黄芪根腐病病根的显微及超微结构研究

黄芪根腐病病根的显微及超微结构研究
赵庆芳;张艳芳;李巧峡
【摘要】The anatomical structure of Astragalus membranaceus roots infected by root rot, the way of pathogenic fungi invaded and the distribution of the fungi in the root are studied by paraffin sectioning and thin sectioning, taking the healthy roots as comparison, the result provide the theory basis for deeply researching the pathogenic mechanism of Astragalus membranaceus root rot. The results indicate that the only difference on the basic anatomical structure is that the fungi invade in the diseased roots and many pelotons in parenchymatous cells; The fungi don't infect the periderm, they enter the phloem parenchymas through periderm, and then, form pelotons, colonize and infect other cells continuously by means of hypha penetrating the cell wall, then they continue to infect the next parenchymatous cells, even xylem. The growth and proliferation of the fungi inhibite the growth of cells.%利用石蜡切片和超薄切片方法,以黄芪(Astragalus membranaceus)的健康植株作为对照,研究了黄芪根腐病病根的解剖结构、致病真菌的侵入方式以及在根内的分布,为进一步从细胞水平研究黄芪根腐病致病机理提供理论依据.结果表明:病根与健根的基本解剖结构没有明显的区别,主要差异是病根中有入侵的真菌,大量染色较深的茵丝结分布在薄壁组织细胞中；真菌侵入时不破坏周皮,其菌丝穿过周皮组织细胞进入韧皮薄壁组织,在薄壁细胞中形成菌丝结,并逐步扩展成一定的侵染区域,继而向下一层薄壁组织细胞内侵入,严重时甚至侵染到木质部.真菌的生长和增殖抑制了细胞的生长.
【期刊名称】《西北师范大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2012(048)005
【总页数】6页(P84-88,120)
【关键词】黄芪;根腐病;病根;显微结构;超微结构
【作者】赵庆芳;张艳芳;李巧峡
【作者单位】西北师范大学生命科学学院,甘肃兰州 730070;西北师范大学生命科学学院,甘肃兰州 730070;西北师范大学生命科学学院,甘肃兰州 730070
【正文语种】中文
【中图分类】Q944.54
黄芪（Astragalusmembranaceus）为豆科多年生草本植物，以根入药，性温，
味甘，可补气固表，是药用价值很高的中药材［1］.甘肃省定西市的渭源县、漳县、陇西县、岷县、临洮县是黄芪主产区，被誉为“中国黄芪之乡”.随着市场对黄芪需求量的持续增加，其种植面积不断扩大，但轮作周期的缩短致使黄芪根腐病的发病率大大增加，成为影响黄芪产量的重要因素之一.黄芪根腐病属于土传病害，以
病残体和土壤带菌传播；患病植株地上部分长势衰弱，严重时整株叶片枯黄脱落；地下根部表皮粗糙，有大量横向细纹，严重时呈褐色腐朽状；其致病菌经分离及致病性测定，主要有尖镰孢菌（Fusariumoxysporum）和腐皮镰孢菌（Fusariumsolani）［2］.
目前对黄芪根腐病的研究主要集中在症状的肉眼观察、病原菌分离鉴定［3－4］
及致病菌的抑制等方面［5－8］，而对病根解剖结构的研究国内外尚未见报道.本
文利用光学显微镜和透射电镜，以健康黄芪的根作为对照，对自然生长状态下病根
的解剖结构进行观察，研究了黄芪根腐病致病植株根的解剖结构的变化，为今后深入了解病害的症状、探求病害的入侵方式、发展规律和病因诊断奠定基础，为进一步从细胞水平研究黄芪根腐病致病机理提供理论依据.
蒙古黄芪，分别于2011年8月和2011年10月采自甘肃省定西市渭源县的会川镇.
