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梵净山雷山杜鹃根部真菌分离与鉴定



全 文 :网络出版时间:2014-04-25
网络出版地址:http://www.cnki.net/kcms/doi/10.7606/j.issn.1004-1389.2014.04.029.html
梵净山雷山杜鹃根部真菌分离与鉴定
收稿日期:2013-10-20  修回日期:2013-12-20
基金项目:贵州省农业科技攻关项目(黔科合NY字[2011]3076号);贵州大学研究生创新基金(研农2013004)。
第一作者:刘仁阳,男,硕士研究生,研究方向为野生植物资源保护与利用。E-mail:liurenyang@sina.cn
通信作者:欧 静,女,副教授,博士,从事园林植物资源利用研究。E-mail:coloroj@126.com
刘仁阳,欧 静,李冠楠,刘 玲,张伟丽
(贵州大学 林学院,贵阳 550025)
摘 要 对雷山杜鹃根部真菌进行分离、鉴定,以期为雷山杜鹃等高山常绿杜鹃优良菌株的筛选奠定基础。
采用根段直接培养法分离真菌,根据形态学特征和rDNA ITS序列分析鉴定分离的菌株。结果表明,经形态
学观察,分离菌株分为25个形态类型;rDNA ITS序列分析显示,25个形态类型的菌株中,除6个形态类型的
菌株分类地位尚不能确定外,其余19个形态类型的菌株都属于子囊菌门(Ascomycota)的真菌。综上说明,雷
山杜鹃根部真菌种类丰富,其中包括典型的欧石楠类菌根(ERM)真菌-树粉孢属(Oidiodendron,Myx-
otrichaceae)真菌。
关键词 雷山杜鹃;欧石楠类菌根;rDNA ITS;树粉孢属
中图分类号 S685.21   文献标志码 A     文章编号 1004-1389(2014)04-0178-08
Isolation and Identification of Fungi on Roots of
Rhododendron leishanicumin Fanjing Mountain
LIU Renyang,OU Jing,LI Guannan,LIU Ling and ZHANG Weili
(Colege of Forestry,Guizhou University,Guiyang 550025,China)
Abstract Fungi on roots of Rhododendron leishanicum were isolated and classified in order to estab-
lish foundation for screening excelent strains of the ever green Alpine rhododendron like Rhododen-
dron lapponicum.Fungus isolates were isolated by culturing root segment and were identified by fun-
gal morphological characteristics and rDNA ITS sequence analysis.According to morphological obser-
vation,isolation strains were separated into 25morphological types;In addition,rDNA ITS sequence
analysis showed that,19morphological types of strains belonged to Ascomycota.However,the other
6morphological types of strains remained undetermined.It also indicated that fungal species on roots
of Rhododendron leishanicum were rich.Specialy,Oidiodendron,a species of typical ericoid mycor-
rhizal fungi,has been found in this study.
Key words Rhododendron leishanicum et X.S.Zhang ex Chamb;Ericoid mycorrhizal;rDNA ITS;
Oidiodendron
  杜鹃花科(Ericaceae)约305属3 350种植
物,除沙漠地区外在全世界多地区均有分布,广布
于南北半球的温带及北半球亚寒带,少数属种环
