根瘤形成过程中豆科植物根毛和根外层传递细胞的诱发

对7种豆科植物接种根瘤菌后根部的形态和内部结构进行了研究.结果表明:根瘤菌可诱发根瘤形成部位根段的根毛增生、形变和根外层传递细胞的发育.根外层传递细胞发生在根毛伸长形变时期,一直可持续到根瘤形成,传递细胞壁内突发育过程是先由根表皮细胞外切向壁一侧细胞质膜向细胞质内陷形成囊状壁傍体,次生细胞壁物质在初生壁上沉积并逐渐充满囊状体,最终形成传递细胞典型的壁内突结构.根瘤形成过程中根外层传递细胞的诱发与培养方式(水培、固培)没有直接关系.在不接菌的对照苗的根段内未发现壁内突结构,研究证明豆科植物根外层传递细胞的形成是由根瘤菌诱导所致.     

豇豆根瘤菌NGR234和紫云英根瘤菌109感染紫云英的比较研究

利用光学和电子显微镜对紫云英根瘤菌菌株109和广宿主的快生型根瘤菌菌株NGR234感染温带型豆科植物紫云英进行了研究,结果表明根瘤菌感染紫云英是通过在根毛中形成侵染线的途径。电子显微镜研究揭示了固氮根瘤中细胞内侵染线的存在。接种二天后,首先可观察到根毛的卷曲或分枝。接种四至五天后,在每株植物卷曲的根毛中可看到侵染线。接种八至十天后的植株出现肉眼可见的根瘤。菌株NGR234能够在紫云英上诱导根毛的卷曲,侵染线和根瘤的形成,但所形成的根瘤却未能固氮,根瘤中无明显的类菌体区,但有少数包有细菌的侵染线。NGR234抗抗菌素的衍生菌均未能使紫云英结瘤。将NGR234的共生质粒转移至三叶草、苜蓿、豌豆、快生型大豆根瘤菌和农杆菌,亦未能使这些细菌获得紫云英上结瘤的能力。     

转座子Tn5诱变对三叶草根瘤菌早期侵染和结瘤的影响

对三叶草根瘤菌Rhizobium trifolii野生型菌株ANU843及其转座子Tn5诱导的突变株nod258和nod261的侵染和结瘤能力进行了比较。Ⅲ医结瘤基因nodFE的突变林(nod258)能在地三叶草(Subterranean clover)上正常侵染和结瘤,但瘤数比ANU843所诱导的略有减少。而Ⅱ区结瘤基因nodIJ的突变株(nod261)却表现侵染力减弱,诱导无效瘤和瘤数大大减少。显微镜强察和超微结构研究表明菌株ANU843在接种后24h侵染已经从植物根毛开始,48h侵染线,(infeetioa thread)发展到表皮细胞并开始分支,接种后72h侵染线进一步发展,深入皮层细胞,这时皮层细胞已经大量分裂增生,形成瘤的分生组织。成熟的瘤细胞内充满了类菌体。而nod261突变株侵染植物比ANU843推迟了24h,侵染线的发展受阻碍,接种后72h侵染线仍然停留在根毛细胞中。Nod26l突变株所诱导的瘤细胞内没有或仅有个别类菌体,是无效瘤。这表明结瘤基因nodIJ与侵染线的正常形成和发展密切相关。     

尼泊尔马桑放线菌共生固氮根瘤的感染和发育

弗兰克氏放线菌通过感染尼泊尔马桑的根毛侵入根的皮层细胞。由于内生菌侵入的刺激,部分皮层细胞分裂和增大,产生前根瘤原基。根瘤原基分裂、分化,形成初生根瘤瘤片。瘤片顶端分生组织不断双叉分枝,发育,并伴随着内生菌感染的寄主细胞,产生多次双叉分枝的珊瑚状根瘤。观察瘤片的横切面,含菌组织是一个马蹄形的致密整体,不完全地包围着稍偏的中柱。观察瘤片的纵切面,可将其划分为6个区域,即顶端分生组织,未感染皮层细胞组织、新感染含菌组织、成熟含菌组织、衰老含菌组织和中柱及其外围数层富含淀粉粒的皮层细胞。     

