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天麻种子_原球茎和营养繁殖茎被菌根真菌定殖后的细胞分化

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天麻种子_原球茎和营养繁殖茎被菌根真菌定殖后的细胞分化天麻种子_原球茎和营养繁殖茎被菌根真菌定殖后的细胞分化 () 植 物 学 报 2001 , 43 10:1003 - 1010 Acta B ota nica Si nica 天麻种子/ 原球茎和营养繁殖茎被菌根真菌 定殖后的细胞分化 3 黎 徐锦堂 范 ( )中国医学科学院中国协和医科大学药用植物研究所 , 北京 100094 ( ( ( ) ) ) 摘要 : 天麻 Gastrodia elata Bl . 种子可与紫萁小菇 Mycena osmundicola Lange、兰小菇 M . orchidicol...
天麻种子_原球茎和营养繁殖茎被菌根真菌定殖后的细胞分化
天麻种子_原球茎和营养繁殖茎被菌根真菌定殖后的细胞分化 () 植 物 学 报 2001 , 43 10:1003 - 1010 Acta B ota nica Si nica 天麻种子/ 原球茎和营养繁殖茎被菌根真菌 定殖后的细胞分化 3 黎 徐锦堂 范 ( )中国医学科学院中国协和医科大学药用植物研究所 , 北京 100094 ( ( ( ) ) ) 摘要 : 天麻 Gastrodia elata Bl . 种子可与紫萁小菇 Mycena osmundicola Lange、兰小菇 M . orchidicola Fan et Guo等 一类小菇属真菌共生萌发形成原球茎 。侵入种皮的菌丝集结在柄状细胞外周的胚柄残迹中 ,首先侵入胚的柄状细 胞 ,然后自柄状细胞侵入其他原胚细胞 。原胚细胞发生功能分化 ,形成菌丝结细胞和消化细胞 。初被菌丝定殖的 原胚细胞具有消化菌丝的功能 。随后 ,部分原胚细胞逐渐被菌丝充满 ,发育成菌丝结细胞 。菌丝由菌丝结细胞进 () ( 一步侵入消化细胞后最终被消化 。由原球茎分化形成的营养繁殖茎 以下简称营繁茎进一步被蜜环菌 Armilariel2 () ) la mellea Vahl : Fr. Karst . 定植 ,蜜环菌与紫箕小菇的菌丝同时存在于营繁茎中 ,但两菌相遇时都停止蔓延 ,互不交 错侵染 。 关键词 : 天麻 ; 小菇属 ; 蜜环菌 ; 菌丝通道 ; 共生 () 中图分类号 : Q942. 1 文献标识码 : A 文章编号 : 057727496 20011021003208 Cytodifferentiation of the Seeds ( Protocorms) and Vegetative Propagation Corms Colonized by Mycorrhizal Fungi 3XU J in- Tang , FAN Li ( )Institute of Medicinal Plant Development , Chinese Academy of Medical Sciences and Peking Union Medical College , Beijing 100094 , China Abstract : The stipecell , subepidermal parenchyma cells and inner cortical parenchyma cells were differenti2 ated from Gastrodia elata Bl . seed and protocorm cells when they were colonized by the fungal hyphae of Mycena osmundicola Lange and M . orchidicola Fan et Guo . The hyphae aggregated in the suspensor remnant surrounding stipecell , primarily penetrated the stipecell , and then colonized the embryo of seed. Stipecell is the unique invading site of the hyphae . Subepidermal parenchyma cells containing pelotons of hyphae is also a kind of passage cells of hyphae , but , when primarily colonized by hyphae , they can degenerate a little of hy2 phae . The hyphae colonizing inner cortical parenchyma cells were totally degenerated , and the function of in2 ner ocrtical parenchyma cells is digestive . The vegetative propagation corms , which differentiated from proto2 () corms , were recolonized by Armilariella mellea Vahl : Fr . Karst . , and the hyphae of A . mellea and M . osmundicola were found in the same cell , but there is a layer of cells uncolonized by mycorrhizal fungal hy2 phae . This means the two fungal species can not crisscross colonize the cell of G. elata . Key words : Gastrodia elata ; Mycena ; Armilariella mellea ; passage cells of hyphae ; symbiosis 7 ,不能进行光合作 天麻是一种无根 、无绿色叶片 程与紫萁小菇基本相同 。