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Ex situ symbiotic seed germination, isolation and identification of effective symbiotic fungus in Cymbidium mannii (Orchidaceae)

硬叶兰种子的迁地共生萌发及有效共生真菌的分离和鉴定


兰科植物的种子原地和迁地共生萌发技术是近年发展起来的开展兰科植物种子和共生真菌研究的有效方法。该研究对兰属(Cymbidium)附生植物硬叶兰(C. mannii)开展了种子的迁地共生萌发研究, 试图获得其种子萌发的有效真菌。利用硬叶兰成年植株根部周围的树皮、苔藓、枯枝落叶、腐殖质等作为培养基质, 进行种子的共生培养。在培养133天后, 成功地获得了处于不同阶段的已萌发种子、原球茎和幼苗, 并从原球茎中分离得到一种瘤菌根菌属(Epulorhiza)真菌。用所分离到的FCb4菌株和一种从兜唇石斛(Dendrobium aphyllum)分离到的胶膜菌属(Tulasnella) FDaI7菌株和硬叶兰种子在燕麦琼脂培养基上进行共生萌发, 设置不接菌作为对照处理, 以检验FCb4菌株对硬叶兰种子萌发的有效性。经过58天的培养, 不接菌的对照处理中种子没有萌发, 接种FCb4和FDaI7菌株的处理都有很高的种子萌发率, 两种接菌处理在不同光照条件下的种子萌发率均无显著性差异。但暗培养条件下, 种子萌发形成原球茎后, 表现出生长停滞的趋势, 仅有很少的原球茎继续生长达到幼苗阶段, 说明原球茎发育后期与幼苗发育阶段需要光照。在光照条件下, 接种FCb4菌株处理中达到幼苗阶段种子的比例为(25.67 ± 9.27)%, 显著高于接种FDaI7菌株处理的(3.04 ± 2.27)% (W = 56, p = 0.026, Mann-Whitney U-test), 表明此研究中分离到的瘤菌根菌属真菌能有效地促使硬叶兰种子萌发并生长发育到幼苗阶段。

Aims The in situ and ex situ seed baiting techniques, which have been developed in recent years, are effective methods to study the compatible mycorrhizal fungi of orchids. Our aim was to obtain the compatible mycorrhizal fungi of epiphytic Cymbidium mannii using the ex situ seed baiting technique.
Methods Bark, moss, litter and humus around the roots of adult plants of C. mannii were collected as substrate to cultivate C. mannii seeds in the laboratory. The fungi were isolated from developed protocorms and identified by morphological and molecular characteristics. The effects of different mycorrhizal fungi and light on seed germination were examined by in vitro symbiotic germination.
Important findings The isolated fungus was identified as a species of the genus Epulorhiza and was named as FCb4. After 58 days cultivation, seeds inoculated with FCb4 strain and FDaI7 strain (Tulasnella, isolated from Dendrobium aphyllum) had a high germination ratio, whereas seeds without the fungus failed to germinate. There was no significant difference between the germination ratios of seeds inoculated with FCb4 and FDaI7 strains, but FCb4 was significantly superior for seedling formation and development compared with FDaI7 in light. This indicated a lower degree of symbiotic fungal specificity on seed germination than the protocorm development stage in C. mannii. The fungus we obtained was effective for seed germination, and protocorm and seedling development for C. mannii. Germination and protocorm production were higher in the dark (0/24 h light/dark) than the light condition (12/12 h light/dark), whereas the subsequent protocorm development was better with light. These findings will aid in seedling production and reintroduction of C. mannii.