银合欢根瘤细胞的光学显微镜和电子显微镜研究

银合欢接种根瘤菌形成根瘤后,应用光镜和电镜技术观察。银合欢根瘤由分生组织细胞、皮层组织细胞、维管束系统和侵染细胞区域四个不同部分组成。根瘤菌借助于侵染线侵染细胞,释放进入宿主细胞质中,转变成固氮类菌体。最初每个包被膜内只含单独的类菌体,随后较老的侵染细胞中,每个包被膜内含有一个以上的类菌体。因此,成熟根瘤的侵染细胞可见有2~5个类菌体群集包被膜里,并且明显地累积PHB物质,显示电子染色透明颗粒。本文还讨论了上述变化的意义与银合欢根瘤细胞结构和功能的关系。     

Rpfan37在刺槐共生结瘤过程中的功能探究

目的:研究刺槐中与磷脂酰肌醇转运蛋白有较高同源性的基因Rpfan37的功能,为探究相关基因参与豆科植物与根瘤菌共生结瘤过程提供新的思路。方法:通过前期研究,建立豆科植物刺槐与共生根瘤菌互作的抑制差减杂交反交文库,筛选疑似与共生结瘤相关的基因。利用PCR技术快速克隆经实时荧光定量PCR技术(qRT-PCR)分析基因在不同接菌时间及不同植物组织的表达。构建RNA干扰(RNAi)重组载体,转农杆菌介导转化植物根部,接种根瘤菌后验证该基因在刺槐共生结瘤过程的功能。结果:基因表达分析显示,在接菌与未接菌的刺槐根中,处理后第15天,Rpfan37表达均显著上调,但接菌与未接菌处理对该基因表达无显著影响;在成熟的根瘤中,该基因仅为低水平表达。RNAi转化植株的鲜重、株高、根长及结瘤数较对照组显著降低。在显微镜下观察到RNAi植株根毛发育异常;与对照相比,RNAi转化植株形成的根毛卷曲、根毛侵染线及根瘤原基数目均显著降低。根瘤石蜡切片结果显示RNAi植株根瘤中的侵染细胞与对照相比明显减少,分析豆血红蛋白表达发现,RNAi植株中根瘤发育成熟过程明显受阻。结论:在豆科植物刺槐中发现的相关基因Rpfan37能够参与刺槐共生结瘤过程,为研究磷脂酰肌醇转运蛋白在共生结瘤过程中的作用提供了新的理论基础。     

旋扭山绿豆根瘤菌CB627结瘤因子的测定(简报)

Ｒｈｉｚｏｂｉｕｍ、Ｂｒａｄｙｒｈｉｚｏｂｉｕｍ和Ａｚｏｒｈｉｚｏｂｉｕｍ能侵染豆科植物并形成根瘤。在根瘤形成过程中,共生伙伴之间首先进行信号物质交换,植物分泌类黄酮（ｆｌａｖｏｎｏｉｄｓ）到根际,类黄酮与ＮｏｄＤ蛋白结合,进而在转录水平调节其它ｎｏｄ基因的表达,这些ｎｏｄ基因的产物（Ｎｏｄ蛋白）控制根瘤菌产生胞外信号物质（ｌｉｐｏｃｈｉｔｉｎｏｌｉｇｏｓａｃｃｈａｒｉｄｅ,简称ＬＣＯ）［１］。ＬＣＯ能引起宿主植物根毛变形、皮层细胞分裂、根瘤原基及根瘤的形成,因此ＬＣＯ定名为结瘤因子（ｎｏｄｆａ…     

