结瘤植物是自然界中重要的固氮资源,具有极大的生态价值和应用价值。本研究在广西壮族自治区林业科学研究院实验林取样,采用徒手切片和石蜡切片法,以罗汉松科植物竹柏(Podocarpus nagi)根瘤,豆科植物-根瘤菌共生固氮体系的马占相思(Acacia mangium)、槽纹果相思(Acacia aulacocarpa)根瘤和非豆科植物-Frankia共生固氮体系的台湾桤木(Alnus formosana)、杨梅(Myrica rubra)根瘤作为参照对比,研究了不同发育时期罗汉松(Podocarpus macrophyllus)根瘤的形态结构,同时对罗汉松根瘤进行了三代全长转录组测序,并对目标蛋白进行检索和聚类,探讨罗汉松根瘤的蛋白质遗传特性及其固氮的屏氧机制,为植物共生体系的基础研究及演化趋势的推测提供理论依据,研究得到如下结论:(1)根瘤的着生方式与外部形态特征:罗汉松与竹柏根瘤为圆球形或近圆锥形,直径0.2-1mm,少数具有根毛和瘤毛,根瘤颜色随瘤龄的增长不断加深;根瘤主要分布于侧根之上,数量极多,沿着根系生长方向呈二列状排列,常见为单生,偶见簇生,易脱落。其余四种植物的根瘤均单个散生,数量较少,形状无规则,但均能分叉,其中豆科植物的根瘤直径约0.5-8mm,易脱落,台湾桤木和杨梅的根瘤簇大部分直径超过1cm,不易剥离。(2)根瘤的内部组织结构:罗汉松和竹柏根瘤的整体结构由外至内依次由周皮、表皮、根瘤皮层、根瘤内皮层和根瘤维管系统组成,侵染区域位于根瘤皮层内,分为中部皮层的根瘤菌功能区以及外部皮层的Frankia功能区,其中兼具了豆科植物根瘤特有的包囊结构和Frankia根瘤特有的泡囊结构。其余四种植物根瘤的结构组成与罗汉松和竹柏根瘤相似,但它们各部分结构的排布方式不同。在超微结构观察中可以发现罗汉松根瘤各发育时期微生物及内含物的变化、侵染线及细菌的迁移途径、根瘤内部组织的变化等过程。(3)根瘤的起源与“次生生长”:罗汉松与竹柏幼根上的新瘤起源于幼根中柱鞘,与侧根具有同源性;老根上的新瘤起源于栓内层;老瘤上的新瘤起源于瘤体的维管束,根瘤的“次生生长”均由成熟瘤的中柱鞘脱分化形成分生组织分裂、分化而成,新瘤叠加于老瘤之上,属于有限型和无限型根瘤的特例。其余四种根瘤均起源于幼根的中柱鞘,“次生生长”均由根瘤内的分生组织引起,属于典型的无限性根瘤。(4)罗汉松根瘤的转录组学特征:罗汉松根瘤的蛋白质中发现了1种非共生植物血红蛋白和33种凝集素的相似基因。采用邻接法对罗汉松根瘤内的凝集素与源自豆科植物、Frankia和根瘤菌的凝集素建立系统发育树,结果表明,从遗传学角度来看,罗汉松根瘤的凝集素分别与豆科、非豆科植物根瘤以及根瘤菌的某些凝集素均有着较近的亲缘关系。(5)综上所述,从根瘤形态结构、发育、遗传特性及植物类群起源的顺序来看,纵观自然界的植物固氮共生体系类型,豆科植物-根瘤菌根瘤和非豆科植物-Frankia根瘤由裸子植物罗汉松根瘤分化而来是极有可能的。