1.2.1 光镜观察取新鲜黄芪根腐病病株的根切成2～3mm长的小段，用福尔马林
－醋酸－酒精固定液（FAA）固定，系列乙醇脱水，石蜡包埋，旋转切片机连续切片，厚度8～10μm，番红、固绿双重染色［9］，中性树胶封片，光学显微镜观
察及显微照相，同时取健康植株的根作为对照.
1.2.2 电镜观察取新鲜黄芪根腐病病株的根，放入预冷的2.5%戊二醛溶液中，在4℃下预固定4～12h，在气压0.07左右抽真空1h，换新鲜固定液后再固定1d.用0.1mol·L－1磷酸缓冲液清洗材料4次，每次30min；再放入1%锇酸中4℃下固定过夜，用0.1mol·L－1磷酸缓冲液洗6次，每次20min，经系列乙醇脱水，每
次30min，Epon812包埋，在35℃—45℃—60℃聚合72h.超薄切片，醋酸铀和柠檬酸铅双重染色，电子显微镜观察并照相，同时取健康植株的根作为对照.
黄芪根为典型的双子叶植物根的结构，它的次生结构主要包括周皮和次生维管组织（图版Ⅰ：1）.在最外侧是起保护作用的周皮，由木栓层、木栓形成层和栓内层构成.木栓形成层由1～2层细胞构成，细胞扁平，细胞经过分裂、分化，向外产生2～3层木栓层，多数细胞扁平形，木栓层细胞成熟时为死细胞，细胞壁强烈栓质化，不透水不透气，细胞排列紧密，具有保护作用；向内产生2～3层栓内层，细胞近似椭圆形，为生活的薄壁组织细胞（图版Ⅰ：2）.
次生维管组织位于周皮的内侧，由次生韧皮部、维管形成层和次生木质部组成.其中，次生韧皮部由筛管、伴胞、韧皮薄壁组织细胞和韧皮射线组成（图版Ⅰ：2），韧皮薄壁细胞较大，排列疏松，有明显的细胞间隙.次生韧皮部约占根半径的1/3.
维管形成层呈环状，细胞扁平形，排列整齐紧密.次生木质部由导管、木薄壁细胞
和木射线构成，导管口径较大，单个散生，少数两个聚生，导管之间有大量木薄壁细胞分布，木射线多列，细胞扁平，不规则，木射线经维管形成层和韧皮射线相连接，呈辐射状排列，射线直达周皮.木质部约占根半径的2/3，根中间无髓部（图
版Ⅰ：1，3）.维管组织薄壁细胞中存在丰富的后含物（即细胞中的储藏物质），
有大量的颗粒状物质，有时在韧皮薄壁组织细胞还分布有针状结晶束（图版Ⅰ：4）.
经光学和电子显微镜观察发现，病根与健根的基本解剖结构没有明显的区别（图版Ⅰ：1，5，6），主要差异是病根中有入侵的真菌，大量染色较深的菌丝结分布在薄壁组织细胞中（图版Ⅰ：7，8）.
显微镜下观察根段横截面的切片可以看到，真菌侵入时不破坏周皮.真菌在周皮层
不形成菌丝结，也不进入细胞内部，而是存在于相邻细胞的细胞壁之间，有些虽然进入细胞壁中但不通过质膜进入细胞内部（图版Ⅰ：7）.真菌菌丝穿过周皮组织细胞，进入韧皮部薄壁细胞内，在薄壁细胞中的一个或连续几个细胞中定殖，然后菌丝穿过细胞壁上的纹孔继续侵染其他相邻的细胞，逐渐扩展为一个侵染区域（图版Ⅰ：9，10，图版Ⅱ：1），继而向下一层薄壁组织细胞内侵入.
在受侵染的根段横截面上可以看到，菌丝主要分布在韧皮薄壁组织细胞，对于有些侵染程度较高的根段，韧皮薄壁细胞内部布满了大量的菌丝或菌丝结，甚至有菌丝侵染到了根中间的木质部（图版Ⅰ：6，9）.