导入三叶草根瘤菌寄主范围基因对豌豆根瘤菌侵染白三叶草的影响

将带有三叶草根瘤菌寄主范围基因的豌豆根瘤菌(转移接合子182和290)接种白三叶草,观察比较它们对白三叶草早期侵染特征和结瘤情况。转移接合子182虽然诱导白三叶草根毛细胞弯曲,但未观察到侵染,也无侵染线形成;而转移接合子290能诱导白三叶草根毛形成紧密的弯曲,溶解根毛细胞壁和侵染白三叶草。结瘤试验表明,白三叶草接种转移接合子290所诱导的结瘤情况与接种三叶草根瘤菌野生型菌株ANU 843的情况很相似。转移接合子182只能诱导个别无效瘤,290和ANU843一样都能在白三叶草上结瘤。由此说明转移接合子如果只携带三叶草根瘤菌的部分寄主范围基因(FEL)仍不能在白三叶草上诱导侵染和正常结瘤,而必需携带全部寄主范围基因(FELMN)才能在白三叶草上正常结瘤。     

羊奶果根瘤侵入线和被侵染细胞的亚显微结构

羊奶果根瘤的侵入线,总是在几个相邻细胞的细胞间隙中出现。在根瘤发生部位未出现根毛的变形。侵入线似一囊状物,其内含物有丝状物和基质,侵入线的壁部分或全部加厚,并与周围的寄主细胞壁相连。侵入线呈多种形态,在被侵染细胞中,细胞核膨大,并分叉变成指状核。随着细胞的衰老,被侵染细胞中的内生菌、细胞器也逐渐消失。     

紫云英根瘤菌胞外多糖缺失变种及其结瘤性状的变化

根据紫云英根瘤菌在寄主豆科植物紫云英上的结瘤能力,经转座子Tn5诱变获得的18株Exo~-变种可分为4种结瘤类群(A-D):A类变种诱导植物产生小的瘤状突起,不具固氮能力;B类变种形成无效根瘤;C类变种产生固氮效率降低的根瘤;D类变种丧失了结瘤能力。电镜分析显示:无效瘤和瘤状突起中不存在类菌体区,根瘤细胞均为不含细菌的空细胞,侵染线不能穿透到根瘤细胞中。说明紫云英根瘤菌胞外多糖很可能参与有效根瘤的形成。     

2,4-D诱导固氮螺菌和慢生型大豆根瘤菌在小麦上的结瘤作用及其效果

分别在水培和砂培条件下进行了2,4-D诱导固氮螺菌和慢生型大豆根瘤菌在小麦根上的结瘤试验,结果表明2,4-D能诱发它们在小麦根系上形成“类根瘤”,扫描电镜结果证明只有个别细菌进入小麦根瘤细胞内,在细胞间隙有较多的细菌。用乙炔还原法仅检测到接种大豆根瘤菌的小麦根瘤有微量的固氮酶活性,但在盆栽植株的生长方面,看不到2,4-D,2,4-D+固氮螺菌或2,4-D+根瘤菌对小麦生长的促进作用。     

Effects of phylloxera infestation on the root ultrastructure of grape cultivars with different resistance

[目的]探讨不同抗性葡萄品种对葡萄根瘤蚜Daktulosphaira vitifolia Fitch侵染后的组织结构响应.[方法]以砧木140Ru(Vitis rupestris×V.berlandieri)和栽培品种赤霞珠Vitis vinifera cv.Cabernet Sauvignon离体三级根及140Ru盆栽苗为试材接种根瘤蚜卵,接种两周后取刺吸位点组织作超薄切片并观察超微结构变化,取盆栽140Ru不同时期根结测定多酚含量.[结果]超微结构显示,砧木140Ru根系周皮层最外层细胞壁的厚度(1 031.25 nm)及周皮层细胞层数(6～7层)显著高于赤霞珠品种的周皮层细胞厚度(543.75 nm)及层数(3～4层),140Ru根系韧皮部酚类物质含量比赤霞珠高出35％;侵染后,砧木140Ru周皮层细胞第3层以内的细胞壁加厚并积聚大量的多酚类物质,140Ru葡萄新根被根瘤蚜侵染后多酚含量呈升高趋势,在接种20d时是对照的2.4倍;赤霞珠粗根被根瘤蚜侵染后薄壁细胞中细胞质变浓,出现大量淀粉粒,线粒体及内质网数量增多.[结论]砧木140Ru的周皮层组织结构较赤霞珠不利于根瘤蚜口针穿刺,被根瘤蚜侵染后发生了不利于根瘤蚜侵染取食的变化.     

