天麻营繁茎被蜜环菌侵染过程中细胞结构的变化

天麻营繁茎被蜜环菌侵染过程中细胞结构的变化 报中 国 医 学 科 学 院 学 第 期 卷第 U’ U [9> ( U’ ? a9 ( U FEMF FEF4_@F_ _4@E@aF_ G@a@EF_ ;;年 月 U # # " % F67->? U##" 天麻营繁茎被蜜环菌侵染过程中细胞结构的变化 ! 徐锦堂 ( )药用植物研究所真菌室，北京 中国医学科学院 中国协和医科大学###$%" 摘要目的 研究天麻营繁茎被蜜环菌侵染后细胞结构的变化，及天麻整个生长期的营养来源。方法 作天 麻营繁茎连续纵切片结合横切片观察;在天麻生长期切断其与菌材连接的蜜环菌索，测量新生麻生长情况。结果 蜜环菌索侵入天麻营繁茎后，分成多个分枝的菌丝通道，菌丝突破通道形成菌丝流，向外侵入皮层细胞形成菌丝结，向 内直接侵入大型细胞被天麻消化作为营养;切断天麻与菌材连接的蜜环菌索，新生麻就停止生长。结论 蜜环菌索侵 入天麻营繁茎后，菌丝结、突破菌丝通道的菌丝流，及大型细胞等三层细胞层呈片状环周包围了整个营繁茎，菌丝通 道是天麻整个生长期营养的补给线。 关键词 天麻 蜜环菌 菌丝通道 大型细胞层 中图号 &$$( ’) "# $"%&#( )* $#++ -.0-.# 1& -"# $).(#( )* "#$%%&"$& #%%& !’,///!’’ 2#&#-.%-1&’ -"# 3/-.1-1)&%+ ,-#4( )* (&)*"+,$& ’%&*& !+ -012 *,./. 3 L45617050 9: <=9>92 C>10 45D5>9650? EFG 1B CHE? 5-J-2 ###$%? EK-1 8....8..I.".;;;; 67#0-18# M9A 0+B< 0K5 =5> >A07+=0+75 =K125A 9: #$%&( )*$ 1:057 +%(**%( )**) -:5=0-9 5.!"’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E9775A69.B-.2 1+0K97 M5>V #"#/]’#"#$)^T _/81->V J-.01.2R+‘ :8’])( =98 H 扩大和加快了蜜环菌的侵染范围和速度，菌丝通道 和方法成为天麻整个生长期营养供应的途径。菌丝突破菌 ()丝通道的膜图 ，即失去了菌索的形态，以菌丝 "G)9 材料 本实验所用的天麻种子为红杆天麻 "’的形态仍沿着菌丝侵染层细胞的轨迹、穿过细胞壁 ) 抽苔开花后人工授粉所结的种子，紫萁小菇及 $%&(& 的纹孔，把这些突破菌丝通道，但仍向新的菌丝侵染 蜜环菌菌种，均由中国医学科学院药用植物研究所 层细胞中蔓延侵染、呈束状的蜜环菌丝，称作菌丝流 真菌室提供。 () 图 、。菌丝侵染层细胞壁虽较完整，但"G:43IG:43 方法 A B 原球茎及营繁茎的培养按照文献 的方法， # 培养染紫萁小菇的菌叶和蜜环菌枝，月初天麻种 C 子成熟后与菌叶拌匀，并和染蜜环菌的菌枝、新鲜木 段同时伴播，以锯木屑拌砂各半配土覆盖，月下旬D 种子接紫萁小菇萌发的原球茎，分生出营繁茎接蜜 环菌后采切片样品。 天麻生长营养来源观察月下旬选择 株 D E " 已接蜜环菌并已分生出新生麻的营繁茎分为两组， 一组切断与菌材连接的蜜环菌索，另一组未切断菌 索保持原状，作标记后覆土，月初采收时测量和 "" 蜜环菌侵入天麻营繁茎横切面图图 !观察生长情况。 "#$ ! $%&’()*%(* (*+,-.’ ./ !" #$%%$& 0*’*,%&,-’1 ’" $%&(& 石蜡切片制作与观察 切取营繁茎接蜜环菌部 ’2,%-,-.’&3 (,*4 5 "!# 位，立即固定于 液中，常规石腊切片法包埋，一 F:: 9 ; 67-8.4.%07 ./ " #$%$&% 4 < %7-8 .4.%07&3 (7*33 !:组作横切片，另一组作连续纵切片，番红 固绿对 G 9 9 9 ; ; ; :4= < 3. .(* 7>07& :4/ < 7 >07&3 0&((&1*%& :4? < 染，用加拿大树胶封片，光学显微镜下两组样品对照 9 9 ; ; 7>07& (,%*&4 +*3(3 :43 < 3&% 1* +*33( @3& < 7>07 &3 观察并照像。 9 ;+.-3 +*3(3< 7>07&3 (7*3(3 ) 随着菌丝的不断侵入，细胞内其他细胞器及细胞质 逐渐被菌丝消化掉，细胞中充满仍具菌丝形态、生命 结果力旺盛的蜜环菌丝，在其最前端，可看到菌丝穿过菌 ()丝侵染层细胞，细胞核开始崩解图 。连续纵切片! 蜜环菌对天麻营繁茎的侵染，菌丝侵染通道及 菌丝流细胞层的形成细小如粉尘的天麻种子， C 月初播种后，接紫萁小菇萌发的原球茎，分化生长出 营繁茎，蜜环菌与营繁茎接触，幼嫩的营繁茎细胞遭 到侵染挤压，与未接触菌索的部位相比，染菌区明显 凹陷，蜜环菌分生出侧枝，以菌索形态侵入营繁茎 ()图 ，，破坏了营繁茎皮，皮层，直达大型细胞层 H" 外的一层皮层细胞，把这层细胞称作菌丝侵染层。营 繁茎染菌的细胞层，由表皮向内分布的顺序为:皮层 的菌丝结细胞层、菌丝侵染层的菌丝通道或菌丝流 蜜环菌丝穿过完整的菌丝侵染层细胞图 %()细胞层、内皮层的大型细胞层图 ，。从横切片可 "I"#$ % J7. K( !" #$%$&% 7>07& 0*’*,%&,-’1 ,7* K7.3* 7>07& 清晰地观察到，蜜环菌侵染过程中，菌索坚韧的外鞘 9 ; -/*+,- 3&>*%(< 7>07& / " #$%%$& 4( < *+ 3- ’.’.!:’ 9 ; L 5 #EE 9 ; 被逐渐溶解图 ，只留一层膜包着菌索中的 G4= ": 疏松菌丝，仍保持着菌索的形态，称其为菌丝通道， 可观察到被菌丝侵入、或已充满菌丝的菌丝浸染层破坏了菌丝侵染层细胞的结构，在这层细胞层中穿 ()细胞，互相连接成片状的菌丝流细胞层 图 ，周环 #9 ; 越侵染，形成一条菌丝侵染的通道 图 。从纵 "G4? :状包围了营繁茎。在菌丝流细胞层中，蜜环菌丝的侵 切片可看到，菌索侵入后，立即分生出多个分枝的菌 染非常主动，它不但可利用树材的营养繁殖生长，通 #$ ! 中 国 医 学 科 学 院 学 报卷 !" 过菌丝通道源源不断侵入营繁茎，同时菌丝侵染层在菌丝侵染层内的内皮层细胞即为大型细胞 层，是排列整齐、细胞体形大、横切面呈长方形的一 细胞中所贮营养，对其有很大吸引力，在侵染过程 % & 图 。蜜环菌丝可由菌丝侵染层直接侵 层细胞 #I@0/ 中，它可利用这些营养分裂繁殖，在天麻与蜜环菌共 入大型细胞，大型细胞原生质变浓，贮藏的淀粉粒变 生营养关系的锁链中，是对蜜环菌有利的阶段。 小并逐渐消失，细胞核崩解产生多瓣状、多核仁的更 菌丝通道在天麻整个生长过程中供给营养的作 % & 新核 图 ，细胞进行着旺盛的代谢活动，菌丝被 EIJ 用 为了观察和证实菌丝通道在天麻整个生长期供 大型细胞分泌的水解酶颗粒包围，最终被完全消 给营养的重要作用，于 月下旬在种子播种的天麻 A D F G 化 ，从营繁茎连续纵切片可看到，大型细胞层是在 生长旺季，选 株已接蜜环菌索，正常生长的天麻 $ ()丛，切断营繁茎与菌材连接的唯一一条菌索，月初 菌丝流细胞层内的一层细胞 图 ;它围绕着营繁 ## E 茎一周排列，是天麻抵御蜜环菌侵染的一道防御结 收获时，新生麻的长度与直径基本没有增长。