全 文 :·生物技术· 北方园艺2014(07):102~106
第一作者简介:张艺子涵(1989-),女,硕士研究生,研究方向为农
牧业生物工程。
责任作者:曲波(1972-),女,博士,副教授,研究方向为植物资源保
护研究。E-mail:qubo?@163.com.
收稿日期:2013-11-13
羊耳蒜菌根真菌培养条件的优化
张 艺 子 涵1,2,张 群2,王 平 平2,李 海 燕3,张 丽 杰2,曲 波2
(1.内蒙古大学 生命科学学院,内蒙古 呼和浩特010018;2.沈阳农业大学 生物科学技术学院,辽宁 沈阳100866;
3.辽宁老秃顶子国家级自然保护区抚顺管理局,辽宁 新宾113208)
摘 要:以兰科羊耳蒜菌根为试材,通过分离、纯化、培养其菌根真菌,在单因素试验基础上
利用正交实验方法筛选温度、碳源、氮源和培养基pH值等培养条件来建立羊耳蒜菌根真菌培养
体系。结果表明:羊耳蒜菌根真菌菌落白色或浅黄色,呈均匀辐射状向外生长;生长面有稀松或
较丰富的气生菌丝,带有透明液滴。通过对菌落生长速率的测定与分析,4种因素的最佳综合水
平为碳源为葡萄糖,浓度为2%;氮源为氯化铵,浓度为0.5%;pH为7,温度为25℃;菌落的生长
速率随着天数的递增而以较快的速度下降,在第10天基本趋于一个恒定的值。
关键词:羊耳蒜;菌根真菌;培养条件;生长速率
中图分类号:S 682.31 文献标识码:A 文章编号:1001-0009(2014)07-0102-05
兰科植物是生物多样性保护中备受关注的物种,目
前全世界范围内所有的野生兰科植物均被列入1973年
制定的《野生动植物濒危物种国际贸易公约》的保护范
围,占该公约应保护植物的90% 以上[1]。因此,开展对
兰科植物的研究和保育具有重要意义。作为一个特殊
的植物种群,兰科植物具有复杂的生活史、与菌根真菌
的共生性、与昆虫高度协同进化的传粉系统和对生态环
境的高度敏感,因此要想制定有效的保育措施,就必须
对其生态生物学特征、繁育特征、传粉系统及种群结构
等有全面深刻的认识。
羊耳蒜(Liparis japonica)属兰科羊耳蒜属多年生
草本植物,约250种,广泛分布于全球热带与亚热带地
区,少数种类也见于北温带。我国有45种,主要分布于
中国东北、河北、甘肃、四川、云南、台湾等地以及日本、朝
鲜、俄罗斯远东地区。由于生态的破坏和过度的采掘,
在全球现已处于濒危阶段,现已被国际贸易公约规定为
保护野生兰科植物的一种。羊耳蒜生于柞树林与红松
林下腐殖质厚的土壤中或林缘阴湿地[2],是兰科的球根
花卉,具有较高的观赏价值和药用价值,但由于其植株
矮小,终生只具2片叶片,更由于其生长、繁殖特性和对
生长环境的特殊要求以及近年来的人类干扰等原因,羊
耳蒜野生资源丧失较为严重。羊耳蒜,以带根全草入
药,夏秋采收,洗净晒干。别名鸡心七、珍珠七。生于溪
边、林下阴湿处,海拔在1 400~2 000m之间。土家医
药学认为全草有活血调经、止血、止痛、强心、镇静的功
效,能治疗崩漏,白带,产后腹痛,外伤急救等病症[3]。目
前,国内外对羊耳蒜的研究主要集中在资源分布、组织
培养、化学成分、抗逆生理[4-9]等方面,但关于与其共生真
菌培养尚鲜见报道。因此,对羊耳蒜菌根深入研究,有
助于进一步研究共生长发育模式,为人工抚育羊耳蒜提
供理论依据,同时,也为进一步探索兰科植物的适应机
制提供参考[10]。
1 材料与方法
1.1 试验材料
供试的羊耳蒜根段来自辽宁省铁岭市西丰县更刻
乡(冰砬山)(N42°42′08.33″,E124°44′11.63″)。
供试培养基为马铃薯培养基(PDA)。马铃薯
200g,水1 000mL,沸水煮熟后过滤得马铃薯汁,加入碳
源20g,氮源5g,琼脂15g。
1.2 试验方法
1.2.1 菌丝培养 取羊耳蒜根段2cm,75%酒精浸
1min,0.1%升汞表面消毒10min,切成小段,直接放在
PDA培养基上室温下培养。分离纯化后,挑取菌根真菌
菌丝,ZESS显微成像系统拍照。
1.2.2 单因素试验 确定以温度、2%的碳源、0.5%的
氮源、酸碱度为主要影响因素,以菌根菌的生长速率,进
行单因素试验。每处理3次重复,于接种后每天用游标