北极或北极分布,也分布于热带高山[1]。调查研
究认为,杜鹃花科植物之所以分布广泛、且可以在
恶劣环境下生长,这与和杜鹃花科植物共生的真
菌有着举足轻重的关系,因为杜鹃花类植物能形
成欧石楠类菌根(Ericoid mycorrhizal,ERM)。
·871·
ERM真菌能够提高杜鹃幼苗移植成活率[2],增强
杜鹃花类植物对有毒金属的耐性[3],促进植株生
长和养分吸收[4-6]。1974年,Read等[7]首次从杜
鹃花科植物中分离出ERM真菌Pezizella ericae
Read,以后许多学者对ERM 解剖结构与侵染特
征[8-10]、真菌多样性[11-14]、功能[2,6,15]等方面进行
了研究。分离与鉴定是ERM真菌多样性及功能
研究的基础;近年来,随着分子生物学的发展,利
用分子技术手段进行菌根真菌的鉴定及系统发育
研究,已经成为菌根研究的热点之一。例如,陈真
等[16]分离培养了锦绣杜鹃(Rhododendron pul-
chrumSweet)根部的菌根真菌,利用rDNA ITS
序列对分离的16株菌株进行分类分析,发现锦绣
杜鹃根系主要菌根真菌类型都与其他杜鹃花科植
物的菌根真菌或根系内生真菌具有较近的亲缘
关系。
雷山杜鹃(Rhododendron leishanicum Fang
et X.S.Zhang ex Chamb.)是杜鹃花科杜鹃属
(Rhododendron)常绿灌木,分布于贵州雷山(雷
公山)、印江(梵净山)等地海拔1 850~2 300m
的山坡灌木丛或草地上,树冠圆整,花姿婀娜,花
期4月,是一种观赏潜力较大的园林树种。有关
雷山杜鹃菌根方面的研究鲜见报道。且中国西南
是杜鹃花类植物分布中心,全面开展杜鹃花类植
物菌根真菌多样性研究,必将有助于理解植物与
真菌共生关系对环境的适应及生物多样性维持机
制[14]。本研究采用根段直接培养法[12],将传统形
态分类与现代分子生物学技术相结合,对雷山杜
鹃根部真菌进行分离、鉴定,旨在为开展雷山杜鹃
等高山常绿杜鹃ERM真菌研究奠定基础。
1 材料与方法
1.1 材 料
1.1.1 根样采集 于2012年5月上旬采集贵州
省梵净山自然保护区自然生境中雷山杜鹃的生活
根,连同泥土保湿放置在冰桶内,带回实验室。梵
净山自然保护区(北纬27°49′50″~28°1′30″,东经
108°45′55″~108°48′30″),位于贵州省东北部江
口、印江、松涛三县交界处。雷山杜鹃分布于高山
杜鹃常绿矮林,海拔2 100~2 300m,山地暗色矮
林土,优势种为高山杜鹃(Rhododendron lap-
ponicum(L.)Wahl.)和冷箭竹(Bashania fangi-
ana(A.Camus)Keng f.)。
1.1.2 供试培养基 菌株分离和鉴定所使用的
培养基分别为马丁-孟加拉红培养基(MA)和麦芽
提取物培养基(MEA)[17]。菌落生长速度及生长
速率测定采用PDA培养基。
1.2 方 法
1.2.1 菌株分离 采用根段直接培养法,清洗和
挑选健康的生活根,沥干水分后用φ=72%的酒
精漂洗,然后用φ=10%的家用84消毒液浸泡15
~20min,最后用无菌水冲洗3~5次,剪切成长
0.5cm的根段,共剪取100条根段,放入 MA培
养基(每板5条)。用接种棒蘸少量洗涤根段后的
无菌水均匀涂抹于培养皿,作为对照。置于25℃
培养箱黑暗培养2~4周[17]。
1.2.2 菌株形态观察 待菌丝从根段横切面长
出后,采用菌丝尖端挑取法将其转入 MEA培养
基,25℃黑暗倒置培养2周,肉眼观察菌落形态
的一致性和均匀性,若有形态差异,进行2次分
离;2周后对菌落形态特征稳定的菌株观察记录。
菌落形态特征描述依据 McLean等[18]和Johans-
son等[19]的方法。指标包括菌落颜色、质地、外
形、是否有分泌物、直径等。
1.2.3 菌落生长速度及生长速率测定 将目的
菌株接种至 PDA 培养基,25 ℃黑暗倒置培养
10d后,沿菌落边缘用直径为5mm的打孔器打
出菌饼,接种至PDA培养基。每平板接1个菌
饼,菌丝面朝下,每个培养皿3次重复,25℃培养
箱中黑暗倒置培养。接种2d后,每隔24h用十
字交叉法测量菌落直径,依据菌落直径的净生长
随时 间 变 化 绘 制 菌 落 生 长 曲 线,数 据 采 用
SPSS18.0统计软件分析。
1.2.4 菌株分子生物学鉴定 真菌总DNA提
取及PCR扩增参见陈真等[16]的方法。PCR扩增
产物的检测及测序:PCR产物12g/L的Agarose
在80V电压下电泳40min,BIO-RAD凝胶成像
系统检测,若条带清晰,则样品可用于测序。PCR
扩增产物由北京诺赛基因组研究中心有限公司进
行测序。将所得序列在 GenBank数据库中进行