而未切 构，它将侵入的蜜环菌彻底消化，故也称其为消化细 断菌索的 株对照组，新生麻平均长度和直径比 $ A 月下旬增长 胞层，在天麻与蜜环菌共生营养关系中，是完全对天 倍。足以证明菌丝通道不是蜜环菌 B # " 侵入后便失去作用，而是天麻整个生长过程中源源 麻有利的阶段。 不断供给新生麻生长所需营养的供给线。以树材为 营养输送 在营繁茎基部靠近原球茎一端的中 培养基而生长的蜜环菌索中心的疏松菌丝，通过菌 (心，首先分化出维管束。维管束成树状分枝 图 丝通道不断侵入营繁茎，被消化复侵入复被消化，成 )，与营繁茎上侧芽相连接，构成天麻营养的输 AIK/1 为天麻整个生长期营养的来源。 送系统，它是天麻同化蜜环菌所获得的营养主要输 菌丝结细胞层和大型细胞层的形成及在营繁茎 送器官。近年研究发现叶子小脉中的某些特化的伴 中的分布 以菌丝流细胞层为中心向内侵入大型细 “胞，具有对代谢物质短距离的运输作用，定名为 传 D F $ 胞，向外侵入皮层细胞，被侵染细胞的细胞壁，出现 ”递细胞。在天麻维管束中也观察到这种传递细胞 ()乳头状突起图 ，菌丝突破乳突进入大型细胞和皮 C()图 存在，由于该细胞壁内突生长，使质膜的表 GI.8层细胞，乳突在天麻属其它种的染菌菌根皮层中也 面积大大超过普通薄壁细胞，增加了细胞的潜在表 D F C? E 普遍存在 。蜜环菌丝侵入皮层细胞是主动的，它 面积，对天麻营养短距离运输和分配吸收、互相交换 可利用细胞中所贮营养繁殖生长，菌丝侵入初期皮 起到积极的作用。营繁茎消化蜜环菌后，如何合成转 层细胞还可看到细胞核和原生质，以后逐渐被菌丝 消化，细胞核崩解消失，与此同时，侵入的菌丝也被 化为其所需营养，还有待进一步深入研究，但从切片 皮层细胞产生的水解酶和囊状结构包围、脱壁、被消 中可观察到，多糖颗粒由大型细胞到中心维管束方 D F D F A G 化 ，部分菌丝产生自溶 ，最后被囊状结构包围的 向，由大分散为小颗粒状，而且都集中排列在每个簿 菌丝绕结成菌丝结。由于侵入的时期不同，具有菌丝 ()壁细胞靠近维管束的切面壁一端 图 ，通过细胞 #7结的细胞中，会出现不同的现象，从图 中可看到， C 壁纹孔，或渗透作用，使营养传递到维管束，其传递 % & 蜜环菌丝由菌丝流细胞 中首先侵入与其靠近 50 : 的机理，虽还未进行深入研究，但这种细胞间的营养 % & 的皮层细胞 ，菌丝逐渐充满该细胞，然后再 :5; # % & 向外侵入第二层皮层细胞 ，仍可看到有部分 :5; ! 传递作用肯定是存在的。胞间传递，维管束输送，构 细胞质存在，由这层细胞继续侵入第三层皮层细胞 % & % & ，出现乳突 ，该细胞仍有较浓的原生质， :5; " H, 细胞仍进行着正常的代谢活动。位于皮层最外部的 菌丝结细胞为菌丝最新侵入所形成，而靠近菌丝流 细胞层的菌丝结细胞，是比较衰老的。从营繁茎表皮 向内作连续纵切片，最早出现的是星星斑斑的菌丝 结细胞，再向内越来越密集，最后菌丝结细胞连接成 一片，在菌丝流细胞层的外层，环状包围了营繁茎。 在皮层细胞中，蜜环菌可利用细胞的营养分裂生长， 并可由一个菌丝结细胞侵入新的皮层细胞，同时部 分菌丝也被天麻皮层细胞消化，对蜜环菌及天麻生 长都有利，皮层细胞是天麻和蜜环菌共生的场所。 种麻纵切面图 % 蜜环菌在种麻皮层中排列顺序 & 图 !! #$ ) *)+,-0 1),-23 24 1500 2+51 6 #7 "!!’