The Legume SHR-SCR Module Predetermines Nodule Founder Cell Identity

豆科植物-根瘤菌共生固氮是可持续性农业氮肥的最重要来源。根瘤作为豆科植物共生固氮的一种特化植物侧生器官, 提供了根瘤菌生物固氮必需的微环境, 是根瘤菌的安身之本, 因此, 根瘤的正常发育是实现豆科植物-根瘤菌共生固氮的结构基础。根瘤器官的从头发生主要起始于根瘤菌诱导的根皮层细胞分裂。通常认为豆科植物的根皮层具备有别于非豆科植物根皮层的某种特异属性, 从而响应根瘤菌并与之建立固氮共生, 但长期以来该属性决定的分子机制一直不明确。近日, 中国科学院分子植物科学卓越创新中心王二涛团队以蒺藜苜蓿(Medicago truncatula)等豆科植物和拟南芥(Arabidopsis thaliana)等非豆科植物为研究对象, 发现豆科植物中保守的SHR-SCR干细胞模块决定了其皮层细胞分裂潜能从而赋予根瘤器官发生的命运。该研究揭示了豆科植物根瘤发育的全新机制, 提供了研究和理解植物-根瘤菌固氮共生进化的重要线索, 对提高豆科作物固氮效率和非豆科作物固氮工程具有重要意义。     

根瘤菌在大麦和水稻根上形成拟瘤的细胞结构

用3种方法使紫云英根瘤菌(Rhizobium astragali Huikui)、田菁根瘤菌(R.sesbania sp.)分别入侵大麦(hordeum vulgare L.)和水稻(Oryza sativa L.),形成拟瘤状组织。一是用一定磁场强度处理根瘤菌和植物,并接种培养。二是用含有水稻幼苗根提取物的培养基培养根瘤菌,接种水稻。三是重复别人用2,4-D外源激素处理植物,接种根瘤菌。镜检观察,用紫云英根瘤菌接种形成的大麦根拟瘤细胞结构非常精细,保持各种细胞器。有侵入线结构和根瘤菌从侵入线释放。根瘤菌被宿主细胞来源的膜包围,成为拟菌体。这些形态结构与豆科根瘤细胞相似,有共生状态特征,但拟菌体有泡状化现象。田菁根瘤菌入侵水稻根形成的拟瘤,在细胞间隙和细胞内都有细菌分布。受侵染的细胞结构粗糙,根瘤菌裸露,无胞膜包围。用2,4-D处理接种根瘤菌的拟瘤细胞结构也如此,但在维管系统内有大量密集的细菌存在。这种结构完全不同于豆科根瘤细胞结构,细菌与植物细胞的形态学相互关系是一种非共生联合作用。     