有报道认为 ,天麻种子 用营自养生活的兰科植物 。1911 年 Kusano 发表了胚细胞分化为分生细胞 、外周细胞和大型细胞 ,真菌 1 《天麻与蜜环菌的共生作用》。20 世纪 60 年代我 由外周细胞进入胚 ,在其中解体后将分解的真菌细 2 国利用蜜环菌菌种首次伴栽天麻获得成功。1980 胞质排入大型细胞 ,完成最终的消化 。作者研究发 年 ,徐锦堂等发现蜜环菌不但不能提供种子萌发所 现 ,真菌由胚的柄状细胞侵入胚中 ,然后进入菌丝结 3 必需的营养 ,反而对种子萌发有显著的抑制作用; 细胞 ,进一步在消化细胞中被消化 ,种子胚获得营养 8 - 10 并首次分离鉴定出与天麻种子共生萌发的内生真菌而发芽。但从小菇属真菌菌丝侵入种子胚 ,至 4 ,5 () ( ) 简称萌发菌———紫萁小菇。以后又分离鉴定 发芽原球茎分化生长出营养繁殖茎 简称营繁茎, 6 出兰小菇等 3 个小菇属新种 ,发现它们均可促进 天麻种子/ 原球茎在这一阶段的全部营养来源 、细胞 天麻种子萌发 。其侵入天麻种子的方式和被消化过 功能分化 ,以及小菇属真菌与蜜环菌侵入同一个营 收稿日期 : 2000208221 接受日期 : 2001201221 3 现工作单位 :首都师范大学生物系 , 北京 100037 。Present address : Department of Biology , Capital Normal University , Beijing 100037 , China . () ,都未 图 2。紫萁小菇以菌丝形态可从种皮任何细胞侵 繁茎后相互间的关系 、营繁茎细胞功能分化等 ( ) 能阐明 ,这正是本文研究探讨的问题 。入种子 ,集结在胚柄残迹中 图 3,由柄状细胞侵入 () 胚 图 4 、14,然后自柄状细胞侵入其他原胚细胞 , 1 材料和方法 原胚细胞发生功能分化 ,除柄状细胞外 ,还分化出菌1 . 1 材料 () 丝结细胞和消化细胞 图 5。 ( 2 . 1 . 1 柄状细胞 柄状细胞是小菇属真菌菌丝侵 本 实 验 所 用 的 蜜 环 菌 Armillariellamellea 11 () ) ( Vahl : Fr . Karst . 及 紫 萁 小 菇 Mycena osmundicola 入天麻种胚的唯一侵入点。紫萁小菇菌丝侵入 ( ) ) Lange均由陕西省宁强县野生蜜环菌子实体及天麻 柄状细胞后 ,胚分生细胞核即开始分裂 图 6,说明 ( ) Gastrodia elata Bl . 种子发芽的原球茎中分离获得 ; 柄状细胞不仅是真菌菌丝的侵入点 ,同时具有消化 ( ) 兰小菇 Mycena orchidicola Fan et Guo分离自云南西 菌丝的功能 。随着真菌菌丝向其他原胚细胞侵入 , ( ( ) ) 双版纳的墨兰 Cymbidium sinense Andr . Willd根 柄状细胞消化菌丝的功能逐渐消失 。电镜观察表 内 。实验用天麻将裂开的蒴果内种子 ,由中国医学 明 ,此时菌丝充满柄状细胞 ,完整而有活力 ,具有完 整的细胞核 ,脂滴及少量液泡 ,菌丝具明显的桶孔隔 科学院药用植物研究所真菌室提供 。 ( ) 1 . 2 方法膜 ,细胞壁不加厚 图 14 、15,其形态结构与未侵入 3 ( ) 1 . 2 . 1 真菌培养 按照徐锦堂等的方法 ,在无菌 种胚的菌丝基本相似 图 15, 显然 , 这时柄状细胞 条件下将紫萁小菇等真菌接种在壳斗科植物的树叶 已成为菌叶培养的菌丝源源不断进入种胚的菌丝通 上 ,蜜环菌则接种在该树种的树干上 ,25 ?恒温下 道 ,为种子萌发和原球茎生长发育提供所需营养 ,是 培养 ,即可获得长有紫萁小菇等真菌菌丝的菌叶和 天麻在这一生长阶段唯一的营养补给线 。 种子萌长有蜜环菌菌丝和菌索的菌材 。 发后形成的原球茎 ,无论能否被蜜环菌 1 . 2 . 2 原球茎和营繁茎及种麻的培养 将天麻种 定殖 ,都可分化出营繁茎 ,未被蜜环菌定殖的营繁茎 子播种在菌叶上 ,并置于培养皿保湿海绵上 ,25 ? 长度可达 4,5 cm 。其生长所需营养 ,仍靠消化由柄 恒温下培养 ,20,30 d 后种子萌发形成原球茎 ,并分 状细胞侵入的紫萁小菇菌丝 。此时可观察到柄状细 ( ) 化生长出营繁茎 。将拌有种子的菌叶 ,与蜜环菌菌 胞呈缺刻状 图 7,这是由于菌丝不断扩大其侵入 材同时伴栽于室内花盆与砖池中 ,以锯末砂覆盖 ,待 点造成的 。当我们在解剖镜下挑断连接原球茎柄状 营繁茎被蜜环菌侵染后及 11 月份采挖时取样观察 。 细胞和菌叶的菌丝 ,其他部位保持不变 ,继续在菌叶 ( ) 30 d 后 , 发现这些原球茎停止生长 表 1。 上培养 1 . 2 . 3 石蜡切片观察 选取天麻种子与紫萁小菇 共生萌发的原球茎和已被蜜环菌侵染的营繁茎 ,固 证明柄状细胞是原球茎与菌叶唯一的连接点 ,且这 μ定于 FAA 固定液中 ,常规石蜡切片 ,切片厚 8m ,番 种联系一旦被切断就很难恢复 。