全 文 :植物生态学报 2012, 36 (8): 859–869 doi: 10.3724/SP.J.1258.2012.00859
Chinese Journal of Plant Ecology http://www.plant-ecology.com
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收稿日期Received: 2012-04-12 接受日期Accepted: 2012-07-24
* 通讯作者Author for correspondence (E-mail: gjy@xtbg.org.cn)
硬叶兰种子的迁地共生萌发及有效共生真菌的分
离和鉴定
盛春玲1,2 李勇毅3 高江云1*
1中国科学院西双版纳热带植物园, 云南勐腊 666303; 2中国科学院研究生院, 北京 100049; 3“国立自然科学博物馆”, 台中 404
摘 要 兰科植物的种子原地和迁地共生萌发技术是近年发展起来的开展兰科植物种子和共生真菌研究的有效方法。该研究
对兰属(Cymbidium)附生植物硬叶兰(C. mannii)开展了种子的迁地共生萌发研究, 试图获得其种子萌发的有效真菌。利用硬叶
兰成年植株根部周围的树皮、苔藓、枯枝落叶、腐殖质等作为培养基质, 进行种子的共生培养。在培养133天后, 成功地获得
了处于不同阶段的已萌发种子、原球茎和幼苗, 并从原球茎中分离得到一种瘤菌根菌属(Epulorhiza)真菌。用所分离到的FCb4
菌株和一种从兜唇石斛(Dendrobium aphyllum)分离到的胶膜菌属(Tulasnella) FDaI7菌株和硬叶兰种子在燕麦琼脂培养基上进
行共生萌发, 设置不接菌作为对照处理, 以检验FCb4菌株对硬叶兰种子萌发的有效性。经过58天的培养, 不接菌的对照处理
中种子没有萌发, 接种FCb4和FDaI7菌株的处理都有很高的种子萌发率, 两种接菌处理在不同光照条件下的种子萌发率均无
显著性差异。但暗培养条件下, 种子萌发形成原球茎后, 表现出生长停滞的趋势, 仅有很少的原球茎继续生长达到幼苗阶段,
说明原球茎发育后期与幼苗发育阶段需要光照。在光照条件下, 接种FCb4菌株处理中达到幼苗阶段种子的比例为(25.67 ±
9.27)%, 显著高于接种FDaI7菌株处理的(3.04 ± 2.27)% (W = 56, p = 0.026, Mann-Whitney U-test), 表明此研究中分离到的瘤菌
根菌属真菌能有效地促使硬叶兰种子萌发并生长发育到幼苗阶段。
关键词 硬叶兰, 种子迁地共生萌发, 兰科植物保护, 原球茎, 共生真菌, 瘤菌根菌属
Ex situ symbiotic seed germination, isolation and identification of effective symbiotic fungus
in Cymbidium mannii (Orchidaceae)
SHENG Chun-Ling1,2, LEE Yung-I3, and GAO Jiang-Yun1*
1Xishuangbanna Tropical Botanical Garden, Chinese Academy of Sciences, Mengla, Yunnan 666303, China; 2Graduate University of Chinese Academy of
Sciences, Beijing 100049, China; and 3 “National Museum of Natural Science”, Taichung 404, Taiwan, China
Abstract
Aims The in situ and ex situ seed baiting techniques, which have been developed in recent years, are effective
methods to study the compatible mycorrhizal fungi of orchids. Our aim was to obtain the compatible mycorrhizal
fungi of epiphytic Cymbidium mannii using the ex situ seed baiting technique.
Methods Bark, moss, litter and humus around the roots of adult plants of C. mannii were collected as substrate
to cultivate C. mannii seeds in the laboratory. The fungi were isolated from developed protocorms and identified
by morphological and molecular characteristics. The effects of different mycorrhizal fungi and light on seed
germination were examined by in vitro symbiotic germination.
Important findings The isolated fungus was identified as a species of the genus Epulorhiza and was named as
FCb4. After 58 days cultivation, seeds inoculated with FCb4 strain and FDaI7 strain (Tulasnella, isolated from
Dendrobium aphyllum) had a high germination ratio, whereas seeds without the fungus failed to germinate. There
was no significant difference between the germination ratios of seeds inoculated with FCb4 and FDaI7 strains, but
FCb4 was significantly superior for seedling formation and development compared with FDaI7 in light. This in-
dicated a lower degree of symbiotic fungal specificity on seed germination than the protocorm development stage
in C. mannii. The fungus we obtained was effective for seed germination, and protocorm and seedling develop-
ment for C. mannii. Germination and protocorm production were higher in the dark (0/24 h light/dark) than the
light condition (12/12 h light/dark), whereas the subsequent protocorm development was better with light. These
findings will aid in seedling production and reintroduction of C. mannii.
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Key words Cymbidium manii, ex situ symbiotic seed germination, orchid conservation, protocorm, symbiotic
fungi, Tulasnella