卡尺采用十字交叉法测量菌落直径,并拍照记录。
1.2.3 正交实验 根据正交实验设计原理,综合单因素
试验结果,选取碳源、氮源、酸碱度和温度4个对生长速
率影响较为显著的因素,并在单因素试验基础上采用4
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北方园艺2014(07):102~106 ·生物技术·
因素3水平的正交实验设计方法优化培养体系[11-12]。
因素及水平设计见表1。
表1 L9(34)正交实验因素与水平
水平
因素
碳源 氮源 pH值 温度/℃
1 葡萄糖 甘氨酸 5 15
2 蔗糖 硝酸铵 6 20
3 半乳糖 氯化铵 7 25
表2 正交实验方案
处理号 碳源 氮源 pH值 温度/℃
1 1 1 1 1
2 1 2 2 2
3 1 3 3 3
4 2 1 2 3
5 2 2 3 1
6 2 3 1 2
7 3 1 3 2
8 3 2 1 3
9 3 3 2 1
1.3 数据分析
用Microsoft Excel和SPSS 19.0软件进行数据处
理,统计分析菌株生长速率并比较差异显著性等。
2 结果与分析
2.1 羊耳蒜菌根真菌形态特征
羊耳蒜菌根菌接种后,菌落呈均匀辐射状向外生
长,菌落先呈白色,第5天时菌落背面边缘逐渐变为橘
黄色;生长面有稀松或较丰富的气生菌丝,带有透明液
滴(图1A)。菌丝宽约2~4μm,有隔;分支略呈直角,分
支处缢缩,距菌丝分枝点较近处形成隔膜,隔膜具桶孔
(图1D)。
图1 羊耳蒜菌根真菌形态
注:A为菌落正面;B为菌落背面;C为菌丝;D为菌丝(箭头示隔
膜及桶孔,bar=10μm)。
2.2 单因素试验结果
2.2.1 不同碳源对羊耳蒜菌根菌落生长的影响 由
图2可知,在以蔗糖与半乳糖为碳源时,羊耳蒜菌根菌
生长速度相当,在蔗糖培养基中第2天时菌落直径可
达1.46cm,生长速度为0.49cm/d;在半乳糖培养基中,
第2天时菌落直径可达1.41cm,生长速度为0.47cm/d。
在葡萄糖培养基中生长最慢,第2天菌落直径为1.33cm,
生长速度为0.44cm/d。第6天,3种条件下的生长速度
都趋于0.61cm/d,直至最后稳定在0.60cm/d。对不同
碳源处理的菌落直径做生长曲线图,可以得出3种处理
的3项拟合的生长曲线公式为:蔗糖y=-0.0004x3+
0.0035x2+0.6862x-0.6226,R2=0.9992;半乳糖y=
-0.001x3+0.0199x2+0.5675x-0.4119,R2=0.9992;
葡萄糖y=-0.0013x3+0.0291x2+0.4912x-0.3349,
R2=0.9989。从图3可以看出,3种处理的菌落直径都
以较快的速度稳定增加,类似线性递增。
图2 不同碳源条件下羊耳蒜菌根真菌生长速率
图3 不同碳源条件下羊耳蒜菌根真菌生长曲线
2.2.2 不同氮源对羊耳蒜根菌菌落生长的影响 由
图4、5可知,羊耳蒜菌根菌在3种氮源条件下都可以
生长。在甘氨酸培养基中长势最好,第2天菌落直径
达到1.43cm,生长速度为0.48cm/d;在第14天时达到
最大生长速度为0.60cm/d。其次是氯化铵,第2天的
菌落直径为1.34cm,生长速度为0.45cm/d;在第13
天时达到最大速度为0.52cm/d。在硝酸铵培养基中
生长最慢,第2天的菌落直径仅为0.94cm,生长速度
为0.31cm/d;而在第12~29天时仍以0.25cm/d的速
度缓慢增长。对不同氮源处理的菌落直径做生长曲线
图,可以得出3种处理的3项拟合的生长曲线公式为:
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甘氨酸y=-0.0004x3+0.0057x2+0.6109x-0.5129,
R2=0.9987;氯 化 铵 y= -0.0012x3 +0.0321x2 +
0.2779x+0.273,R2=0.9997;硝酸铵y=3E-05x3-
0.0009x2+0.2423x+0.2597,R2=0.9995。从图5可以
看出,3种处理菌落直径都以较快的速度稳定增加,类似
线性递增。
图4 不同氮源条件下羊耳蒜菌根真菌生长速率
图5 不同氮源条件下羊耳蒜菌根真菌生长曲线