当营繁茎被蜜环菌 红- 固绿双重染色 ,光学显微镜下镜检并照相 。 定殖后 ,蜜环菌菌丝逐渐代替了紫萁小菇供给天麻 () 营养 1 . 2 . 4 超薄切片观察 天麻种子播后一个月 ,采集 ,原球茎柄部的柄状细胞逐渐衰败脱落 图 8。 兰小 菇 菌 叶 上 共 生 萌 发 形 成 的 原 球 茎 , 投 入 0 . 1 表 1 挑断原球茎与菌叶连接的菌丝对原球茎生长的影响 Ta ble 1 The effects of the hyphae cut off between protocorm and mol/ L 磷酸缓冲液配制的 2 . 5 %戊二醛固定液中固 leaves on the growth of Gastrodia elata protocorm 定 2,3 h 或过夜 ,在上述缓冲液配制的 1 %锇酸溶 () Protocorm length cm ( )Culture time after treatment d 液中固定 4 h ,系列丙酮脱水 , Epon 812 包埋 ,用 L KB Protocorm after treatment CK 超薄切片机切片 ,切片厚 50 nm ,醋酸铀柠檬酸铅双 0 1 . 97 2 . 18 30 2 . 01 4 . 48 重染色 ,在 H- 800 型透射电镜下观察并照相 。 2 实验结果 2 . 1 . 2 菌丝结细胞柄状细胞上的第 2 、3 层及第 ( ) 4 、5 层胚边缘的原胚细胞分化成菌丝结细胞 图 7。 2 . 1 天麻种子与小菇属真菌共生萌发及原球茎生 初被菌丝定殖的原胚细胞具有线粒体 、内质网和液 长过程中细胞分化 泡等细胞器 ,能消化侵入的菌丝 。有一部分菌丝被 ( ) 天麻 种 子 分 为 种 皮 和 胚 图 1。胚 由 分 生 细 消化 ,成为种子萌发的营养 。随着菌丝在细胞中扩 胞 、原胚细胞和柄状细胞组成 ,柄状细胞外周附着一 展 ,原胚细胞质变浓 、液泡增大 ,将细胞核挤压到细 层形似胶状 、无细胞结构的物质 ,是胚胎发育过程中 胞边缘 ,核逐渐崩解 。菌丝由柄状细胞不断进入菌11( ) ( ) 退化了的胚柄细胞 吸器残迹 简称胚柄残迹 1005 10 期 徐锦堂等 : 天麻种子/ 原球茎和营养繁殖茎被菌根真菌定殖后的细胞分化 天麻种子与紫萁小菇共生萌发形成原球茎过程中的显微结构 。1. 天麻种子 。P ,胚 ; SP ,种皮 ; ×50 。2. 胚 。 图 1,4 、6,13. BC ,柄状细胞 ;BO ,分生细胞 ;BP ,原胚细胞 ; G ,胚柄残迹 ; ×210 。3. 菌丝侵入种子 。F ,侵入种皮的菌丝 ; Fa ,聚集在胚柄残迹 中的菌丝 ; Ga ,胚横切 ; ×150 。4. 菌丝由柄状细胞侵入胚 。BC ,柄状细胞 ; F ,侵入柄状细胞内的菌丝 ; Fa ,聚集在胚柄残迹中的 菌丝 ; IN ,菌丝侵入位点 ; ×526 。6. 接菌播种后菌丝侵入柄状细胞 ,分生细胞的细胞核开始分裂 , ×200 。7. 开始分化出营养 繁殖茎的原球柄部 。 ?,缺刻状柄状细胞 ; ICP ,原胚细胞和胚分生细胞分化出的消化细胞 ; IN ,菌丝侵入位点 ; SEP ,菌丝结细( ) 胞 ; ×190 。8. 营养繁殖茎接蜜环菌后 ,柄状细胞 ?衰败脱落 , ×160 。9. 菌叶上种子萌发形成的原球茎 , ×8 。10. 营养繁殖 ( ) () ( ) 茎分化出表皮层 ?。BP ,外皮层 ;NP ,内皮层 ; ×160 。11. 营养繁殖茎分化出维管束 VGS和中柱贮藏细胞 ZQ, ×50 。12. 一粒种子萌发形成的原球茎早期感染蜜环菌后生长出的新生麻 , ×1 。13. 未能与蜜环菌建立营养关系的原球茎生长出细长 营养繁殖茎 ,当年夭亡 , ×1 。 Figs. 1 - 4 ,6 - 13. Light microscopy of Gastrodia elata seeds colonized by Mycena osmundicola. 1. G. elata seeds. P , embryo ; SP , seed coat ; ×50. 2. G. elata embryo . BC , stipecell ; BO , meristamatic cell ; BP , proembryonal cell ; G , suspensor remnant ; ×210. 3. G. elata ( ) ( ) seeds and embryos , the hyphae Fhave invaded into the seed coat and some of them Faaggregated in the suspensor remnant . Ga , transection ( ) () of embryo ; ×150. 4. G. elata embryo primarily colonized by the mycorrhizal fungal hyphae F, showing the hyphae in the stipecell BCand ( ) ) ( some hyphae Faaggregated in the suspensor remnant . IN , invading site ; ×526. 6. Showing the division ?of meristematic cells after the stipecell colonized by fungal hyphae , ×200. 