作为植物保护中的“旗舰”类群(flagship group),
兰科植物保护的基础是对其生境的保护、管理和恢
复; 世界各国各地区对濒危兰科植物长期的保护实
践表明, 基于兰科植物生态学、传粉生物学、繁殖
技术、真菌相互关系和种群遗传多样性研究基础上
开展的兰科植物回归(reintroduction), 是有效的兰
科植物综合保护 (integrated conservation)策略
(Stewart & Kane, 2007; Swarts et al., 2007; Stewart,
2008)。然而, 兰科植物的回归面临着比其他植物更
多的困难, 除了需要综合考虑回归的生境、传粉者、
共生真菌以及和其他动植物之间的相互关系外, 回
归材料的扩增是首先需要解决的问题。
种子萌发率低和幼苗存活率低是限制濒危兰
科植物回归成功的主要因素 (Batty et al., 2006;
Brundrett, 2007; Smith et al., 2010)。兰科植物的种子
非常细小, 仅有发育不完全的胚, 在自然条件下种
子萌发需要依靠特定的共生真菌来获取营养物质
(Arditti, 1967; Smith & Read, 1997)。根状物(rhizoid)
是由兰科植物表皮细胞形成的, 通常形成于萌发的
种子和原球茎的表面 , 也形成于幼苗的根部
(Rasmussen, 1995)。 兰科植物幼苗通过根状物附着
在基质上, 根状物通过毛细作用吸收水分和养分。
菌丝通过种子和原球茎表面的根状物进入植物细
胞, 促进胚萌发和原球茎的生长和分化(Williamson
& Hadley, 1970)。根状物和胚没有直接关系, 兰科植
物种子吸水膨胀后, 表面产生根状物, 真菌菌丝通
过根状物进入种子, 为发育不完全的胚提供养分,
从而使种子得以萌发, 根状物是真菌侵染种子和原
球茎的重要通道(Rasmussen, 1992)。虽然目前采用
人工培养基进行种子无菌萌发的技术已经很成熟,
但无菌萌发的幼苗在进行野外回归时, 移植到自然
环境中存活率较低, 并且难以与自然环境中的真菌
建立共生关系, 从而导致后续生长严重受限, 而通
过种子和真菌在自然条件下共生萌发获得的幼苗
在回归到自然生境中后具有较好的环境适应性
(Stewart et al., 2003)。因此, 获得兰科植物种子萌发
阶段的有效共生真菌, 是开展珍稀濒危兰科植物回
归的关键环节, 对兰科植物的有效保护具有重要
意义。
长期以来, 用于兰科植物种子共生萌发研究的
真菌多是从野生成年植株的根中分离得到的
(Rasmussen & Whigham, 1993; Masuhara & Katsuya,
1994; Currah et al., 1997; Zelmer & Currah, 1997;
Brundrett et al., 2003; Stewart et al., 2003), 但由于
野生兰科植物根中存在着大量作用未知的内生真
菌, 这使得对种子萌发有效真菌的分离和筛选异常
复杂而繁琐(柯海丽等, 2007); 并且, 不同种类的兰
科植物的成年植株根中的菌根真菌是否也对种子
萌发有效并不确定(Zettler et al., 2005)。Rasmussen
和Whigham (1993)发明了利用种子袋开展兰科植物
种子原地共生萌发的技术(in situ seed baiting tech-
nique), 将装有种子的特制尼龙袋放置于特定兰科
植物的原生境中诱导种子萌发, 从形成的原球茎中
分离内生真菌(Batty et al., 2001; Dearnaley, 2007;
柯海丽等 , 2007)。基于相同的原理 , Brundrett等
(2003)发展出了种子迁地共生萌发技术(ex situ seed
baiting technique), 从生长有兰科植物成年植株的
原生境中收集的土壤、树皮、枯枝落叶、腐殖质等
作为种子萌发的基质, 在实验室进行种子的萌发诱
导, 与原地共生萌发相比, 迁地共生萌发能提供适
宜的温湿度条件, 不受野外气候条件限制, 可随时
进行实验操作, 同时便于观察种子的萌发过程和监
测种子的萌发情况(Brundrett et al., 2003)。
西双版纳是我国兰科植物分布最集中的地区
之一, 有着极高的物种多样性(吉占和和陈心启,
1995), 占全州面积的19%的石灰岩山森林中有着丰
富的兰科植物。近20年来, 由于大面积的毁林开荒
和橡胶等经济作物的种植, 使得石灰岩山季节性雨
林“片断化”和“破碎化”非常严重, 成为橡胶林中的
绿色“孤岛”, 兰科植物生长繁衍的生境受到严重威
胁, 加之对一些具有药用或观赏价值的兰科植物的
过度采集, 使得这一地区的兰科植物资源遭到严重
破坏, 对这一脆弱生境中兰科植物的保护已刻不
容缓。
兰属(Cymbidium)约有55种, 其中我国分布有
49种(Liu et al., 2009)。兰属植物多为地生种类, 但
也有附生和腐生的种类。目前对兰属植物与共生真
菌的相关研究大多是在地生种类开展的(胡陶等,
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2008; Liu et al., 2010; Wu et al., 2010)。本研究以西
双版纳石灰岩山森林中广泛分布的附生兰属植物
硬叶兰(Cymbidium mannii)为研究对象, 利用种子
迁地共生萌发技术诱导种子萌发, 获得原球茎, 分
离原球茎中的共生真菌; 将分离得到的真菌和种子
在人工培养基上进行共生萌发实验, 筛选出对硬叶
兰种子萌发有效的共生真菌, 为开展硬叶兰的回归
奠定基础, 同时, 也为西双版纳石灰岩山森林兰科
