5种虾脊兰菌根显微结构观察

李晓芳，张 梅，徐 建，叶红环，杨加文，周 艳，周 庆

(贵州省植物园，贵阳 550004)

虾脊兰属(Calanthe)为兰科(Orchidaceae)多年生地生草本植物，全属约150种，中国有49种和5变种，主产于长江流域及以南各省区，贵州产26种1变种[1-2]。虾脊兰属名在希腊语中意为“美丽的花”，因花朵唇瓣外翻，形似小虾的尾巴而得名[1,3]。虾脊兰属植株典雅清新，花型新颖独特，花色丰富艳丽，具有较高的观赏价值，被誉为“花中西施”[4-5]。此外，虾脊兰属植物全草入药，有清热解毒、活血散结和止痛消肿等功效，可用于治疗瘰疬、淋巴结核、跌打损伤、腰肋疼痛和痔疮等疾病[6-7]，具有较好的药用价值。但由于虾脊兰属植物一般生长在林下或林缘，为中型草本植物，且花大花多，色彩艳丽，因此长期的人畜干扰对虾脊兰属野生资源及其生境造成了严重的破坏。因此，弄清5种虾脊兰菌根的显微结构特点，菌根真菌的侵入途径与分布特征等，以期为虾脊兰属植物的保护及其内生真菌的利用提供参考。目前，国内外对虾脊兰属的研究主要集中在种质资源调查与分类学[8-17]、遗传多样性[18-25]、组培繁育[26-37]、化学成分与药用价值[6-7,38-40]以及保护生物学[41-44]等方面，仅蒋雅婷等[28]对无距虾脊兰营养器官的解剖结构及其生态适应性进行了初步的研究，除此之外，本属其他种类营养器官形态结构的研究尚未见报道。本研究用石蜡切片法观察5种虾脊兰菌根的显微结构，并探讨内生真菌在其根内的分布特征及其侵染方式，以期为虾脊兰属的保护与内生真菌的研究奠定基础。

1 材料和方法

所选材料来自贵州省植物园兰花温室5种虾脊兰植物的新鲜营养根(表1)。具体方法如下：取新鲜健康的营养根中部3～4 cm根段，每种3份，流水冲洗干净，切成3～4 mm长的小段迅速放入FAA中固定48 h。用常规石蜡切片法，切片厚度为8～12 μm，番红-固绿对染，中性树胶封片，然后置于Nikon eclipse E100正置光学显微镜下观察并拍照。

2 结果与分析

2.1 5种虾脊兰植物菌根显微结构比较

观察发现，5种虾脊兰成熟植株根簇生于假鳞茎上，根肉质，细长，粗细均匀，平均直径多1～3 mm；根尖呈乳白色。由根中部横切面可见，根由根被、皮层和中柱3部分组成(图版 Ⅰ，1、4、7、10、13)，只在细胞大小、层次及排列方式等方面存在差异，详见表2。根被常由3～6层排列紧密且无细胞间隙的薄壁细胞(死细胞)组成，根被最外的一层细胞为表皮，表皮细胞寿命较短，常磨损脱落。部分根被细胞的外壁向外突出形成根毛，仅异钩距虾脊兰无根毛。

皮层可分为外皮层、中皮层和内皮层3层，位于根被内侧，由9～13层排列疏松、细胞间隙较大的大型薄壁细胞组成，占根部横切面积的60%以上。外皮层是紧挨根被的细胞体积较大且排列规则的1层细胞，除通道细胞外，其余均为死细胞。中皮层由8～12层细胞组成，是活力最旺盛的细胞，其细胞较大，多角球形，内含物十分丰富，是菌丝侵入菌根后定殖的部位，部分细胞内明显可见菌丝、菌丝结、淀粉粒、针状结晶体等结构(图版 Ⅰ，3、6、9、12、15)。其中，银带虾脊兰皮层细胞层数最多，有18～20层，这可能与银带虾脊兰所处生长环境腐殖质较多，根部能吸收更多营养有关。

中柱位于根的中心，由中柱鞘、维管组织和髓组成，其细胞小而密集，易与皮层区别。中柱鞘是中柱最外面的一层薄壁细胞。维管组织由韧皮部和木质部组成，韧皮部和木质部8～12束维管束辐射状相间排列；木质部的发育方式为外始式，导管孔径不一，靠近髓部的后生木质部导管孔径较大；韧皮部靠近中柱鞘分布，细胞较小，团状排列。髓较大，位于中柱中央，由较小的具细胞间隙的圆形薄壁细胞组成。

2.2 5种虾脊兰植物菌根真菌的分布特点

通过观察可知，5种虾脊兰的根有兰科植物典型的菌根结构，在皮层细胞中明显可见菌丝和菌丝结分布，且5种虾脊兰的外皮层能明显观察到通道细胞，而菌丝侵入时也未破坏5种虾脊兰的根被，由此推断，菌丝侵入的方式是通过根被细胞间隙进入通道细胞，穿过通道细胞后进一步向皮层扩展，被侵染的皮层细胞可观察到大量菌丝与菌丝结(图版 Ⅰ ，2、5、8、11、14)。侵入皮层的菌丝在皮层细胞内横向和纵向生长，并在皮层组织细胞内形成大量着色较深、形状不规则的菌丝结。皮层是菌丝和菌丝结分布的主要区域，菌丝只侵染部分皮层细胞，菌丝结在皮层组织中也分布不均，均在靠近外皮层的几层皮层细胞中数量居多。菌丝在细胞核附近被消解，细胞核变形膨大。此外，5种虾脊兰的根被和中柱多少有些菌丝分布(图版 Ⅰ，3、6、9、12、15中a、b)，除剑叶虾脊兰外，其余4种中柱细胞中亦有菌丝结分布，说明这5种虾脊兰可能拥有广泛的菌根真菌类型，且这些共生真菌的侵染能力较强，使它们能够更好地适应不同的地理和气候环境。

