大豆根瘤菌的侵染、根瘤形成过程的研究

摘要

大豆(Glycine max(L.) Merrill）是具有高效固氮能力的豆科植物，在世界各地均有广泛种植。大豆的固氮能力是通过根瘤菌侵染根毛形成根瘤实现的。可为人们日常生活提供丰富的植物蛋白质，因此大豆的种植得到了广泛的关注，大豆也成为我国重要的粮食作物。
　　本实验以东农46作为实验材料，利用石蜡切片、半薄切片和超薄切片，与光学显微镜、透射电子显微镜和扫描电子显微镜技术相结合，对大豆根瘤及根瘤菌的发育过程进行详细的研究，利用光学显微镜在显微结构层次上观察大豆根瘤及根瘤菌的结构;利用透射电子显微镜与扫描电子显微镜在亚显微结构层次上观察大豆根瘤及根瘤菌的结构，本研究在前人的科研基础上重复并加以深入，从而全面且系统的研究大豆根瘤及根瘤菌发育过程中亚显微结构的特点，从而了解其发育过程中固氮作用的特点，进一步完善大豆固氮机理的研究，也为大豆的增殖增产提供理论支持。
　　实验结果如下:
　　(1)可与大豆根共生固氮产生根瘤的根瘤菌是通过形成侵入线，侵染宿主细胞，形成外部为皮层内部为中心组织的根瘤。中心组织也就是侵染区，分为侵染细胞和非侵染细胞。但侵染细胞所占有的体积远远大于非侵染细胞的体积。
　　(2)侵入线通过释放细胞壁降解类物质，打破宿主细胞细胞壁，根瘤菌随侵入线进入宿主细胞，完成对细胞的侵染过程。侵染初期，根瘤菌由完整的泡囊包被，每个泡囊内含有一个或几个根瘤菌。
　　(3)根瘤形成初期，部分根瘤菌在侵染线内已经开始分裂增殖，根瘤菌内便有多磷酸盐(PP)颗粒存在，含量较少，且多位于根瘤菌拟核附近。随着根瘤菌的分裂增殖，多磷酸盐颗粒也随之分裂，含量也随之增多。侵染宿主细胞的的侵染线壁降解，根瘤菌被释放进入宿主细胞。根瘤菌开始大量分裂增殖。在根瘤发育初期根瘤菌内有少量的多磷酸盐颗粒产生，随着根瘤菌增殖的进行，多磷酸盐颗粒积累不断增多，增殖到某一时期，有聚-β-羟基丁酸盐(PHB)颗粒产生，根瘤菌内多磷酸盐颗粒随聚-β-羟基丁酸盐颗粒的增多而减少，根瘤菌的固氮能力也由弱到强。
　　(4)根瘤成熟期，宿主细胞内几乎全部为根瘤菌，且根瘤菌内存在大量的聚-β-羟基丁酸盐颗粒，侵染细胞所占的比例和体积均达到最大，都远大于非侵染细胞。在成熟期的宿主细胞内有较多变形的线粒体存在，粗糙内质网和核糖体数量增多，淀粉粒几乎全部消失。此时宿主细胞中的根瘤菌小而多，结构清晰，泡囊完整，此时期根瘤的固氮能力达到最强。
　　(5)根瘤衰退期，先出现衰退现象的是细胞核及核仁，核仁先解体，细胞核严重变形，核膜破坏，透射电子显微镜下观察到结构不完整的核膜，核膜没有明显的界限。附有大量核糖体的粗糙内质网增多，有大量游离的核糖体出现。衰退期根瘤的宿主细胞内有不完整的泡囊结构出现，且多位于细胞壁附近的内质网与根瘤菌周围。在衰退期的末期，根瘤内根瘤菌数量逐渐减少，宿主细胞变得空洞，细胞器消失殆尽，聚-β-羟基丁酸盐颗粒也随根瘤菌的减少而减少。

目录

声明

摘要

1 前言

1．1 大豆的重要地位

1．2 大豆的种植发展状况

1．2．1 大豆的地理分布

1．2．2 东农46

1．3 大豆根瘤的研究概况

1．3．1 生物固氮的研究

1．3．2 根瘤菌与根瘤的结构及发育

1．3．3 根瘤内各部分的研究

1．3．4 根瘤的衰老机制

1．4 研究的主要内容、目的和意义

1．4．1 研究的主要内容

1．4．2 研究的目的和意义

1．5 技术路线

2 材料与方法

2．1 供试品种

2．2 取材设计与取材时间

2．3 显微样品的制备

2．3．1 透射电镜样品制备

2．3．2 扫描电镜样品制备

2．3．3 光学显微样品制备

2．4 实验仪器与试剂

2．4．1 实验仪器

2．4．2 实验试剂和实验器材

2．4．3 实验试剂配制方法

2．5 数据处理

3 结果与分析

3．1 大豆根瘤的显微结构观察

3．2 初生根瘤的亚显微结构观察

3．2．1 初生根瘤的扫描电子显微镜观察

3．2．2 初生根瘤的透射电子显微镜观察

3．3 成熟期根瘤的亚显微结构观察

3．3．1 成熟期根瘤的扫描电子显微镜观察

3．3．2 成熟期根瘤的透射电子显微镜观察

3．4 衰退期根瘤的亚显微结构观察

3．4．1 衰退期根瘤的扫描电子显微镜观察

3．4．2 衰退期根瘤的透射电子显微镜观察

3．5 一些特殊结构的观察

4 讨论

4．1 根瘤菌侵染大豆根毛的亚显微特征

4．2 根瘤菌侵染宿主细胞的亚显微特征

4．3 侵染细胞与非侵染细胞的亚显微特征

4．4 宿主细胞内根瘤菌发育的亚显微特征

4．5 宿主细胞内含物的亚显微观察

5 结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文