(././.! ,() 2+8)+ 24 !" #$%$&% )9-1,1 -3 ,() .2+,)9 24 15/00 .2+5 24 ’" $%&(&% :5;< ’() .)010 24 (=>(/0 .2-01? :50< ,() .)001 24 =>0 1,+)5? @0< 0+) )001 ((////;. 过程。营养而旺盛生长。图 为种麻纵切片图。 "" . /本文图 见插图第 页 $ , "* " 讨论 参 考 文 献 有报道认为，天麻同化蜜环菌，是要经过若干皮徐锦堂供给天麻种子萌发营养的真菌———紫 郭顺星 " 0 + 层细胞及大型细胞共同来完成的，每一个细胞中只 萁小菇 真菌学报. / + 0 10 1 $ 2 34 "--!!"!!有部分消化功能，它不能完成全部消化过程，菌丝侵 范 黎天麻种子与兰小菇共生萌发 !郭顺星徐锦堂 0 0 + 入种麻后，经过初步消化，进入大型细胞的消化产物 % ’ & . / 过程中超微结构变化的研究 菌物系统 + 0 0 1 & 2"---"已是失去结构的物质流，被最终消化 。笔者认为， &$"3&$# 蜜环菌菌索侵入营繁茎后，不存在菌丝由表皮到皮 中国医徐锦堂天麻生活史的研究 冉砚珠郭顺星 $ 0 0 + +层，一层层侵入的现象，具生命力的菌丝可由菌丝流 学科学院学报. / 0 "-1-0 "" & 2 ! $53!&" 细胞层直接侵入大型细胞。我们选用的切片材料是 ./张维经 天麻与其真菌营养西北植物学报& + + 0 150 5$2 #3"-!"!!"发 芽 原 球 茎 分 生 的 长 左 右 ， 直 径 仅 " () *+ "# , 徐锦堂中国天麻栽培学 北京冉砚珠 北京医科大学 0 + + 2 # 的营繁茎，切断与菌材连接的蜜环菌索后， + *!* ()中国协和医科大学联合出版社0 "--$0 !*43!!" 虽仍处于土壤中菌索包围的环境中，但未见有二次 6789:;; <+ =>(?88@ABC ?; D8(@AEF+ GH2 I+ J+ KAL@H:8 :E+ 4 接菌的营繁茎。蜜环菌侵入营繁茎后很快布满整个 M@ D8@AEF2 N FAHLA;A F78O>+ PQ R?8S2 M@ T?HCUE :((:(:::皮层细胞，细胞中营养物质已被菌丝所消化，蜜环菌 V8:FF I?+ "-#-0 $4"3$-# #$#IC)WX:UU YD+ !"#$%&’(" )*+&% CH: WAWC8CALF: ?; =CHHSC+ 有不伸向无营养的细胞侵染的特性，故不会再次 5 ，M8CHF T?> F?( P:Q Z:CUCHE0 "-4$2 5$31" !染菌。手指大小的种麻，常可观察到有几个蜜环菌侵 入点，是一次同时侵入还是多次侵染，未作详细观 天麻消化紫萁小菇及蜜环菌过程中细1 郭顺星 徐锦堂 0 + . / 胞 超 微 结 构 变 化 的 研 究 真 菌 学 报 察，另外，虽然从蜜环菌侵入种麻的纵切片中，由表 + 0 "-- *0 - $ 2 !"13!!# 皮至内皮层细胞仍可观察到菌丝结、菌丝流及大型 王 贺天麻消化紫萁小菇及蜜环菌 许景秋徐锦堂 0 0 + - ()细胞层按序排列的规律 图 ，电镜观察蜜环菌侵 ""过程中 溶酶 体小 泡的 作用 植物 学报 . / + 0 "- -!0 $& 4 2 入种麻被消化过程，也证实进入大型细胞的是具有 &*#3&*- % ’ - 生命力的菌丝，而不是失活的物质流 ，但仍应作种. 收稿 /!***3"!3*" !