7. Protocorm- pedicel of the vegetative propagation corm of G. elata , showing the eroded stipecell ( ) () ( ) ?, subepidermal parenchyma cells SEPwith pelotons and the inner cortical parenchyma cells ICPwith degenerating hyphae , ×190. 8. ) ( Vegetative propagation corm of G. elata colonized by Armilariella mellea , showing breakdown stipecell ?of the protocorm , ×160. 9. The ) () ( protocorms of G. elata , ×8. 10. Vegetative propagation corm colonized by A . mellea , showing epidermis ?, exodermis BPand endoder2 () () ( ) mis NP, ×160. 11. Vegetative propagation corm colonized by A . mellea , showing vascular bundle cells VGSand storage cells ZQ, ×50. 12. New tubers of G. elata developed from the vegetative propagation corm colonized by A . mellea , ×1. 13. Light microscopy of break2down vegetative propagation corm of G. elata which was not colonized by A . mellea , ×1. 侵入菌丝的原胚细胞 ,形态上有明显区别 ,前者更接 ( ) 近于充满菌丝的柄状细胞 图 16。因此 ,后期充满 菌丝的菌丝结细胞 ,也只能起到菌丝穿越的通道作 用 。由于消化菌丝获得营养 ,胚分生细胞旺盛分裂 、 () 膨胀的胚突破种皮发芽形成原球茎 图 9。 2 . 1 . 3 消化细胞 也称大型细胞 。胚柄端第 4 、5 层中心的原胚细胞分化成消化细胞 ,是消化菌丝的 场所 。菌丝由菌丝结细胞侵入消化细胞 。有的菌丝 在侵入消化细胞的同时即被降解 ,仅能观察到残余 的菌丝细胞壁 ;有的菌丝可短暂地保持完整的细胞 ( 形态 ,可观察到菌丝的线粒体 、脂滴 、液泡等 图 17 、 ) 18,但它们很快会被消化 。菌丝侵入后 ,消化细胞 代谢活动旺盛 , 有大量的线粒体 、内质网 、脂滴等 。 菌丝被原球茎细胞质膜和电子透明物质包围 ,最终 () 被消化 图 17。消化细胞可重新定殖新的菌丝 ,复 ( ) 被消化 图 18。菌丝不可能从消化细胞或通过消 化细胞再侵入相邻的细胞 ,在消化细胞中也不会形 成菌丝结 ,这也是消化细胞特有的属性 。在不良环 图 5. 天麻种子胚功能分化示意图 。 Fig. 5. Cartogram of the cytodifferentiation of Gastrodia elata em2 境条件下 ,如果菌丝突破消化细胞层 ,侵入中柱层 , bryo . A , meristematic cell ; B , inner cortical parenchyma cells with 就会造成危害天麻的病理侵染 ,引起天麻腐烂 。原 degenerating hyphae ; C , subepidermal parenchyma cells with pelo2 tons ; D , stipecell ; E , suspensor remnant . ( 球茎 分 化 出 营 繁 茎 , 一 般 只 有 一 层 消 化 细 胞 图 ) 19,但在原球茎柄端中心可观察到 3,4 层消化细丝结细胞 。逐渐占优势的菌丝可利用胚细胞的营养 () 胞 图 7。这些消化细胞由胚中心的原胚细胞和分 分裂繁殖 。原胚细胞的细胞质 、细胞器不复存在 ,菌 生细胞新分裂生长出的第 6 、7 层中心细胞分化而成 ( ) 丝充满细胞 ,绕结成菌丝结 图 16, 形成良好发育 () 图 7。 的菌丝结细胞 。原胚细胞由最初能消化侵入的菌 2 . 2 营繁茎的细胞功能分化及紫萁小菇与蜜环菌 丝 ,到被菌丝定殖充满 ,这正是真菌与天麻共生关系 在营繁茎中的分布和交替 中菌 、麻互利阶段 。这些具活力的生活菌丝 ,可侵入 随着原球茎的生长发育 ,原球茎顶端的分生细 (( ) ) 其他原胚细胞 图 16和消化细胞 图 17,这是菌丝 胞 分化生长出营繁茎 ,在营繁茎的基部同时分化出 结细胞特有的属性 。在胚柄端最先定殖有菌丝和新 ? 图 14,18. 天麻种子与兰小菇共生萌发过程中超微结构 。14. 兰小菇由柄状细胞侵入胚 。BC ,柄状细胞 ; F ,菌丝 ; FE ,未侵入 胚的菌丝 ; FV ,菌丝液泡 ; HCW ,原球茎细胞壁 ; IN ,兰小菇菌丝侵入位点 ; ×2 000 。15. 侵入和未侵入种胚的菌丝形态结构相 似 。BC ,柄状细胞 ;DP ,桶孔隔膜 ; F ,侵入胚的菌丝 ; FE ,未侵入胚的菌丝 ; FV ,菌丝液泡 ; HCW ,原球茎细胞壁 ; N ,菌丝细胞核 ; SP ,种皮 ; ×1 250 。16. 菌丝结细胞 。