基本信息

项目名称:
石斛菌根真菌资源的挖掘与利用
小类:
生命科学
简介:
石斛为菌根植物,在自然条件下,所有石斛属植物均与内生真菌共生形成菌根结构,菌根真菌在植物整个生活史中扮演着重要的角色。由于我国各地野生石斛菌根真菌资源总体情况不明,菌根真菌应用研究尚处于实验室阶段。因此,本课题拟建立我国石斛菌根真菌资源库并研究真菌在石斛栽培中的应用,为今后真菌源药物的开发,及揭示真菌-石斛互作机理奠定研究基础。
详细介绍:
石斛为兰科(Orchidaceae)石斛属(Dendrobium)多年生附生草本植物,既是观赏植物,又是十分重要的药用植物。自然条件下所有石斛属植物均与内生真菌共生而形成菌根结构,菌根真菌在石斛属植物整个生活史中扮演着重要角色。因此,在人工栽培条件下,添加有益真菌以提高石斛幼苗移栽成活率是石斛菌根真菌研究的一个重要目标,而有益真菌的获得是实现这一目标的重要前提。因此,针对石斛菌根真菌的研究得到了大量学者的重视,但目前有关我国各地野生石斛属植物菌根真菌多样性的系统研究报道很少。本研究以石斛属植物为研究对象,通过形态学和分子生物学鉴定对采自浙江、云南、广东、广西和海南等地46种野生石斛植物中分离到的927株菌根真菌进行了多样性研究。鉴于大量菌根真菌不产孢而无法进行传统形态学鉴定的现实,本研究采用分子生物学手段来对其进行鉴定。根据菌落培养和显微观察特征,将菌株划分为35个形态型,从中选取348个代表菌株进行分子生物学鉴定。对348株菌根真菌的ITS片段进行分析,除20株属于未知真菌外,其余328株分别属于22个属,包括小菇属(Mycena Gray)、镰孢属(Fusarium Link)、丝核菌属(Rhizoctonia de Candolle)、毛壳属(Chaetomium Kunze ex Fr.)和木霉属(Trichoderma Persoon)等。研究结果大大丰富了我国石斛菌根真菌种类资源,为有益真菌在石斛生产上的挖掘利用提供大量素材。鉴于当前石斛菌根真菌应用研究的对象都是无菌苗,研究成果尚处于实验室的初级阶段的情况,本研究从已获得的石斛菌根真菌中选取有益真菌F48(Mycena)和F65(Rhizoctonia),建立其与金钗石斛的共生体系。通过对金钗石斛组培苗和穴盘苗菌根细胞形态和菌量的检测,及对植物生物量和药效成分含量的测定和基因表达量的分析,发现实验所分离的真菌F48和F65均能与金钗石斛形成菌根结构,提高石斛幼苗移栽成活率,促进石斛植物的生长及药效成分的积累。在此基础上,本项目大量制备真菌F48和F65菌液,并施用于石斛种植基地,将石斛移栽苗的成活率提高了5.96%。为环境中获得的友好型菌根真菌在石斛人工栽培上的应用提供生产数据和理论依据。本研究成果有望大规模推广应用。

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作品专业信息

撰写目的和基本思路

本作品对采集自浙江、云南、广东、广西和海南等地的野生石斛进行菌根真菌分离鉴定,建立系统完整的菌根真菌资源库。并从中选取有益真菌石斛小菇和丝核菌,与金钗石斛建立共生体系。研究真菌对石斛幼苗移栽成活、植株生长和药效成分积累的促进作用。并制备菌剂,用于大规模生产试验,以实现石斛菌根真菌研究向生产实践的真正转化。

科学性、先进性及独特之处

本作品较为系统完整的建立了我国石斛菌根真菌资源库,为相关研究的开展准备了大量素材。同时,本作品围绕绿色农业的理念,以环境中分离获得的友好型真菌为材料,达到对石斛幼苗移栽和生长的促进作用,并在大规模生产试验中实现了移栽苗成活率5.96%的提升。首次完成石斛菌根真菌研究成果在石斛生产上的真正应用。

应用价值和现实意义

本作品开展了我国石斛菌根真菌资源的挖掘和在石斛中的应用研究,为今后相关研究的开展准备了大量素材,并首次实现石斛菌根真菌研究成果真正转化为生产技术,为大规模推广应用提供理论和实践依据,所带来的经济利益必将十分可观。