植物的综合保护提供理论依据和技术参考。
1 材料和方法
1.1 研究材料和研究地点
硬叶兰(Cymbidium mannii)为兰属附生兰, 广
泛分布于东南亚热带、亚热带地区和我国南方各省,
附生于海拔100–1 600 m的林中树干上(Liu et al.,
2009)。在西双版纳地区, 硬叶兰花期为2–4月, 果实
于翌年4–5月成熟。在2010年3月硬叶兰开花时, 对
栽培于中国科学院西双版纳热带植物园野生兰园
的硬叶兰植株进行人工异交授粉, 约390天后(2011
年4月)采集果荚泛黄但尚未开裂的成熟蒴果。
野生兰园位于中国科学院西双版纳热带植物
园的稀有濒危植物迁地保护区(21°45′ N, 101°02′ E;
海拔580 m), 属原始沟谷热带雨林, 绒毛番龙眼
(Pometia tomentosa)和千果榄仁(Terminalia myrio-
carpa)为优势乔木, 平均冠层高度为30 m (Zhang &
Cao, 1995)。野生兰园为半自然状态下的野生兰科
植物迁地保护园, 收集栽培了约150种不同来源的
当地野生兰科植物, 均为从野外移植的成年植株,
大部分兰科植物生长状况良好, 能正常开花, 一些
种类可自然结实。野生兰园和西双版纳国家级自然
保护区绿石林森林公园相距约2 km, 绿石林森林公
园为原始的石灰山热带季节性湿润林, 有包括硬叶
兰在内的31属49种兰科植物自然分布其中(Zhou et
al., 2012)。
1.2 研究方法
1.2.1 种子的迁地共生萌发
收集硬叶兰成年植株根部20 cm范围内的树
皮、苔藓、枯枝落叶、腐殖质等, 在阴凉处自然风
干后, 放入搅碎机加无菌蒸馏水搅碎, 作为种子迁
地共生萌发的培养基质。滤除基质中多余的水分,
但保持其水分达到饱和状态。在6个直径为9 cm的
培养皿中分装入容积的一半基质, 其上覆盖一片孔
径为45 μm、直径为9 ㎝的无菌的圆形尼龙布。
将采集的硬叶兰果荚依次用75%的酒精擦拭、
1% NaClO溶液浸泡10 min, 无菌水清洗3次后, 用
无菌解剖刀切开果荚, 取出种子。种子先采用TTC
(2,3,5-氯化三苯基四氮唑 )染色法进行活力检测
(Vujanovic et al., 2000), 确保用于实验的种子活力
为90%以上。除用于共生萌发实验的种子外, 其余
的种子用无菌滤纸包好, 置于22 ℃, 用硅胶干燥
24 h后, 存于无菌密闭玻璃小瓶中, 于–20 ℃冰箱
内保存(Batty et al., 2001), 用于后续实验。
将用于萌发的种子和1 g·L–1无菌琼脂溶液加入
有盖玻璃瓶中充分摇匀, 制作成种子悬浮液, 用移
液枪吸取定量的种子悬浮液(约含90粒种子)均匀播
撒在1 cm × 1 cm孔径为45 μm的无菌尼龙布方片
上。把播种好的尼龙布方片放置到已经准备好的培
养皿中尼龙布上, 每个培养皿10片无菌尼龙布。把
培养皿放入人工气候箱内, 于恒温(25 ± 2) ℃、光
照12/12 h 光/暗、光照强度为2 000 lx的条件下进行
培养。定期检测, 确保培养基质湿润。监测各培养
皿中种子的萌发情况, 参照Stewart等(2003)和Wang
等(2011)的方法对种子萌发和原球茎发育情况进行
分级描述(表1)。需要说明的是, 阶段1的“根状物”
的产生, 并非一定与种子的真正萌发(胚萌发)有一
一对应的关系, 即: 即使根状物产生了, 种子并不
一定能够萌发, 其他因素也可能影响种子的萌发;
但没有根状物产生, 种子就一定不能萌发。在这个
分级标准里, 虽然说阶段1为“视为萌发”, 真正意义
上的种子萌发应该是阶段1至阶段3, 因为兰科植物
种子的特殊性, 人为把其划分为这几个阶段, 完全
是为了研究的方便。目前, 有关兰科植物种子萌发
和真菌相互关系的研究相对较少, 很多作用机理并
不清楚, 在没有更好的分级标准前, 这个分级标准
在某种程度上是可行的。
记录每一阶段内种子、原球茎或幼苗的数量,
计算种子萌发率(G)及各阶段的种子、原球茎或幼苗
的比率(K)。即G = g / t; K = k / t, 其中, g为培养皿中
已萌发的种子数; k为培养皿中各阶段的种子、原球
茎或幼苗的数; t为播种的种子总数。
1.2.2 原球茎被真菌侵染情况观察
当种子萌发形成原球茎后, 通过组织切片与
染色来检测不同阶段原球茎被真菌侵染的情况。将
原球茎浸于多聚甲醛-戊二醛固定液(2%多聚甲醛、
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表1 硬叶兰种子不同萌发阶段
Table 1 Different germination stages of Cymbidium mannii seeds
萌发阶段
Germination stage
描述
Description
0 未萌发的种子
Ungerminated seed
1 种胚膨大, 产生根状物(视为萌发)
Enlarged embryo, production of rhizoid(s) (= germination)
2 种胚继续膨大, 突破种皮(形成原球茎)
Continued embryo enlargement, rupture of testa ( = protocorm formation)
3 出现原生分生组织(原球茎发育阶段)
Appearance of protomeristem (protocorm development)
4 长出第一片叶片及后续生长(幼苗发育初期)
Emergence of first leaf and continue development (early stage of seedling development)