BC ,柄状细胞 ;DF ,衰败菌丝 ; F ,菌丝 ; FCW ,菌丝细胞壁 ; IN ,菌丝侵入位点 ; SEP ,菌丝结细 胞 ;VL ,空腔状结构 ; ×1 000 。17. 消化细胞 。DF ,衰败菌丝 ; F ,菌丝 ; HCW ,原球茎细胞壁 ; HV ,消化细胞液泡 ; HER ,原球茎细 胞内质网 ; HM ,原球茎细胞线粒体 ; HL ,消化细胞脂滴 ; ICP ,消化细胞 ; SEP ,菌丝结细胞 ; ?,示包围菌丝的原球茎细胞质膜和电() ( ) 子透明物质 ; ×2 600 。18. 消化细胞内的衰败菌丝 DF和新近重新定殖的菌丝 F。FL ,菌丝的脂滴 ; FM ,菌丝的线粒体 ; FV , 菌丝液泡 ; ×6 500 。 ()Figs. 14 - 18. Transmission electron microscopy of Gastrodia elata protocorm cells colonized by Myecena orchidicola . 14. Stipecell BC ( ) showing the invading site IN. F , fungal hyphae ; FE , fungal hyphae aggregating the suspensor remnant ; FV , fungal vacuole ; HCW , proto2 ( ) () ( ) corm cell wall ; ×2 000. 15. The hyphae Fin the stipecell BCis similar to that FEaround the stipecell . DP , dolipore septum ; N , hyphal nuclei ; FV , fungal vacuole ; HCW , protocorm cell wall ; SP , seed coat ; ×1 250. 16. The basal part of protocorm showing subepider2 ( ) mal parenchyma SEPcells with pelotons. BC , stipecell ; DF , degenerated hyphae ; F , fungal hyphae ; FCW , fungal cell wall ; IN , hyphal ( ) () invading site ; VL , vacant cavity ; ×1 000. 17. The inner cortical parenchyma ICPcells showing degenerated hyphae DFsurrounded by ( ) protocorm cell plasma membrane and electron- lucent material ?. F , fungal hyphae ; HCW , protocorm cell wall ; HER ,protocorm cell en2 doplasmic reticulum ; HL , protocorm cell lipid ; HM , protocorm cell mitochondria ; HV , protocorm cell vacuole ; SEP , subepidermal parenchy2 () ( ) ma cells with pelotons , ×2 600. 18. The ICP cells showing degenerated hyphae DFand intact hyphae Frecolonizing ICP cells. FL ,fun2 gal lipid ; FM , fungal mitochondria ; FV , fungal vacuole ; ×6 500. 1007 10 期 徐锦堂等 : 天麻种子/ 原球茎和营养繁殖茎被菌根真菌定殖后的细胞分化 ( ) 2,3 层表皮及皮层细胞 图 10。侵入胚细胞的紫 ,与原球茎消化细胞相同 。被菌 发菌的功能和方式 萁小菇菌丝 ,沿着原球茎菌丝结细胞不断向顶端邻 丝充满的营繁茎菌丝结细胞 、原球茎老化的菌丝结 近的皮层细胞侵染 ,并侵入营繁茎新近分化出的部 细胞及柄状细胞三者沟通形成一条菌丝侵入的通 ( 分皮层细胞 , 进一步发育形成新的菌丝结细胞 图道 。以树叶为培养基生长的紫萁小菇菌丝 ,通过菌 ( ) ) 20,纵切面呈 V 字形排列 图 10 、11。与此同时 , 丝通道 ,源源不断地侵入天麻营繁茎并被消化 ,复侵 生活力旺盛的萌发菌菌丝 ,由菌丝结细胞向内侵入 染复被消化 ,成为营繁茎生长的营养补给线 。这时 , 营繁茎基部体形较大 、排列整齐的皮层细胞 ———消 仅靠消化萌发菌菌丝获得营养 ,已远远不能满足营 () 化细胞 ,并被消化 图 21。营繁茎消化细胞同化萌繁 茎及其分化生长新生麻的需要 ,能否被蜜环菌定 ( ) 个营繁茎皮层细胞 图 24, 但随即停止扩散 , 两种 ,新生麻的形态 、大 殖和定殖的早晚对营繁茎的生长 3 小 、数目都起着决定性的作用。早期被蜜环菌定 菌不会交错在一起 ,蜜环菌逐渐取代了萌发菌供给 殖的营繁茎 ,长 1 cm 左右 ,当年冬季营繁茎的顶 、侧 天麻生长营养的作用 。作者曾切断已被蜜环菌定殖 ( ) 的营繁茎尾部与树叶连接的紫萁小菇菌丝 ,发现天芽都可分化生长成手指大小的新生麻 图 12。而 未被蜜环菌定殖的营繁茎 ,由于营养匮乏 ,形态细长麻可正常生长 。 () 图 13,秋季被萌发菌菌丝充满 , 营繁茎成为小菇 3 讨论 属真菌的中间寄主 ,死亡后萌发菌菌丝又重新腐生 于林间树叶上 。