nanjing 210037 , China)
Abstract:Acco rdingly to the reactions of le tins o f three species of nodulated leguminous
t rees:Albizzia julibrissin , Sophora dav id ii , Robinia pseudoacacia and three species of un-
nodulated leguminous t rees , which are Cassia bicapsularis , C.corymbosa , C.su f f ruticosa
with 13 species of rhizobium , the letins of three species o f nodulated leguminous t rees can re-
act w ith most of rhizobium , However , some un-nodulated leguminous trees fo r example C.
su f f rut icosa also can recognize rhizobium but can not be nodulated at last.So w e think that
the activi ty of lectins of leguminous t rees wi th rhizobium is abso rbed in the roo t s surface of
legum inous t rees , and that is the pre-condi tion of founding the rela tionship of symbio tic ni-
t ro gen fix ation.
Key words:Leguminous t rees;Rhizobium;Letins;EPS;Nodulat ion
凝集素可作为植物与微生物的共生介质 ,豆科植物根产生的凝集素正是宿主植物对根瘤菌的重要
识别因子。迄今为止 ,已发现豆科植物的凝集素有 600多种 ,20世纪 80年代就有人认为由于豆科植物
的凝集素与根瘤菌胞外多糖结合决定了根瘤菌感染的特异性[ 1 , 2] 。近来研究进一步表明识别根瘤菌结
瘤因子的是豆科植物根上的凝集素 ,凝集素特异性地识别根瘤菌表面的酸性荚膜多糖 、脂多糖 ,形成交
联桥 ,从而形成分子界面结构 ,保证根瘤菌特异地吸附到豆科植物根表面[ 3 ～ 7] 。由此可见 ,豆科植物凝
集素在豆科植物和根瘤菌的相互识别和共生关系的建立上起着重要作用。笔者通过 3种结瘤与 3种不
结瘤的豆科树种的凝集素与不同来源的根瘤菌株的胞外多糖结合反应 ,探讨其与结瘤之间的关系 。
—88—
　第 29 卷第 5 期
2005 年 9 月 　
南 京 林 业 大 学 学 报 (自 然 科 学 版)
Journal of Nanjing Forest ry University(N atural Sciences Edition)　
Vo l.29 , No.5　
Sept., 2005　
＊ 收稿日期:2004-07-01　　　　修回日期:2004-12-22
基金项目:国家自然科学基金资助项目(30170765)
作者简介:殷爱华(1977-),女 ,硕士。
1　材料与方法
1.1　供试材料及处理
试验用生理盐水为质量分数 0.85%的 N aCl溶液;兔红血球由江苏省农科院提供;YEM 培养基为
根瘤菌培养基。
选用的 6种豆科树种中 , 3种结瘤的为合欢(Albizz ia julibrissin)、马蹄针(Sophora dav id ii)、刺槐
(Robinia pseudoacacia);3种不结瘤的为伞房决明(Cassia canymbosa)、黄槐决明(C.su f f rut icosa)和
双荚决明(C.bicapsularis)。根瘤菌菌株来源于南京林业大学森林病理教研组保存的 13个豆科树种根
瘤菌菌株(从华东地区的不同寄主根瘤中分离获得):92-58-1 , 93-149 , 93-158 , 93-143 , 92-93 , 87-2 , 84-
17 ,87-1-1 ,84-18 ,84-21 ,84-5 ,92-76 ,93-159 。
1.2　豆科树种凝集素的提取
分别称取 6种豆科植物种子15 ～ 20 g ,粉碎成粉状 。将豆粉先用 100 mL 生理盐水间歇搅拌 ,置冰箱