根瘤蚜侵染对不同抗性葡萄品种根系超微结构的影响

【目的】探讨不同抗性葡萄品种对葡萄根瘤蚜Daktulosphaira vitifolia Fitch侵染后的组织结构响应。【方法】以砧木140Ru (Vitis rupestris×V. berlandieri)和栽培品种赤霞珠Vitis vinifera cv. Cabernet Sauvignon离体三级根及140Ru盆栽苗为试材接种根瘤蚜卵, 接种两周后取刺吸位点组织作超薄切片并观察超微结构变化, 取盆栽140Ru不同时期根结测定多酚含量。【结果】超微结构显示, 砧木140Ru根系周皮层最外层细胞壁的厚度（1 031.25 nm）及周皮层细胞层数（6～7层）显著高于赤霞珠品种的周皮层细胞厚度（543.75 nm）及层数（3～4层）, 140Ru根系韧皮部酚类物质含量比赤霞珠高出35％; 侵染后, 砧木140Ru周皮层细胞第3层以内的细胞壁加厚并积聚大量的多酚类物质, 140Ru葡萄新根被根瘤蚜侵染后多酚含量呈升高趋势, 在接种20 d时是对照的2.4倍; 赤霞珠粗根被根瘤蚜侵染后薄壁细胞中细胞质变浓, 出现大量淀粉粒, 线粒体及内质网数量增多。【结论】砧木140Ru的周皮层组织结构较赤霞珠不利于根瘤蚜口针穿刺, 被根瘤蚜侵染后发生了不利于根瘤蚜侵染取食的变化。     

刺槐核糖体蛋白同源基因RpRPL22在共生结瘤过程中功能研究

目的: 核糖体蛋白(RPs)属于多功能蛋白,能够参与调控细胞生长和响应胁迫条件。RpRPL22是一个从豆科植物刺槐中分离得到的结瘤相关基因,通过序列比对发现其与核糖体大亚基蛋白RPL22高度同源。对其如何通过调控根瘤菌侵染而在共生结瘤过程中发挥重要作用进行了较为深入的探索。方法: 利用实时荧光定量PCR技术(qRT-PCR)分析RpRPL22在接菌后不同时间及不同植物组织的表达变化。利用cDNA末端快速扩增技术(RACE)获得目的基因cDNA全长。通过GFP报告基因进行RpRPL22亚细胞定位分析。通过Gateway BP重组技术构建RNA干扰(RNAi)重组载体,借助电转化法将重组载体转至农杆菌K599,利用农杆菌介导植物根部,接菌后观察和测量植株表型。首先从宏观水平统计观察目的基因是否对结瘤过程有影响,其次从分子水平揭示目的基因在共生结瘤过程的重要功能。结果: 不同接菌时期、不同植物组织目的基因qRT-PCR相对表达量结果显示,几乎在所有取样的接菌时间,目的基因RpRPL22在接菌根中的相对表达量都低于未接菌对照根,只有接菌后第25天除外。在成熟的根瘤中,接菌后第25天该基因的表达量也最高。洋葱表皮和毛状根亚细胞定位结果均显示在椰菜花叶病毒(CaMV)的35S启动子控制下,RpRPL22融合绿色荧光蛋白GFP的荧光信号在细胞核和细胞质有明显的表达。RNAi转化植株的表型统计观察结果,比如植株鲜重、植株的有效结瘤数目较对照组均有明显的降低;同时RNAi转化植株在根瘤菌侵染过程形成的侵染线数目和根瘤原基数目较对照均显著降低。根瘤切片实验用于观察根瘤显微超微结构,结果显示RNAi植株根瘤中固氮区的受菌侵染细胞数目与对照相比明显减少。电镜观察根瘤单个受菌侵染细胞中类菌体形态显示,RNAi根瘤中类菌体侵染细胞胞体多呈不规则形状,皱缩变形严重,环类菌体周间隙空间增大,多共生体融合,表现出细胞凋亡的迹象。对照根瘤中的受菌侵染细胞胞体多呈圆形椭圆形,胞质饱满丰富且分布均匀,细胞发育正常,表明RNAi植株根瘤发育过程明显受阻。结论: 核糖体蛋白(RP)能够参与调控豆科植物共生结瘤过程,相关同源基因RpRPL22可能在起始根瘤菌侵染植物和阻止类菌体降解过程中起重要作用。     