有关蜜环菌侵入营繁茎及其被天麻 ( 3 . 1 多年来一直认为 ,天麻生长的营养 包括种子 8 消化的过程已有研究报道。从图 22 可以看到 ,当 ) 萌发阶段均依赖消化侵入的蜜环菌菌丝获得 。当 蜜环菌与紫萁小菇菌丝侵入同一个营繁茎时 ,两者 11 ,14 我们的实验证明蜜环菌抑制天麻种子萌发,并 在侵入方式和菌丝在营繁茎中的分布等有以下不 分离出可供给种子萌发营养的共生真菌菌株时 ,由 () 同 : 1蜜环菌以菌索形态侵入营繁茎 ,突破表皮 、皮 于未能及时鉴定出萌发菌的分类科属 ,对能供给种 层 ,直达消化细胞层外的一层细胞 ,并在这层细胞中 子萌发营养的真菌是蜜环菌还是其他真菌 ,仍存在 着分歧 。曾有报道认为 ,在同一地区蜜环菌可能会 不断蔓延侵染 ,形成束状的菌丝流 ,使这层细胞成为 以菌索与菌丝两种形式并存 ,在天麻原球茎基部发 菌丝通道 ,也称作菌丝流细胞 。菌丝在菌丝流细胞 15 现的菌丝很可能是蜜环菌呈现的菌丝形式。在 中保持原菌索中疏松菌丝的形态 ,向外侵入皮层细 随后的工作中 ,作者在实验室培养获得了萌发菌的 ( ) 胞 ,形成菌丝结 , 向内侵入消化细胞 图 22 、23, 最 5 ,6 子实体 ,并将其鉴定到种, 由此进一步证实 , 侵 12 ,13 。紫萁小菇在营繁茎中不形成菌丝 终被消化 (流细胞层 ,而是由菌丝结细胞直接侵入消化细胞 图 ,不是同一个真菌种 。 入天麻原球茎和营繁茎的真菌 ) () 21; 2蜜环菌菌丝在菌丝结细胞中排列较密 ,紫萁 天麻在种子萌发阶段需与紫萁小菇等真菌共生 ,无 ( ) ( ) 小菇菌丝在菌丝结细胞中却排列疏松 图 24; 3性繁殖阶段需与蜜环菌共生 ,才能完成由种子到种 营繁茎石蜡切片经用番红- 固绿对染后 ,蜜环菌丝被 子的全部生活周期 。与天麻种子共生的萌发菌在中 ( ) ( ) 染成蓝色 ,紫萁小菇菌丝被染成红色 图 24; 4在 国天麻主要产区的分布情况 、分类科属及其侵染方 被蜜环菌定殖的营繁茎中 ,紫萁小菇菌丝分布在原 式与被天麻消化的过程将另文发表 。 ( ) 球柄及营繁茎的基部 图 22,有时可蔓延侵染至营 3 . 2 萌发菌侵入种皮后 ,由柄状细胞侵入原胚 。我们 繁茎第一节侧芽中 。蜜环菌分布在营繁茎的中上 认为 ,萌发菌侵入并不是对原胚细胞有选择性 ,而是与 部 ,当两菌相遇时 ,中间形成一层无菌的细胞层 ,不 胚柄状细胞周围附着的一层胚柄残迹有关 。残迹用 11 再互相蔓延侵染 。偶尔可观察到两种菌同时侵入一PAS 染色为阳性, 证明其含有多糖等营养物质 , ? () 图 19,24. 蜜环菌与紫萁小菇侵入营养繁殖茎 以下简称营繁茎细胞的显微结构 。19. 在营繁茎中 ,消化紫萁小菇的细胞 只有一层 。ICP ,紫萁小菇消化细胞 ; SEP ,紫萁小菇菌丝结细胞 , ×110 。20. 紫萁小菇菌丝由菌丝结细胞侵入营繁茎基部分化 出的皮层细胞 ,形成新的菌丝结细胞 。IN ,菌丝侵入位点 , ×440 。21. 紫萁小菇菌丝由菌丝结细胞侵入消化细胞 , ×440 。22. 蜜环菌与紫萁小菇侵入同一个营繁茎中 。AM ,蜜环菌索 ;AMF ,蜜环菌菌丝结细胞 ;AML ,蜜环菌菌丝流细胞 ;AMP ,蜜环菌消化 细胞 ; GEal ,营繁茎上 、中部 ; GEa2 ,营繁茎基 部 ; ICP , 紫 萁 小 菇 消 化 细 胞 ; MIN , 蜜 环 菌 侵 入 位 点 ; SEP , 紫 萁 小 菇 菌 丝 结 细 胞 ;() () () VFG ,无菌细胞 , ×110 。23. 蜜环菌由菌丝流细胞 AML向外侵入菌丝结细胞 AMF,向内侵入消化细胞 AMP, ×110 。24. 蜜环菌和紫萁小菇同时侵入一个皮层细胞 ,两菌相遇不再继续扩大侵染 。AMF ,蜜环菌菌丝结细胞 ; IN ,菌丝侵入位点 ; SEP ,紫萁 小菇菌丝结细胞 , ×440 。 Figs. 19 - 24. Light microscopy of Gastrodia elata vegetative propagation corm colonized by Armilariella mellea and Mycena osmundicola . ( ) 19. Only a layer of inner cortical parenchyma ICPcells in G. elata vegetative propagation corm , which digested the hyphae of M . os2 mundicola . SEP , subepidermal parenchyma cells colonized by M . osmundicola , ×110. 20. Showing the hyphae of M . osmundicola penetrat2 ( ) ed into the cortical cells of vegetative propagation corm from protocorm subepidermal parenchyma SEPcells , the cortical cells would devel2 oped new SEP cells. IN , invading site , ×440. 21. Showing the hyphae of M . osmundicola penetrated into ICP cells from SEP cells , ×440. 