2.2.3 不同pH对羊耳蒜根菌菌落生长的影响 由图
6、7可知,羊耳蒜菌根菌在3个pH下都可以生长。在
pH为6时生长的最好,第2天菌落直径为1.43cm,生
长速度为0.48cm/d;在第13天时达到最大生长速度为
0.63cm/d。pH为5时,第2天菌落直径为1.36cm,生
长速度为0.45cm/d;在第13天达到最大生长速度为
0.58cm/d。pH 7与pH 5菌丝的生长速度相当,第2天
的菌落直径为1.39cm,生长速度为0.46cm/d;在第15
天达到最大生长速度为0.56cm/d。对不同pH值处理
的菌落直径做生长曲线图,可以得出3种处理的3项拟合
的生长曲线公式为:pH 5 y=-0.0003x3+0.0044x2+
0.6089x-0.4932,R2=0.9995;pH 6 y=-0.0012x3+
0.0244x2+0.5172x-0.2388,R2=0.9991;pH 7 y=
-0.0006x3+0.0133x2+0.4999x-0.1666,R2=0.9988。
从图7可以看出,3种处理的菌落直径都以较快的速度
稳定增加,类似线性递增。
2.2.4 不同温度对羊耳蒜菌根菌落生长的影响 羊耳
蒜菌根菌在不同温度下生长速率不同。25℃时菌落生
长速度最快,第2天菌落直径可达1.47cm,生长速度为
0.49cm/d;在第7天生长速度达到最大,为0.54cm/d。
20℃时,第2天菌落直径达到1.36cm,生长速度为
图6 不同pH值条件下羊耳蒜菌根真菌生长速率
图7 不同pH值条件下羊耳蒜菌根真菌生长曲线
0.45cm/d;在第17天生长速度达到最大,为0.47cm/d。
15℃时,第2天菌落直径为1.31cm,生长速度达到最
大,为0.44cm/d;之后以0.41cm/d的平均生长速度稳
定增长。对不同温度处理的菌落直径做生长曲线图,可
以得出3种处理的3项拟合的生长曲线公式为:15℃
y=0.0005x3 -0.0156x2 +0.5692x-0.3659,R2 =
0.9993;20℃y=-0.0002x3+0.0112x2 +0.3212x+
0.3215,R2 =0.9986;25℃y=8E-05x3 -0.0045x2 +
0.6015x-0.2769,R2=0.9999。从图9可以看出3种处
理的菌落直径都以较快的速度稳定增加,类似线性
递增。
图8 不同温度条件下羊耳蒜菌根真菌生长速率
2.3 正交实验结果
2.3.1 正交实验数据分析结果 从表3来看,处理3的
生长速率明显高于其它处理;处理2、4、6、7和处理8的生
长速率处于平均水平;而处理1、5和处理9生长速率则低
于平均水平。从表4可知,温度间的F=48.692,P=
0.000<0.01,差异极显著;碳源间的F=1.704,P=
0.236>0.05,差异不显著;氮源间的F=0.864,P=
0.454>0.05,差异不显著;pH值间的F=0.588,P=
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图9 不同温度条件下羊耳蒜菌根真菌生长曲线
0.575>0.05,差异不显著。F检验的结果表明,不同温
度对菌落生长速度有极显著的影响,碳源、氮源和pH值
的作用不显著,故应考察不同温度的多重比较结果,选
出最优组合。由表5可知,通过比较“均值”列,可以发现
葡萄糖>半乳糖>蔗糖,碳源的最佳水平为葡萄糖;氯
化铵>硝酸铵>甘氨酸,氮源的最佳水平为氯化铵;pH
7>pH 5>pH 6,pH值的最佳水平为7;25℃>20℃>
15℃,温度的最佳水平为25℃。
表3 生长速率 mm/d
处理 1 2 3 4 5 6 7 8 9
生长速率1 7.93 12.57 15.70 12.19 8.49 12.24 10.58 14.93 8.98
生长速率2 9.41 11.51 15.06 13.76 7.62 11.74 12.59 12.74 7.29
表4 不同处理羊耳蒜菌根菌
菌落生长速率显著性分析
碳源 氮源 pH值 温度
F值 1.704 0.864 0.588 48.692**
P值 0.236 0.454 0.575 0.000