(4 ℃)过夜 ,再用数层纱布过滤 ,滤液在 4 ℃下 , 10 000 r/min离心 30 min;残渣再用 50 ～ 100 mL 生理盐
水按以上方法抽提 1次 ,合并两次抽提液 ,并置于冰浴中 ,再向抽提液中加入固体硫酸铵达到 40%饱
和 ,搅拌后置冰箱过夜 。次日再将抽提液在 4 ℃下 ,10 000 r/min离心 30 min;弃去沉淀 ,取上清液 ,置
于冰浴中 ,再加入固体硫酸铵达到 80%饱和 ,置冰箱过夜 。次日将抽提液在 4 ℃下 ,10 000 r/min离心
30 min;弃去上清液 ,将沉淀溶解于生理盐水中 ,装入透析袋(分子量 8 000)中用蒸馏水透析以除尽硫酸
铵 ,即得凝集素的粗制品 。
1.3　兔血红细胞悬液的制备
取10mL 兔静脉血用脱脂棉过滤 ,去除纤维 ,再加入生理盐水 ,制成无血纤兔血 ,离心(3 500 r/min)
20 min ,弃去上清液 ,获得兔红血球 ,再加入生理盐水 ,再次离心(3 500 r/min),这样反复用生理盐水洗
涤 5次 ,最后一次离心后 ,用生理盐水制成 2%体积分数的血球悬液 ,放置冰箱备用。
1.4　根瘤菌胞外多糖粗制品的提取
将存放在冰箱中的根瘤菌株转移到 YEM 试管斜面上培养 ,将经 3 次活化后的根瘤菌取一环于
50 mL培养液的三角瓶中 ,置于往复式摇床上(频率 100 r/min)于 28 ℃恒温振荡培养 ,当培养到对数期
时 ,将菌液 10 000 r/min离心 10 min ,得上清液 ,即为根瘤菌胞外多糖粗制品。
1.5　血凝反应的测定
表 1　豆科树种凝集素与根瘤菌胞外多糖反应后
再与兔红血球反应的结果
Table 1　The activity of letins of leguminous trees and
13 species of EPS and corpuscle of rabbit
菌株 凝　集　素合欢 刺槐 马蹄针 黄槐决明 双决明 伞房决明
对照
胞　外　多　糖
92-58-1
93-149
84-21
84-17
92-76
93-158
93-143
84-18
84-5
87-1-1
93-159
87-2
92-93
2-5 2-8 2-5 2-8 2-3 2-4
- - - - - 2-4
- - - 2-6 - 2-4
2-2 2-4 2-4 2-6 2-3 2-4
- - - - 2-3 -
2-5 2-1 2-3 2-5 2-3 2-4
2-1 2-3 2-2 - - -
- 2-6 2-3 2-5 - 2-4
- 2-6 2-2 2-5 2-3 2-4
- 2-6 2-2 2-5 2-3 2-4
2-1 2-3 - 2-5 2-3 -
- 2-6 2-2 2-5 2-3 2-4
2-1 2-5 - 2-5 2-3 2-4
2-1 2-4 - 2-3 2-3 2-4
注:2-n表示在凝集素与兔红血球发生凝集反应的最低浓度(n
越大表示浓度越小);“ -”表示不发生凝集反应。
在“V”型血凝板上取 14行孔 ,每孔加入 25μL
生理盐水;取凝集素样品溶液 25μL ,加入每行第 1
孔 ,分别混匀后取出 25μL ,加入第 2孔 ,混匀后亦
取出 25μL ,加入第 3 孔 ,以此类推 ,作倍比稀释 ,
分别以 2-1 ,2-2 ,2-3 , 2-4 ,2-5 ,2-6 , 2-7 ,2-8 ,2-9表
示;在每个血凝孔中均加入 25μL 92-58-1菌株的
胞外多糖粗品溶液;其余 12种菌株都按相同方法
加入到不同稀释浓度的凝集素样品液中 , 并以
0.85%生理盐水为对照 。将每个孔内的溶液混匀
后 ,静置30 min ,待其充分反应。然后 ,向各行每孔
都加入 25 μL 的 2%兔血红细胞悬液 ,血凝板在
4 ℃放置1.5 ～ 2 h ,肉眼观察凝集结果 , 当看到有
凝集块产生 ,表明已经发生了凝集反应 。
6种豆科树种凝集素粗提物与 13个根瘤菌菌
株的凝集反应测定方法相同。
2　结果与分析
6种豆科树种凝集素粗提物与 13 种根瘤菌的
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　2005 年　总第 119 期　　　　　　殷爱华等:豆科树种凝集素和根瘤菌胞外多糖结合反应与结瘤的关系
胞外多糖粗提物结合后与兔红血球的凝集结果见表1。
凝集素对兔红血球发生凝集反应 ,用肉眼能观察到有絮状的凝集块生成 ,如当凝集素和根瘤菌的胞
外多糖完全发生结合时 ,凝集素就不会再与兔红血球发生凝集反应 ,如果凝集素与根瘤菌的胞外多糖发
