豆科树种根部解剖结构和化学物质与结瘤的关系

【摘要】：自1886年德国学者Hermann Hellriegel首次发现大豆的根瘤具有固氮功能，1888年荷兰人首次分离获得根瘤菌的纯培养以来，有关豆科植物—根瘤菌共生体系的研究日益增多，成为当今世界上最活跃的研究领域之一。多年来，人们在固氮生物学，生物化学和遗传学研究均有了许多重要进展。但对非结瘤豆科树种不能结瘤固氮原因的研究较少。本文从根系的外部形态、根部解剖结构以及根内所存在的抑菌化学物质等方面对非结瘤豆科树种不能结瘤固氮的原因作了初步探讨，主要研究结果如下： 1．22个豆科树种(含羞草亚科3属，蝶形花亚科2属，苏木亚科3属)，用水培和盆栽的方法观察根的外部形态与结瘤的关系，结果表明：选取的含羞草亚科和蝶形花亚科中的树种结瘤，而苏木亚科中的树种都不结瘤。结瘤与非结瘤豆科树种的根系外形存在明显差异。非结瘤豆科树种的根系外形都是坚实如铁丝，呈深褐色至黑色；而结瘤豆科树种的根系外形较软，颜色较浅呈乳白色至土黄色。结瘤豆科树种的根瘤大小、形状、颜色有所不同，但部位相同都以侧根结瘤为主。根系的发达程度与是否结瘤没有相关性。 2．根毛的多少与豆科植物是否结瘤没有十分密切的关系。非结瘤豆科树种的侧根都没有根毛，主根都具有比较浓密的根毛；接菌苗与对照苗无区别，根毛都没有弯曲形变。结瘤豆科树种的根毛接菌前后形变比较明显，特别是侧根根毛，接菌后根毛弯曲形变；有的树种对照苗的侧根没有根毛，接菌后侧根基部具较多弯曲形变的根毛(例如合欢)。说明根瘤菌对有些结瘤豆科树种的根毛具有诱导作用。 3．以1cm左右的侧根(对照苗)为实验材料，通过石蜡切片显微镜观察，结果表明非结瘤豆科树种与结瘤豆科树种在根的表皮部分存在明显差异。非结瘤豆科树种的表皮细胞坚硬，切片完整；结瘤豆科树种的表皮细胞柔软，容易收缩破损。非结瘤豆科树种的表皮细胞外切向壁都呈现黑色，结瘤豆科树种表皮细胞外切向壁无色。非结瘤豆科树种的表皮细胞外切向壁的厚度平均4.8微米，结瘤豆科树种平均1.1微米。 4．选取饱满有活力的结瘤与非结瘤的豆科树种的种子在试验田中播种，5个月后取根并提取根内的单宁，用分光光度法测定单宁含量。结果表明，非结瘤豆科树种的根含有单宁，结瘤豆科树种的根不含有单宁，说明根内是否含有单宁是豆科植物能否结瘤的原因之一。 5．在各豆科植物的培养液中加入根瘤菌，一段时间后测定细菌在培养液中的增殖情况。结果表明结瘤豆科树种和非结瘤豆科树种的培养液中，根瘤菌的增殖没有明显差别。用不同浓度的单宁在平板上测定对根瘤菌的抑制作用，显示即使高达8％的单宁，在平板上也没有抑菌圈出现，说明单宁虽然对其他细菌有抑制作用，但对根瘤菌没有明显的效果。