注:P<0.05,差异显著*;P<0.01,差异极显著**。
表5 不同处理羊耳蒜菌根菌
菌落生长速率多重比较(Duncan)
因素 水平 标准差±均值/mm·d-1
葡萄糖 2.848±12.029a
碳源 蔗糖 2.483±11.008a
半乳糖 2.313±11.185a
甘氨酸 2.550±11.076a
氮源 硝酸铵 2.315±11.310a
氯化铵 2.804±11.835a
5 2.195±11.499a
pH值 6 2.367±11.051a
7 3.083±11.672a
15℃ 0.941±8.287a
温度 20℃ 1.145±11.872b
25℃ 1.774±14.063c
注:不同小写字母代表0.05水平下差异显著。
2.3.2 菌落生长情况 从图10可以看出,前4d内9
种处理的菌落直径都以较快的速度稳定增加,类似线性
递增。在第4~8天内,处理2、3、4、7和处理8的菌落直
径在第8天左右达到最高峰,之后便趋于恒定;处理1、
5、6和处理9的菌落直径增长的速度稍稍落后。在接下
来第8~12天内,处理1、5、6和处理9的菌落直径仍在
缓步增长,逐渐达到峰值。对9种处理的菌落直径做生
长曲线图,可以得出9种处理的3项拟合的生长曲线公
式为:处理1 y=-0.075x3+1.2637x2+3.0202x-
4.6038,R2=0.9905;处理2 y=-0.0755x3+0.9687x2+
7.1035x-6.625,R2=0.9948;处理3 y=0.0536x3-
2.268x2+29.72x-37.121,R2=0.9942;处理4 y=
0.0516x3-2.0972x2+27.797x-35.31,R2=0.998;处理
5 y=-0.0856x3+1.6762x2-1.3194x+4.3301,R2=
0.9974;处理6 y=-0.0561x3+0.6504x2+8.0798x-
6.5174,R2=0.9951;处理7 y=-0.0326x3-0.1924x2+
16.052x-20.919,R2=0.9913;处理8 y=-0.0318x3-
0.2162x2+16.024x-18.086,R2=0.9907;处理9 y=
-0.0981x3+2.0623x2-4.4811x+11.529,R2=0.995。
综上所述,生长曲线呈抛物线状,生长公式的R2 越大,
曲线斜率越小;生长曲线先进行线性增长,达到顶峰再
趋于恒定值,最后再逐步减小;生长公式符合真菌生长
的规律。
图10 羊耳蒜菌根真菌生长速率比较
图11 羊耳蒜菌根真菌生长曲线比较
3 讨论与结论
不同的兰科植物的菌根菌生长条件有着显著差异,
在自然环境下,菌根菌的生长受环境因素影响较大。
大部分兰科植物的菌根菌在25℃下生长速度较
快[11],而该试验羊耳蒜菌根菌的最适生长温度恰好为
25℃。有其它研究表明,华石斛的菌根菌最适生长温度
也为25℃,生长温度范围为5~40℃之间[12];美花石斛
的最适温度为25℃或28℃[13];但也有例外,美花兰的菌
根菌在25℃恒温培养下生长缓慢,30℃是其最适的生长
温度[14]。这说明生活型的不同,菌根菌的生长最适温度
范围不同。
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每种菌根菌对不同的碳源利用率不同,该试验中的
羊耳蒜的菌根菌对葡萄糖利用率最高。有试验曾验证
霍山石斛的菌根菌最适碳源为蔗糖[15];而华石斛的菌根
菌可利用的碳源范围较广,可利用单糖、双糖、多聚碳水
化合物的多种碳源,对麦芽糖、可溶性淀粉、羧甲基纤维
素、蔗糖利用效果较好[12]。
大部分的菌根菌适合在酸性土壤中生长(pH大致
在4~6之间)。但是也有少数菌根真菌能在弱碱性或
中性条件下生长,该试验最适pH为7,正好验证了这
种说法。有研究表明,美花兰的菌根菌在pH 8时能够
快速生长[14];美花石斛的优势菌根真菌均对碱性环境条
件适应性较强[13]。这表明与兰科植物共生的菌根菌对
酸碱度的耐受性和兰科植物栖息的环境有直接关系。
不同菌根菌对相同氮源的吸收和利用率存在较大
差异,同一菌根菌对不同氮源的吸收效果也不同。该试