表1 实验材料及来源

表2 5种虾脊兰根的显微结构与菌根真菌的侵入途径与分布特征

3 讨 论

3.1 5种虾脊兰菌根的显微结构特征

本研究通过组织切片法，从细胞学角度阐述了5种虾脊兰菌根的显微结构，结果表明其与已报道的无距虾脊兰的根相似[28]。5种虾脊兰中，4种根毛稀疏，1种无根毛，无形成层，且维管组织所占比例较小，说明其地下部分的吸水和导水能力较弱。有研究表明，某些单子叶植物特有的根被组织具有良好的吸水、保水功能，其细胞层数、厚薄等随环境水分变化而变化，如铁皮石斛(Dendrobiumofficinale)菌根的培养基质水分质量分数降低至5.5%时，其根被细胞层数会多至5层以上，从而提高植株的御旱能力[45]。5种虾脊兰的根被细胞主要为3～8层，弥补了根输导组织不发达的缺陷，这也是对土壤含水量充足的一种响应。

兰科植物根木质部脊数从5～30束不等，5种虾脊兰的维管束数为8～12束，与春兰(Cymbidiumgoeringii)(14束)、流苏石斛(Dendrobiumfimbriatum)(15～17束)、长距石斛(D.longicornu)(21束)等[46]相比较少，导水率相对低下，与其发达的皮层组织、根被以及不够发达的根毛相适应。维管束数的多少是植株对生长环境长期适应的结果，有些兰花的木质部脊数波动幅度较大[47]，其适应性有随维管束的束数增多而增强的趋势，维管束多的，对土壤的水湿条件要求不严，引种易于成活[48]。通过调查和实验发现，5种虾脊兰对生境条件的适应能力较强，在潮湿山谷、溪边、常绿阔叶林林下以及水分含量较少的岩石空隙或石砾较多的土面均能生长，引种成活率较高。

3.2 5种虾脊兰菌根真菌的侵染方式与特点

从5种虾脊兰的菌根结构来看，其外皮层均有通道细胞分布，且根被组织未被破坏，由此推断，5种虾脊兰菌丝由通道细胞侵入皮层，并在皮层细胞中形成大量不规则的菌丝结。被侵染的细胞可观察到大量菌丝与菌丝结，菌丝在细胞核附近被消解，细胞核变形膨大。皮层是菌丝、菌丝结侵染和定殖的主要区域，尤其是在靠近外皮层的几层皮层细胞中数量居多，根被和中柱有菌丝分布，除剑叶虾脊兰外，中柱亦有菌丝结分布。皮层细胞通过消化侵入的菌丝及其新陈代谢活动产生的物质为兰科植物生长提供营养，同时，又伴随着新菌丝的生长和侵入，真菌也通过消化兰科植物新陈代谢活动由根部分泌的及其与植物在消化与反消化的相互作用过程中产生的有机物和无机物，获得菌丝生长所需的营养，从而确立并维持真菌与兰科植物稳定的共生关系，进而形成菌根共生体。

图版Ⅰ5种虾脊兰菌根的显微结构 1-3.剑叶虾脊兰；4-6.泽泻虾脊兰；7-9.异钩距虾脊兰；10-12.中华虾脊兰；13-15.银带虾脊兰；其中，图1、4、7、10、13分别为5种虾脊兰菌根的横切面，示根被、皮层、中柱和根毛；图2、5、8、11、14示菌丝、菌丝结与外皮层通道细胞，菌丝在细胞核附近被消解，细胞核变形膨大；图3、6、9、12、15中的a、b、c、d分别示根被细胞中的菌丝、中柱内的菌丝与菌丝结、淀粉粒、针状结晶体；VE.根被；Co.皮层；ST.中柱；RH.根毛；H.菌丝；P.菌丝结；N.细胞核，PC.通道细胞；C.针状结晶体；SG.淀粉粒
PlateⅠ Mycorrhizal microstructures of five Species ofCalanthe
Fig.1-3.Calanthedavidii;Fig.4-6.Calanthealismaefolia;Fig.7-9.Calanthegracilifloraf.jiangxiensis;Fig.10-12.Calanthesinica;Fig.13-15.Calantheargenteostriata;Fig.1,4,7,10 and 13 are the transverse section of mycorrhiza of five species ofCalanthe, showing the velamen, cortex, stele and root hair;Fig.2,5,8,11 and 14 showing the hyphae, pelotons and passage cells in the exodermis. The hyphae is digested near the nucleus and the nucleus is deformed and expanded;Fig.a,b,c and d in 3,6,9,12 and 15 show the hyphae in the velamen cells, respectively. The hyphae and pelotons in the stele, starch grain and crystals; VE. Velamen; Co. Cortex; ST. Stele; RH. Root hair; H. Hyphae; P. Pelotons; N. Nucleus; PC. Passage cell; C. Crystals; SG. Starch grain