沙棘根瘤的解剖結(jié)構(gòu)及根瘤內(nèi)菌的侵染細(xì)胞的存在形式

沙棘根瘤的解剖結(jié)構(gòu)及根瘤內(nèi)菌的侵染細(xì)胞的存在形式

植物與原核生物（如根瘤菌）或放線菌（如馬克?。┬纬晒采P(guān)系，并將氮從大氣中排出并使用。沙棘(以中國沙棘(1材料和方法1.1沙棘根瘤的提取采樣地位于陜西省咸陽市永壽縣馬坊鎮(zhèn)馬坊林場,地處渭北黃土高原西部,海拔1260m,地理位置108°08′32″E,34°49′15″N。該地屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候,冬季長而干旱,夏季短而濕潤溫和;年平均氣溫10.8℃,極端高溫38℃,極端低溫-18℃;年平均日照2166h,年平均降水量601mm,降雨集中在8-9月;土壤為黏性黃壤于2017年7月和8月,在林分中隨機(jī)選取5株沙棘植株,將根部的林下植被、枯枝落葉和0～5cm的表層土清除掉,在5～20cm土層挖掘根系、采集根瘤。每株沙棘采集5個帶根瘤的根段,放入裝有冰袋的泡沫盒中帶回1.2小型塊的制備1.2.1石蠟片的制備參考已有文獻(xiàn)的方法1.2.2電子秤的制備參照單雪琴等2結(jié)果與分析2.1小體瘤瓣的大小從采集到的帶根瘤的沙棘根系上可以看到,根瘤主要出現(xiàn)在1年生和2年生的根系上(圖1A),也有少量著生于多年生的粗根上(圖1B)。幼小的單個瘤瓣呈乳白色、短圓柱狀(圖1B),有些已具有一次或二次分叉(圖1,A中的a和b);而稍大的根瘤則是經(jīng)多次二叉分枝形成的珊瑚狀瘤塊結(jié)構(gòu),每個分叉頂端為長0.2～0.3cm、直徑0.1～0.16cm的圓柱形瘤瓣,瘤瓣的基部呈棕褐色或茶色,而頂端為乳白或淡黃色(圖1,C-E)。2.2弗蘭克氏菌的感染途徑根據(jù)根瘤瘤瓣橫切面的解剖結(jié)構(gòu),可將瘤瓣由外到內(nèi)分為表皮、皮層和中柱3個部分,皮層又可分為外皮層、中皮層和內(nèi)皮層(圖2,A和B)。在外皮層和中皮層的外側(cè)區(qū)域中存在大量侵染細(xì)胞(侵染細(xì)胞中的弗蘭克氏菌被番紅染成深紅色),中皮層的內(nèi)側(cè)區(qū)域和中柱內(nèi)侵染細(xì)胞數(shù)量相對較少;侵染細(xì)胞和非侵染細(xì)胞相間排列。從縱切面來看,瘤瓣的上部存在有大量的侵染細(xì)胞,而中部和基部的侵染細(xì)胞較少(圖2,C)。在電子顯微鏡下,侵染細(xì)胞中存在大量橢球形或球狀的泡囊,泡囊之間存在著長短和粗細(xì)不一的菌絲體;而非侵染細(xì)胞被液泡所充滿,從中觀察不到被侵染的痕跡(圖3)。侵染細(xì)胞和非侵染細(xì)胞的相間排列以及各自特征表明,根瘤細(xì)胞對弗蘭克氏菌侵染具有一定的抵抗力;一旦這種能力削弱或者喪失,弗蘭克氏菌就會侵染和進(jìn)入宿主細(xì)胞,并大量的繁殖和生長。2.3本研究中州長克隆菌的形態(tài)2.3.1弗蘭克氏菌的分布從觀察倍數(shù)進(jìn)一步放大的超薄切片可觀察到,在根瘤侵染細(xì)胞泡囊之間存在大量長短、粗細(xì)不均的弗蘭克氏菌菌絲體,直徑為0.2～0.7μm,可產(chǎn)生隔膜,也可形成分枝(圖4)。菌絲體被一層較厚的莢膜包被著,其細(xì)胞壁電子密度較高;胞質(zhì)內(nèi)有一電子密度較高的擬核區(qū)(圖4A-B),還分散著一些電子密度極高的嗜鋨顆粒(圖4B)。2.3.2泡囊及密度分布侵染細(xì)胞內(nèi)存在著大量橢圓形或球狀的泡囊,直徑1.5～2.7μm;根據(jù)電子密度,泡囊壁可分為2層或3層,其中內(nèi)層的電子密度最小,呈白色,而外層電子密度較大,顏色較深,呈現(xiàn)為1層或2層(圖5)。一些泡囊具有柄狀結(jié)構(gòu),據(jù)此泡囊被認(rèn)為是菌絲體的末端膨大而形成的(圖5A);而一些電子密度較小、表現(xiàn)為白而發(fā)亮的橢圓形或圓形的結(jié)構(gòu)(圖5B),可能為未發(fā)育成熟的泡囊。成熟泡囊的電子密度較大,其內(nèi)部被多條不規(guī)則、電子密度較大的隔膜分成大小不等的小室,小室內(nèi)有電子密度較大的擬核區(qū)(圖5C)。此外,還觀察到一些形態(tài)改變的泡囊以及泡囊膜和內(nèi)部的隔膜變得模糊不清,電子密度顯著降低,甚至結(jié)構(gòu)消退的泡囊,這可能預(yù)示著泡囊的衰老和解體(圖5D-F)。2.3.3根瘤細(xì)胞的電子密度除了弗蘭克氏菌的菌絲體和泡囊,在根瘤的超薄切片上還觀察到一些聚集有大量的孢子囊的根瘤細(xì)胞;這些孢子囊?guī)缀醭錆M了整個宿主細(xì)胞,其電子密度極高,顏色較暗(圖6,A)。在宿主細(xì)胞壁內(nèi)側(cè),可以清晰的觀察到孢子囊內(nèi)部存在著多個電子密度較小的孢子,其外部由一層電子密度較低的膜包被著(圖6,B)。3沙棘屬植物根瘤的形態(tài)和存在形式的觀察沙棘可與土壤微生物中的弗蘭克氏菌形成共生固氮關(guān)系的特性對于我國西北干旱荒漠地區(qū)土壤肥力和森林生態(tài)系統(tǒng)的培育具有重要的意義,因而受到了基礎(chǔ)理論研究者和生產(chǎn)經(jīng)營者越來越多的關(guān)注。隨著相關(guān)研究的不斷深入和技術(shù)手段的不斷提高,前期的許多研究工作、特別是利用光學(xué)顯微鏡對沙棘根瘤內(nèi)部結(jié)構(gòu)和內(nèi)生菌存在形態(tài)的顯微觀察結(jié)果從采樣時根瘤的分布狀況看,沙棘根系的結(jié)瘤數(shù)量并不高,只有少量1年生和2年生的根系上、偶爾在多年生的粗根上有根瘤的形成,且只出現(xiàn)在局部,這與前期的觀察是一致的本研究對沙棘根瘤形態(tài)和解剖結(jié)