2.5%戊二醛、0.1 mol·L–1磷酸盐缓冲液, pH = 7.2)中,
置于4 ℃固定24 h后, 用0.1 mol·L–1磷酸盐缓冲液
重复浸洗3次, 每次15 min, 分别用15%、30%、50%
和70%的酒精, 依次对原球茎进行脱水30 min至无
水阶段; 脱水后渐进置于Historesin树脂中, 再进行
树脂聚合。聚合后, 将树脂块于切片机上进行连续
切片, 切片厚度为3 μm; 将切片粘贴于载玻片上,
阴干后利用过碘酸希夫染色法(Periodic Acid Schiff
Stain)以及1%酰氨黑(amido black 10 B)或1%甲苯胺
蓝 (toluidine blue O)进行组织化学染色 (Yeung,
1999)。染色后于光学显微镜(Axioskop 2, Carl Zeiss
AG, Jena, Germany)下观察, 并拍照记录。
1.2.3 原球茎内生真菌的分离
当通过组织学切片染色实验观察到原球茎已
被真菌侵染时, 即可进行原球茎内生真菌的分离。
采用马铃薯葡萄糖培养基(PDA; 200 g·L–1马铃薯
+20 g·L–1葡萄糖+12 g·L–1琼脂, 不需要调pH)作为
真菌诱导分离的培养基, 灭菌后分装于直径为9 cm
的无菌培养皿中。将获得的10个原球茎用1% NaClO
溶液表面灭菌5 min后用无菌水清洗3–4次, 在超净
工作台上用无菌刀片将原球茎横切成两半, 切口面
贴于PDA培养基表面上; 另一组3个原球茎不切开
直接置于PDA培养基中。用封口膜将培养皿封好,
标记后放入人工气候箱内, (25 ± 2) ℃条件下黑暗
培养(王娣等, 2007)。
培养一段时间后, 待原球茎切口处长出菌丝
时, 在超净工作台上进行真菌的分离, 用无菌接种
针挑取原球茎切口处真菌菌落边缘菌丝于新的
PDA培养基上。待新的菌丝长出后, 不断挑取菌丝
尖端到新的PDA培养基上做系列转移, 转移3–5次
后, 可得纯菌落。采用PDA试管斜面法对得到的真
菌于4 ℃进行保存(白毓谦等, 1987)。
1.2.4 真菌对种子萌发的有效性检测
参照Dixon (1987)的方法进行种子与真菌在人
工培养基上的共生萌发实验。采用燕麦琼脂培养基
(OMA; 4 g·L–1燕麦+8 g·L–1的琼脂, pH = 5.8)作为真
菌和种子共生萌发培养基。将保存的硬叶兰种子进
行解冻和灭菌(McKendrick, 2000), 制作成无菌种
子悬浮液。在OMA培养基表面平行放置两张1 cm ×
4 cm的无菌滤纸条, 用移液枪吸取150 μL种子悬浮
液(约80粒种子)均匀播种在每张滤纸条上。在培养
基中间接种约1 × 1 × 0.5 cm³、含有单一分离得到的
真菌(编号为FCb4)的纯培养物的琼脂块, 用封口膜
将培养皿密封好。设置2组对照, 一组接种从和硬叶
兰同一生境中的兜唇石斛(Dendrobium aphyllum)原
球茎内分离到的胶膜菌属(Tulasnella)真菌(编号为
FDaI7);另一组不接菌。每组重复20个培养皿, 在人
工培养箱内(25 ± 2) ℃下恒温培养, 每组各10个培
养皿分别进行光照(12/12 h, 光/暗)和黑暗(0/24 h,
光/暗)培养。
每周监测种子的萌发情况, 记录种子萌发及形
成原球茎的时间, 当有培养皿中产生大量处于发育
初期阶段的幼苗时将全部培养皿取出, 按表1的分
级标准统计并计算种子萌发率(G)、原球茎形成的比
率(C), 以及处于各萌发阶段的种子、原球茎或幼苗
的比率(K)。计算方法同前所述, 其中, C = c / t, c为
每种处理下的各培养皿中形成原球茎的种子数(阶
段2、3、4之和)。
对不同处理的种子萌发率、原球茎形成比率及
各阶段的萌发种子、原球茎或幼苗比率进行显著性
差异分析。数据进行反正弦转换后符合残差正态分
布的采用双因素方差分析(two-way ANOVA), 并利
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用最小显著差数法(LSD)进行多重比较; 数据转换
后仍不满足残差正态分布的采用非参数检验中的
曼-惠特尼U检验(Mann-Whitney U-test)进行分析。
所有数据采用R软件(version 2.14.2)进行分析。
1.2.5 真菌种类的分子鉴定
在PDA平板培养基上对保存的真菌菌株活化
后, 在超净工作台上用无菌接种针挑取菌丝接入灭
菌后的液体PDA培养基, 于(25 ± 2) ℃振荡培养,
待有大量菌球产生时, 挑取4–5个直径约为0.5 mm
的菌球, 利用CTAB法提取待测真菌DNA (Weising
et al., 1995)。采用ITS1和ITS4引物进行PCR扩增
(White et al., 1990), 扩增反应在PCR仪(GeneAmp
9700, Applied Biosystems, Foster, USA)上进行。PCR
循环为: 94 ℃预变性3 min, 循环1次; 94 ℃变性1
min, 51 ℃退火1 min, 72 ℃延伸1 min, 30次循环;
最后72 ℃延伸10 min (段春芳等, 2010)。PCR扩增
产物纯化后送上海生工生物工程有限公司进行测
序, 将得到的ITS片段序列在美国国立生物技术信
息中心数据库(NCBI, http://www.ncbi.nlm.nih.gov/)
中进行BLAST对比分析。
2 结果
2.1 硬叶兰种子的迁地共生萌发
在进行迁地共生萌发培养的6个培养皿中, 2个
培养皿在培养过程中由于有大量杂菌污染, 不计入
统计结果。其余4个培养皿在培养5周后陆续观察到
种子萌发和原球茎形成。在培养133天时, 4个培养
皿中均可观察到处于不同萌发阶段的种子、原球茎
和幼苗(图1), 种子萌发率(G)为(49.81 ± 19.09)%
(mean ± SE, n = 4), 其中, 达到阶段1–4所占的比例
分别为: K1 = (42.18 ± 8.97)%, K2 = (5.34 ± 2.66)%,
K3 = (1.37 ± 1.29)%, K4 = (0.92 ± 0.69)% (n = 4)。
2.2 原球茎被真菌侵染情况的观察
培养133天时, 对未萌发种子和不同阶段的原
球茎进行组织学切片观察, 可以清楚地看到未萌发
的种子并没有被真菌侵染, 而不同阶段的原球茎被
真菌侵染的程度不同, 原球茎形成的初期, 仅基部
被菌丝团侵染, 当原球茎形成顶端原生分生组织
时, 菌丝团较多, 可以观察到原球茎中大量被消化
的菌丝团(图2)。
2.3 原球茎内生真菌的分离
原球茎在PDA培养基培养7天后, 未切开的3个