生部分结合 ,这时还能与兔血球发生凝集反应 ,但发生凝集时的凝集素浓度会升高 ,所以只能在较高凝
集素浓度时才能发生 ,因而可以从发生凝集反应的凝集素浓度的升高判断凝集素是否已与根瘤菌胞外
多糖发生结合反应。例如 ,刺槐凝集素在对照中与兔红血球发生凝集作用的浓度是 2-8 ,当刺槐和84-21
菌株的胞外多糖结合后 ,凝集素的浓度达到 2-4时才能与兔红血球发生凝集作用 ,表明有部分刺槐凝集
素已与84-21菌株的胞外多糖发生结合反应 ,因而只能在凝集素浓度较高时才有多余的凝集素与兔
表 2　6 种豆科树种的凝集素与根瘤菌胞外多糖发生
结合反应的菌株
Table 2　The reaction of letins of 6 species of leguminous
trees and 13 species of EPS rhizobium
豆科树种
(凝集素)
能发生反应的菌株
(胞外多糖)
不能发生反应的菌株
(胞外多糖)
合欢
92-58-1 , 93-149 ,84-21 ,84-17 , 93-
158 , 93-143 , 84-18 , 84-5 , 87-1-1 ,
93-159 , 87-2 , 92-93
92-76
刺槐
92-58-1 , 93-149 ,84-21 ,84-17 , 93-
158 , 93-143 , 84-18 , 84-5 , 87-1-1 ,
93-159 , 87-2 , 92-93 , 92-76
马蹄针
92-58-1 , 93-149 ,84-21 ,84-17 , 93-
158 , 93-143 , 84-18 , 84-5 , 87-1-1 ,
93-159 , 87-2 , 92-93 , 92-76
黄槐
决明
92-58-1 , 93-149 ,84-21 ,84-17 , 93-
158 , 93-143 , 84-18 , 84-5 , 87-1-1 ,
93-159 , 87-2 , 92-93 , 92-76
双决明 92-58-1 , 93-149 ,93-158 , 93-143
84-21 , 84-17 ,84-18 ,
84-5 ,87-1-1 ,93-159 , 87-2 ,
92-93 , 92-76
伞房
决明 84-17 ,93-158 ,87-1-1
92-58-1 ,93-149 , 84-21 ,
93-143 ,84-18 , 84-5 ,93-159 ,
87-2 ,92-93 , 92-76
血球再发生凝集反应。6种豆科树种凝集素与根
瘤菌胞外多糖有结合能力的菌株情况见表 2。
表 2可以看出 ,刺槐 、马蹄针 、黄槐决明的凝集
素与这这 13种根瘤菌菌株胞外多糖都发生了结合
反应;合欢除 92-76菌株外 ,与其余 12个菌株都可
发生结合反应 ,而双决明只与 92-58-1 , 93-149 , 93-
158 , 93-143这 4 个菌株发生反应;与伞房决明凝
集素结合的菌株仅 3株(84-17 ,93-158 ,87-1-1)。
3　讨　论
凝集素可作为植物与微生物的共生介质 ,根瘤
菌通过豆科植物的外源凝集素识别 ,从而使结瘤成
为可能。此次研究中的合欢 、刺槐 、马蹄针这 3种
结瘤的豆科树种的凝集素 ,除合欢不能与 92-76菌
株发生反应外 ,其余的凝集素与根瘤菌胞外多糖都
可以发生结合反应 ,说明豆科树种与根瘤菌之间的
专一性不强[ 8] 。双决明和伞房决明是不能结瘤的
树种 ,这两个树种凝集素与大部分的根瘤菌胞外多
糖不能发生结合反应 ,但不结瘤的黄槐决明却能与 13种根瘤菌的胞外多糖发生结合反应 ,表明根瘤菌
也可以被吸附到不结瘤的豆科树种根表面 ,但由于它们之间不能发生相互作用或其他因子的影响而最
终不结瘤 。能和根瘤菌胞外多糖发生结合反应的树种并不一定就能结瘤 ,但豆科植物结瘤的前提条件
是豆科树种的凝集素与根瘤菌的胞外多糖发生结合反应。豆科植物与根瘤菌之间存在有凝集素与根瘤
菌胞外多糖之间的识别机制 ,这在豆科植物与根瘤菌的共生体系的建立中起到比较重要的作用 。但共
生关系的建立是一个比较复杂的过程 ,有待于进一步的深入研究 。
[ 参 考 文 献 ]
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(责任编辑　郑琰炎炎)
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南 京 林 业 大 学 学 报 (自 然 科 学 版)　　　　　　第 29 卷　第 5 期