论文部分内容阅读
根瘤菌与豆科植物的共生固氮作用在改良土壤肥力、提高牧草和作物产量、改善生态环境等方面有着十分重要的意义和作用。前期的工作表明内生根瘤菌普遍存在于豆科植物的种子及植株体内,但对于根瘤菌自植株根系向种子的运移过程和途径还未有直接的证据。为明确内生根瘤菌在苜蓿体内的运移通道、运移规律及影响内生根瘤菌寄主体内运移的因素,本研究利用三亲本杂交技术将cfp荧光蛋白导入苜蓿根瘤菌S.12531(苜蓿根瘤菌标准菌)和R. GN5(分离自甘农5号紫花苜蓿种子的内生根瘤菌)中,得到外源荧光标记根瘤菌S.12531f和内源荧光标记根瘤菌R. GNf。针对芽苗期、幼苗期及栽培1a越冬后返青的甘农5号紫花苜蓿田间植株,在接种方法、接种部位和外源干扰物质对内生根瘤菌和外源侵入根瘤菌在植株体内运移和转运规律的影响方面进行了试验和探讨。结果表明:1.内源菌R. GNf和外源菌S.12531f对宿主芽苗的侵染和在芽苗体内的运移过程存在相似性和异质性。相似性在于两种标记菌都能侵染芽苗根系并进入茎内。异质性表现为内源菌在植株茎和根内的菌体密度差异小,并能进入芽苗的子叶,而外源菌24h内不能进入芽苗子叶,且菌体密度在宿主植株根内和茎内差异很大。表明根瘤菌在芽苗内由根系向茎和子叶运移的过程存在选择性屏障,第一个选择性屏障出现在芽苗的根茎之间,可降低外源菌的通过数量而对内源菌没有影响,第二个屏障出现在茎与子叶之间,能够阻断外源菌向子叶的运移。2.标记菌通过茎中部的表面创口侵入幼苗和田间植株后,能向下运移至茎和根,但不能由接种部位向上运移,也不能长期定殖在接种部位至茎基的运移通道内,因此形成了侵入标记菌在植物组织中的不连续分布。外源标记菌由茎表创口进入植株并向根系运移的速率高于由茎杆中髓部向根系运移的速率,而内源菌相反。对田间植株而言,由茎表伤口侵入植株有利于外源菌的运移,而由茎杆髓部向根系的运移通道(注射处理)更适宜内源菌的转运。对苜蓿幼苗不同部位叶片进行菌液涂抹后发现,茎杆划伤接种及叶片涂抹接种都能使标记根瘤菌进入植株并向下运移,但并不经由同一路径;涂抹于不同部位叶片的标记菌都能向下转运至茎和根,但不能进入其他部位的叶片,也不能向上运移。在10-12d龄的芽苗中,由真叶叶片向下至根系的根瘤菌运移通道尚未形成,涂抹于划伤页面的菌体不能侵入植株。3.由根系侵入的标记根瘤菌在植株生长各个阶段都有自根向地上部分运移的通道。芽苗、幼苗和田间植株在菌液浸根处理后,各检出组织部位的标记菌密度存在很大差异,但两种标记菌都能进入苜蓿植株的根并运移至茎内。内源标记菌R.GNf还能进入芽苗的子叶、幼苗的下部叶片和田间植株的上部叶片,而无外源物质作用时外源菌S.12531f只能由根向上运移到植株茎内。对根系进行切根(芽苗)或切除原有根瘤(田间植株)处理后,受损伤的根系形成了更多的根瘤菌侵染路径,能显著增加标记菌在植株根组织内的数量,促进芽苗中两种标记菌和田间植株中的内源菌向植株茎的运移,能促使内源菌运移至芽苗子叶,但抑制了内源菌向田间植株上部叶片的运移。4.低浓度的LaCl3、IAA及相异胞外多糖均能不同程度的提高宿主芽苗和幼苗根系中标记菌的分布密度,但LaCl3会显著降低外源菌S.12531f在宿主茎内的菌体密度,并抑制内源菌向茎和子叶内运移。IAA能提高外源菌在茎内的菌体数量,但会降低内源菌在茎和子叶中的菌体密度。不同作用机理的外源物质对标记菌的侵入和运移会产生不同影响,仅仅依靠破坏根系、改变或破坏胞壁构象的外源物质,只能促使标记菌进入根系,但对进一步向茎和子叶的运移没有积极的作用,使用内源菌的胞外多糖可以降低芽苗体内根-茎运移屏障对外源菌的选择压力,但不能使外源菌通过茎叶之间的选择性运移屏障;外源菌胞外多糖会增加内源菌在幼苗和芽苗茎内的分布密度。5.常温下根瘤菌能够在2d内由根部外环境侵入幼苗根系并运移至茎,少量的内源标记菌能进入下部叶片。幼苗的茎部环境对菌种具有选择性,外源菌可以存在于茎内,但数量和在总检出内生菌中的比例均显著低于相同部位的内源菌;4℃低温抑制根瘤菌的侵入和在宿主体内的运移,且对外源根瘤菌的抑制作用强于内源根瘤菌。营养供给的均衡性能促进根瘤菌侵入植株根系,而缺乏氮素营养的微环境则有利于标记菌向幼苗茎部运移。6.内源及外源标记根瘤菌侵入根系后都能持续向植株茎部转运,2d时到达植株下部茎,5d时内源菌能进入植株上部叶,而外源菌只到达植株上部茎,此时标记菌菌体密度在根以外的检出部位组织中达到最高,6-7d内茎内标记菌的密度逐渐降低但分布部位不变。7.田间营养生长初期的植株菌液浸根接种40d后,标记菌仍由根系向植株地上部分运移,且只有内源菌能进入植株上部叶片。表明返青后的田间植株在营养生长初期,体内存在根瘤菌向上运移的通道,但标记菌在运移通道中的分布是不连续的,在部分通道组织内能只能选择性允许标记菌通过,不能长期定殖。并指出外源菌在宿主根和茎内能够存在40d且菌体密度接近内源菌,但不能像内源菌一样进入植株上部叶片,证明苜蓿植株体内存在菌体运移的选择性屏障。