图1 硬叶兰种子迁地共生萌发133天后, 处于不同阶段的
种子、原球茎和幼苗。A, 阶段0, 未萌发的种子。B, 阶段
1, 种胚膨大, 产生根状物(视为萌发)。C, 阶段2, 种胚继续
膨大, 突破种皮(形成原球茎)。D, 阶段3, 原球茎膨大, 出现
原生分生组织。E, 阶段4, 幼苗。
Fig. 1 Seed, protocorm and seedling of Cymbidium mannii in
different germination stages after 133 days of ex situ symbiotic
seed germination. A, Stage 0, ungerminated seed. B, Stage 1,
enlarged embryo, production of rhizoid(s) (= germination). C,
Stage 2, continued embryo enlargement, rupture of testa (=
protocorm formation). D, Stage 3, protocorm enlarges with
appearance of protomeristem. E, Stage 4, seedling.


原球茎周围没有长出菌丝, 而切开的10个原球茎中
有7个周围长出白色菌丝。从分别培养的7个原球茎
分离的真菌, 经过3–4次纯化培养, 得到7个纯菌落,
分别命名为FCb1–FCb7。7个菌株在PDA培养基于
(25 ± 2) ℃黑暗培养12天后, 观察到具有相同的菌
株菌落形态及菌丝显微结构。接种到新的PDA培养
基上10天左右菌丝可长满整个培养皿, 菌落平, 气
生菌丝白色, 平贴于培养基表面, 无菌核, 菌丝分
支, 有隔, 生长迅速。
2.4 真菌对种子萌发的有效性检测
在开展的3组种子萌发培养实验中, 不接菌的
对照组没有观察到种胚明显膨胀并产生根状物, 达
到阶段1的种子; 2组接菌的处理中, 在培养1周后,
均观察到有种子明显膨胀, 并产生根状物, 达到阶
段1, 培养2周后, 观察到原球茎(阶段2)。
864 植物生态学报 Chinese Journal of Plant Ecology 2012, 36 (8): 859–869

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图2 硬叶兰种子及原球茎切片图。A, 未萌发的种子, 没有真菌侵染。B, 原球茎阶段, 菌丝团侵染原球茎基部。C, 原球茎
形成第一片突起物(箭), 菌丝团侵染原球茎基部。D, 原球茎继续膨大, 形成顶端原生分生组织(箭), 此时菌丝团(箭头)较多。
E, 图C的局部放大图, 箭所指为松散的菌丝团。F, 图D的局部放大图, 箭所指为被消解的菌丝团, 箭头所指为松散的菌丝团。
Fig. 2 Cross-section of seed and protocorm of Cymbidium mannii. A, Ungerminated seed without fungi infection. B, Protocorm
with fungi infection on the base. C, Protocorm forms the first thrust (arrow), and fungi infect the base of protocorm. D, Protocorm
enlarges with appearance of protomeristem (arrow) with lots of pelotons (arrowhead). E, Partial enlarged drawing of Fig. C, arrow
indicates loosened pelotons. F, Partial enlarged drawing of Fig. D, arrow indicates digested pelotons, and arrowhead indicates loos-
ened pelotons.


在培养58天时检测到有的培养皿中已有幼苗
(阶段4)形成, 此时对所有不同处理的培养皿开盖进
行种子萌发率和萌发情况统计, 其中接种FCb4菌
株的实验组中共有6个培养皿中有杂菌污染, 不计
入统计结果。结果表明, 不同真菌种类及光照条件
对种子萌发率(G)均有显著影响, 不同真菌种类及
真菌与光照的交互作用则没有显著影响(双因素方
差分析(two-way ANOVA), 接菌处理, F = 82.545,
df = 2, p < 0.001; 光照条件, F = 5.216, df = 1, p =
0.027; 接菌和光照处理, F = 0.306, df = 1, p =
0.582)。不接菌组光照培养条件(n = 10)和黑暗培养
条件(n = 10)下都没有种子萌发(表2), 而2种接菌处
理中, 接种本研究分离到的FCb4菌株实验组在光
照和黑暗培养条件下的种子萌发率分别为(73.64 ±
6.14)% (n = 7)和(85.04 ± 5.15)% (n = 7); 接种FDaI7
菌株处理组中, 光照和黑暗培养条件下的种子萌发
率分别为(69.82 ± 3.80)% (n = 10)和 (75.20 ± 5.49)%
(n = 10), 均显著高于相同光照条件下未接菌实验
盛春玲等: 硬叶兰种子的迁地共生萌发及有效共生真菌的分离和鉴定 865

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图3 培养58天后硬叶兰种子处于不同萌发阶段的比率(平均值±标准误差)。A, 接种FCb4菌株处理在不同光照条件下, 各阶
段萌发的种子、原球茎和幼苗的比率。B, 接种FCb4和FDaI7菌株处理在光照条件下(12/12 h 光/暗), 各阶段萌发的种子、原
球茎和幼苗的比率。*表示同一阶段不同处理之间差异显著(α = 0.05)。
Fig. 3 Proportion of Cymbidium mannii seeds in different germination stages after 58 days cultivation (mean ± SE). A, Proportion
of geminated seeds, protocorms and seedlings in different germination stages in the treatment inoculated with FCb4 strain under dif-
ferent light conditions. B, Proportion of geminated seeds, protocorms and seedlings in different germination stages in the treatments
inoculated with FCb4 and FDaI7 strains under the light condition (12/12 h light/dark). * indicates the significant difference between
different treatments within the same stage (α = 0.05).