学术论文摘要

本研究以石斛属植物为研究对象,通过形态学和分子生物学鉴定对采自浙江、云南、广东、广西和海南等地46种野生石解植物中分离到的927株菌根真菌进行了多样性研究。鉴于大量菌根真菌不产孢而无法进行传统形态学鉴定的现实,本研究采用分子生物学手段来对其进行鉴定。根据菌落培养和显微观察特征,将菌株划分为35个形态型,从中选取348个代表菌株进行分子生物学鉴定。对348株菌根真菌的ITS片段进行分析,除20株属于未知真菌外,其余328株分别属于22个属。鉴于当前石斛菌根真菌应用研究的对象都是无菌苗,研究成果尚处于实验室的初级阶段的情况,本研究从已获得的石斛菌根真菌中选取有益真菌F48(Mycena)和F65(Rhizoctonia),建立其与金钗石斛的共生体系。通过研究发现实验所分离的真菌F48和F65均能与金钗石斛形成菌根结构,提高石斛幼苗移栽成活率,促进石斛植物的生长及药效成分的积累。在此基础上,本项目大量制备真菌F48和F65菌液,并施用于石斛种植基地,将石斛移栽苗的成活率提高了5.96%。为环境中获得的友好型菌根真菌在石斛人工栽培上的应用提供生产数据和理论依据。

获奖情况

1.浙江省第十二届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛特等奖. 2.作品在“杭州网”和“搜狐滚动”上刊登与报道. 3.吴剑丙,朱江敏,白坚,张克铭,李玉婷,王慧中. 野生兰科植物菌根内生真菌分离及鉴定[J]. 杭州师范大学学报(自然科学版),2011,10(3):40-44. 4.朱江敏,赵英梅,白坚,李玉婷,张克铭,陈加伟,吴剑丙,王慧中.石斛共生真菌木霉菌拮抗作用的初步研究[J].杭州师范大学学报(自然科学版),2010,10(4):342-346. 5.论文《石斛内生真菌毛壳菌生防机制研究进展》已被浙江农业学报接收.

鉴定结果

同意申报

参考文献

1.曹斌,廖月葵,何开家,等. 广西人工栽培铁皮石斛内生菌根的研究. 广西植物,2010,30(5):626-628. 2.金辉,忠祥,陈金花,等. 铁皮石斛组培苗与菌根真菌共培养过程中的相互作用. 植物生态学报,2009, 33(3):433-441. 3.杨友联,刘作易,朱国胜,等. 独蒜兰菌根真菌对环草石斛生长的影响. 种子,2008,27(1):34-37. 4.杨友联,刘作易. 兰科菌根真菌在兰科植物生长发育中的作用与应用. 种子,2005,24(5):55-58.

同类课题研究水平概述

目前,国内外学者对兰科菌根已进行了广泛的研究,研究主要围绕两个方面:(1)兰科菌根真菌的分离、鉴定和分类研究。菌根是自然界中一种普遍存在的共生现象,是植物在长期的生存演化过程中与真菌共同进化的结果。Warcup发现7种白腐菌可促进蔓生兰种子萌发,包括彩绒革盖菌(Coriolus versicolor)和两种层孔菌。国内的分离工作开展相对较晚,多集中于具经济用途的药用类植物如天麻和石斛等的共生真菌分离和共生萌发上,对于我国重要观赏花卉的兰属植物关注不够,分离到的内生真菌较少。吴静萍和郑师章从密花石斛根部直接分离到一株真菌,经鉴定为镰刀属(Fusarium)菌株;周玉杰等从华石斛中分离到5株内生真菌,并发现其中3株对组培苗的生长和光合性能有明显的促进作用。(2)对兰科菌根生态作用的研究。兰科菌根的形成可分为两种情况:一是对兰科植物种子的侵染,二是对成长新根的侵染。兰科植物种子吸水后膨胀,种皮破裂生出胚根,真菌菌丝体穿过胚根的细胞壁,侵入根细胞腔内生长。兰科植物块茎,越冬后发出的新根经历相同的过程,受到真菌侵染形成菌根。陈玲发现两种内生真菌对环草石斛幼苗生物量、光合速率和蛋白质含量有显著提高,并在短时间内迅速提高环草石斛的叶绿素含量、Chla/ Chlb值、脯氨酸含量以及SOD、POD 和PAL活力。对于附生兰来说,它们就是与菌根真菌共生才能脱离土壤,附着在树上或岩缝中生存。菌根真菌的菌丝扩大了兰科植物根的吸收面积,有利于吸收更多的无机养分和水分,改善了兰科植物的根际环境。同时兰科植物通过进行光合作用,生产有机养分,两者互惠互利。宋经元等发现真菌诱导子能有效提高铁皮石斛原球茎的多糖含量。此外,兰科菌根形成后,菌根真菌成为有益的优势菌群并释放出拮抗物质,有效地阻止其它病原菌的侵入,减少兰科植物根遭受病害的危险,间接提高幼苗的成活率,促进植株的生长发育。 总之,目前国内外关于兰科菌根真菌的研究发现兰科植物菌根中存在内生真菌,对种子萌发、生物量增加等方面有促进作用,并可能间接提高植株抗病害能力。但是,尚未对我国各地兰科石斛属石斛内生真菌资源进行系统整理和统计。在菌根真菌的作用机制研究上,虽然对其作用机理有所了解,并在实验室无菌苗上实现了促生作用,但该技术还只停留在实验室阶段,尚未完成生产上的真正应用。
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