验中羊耳蒜的菌根菌对氯化铵利用率最高,而华石斛的
菌根菌对酵母膏、蛋白胨、甘氨酸、硝酸钠利用效果较
好,对氨态氮利用效果较差[12]。徐超等[16]研究表明,在
对兰科植物铁皮石斛进行纯培养氮源的筛选过程中,发
现无机氮源(硝酸铵)为适用于铁皮石斛菌根真菌生长
的氮源。利用SPSS 19.0软件进行试验设计,通过正交
实验优化培养条件,分析试验所选各因素对生长速率的
影响。结果表明,试验误差小。说明该培养条件能有效
地用于羊耳蒜菌根菌的培养体系的建立。综上所述,所
得的羊耳蒜菌根真菌最优培养体系为碳源2%葡萄糖,
氮源0.5%氯化铵,pH 7,温度25℃。
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Optimization of Culture Conditions on the Liparis Mycorrhizal Fungi
ZHANG Yi-zihan1,2,ZHANG Qun2,WANG Ping-ping2,LI Hai-yan3,ZHANG Li-jie2,QU Bo2
(1.Colege of Life Science,Inner Mongolia University,Hohhot,Inner Mongolia 010018;2.Colege of Biological Science and Technology,
Shenyang Agricultural University,Shenyang,Liaoning 100866;3.Liaoning Fushun Laotudingzi National Nature Reserve Administrations,
Xinbin,Liaoning 113208)
Abstract:Taking Liparis arethusa mycorrhizal fungi as material,through separation,purification and cultured,using
orthogonal experimental method to set culture conditions that include temperature,carbon source,nitrogen source and
medium pH value,the Liparis mycorrhizal fungi culture system which based on the single-factor test were established.
The results showed that the white or pale yelow colonies of Liparis mycorrhizal fungi showed the uniform radial
outward growth,growth surface of sloppy or rich aerial hyphae with transparent droplets.Through measurement and
analysis of colony growth rate,four factors best level were set the carbon source was concentration of 2%glucose,the
nitrogen source was concentration of 0.5%ammonium chloride,pH value of 7,temperature of 25℃.Colony growth rate
decreased at faster speed,with the increase in the number of days,and finaly tended to a constant value in the tenth.
Key words:Liparis;mycorrhizal fungi;culture conditions;growth rate
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