豆科植物SHR-SCR模块——根瘤“奠基细胞”的命运推手

豆科植物-根瘤菌共生固氮是可持续性农业氮肥的最重要来源。根瘤作为豆科植物共生固氮的一种特化植物侧生器官, 提供了根瘤菌生物固氮必需的微环境, 是根瘤菌的安身之本, 因此, 根瘤的正常发育是实现豆科植物-根瘤菌共生固氮的结构基础。根瘤器官的从头发生主要起始于根瘤菌诱导的根皮层细胞分裂。通常认为豆科植物的根皮层具备有别于非豆科植物根皮层的某种特异属性, 从而响应根瘤菌并与之建立固氮共生, 但长期以来该属性决定的分子机制一直不明确。近日, 中国科学院分子植物科学卓越创新中心王二涛团队以蒺藜苜蓿(Medicago truncatula)等豆科植物和拟南芥(Arabidopsis thaliana)等非豆科植物为研究对象, 发现豆科植物中保守的SHR-SCR干细胞模块决定了其皮层细胞分裂潜能从而赋予根瘤器官发生的命运。该研究揭示了豆科植物根瘤发育的全新机制, 提供了研究和理解植物-根瘤菌固氮共生进化的重要线索, 对提高豆科作物固氮效率和非豆科作物固氮工程具有重要意义。     

导入三叶草根瘤菌寄主范围基因对豌豆根瘤菌侵染白三叶草的影响

将带有三叶草根瘤菌寄主范围基因的豌豆根瘤菌（转移接合子182和290）接种白三叶草,观察比较它们对白三叶草早期侵染特征和结瘤情况。转移接合子182虽然诱导白三叶草很毛细胞弯曲,但未观察到侵染,也无侵染线形成;而转移接合子290能诱导白三叶草根毛形成紧密的弯曲,溶解根毛细胞壁和侵染白三叶草。结瘤试验表明,白三叶草接种转移接合子290所诱导的结瘤情况与接种三叶草根瘤菌野生型菌株ANU843的情况很相似。转移接合子182只能诱导个别无效瘤,290和ANU843一样都能在白三叶草上结瘤。由此说明转移接合子如果只携带三叶草根瘤菌的部分寄主范围基因(FEL）仍不能在白三叶草上诱导侵染和正常结瘤,而必需携带全部寄主范围基因（FELMN）才能在白三叶草上正常结瘤。     

根瘤菌结瘤因子的结构和功能

结瘤因子是根瘤菌分泌的寡糖,它作为外在信号,诱发宿主植物根部各种生理反应。引起根毛变形,诱导皮层细胞分裂,形成根瘤原基,作者主要就这一早期结瘤过程中结瘤因子的结构和功能作一综述。     

骆驼刺根瘤菌的超微结构研究

用透射电子显微镜研究骆驼刺根瘤中的根瘤菌。结果表明。在成熟的骆驼刺根瘤中,根瘤菌的大小、数量、形态、分布位置及精细结构随寄主细胞的发育程度不同而异。早期侵染细胞中,根瘤菌小,数量少,一般呈球形或椭球形,位于细胞壁附近及靠近核区的地方,没有聚磷酸盐颗粒和聚羟基丁酸。成熟侵染细胞中,根瘤菌个体较大,数量较多．多呈棒状,少数为球形或椭球形。有很多根瘤菌还呈现明显的“T”形、“Y”形或“V”形,菌体占满了整个细胞,这时的根瘤菌大多数含有聚羟基丁酸和聚磷酸盐颗粒。而在衰老的侵染细胞中,根瘤菌细胞质收缩,电子密度增高．形状变得很不规则,有的根瘤菌解体,呈现膜泡状结构,菌体中含有数量不等的聚羟基丁酸和聚磷酸盐颗粒。球状根瘤菌从侵染初期到侵染细胞裂解的整个阶段中都仔在。并且观察到的处于分裂状态的根瘤菌都是球状菌,因此可以推测骆驼刺根瘤中是以球状根瘤菌来进行增殖的。