表2 在不同处理下培养58天后硬叶兰种子的萌发率、形成原球茎的比率, 以及处于不同阶段的已萌发种子、原球茎和幼苗
的比率(平均值±标准误差)
Table 2 Seed germination percentage, protocorm ratio and the proportion of geminated seeds, protocorms and seedlings in different
germination stages in different treatments after 58 days cultivation for Cymbidium mannii (mean ± SE)



组(LSD, p < 0.001)。
光照条件对硬叶兰种子形成原球茎有显著影
响, 不同真菌种类及真菌与光照的交互作用则没有
显著影响(双因素方差分析, 光照条件, F = 6.746, df
= 1, p = 0.014; 接菌处理, F = 3.548, df = 1, p =
0.069; 接菌和光照处理, F = 0.056, df = 1, p =
0.814)。同时, 两种接菌处理在暗培养条件下, 种子
萌发形成原球茎后, 表现出生长停滞的趋势, 仅很
少的原球茎继续生长达到幼苗阶段(表2)。接种FCb4
菌株处理中, 光照条件下种子生长到幼苗阶段(阶
段4)的比例为(25.67 ± 9.27)% (n = 7), 显著高于暗
培养条件下的(0.35 ± 0.35)% (n = 7; W = 8, p =
0.020, 曼-惠特尼U检验; 图3A), 也显著高于接种
FDaI7菌株光照处理条件下的比例(3.04 ± 2.27)%
(n = 7; W = 56, p = 0.026, 曼-惠特尼U检验; 图3B)。
说明只有菌株FCb4在光照条件下才能有效地促使
不同阶段萌发的种子、原球茎或幼苗的比率
Proportion of geminated seeds, protocorms and seedlings in
different stages (%)
处理
Treatment
光照
Photoperiod
(h Light/Dark )
重复
Replication
萌发率
Germination
(%)
原球茎比率
Protocorm
ratio (%)
阶段1
Stage 1
阶段2
Stage 2
阶段3
Stage 3
阶段4
Stage 4
12/12 7 73.64 ± 6.14 60.0 ± 12.08 13.63 ± 9.95 5.05 ± 4.05 29.30 ± 8.82 25.67 ± 9.27FCb4菌株
FCb4 strain 0/24 7 85.04 ± 5.15 83.89 ± 5.42 2.48 ± 1.06 17.7 ± 12.85 66.6 ± 13.05 0.35 ± 0.35
12/12 10 69.82 ± 3.80 45.11 ± 8.74 24.47 ± 7.94 28.56 ± 7.35 13.51 ± 6.75 3.04 ± 2.27 FDaI7菌株
FDaI7 strain 0/24 10 75.20 ± 5.49 66.13 ± 8.56 9.48 ± 6.43 13.38 ± 4.72 50.56 ± 8.88 2.42 ± 1.00
12/12 10 0 0 0 0 0 0 对照 CK
0/24 10 0 0 0 0 0 0
866 植物生态学报 Chinese Journal of Plant Ecology 2012, 36 (8): 859–869