真菌菌丝侵入薄壁细胞后，会沿细胞壁缠绕（图版Ⅱ：2），而且常膨大，膨大的菌丝在细胞中呈螺旋状、棒状、椭圆状、球状等形状（图版Ⅰ：10）.另外还发现，在正常植株的根中有大量的淀粉粒，而当真菌侵入后细胞内的淀粉粒消失，细胞内充满了菌丝（图版Ⅰ：10，图版Ⅱ：3）.
薄壁组织的细胞含有丰富的内含物（图版Ⅰ：2），为真菌的生长和增殖提供了主
要的栖居区域，但分布不均匀.观察发现，真菌菌丝只分布在某些区域的薄壁细胞中；此外，菌丝并非在所有侵染到的薄壁细胞中定殖，有些只定殖于某一个细胞，而有些能在几个相邻的细胞中连续定殖（图版Ⅰ：6，7，8，9）.定殖在细胞中的真菌吸收细胞内的营养物质不断进行生长和增殖，菌丝细胞会不断的膨大，而且真菌数量也会不断的增多（图版Ⅰ：10）.真菌的生长和增殖不但抑制了细胞的生长，而且当真菌生长和增殖到一定程度，就会使细胞变形，细胞膜破裂，有些受侵染的细胞发生了质壁分离（图版Ⅰ：7，8，10）；染菌细胞中的菌丝常向细胞核靠近，致使细胞核常膨大变形（图版Ⅱ：4）.
黄芪根具有较厚的周皮，这与黄芪根常在土壤的浅表层有关，需要较厚的保护层可减少根内部水分的丧失，增加根内水分的吸收和贮存.黄芪根中含有丰富的后含物，据段琦梅［10］研究发现，细胞后含物随着根的发育在逐渐增多，尤其是在八月
份以后明显增多；另外本研究还发现，在有些韧皮薄壁细胞内分布有针状结晶
束.Rasmussen［11］研究表明，兰科植物原球茎中的针状结晶是植酸钙镁，韧皮薄壁细胞中这种结晶可能也是这类物质.针状结晶束在薄壁细胞中形成后，细胞便
失去活力，成为死细胞［12］.
病根与健根的基本解剖结构没有明显的区别，主要差异是病根中有入侵的真菌，这表明菌丝、菌丝结等是真菌侵入黄芪根之后的产物.不破坏周皮，穿过周皮组织细胞，进入韧皮薄壁组织细胞是真菌侵入黄芪根的主要途径.这可能与黄芪根的组织
结构有关，它的周皮是强烈栓质化的死细胞，不透水不透气，不利于真菌的侵入和增殖；而韧皮薄壁组织的细胞含有丰富的营养物质，为真菌的生长和增殖提供了有利的环境.真菌继而向下一层薄壁组织细胞内侵入，严重时甚至侵染到木质部，这
说明菌丝具有很强的活力，尽管受到大量细胞的阻截仍能继续向内侵入.
真菌菌丝在整个根的横切面分布不均匀，只是集中在某些区域的薄壁细胞
中.Hadleyt和WiUiamson［13］在地生兰的根中发现了同样的现象，认为根中
真菌菌丝被限制并定位在某些区域的薄壁组织细胞中.但菌丝对薄壁细胞的侵染是
否存在一定的选择性，有待进一步研究.
真菌菌丝在薄壁细胞中定殖并缠绕成各种形状，菌丝结常与细胞核接近［14］；
另外还发现，在正常植株的根中有大量的淀粉粒，而当真菌侵入后细胞内的淀粉粒消失，细胞内充满了菌丝，这与伍建榕等［15］的研究结果一致.
综上所述，真菌侵入黄芪根后利用细胞中的营养物质不断进行生长和增殖，其代谢产物不仅抑制了细胞的生长，而且当真菌生长和增殖到一定程度，致使细胞的膜通透性增高，细胞及其细胞器膨大变形，最后导致细胞膜破裂，使细胞解体死亡释放出内含物，常引起根部腐烂，严重者导致植株死亡.
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