22. G. elata vegetative propagation corm colonized by A . mellea and M . osmundicola . GEa1 , superior part and central region of G. elata vegetative propagation corm ; GEa2 ,basal part of G. elata vegetative propagation corm ; MIN ,invading site of A . mellea ; AML ,the hyphal passage cells ; AMF ,SEP cells colonized by A . mellea ; AMP , ICP cells colonized by A . mellea ; VFG ,protocorm cells uncolonized by fungal hyphae ; SEP ,SEP cells colonized by M . osmundicola ; ICP , ICP cells colonized by M . osmundicola ; AM ,rhizomorph of A . mellea , ×110. () () 23. The hyphae of A . mellea penetrated into SEP cells AMFand ICP cells AMP, ×110. 24. The cortical cell colonized by A . mellea and M . osmundicola . AMF , SEP cells colonized by A . mellea ; SEP , SEP cells colonized by M . osmundicola ; IN , invading site , ×440. 1009 10 期 徐锦堂等 : 天麻种子/ 原球茎和营养繁殖茎被菌根真菌定殖后的细胞分化 () ()Materia Med 中药通报, 1981 , 6 :2. in Chinese 这正是萌发菌所需要的营养 ,萌发菌集积在残迹中 , ( ) ( ) 5 ] Xu J- T徐锦堂, Guo S- X 郭顺星. Fungus associated 大量繁殖生长 ,积累到一定菌量 ,即可突破柄状细胞 with nutrition of seed germination of Gastrodia elata- Mycena ( ) osmundicola Lange . Acta Mycol Sin 真 菌 学 报 , 1989 , 侵入胚 。有关胚柄残迹的化学成分以及与萌发菌侵 ()8 :221 - 226. in Chinese with English abstract ( ) ( ) ( ) Fan L 范 黎, Guo S- X 郭 顺 星 , Xu J- T 徐 锦 堂 . 入胚的相关关系 ,需进一步深入研究 。6 ] Isolation , culture , identification and biological activity of 3 . 3 与真菌共生 ,形成内生菌根 ,是兰科植物最大 (Mycena orchidicola sp . Nov. in Cymbidium sinense Orchi2 ( ) ) daceae. Acta Mycol Sin 真 菌 学 报, 1996 , 15 : 251 - 的特点 。成株生长与种子萌发要求不同的真菌 ,在 ()255. in Chinese with English abstract 16 兰科中也有发现 。Hadley曾分离到一些与兰科植 () Zhang W-J 张维经. Gastrodia elata and its fungal nutri2 7 ] ( ) tion. Acta B ot B oreal- Occident Sin 西 北 植 物 学 报 , 物成株的共生的真菌 , 而它们不能导致种子萌发 。 ()1987 , 7 :215 - 221. in Chinese with English abstract 非绿色植物天麻的营养方式在兰科中是较特殊 、较 () ( ) Xu J- T 徐锦堂, Mou C 牟春. The relation between 8 ] growth of Gastrodia elata protocorms and fungi . Acta B ot 复杂的一类 。其无性繁殖阶段不与蜜环菌共生则无 () ( Sin 植 物 学 报 , 1990 , 32 : 26 - 31. in Chinese with 法生活 。蜜环菌的代谢产物却严重抑制种子萌发 , )English abstract ( ) ( ) ( ) Lan J 兰 进 , Xu J- T 徐 锦 堂 , Li J- S 李 京 淑 . (在生长有蜜环菌的培养基上播种 ,发芽率由对照 不 9 ] Study on the infecting process of Mycena osmundicola on 3 ( Gastrodia elata by autoradiography. Acta Mycol Sin 真 菌 ) 接菌的 67 . 60 %降低到 0 . 74 %。与紫萁小菇共 ) (学报, 1996 , 15 :187 - 200. in Chinese with English ab2 生 ,天麻的种子才能发芽 ;发芽后的原球茎分化生长 )stract ( ) ( ) ( ) Fan L 范黎, Guo S- X 郭顺星, Xu J- T徐锦堂. 