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硬叶兰种子生长发育到幼苗阶段。
2.5 真菌种类的分子鉴定
从硬叶兰原球茎内分离到的7株菌株测序后,
得到的ITS片段序列在NCBI中进行BLAST对比分
析, 均与登录号为AJ313440.1的瘤菌根菌属(Epulo-
rhiza)真菌最为相似, 最大相似度为98%, E值为0。
根据菌株形态及分子鉴定结果判定, 从硬叶兰原球
茎内分离到的真菌为瘤菌根菌属真菌。
3 讨论
获得兰科植物种子萌发阶段的有效共生真菌,
是开展珍稀濒危兰科植物回归的关键环节, 同时,
在兰科植物保护和药用兰科植物的生产上也具有
广泛的运用前景。利用种子袋开展的兰科植物种子
原地共生萌发技术, 已成为近年来发展起来的开展
兰科植物种子和共生真菌研究的有效方法
(Rasmussen & Whigham, 1993; McKendrick, 2000;
Batty et al., 2001; Wang et al., 2011), 从种子原地共
生萌发形成的原球茎中分离对种子萌发有效的共
生真菌, 避免了以往从菌根中分离真菌的诸多问
题, 能简便、有效地获得兰科植物种子萌发阶段的
有效共生真菌(Hollick, 2004; Wang et al., 2011)。在
此基础上发展起来的兰科植物种子迁地共生萌发
技术, 具有不受野外条件限制, 能方便地对种子萌
发的全过程进行监测和记录种子萌发情况等优点
(Brundrett et al., 2003)。
本研究利用成年植株根部周围的树皮、苔藓、
枯枝落叶、腐殖质作为培养基质, 开展硬叶兰种子
的迁地共生萌发研究, 在培养133天后, 4个有效的
培养皿中均有处于不同阶段的已萌发种子、原球茎
和幼苗。迁地共生萌发的培养基质是决定种子萌发
并形成原球茎, 进而发育成幼苗的关键因素之一。
虽然本研究的基质采集于野生兰园中迁地栽培的
硬叶兰周围, 但由于是从野外原生地移植的硬叶兰
成年植株, 移植时可能带有种子萌发阶段的共生真
菌, 同时野生兰园处于硬叶兰自然分布区域, 有利
于移植后真菌的生长, 实验证明本研究成功地获得
了硬叶兰的原球茎和幼苗。
对获得的原球茎进行组织学切片观察, 可以看
到原球茎已被真菌侵染, 从分别培养的7枚原球茎
分离到7个菌株(FCb1–FCb7), 根据菌株形态及分子
鉴定结果判定为瘤菌根菌属真菌。每个原球茎只分
离到1种内生真菌, 也说明通过种子的迁地共生萌
发获得原球茎, 进而获得对种子萌发有效的共生真
菌是简便有效的方法。目前已报道的兰科植物的共
生真菌集中在蜡壳菌科、胶膜菌科和角担菌科。其
中胶膜菌科的无性态属瘤菌根菌属真菌及与其对
应的有性态属胶膜菌属真菌被证明是可以促进多
种兰科植物种子萌发的有效真菌(Liu et al., 2010)。
胡陶等(2008)从地理分布不同的5种兰属植物中分
离得到11个有代表性的菌根真菌菌株, 鉴定为无性
态的瘤菌根菌属(Epulorhiza)真菌。通过鉴定结果推
测, 瘤菌根菌属真菌是与兰属植物形成菌根结构最
普遍的真菌(胡陶等, 2008)。本研究结果进一步证实
了这一推测。
Wu等(2010)将4株均属于角担菌科丝核菌属
(Rhizoctonia)的真菌菌株接种到春兰(C. goeringii)
种苗上。结果表明从春兰根中分离的2株真菌比从
其他2种兰属植物根中分离到的2株真菌作用效果
显著, 说明春兰在种苗生长阶段与其共生真菌具有
专一性。Rasmussen (1995)推测附生兰对真菌的依赖
程度要小于地生兰。Liu等(2010)认为附生兰在种子
萌发阶段是需要共生真菌的, 只是在种子萌发阶
段, 附生兰与真菌关系的专一程度要小于地生兰。
本研究仅对硬叶兰在种子萌发阶段与其共生真菌
的专一性进行了探讨。
本研究中, 接种FCb4菌株和FDaI7菌株的处理
在培养58天时, 都有很高的种子萌发率, 且均显著
高于未接菌对照组(LSD, p < 0.001), 说明2种真菌
均能有效地促进硬叶兰种子萌发。Moore (1987)以
真菌桶孔隔膜超微结构特征等形态学鉴定标准对
原来隶属于丝核菌属的兰科菌根真菌重新研究后,
建立了3个新属: 角菌根菌属(Ceratorhiza)、瘤菌根
菌属(Epulorhiza)和念珠菌根菌属(Moniliopsis), 对
应的有性世代分别是: 角担菌属(Ceratobasidium)、
胶膜菌属(Tulasnella)和蜡壳菌属(Sebacina), 因此,
本研究从兜唇石斛原球茎中分离到的FDaI7菌株(胶
膜菌属)与从硬叶兰原球茎中分离到的FCb4菌株(瘤
菌根菌属)实际为同一属真菌。两种接菌处理在相同
光照条件下的种子萌发率均无显著性差异, 说明硬
叶兰在种子萌发阶段在属的水平上与共生真菌的
专一性不强。在光照条件下, 接种FCb4菌株的实验
组在阶段3和阶段4形成的原球茎和幼苗的比率要
高于接种FDaI7菌株实验组, 且在阶段4达到显著差
盛春玲等: 硬叶兰种子的迁地共生萌发及有效共生真菌的分离和鉴定 867

doi: 10.3724/SP.J.1258.2012.00859
异(W = 56, p = 0.026)。说明硬叶兰在原球茎发育后
期及幼苗发育初期阶段在物种水平上与共生真菌
具有较强的专一性, 本研究中分离到的FCb4菌株
不仅对硬叶兰种子萌发阶段有效, 而且能有效地促
使硬叶兰种子生长发育到幼苗初期阶段。
一般来说, 地生兰种子萌发阶段更倾向于黑暗
条件(Godo et al., 2010), 一些研究发现光照对一些
地生兰种子的萌发有限制作用(Arditti et al., 1981;
Ernst, 1982; Yamazaki & Miyoshi, 2006); 而附生兰
种子通常在有光条件和黑暗条件下都可以萌发
(Arditti, 1967; Arditti & Ernst, 1984)。在本研究中,
两种接菌处理在暗培养条件下, 硬叶兰种子萌发形
成原球茎的比率要显著高于有光条件下的实验组,
但是种子萌发形成原球茎后, 表现出生长停滞的趋
势, 仅有很少的原球茎继续生长达到幼苗阶段, 同
时, 在接种FCb4菌株的处理中, 光照条件下原球茎
发育形成幼苗(阶段4)的比率要显著高于黑暗条件
(W = 8, p = 0.020)。这些结果说明, 黑暗条件更有利
于硬叶兰原球茎的形成, 而在原球茎发育后期与幼
苗发育阶段, 则需要光照。这与自然环境中硬叶兰
的生活史一致, 硬叶兰附生于林中的树干上, 可能
其种子在萌发阶段通常在附生植物树皮裂缝或岩
石缝隙中, 当萌发形成原球茎后需要光照继续发育
成为幼苗。
本研究利用种子迁地共生萌发技术成功地得
到了硬叶兰的原球茎, 并从中分离出了对硬叶兰种
子萌发有效的共生真菌, 为进一步开展硬叶兰种苗
的繁育和野外回归奠定了基础, 为我国热带附生兰
科植物的综合保护提供了新的思路和研究案例。
致谢 国家自然科学基金(31170358)和海南大学热
带作物种质资源保护与开发利用教育部重点实验
室开放课题资助。感谢西南林业大学伍建榕教授和
云南农业大学杨根华教授在本研究中给予的指导
和帮助。
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责任编委: 黄振英 责任编辑: 王 葳