出的营繁茎又必须被蜜环菌早期定殖才能正常生 10 ] Ultrastructure changes during the symbiotic development of 长 。在生产中科学地掌握并利用好两菌最佳生长期 Gastrodia elata associated with Mycena orchidicola . My2 的时间差培育天麻 ,提高原球茎 、营繁茎感染蜜环菌 () ( cosystema 菌 物 系 统 , 1999 , 18 : 431 - 2 435. in Chi)nese 的几率 ,是天麻栽培成功的关键 。( ) ( ) 11 ] Xu J- T 徐锦堂, Ran Y- Z 冉砚珠. Gastrodia elata culture of China . Beijing : Beijing Medical University , Peking Union Medical College , 1993. 14 - 15 , 115 - 117 , 参考文献 : ()137 - 140. in Chinese () ( ) Wang H王贺, Xu J- T徐锦堂. A cytochemical study 12 ] 1 ] Kusano S. Gastrodia elata and its symbiotic association with of acid phosphatase in the mycorrhizal cells of Gastrodia Armillaria mellea . J Coll Agric Imp Univ Tokyo , 1911 , 4 :1 () elata seeding. Acta B ot Sin 植物学报, 1993 , 35 :772 - - 66. ()778. in Chinese with English abstract 2 ] Institute of Medicine , Chinese Academy of Medical Sciences ( ) ( ) ( ) () Wang H 王贺, Xu J- Q 许景秋, Xu J- T 徐 锦 堂. 中 国 医 学 科 学 院 药 物 研 究 所 , Fubaoshan Herbal 13 ] (Farm of Lichuan , Hebei Province 湖北利川县国营福宝 Role of lysosomal vesicles in the digestive process of Armil2 ) 山药材场. Gastrodia elata . Beijing : The People’ s Medi2 laria mellea by the large cells of Gastrodia elata . Acta B ot ()cal Publishing House , 1985. 1 - 59. in Chinese () ( Sin 植物学报, 1992 , 34 : 405 - 409. in Chinese with ( ) ( ) ( Xu J- T 徐 锦 堂, Ran Y- Z 冉 砚 珠 , Sun C- G孙 昌 )English abstract 3 ] ) () () (高, Li G- Z李桂芝, Wang X- W王孝文, Lu J- Z鲁 () () Ran Y- Z冉砚珠, Xu J- T徐锦堂. Inhibiting effect on 14 ] ) ( ) ( ) 继周, Li F- C 李发春, Cao J- M 曹建民. The rela2 the germination of Gastrodia elata seeds produced by Armil2 tionship between nutritious sources of seed germination of ( ) laria mellea . B ull Chin Materia Med 中药通 报, 1988 , Gastrodia elata and Armillariella mellea. Chin Traditional ()13 :15 - 17. in Chinese with English abstract () () Herb Drugs 中草药, 1980 , 11 :125 - 128. in Chinese( ) ( ) ( ) Xu J- T 徐锦堂, Ran Y- Z 冉砚珠, Mou C 牟 春, () () (15 ] Zhou X 周铉, Yang X- H 杨兴华, Liang H- X 梁汉 ( ) ( ) ( Wang C- F 王 成 福 , Cao J- M 曹 建 民 , Wang M 王 ) () 兴, Liu C- Y 刘成远. Morphology of Gastrodia elata . 4 ] ()Beijing : Science Press , 1987. 17 ,77. in Chinese 16 ] ) ( ) Hadley G. Non- specificity symbiotic infection in orchid myc2 铭, Lu J- Z 鲁 继 周 . A brief report on the nutritious orrhiza . New Phytol , 1970 , 69 :1051 - 1023. sources of seed germination of Gastrodia elata. B ull Chin ()责任编辑 : 王 葳
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