BLAST相似性比对,下载相似性较高的序列,经
Clustal X软件比对并校正后[20],采用 MEGA3.1
软件的Neighbor-Joining程序构建系统发育树。
2 结果与分析
2.1 菌株形态观察
从雷山杜鹃根部分离纯化出25株菌株,依据
菌落形态特征,分为25个类型(表1)。
·971·4期 刘仁阳等:梵净山雷山杜鹃根部真菌分离与鉴定
表1 MEA培养基上菌落特征
Table 1 Colony characters on MEA medium
类型
Type
菌株编号
Code
颜色
Color
质地
Texture
菌落外形
Configuration
of the colony
液体分泌物
Exudate
直径/mm
Diameter
1 LSA01 白色 White 绒毡 Tapetum 不规则 Abnormity 浅黄色Light yelow  40~47
2 LSA02 白色 White 绒毡 Tapetum 不规则 Abnormity 黑色Black  38~51
3 LSA03 棕灰色Brown grey 绒毡 Tapetum 圆形隆起 Middle bulge 黑色Black  38~39
4 LSA04 棕黑色Brown black 绒毡 Tapetum 圆形 Circular 棕色Brown  54
5 LSA05 浅黄色 Light yelow 绒毡 Tapetum 圆形 Circular 黑色Black  31~45
6 LSA06 浅灰色 Light grey 绒毛Fluffy 圆形隆起 Middle bulge 浅绿色 Light green  32~33
7 LSA07 青棕色 Livid brown 绒毡 Tapetum 圆形 Circular 无 Nothing  38~41
8 LSA08 乳白色 Milk white 绒毡 Tapetum 圆形隆起 Middle bulge 无 Nothing  21~28
9 LSA09 白色 White 绒毡 Tapetum 圆形 Circular 无 Nothing  10
10 LSA10 浅黄色 Light yelow 蜡状 Waxy 圆形 Circular 黑色Black  31
11 LSB01 外白色内棕色 White outside and brown inside 绒毡 Tapetum 圆形褶皱 Circular folds 绿色 Green  31~34
12 LSB02 外乳白色内白色 Milk white outside and white in-side 绒毛Fluffy 圆形隆起 Middle bulge 无 Nothing  23~24
13 LSB03 外浅黄色内浅灰色 Light yelow outside and Lightgrey inside
绒毡 Tapetum 圆形隆起 Middle bulge 黑色Black  16~17
14 LSB04 外白色内黑色 White outside and black inside 绒毡 Tapetum 圆形 Circular 棕黑色Brown black  28~31
15 LSB05 外白色内灰色 White outside and grey inside 绒毛Fluffy
圆形或不规则 Circular
or abnormity
黑色Black  21~26
16 LSB06 白色 White 蜡状 Waxy 圆形 Circular 褐色Brownish  22~24
17 LSB07 外白色内乳白色 White outside and milk white in-side 绒毡 Tapetum 圆形 Circular 无 Nothing  19~21
18 LSB08 外乳白色内白色 Milk white outside and white in-side 绒毛Fluffy 圆形 Circular 无 Nothing  26~29
19 LSB09 青棕色 Livid brown 绒毡 Tapetum 圆形 Circular 浅灰色 Light grey  20~22
20 LSB10 深灰色 Dark grey 绒毛Fluffy
圆形或不规则 Circular
or abnormity
浅灰色 Light grey  14~16
21 LSB11 乳白色 Milk white 绒毡 Tapetum 圆形 Circular 无 Nothing  32~35
22 LSB12 外乳白色内白色 Milk white outside and white in-side 绒毡 Tapetum 圆形 Circular 无 Nothing  24~27
23 LSB13 乳白色 Milk white 蜡状 Waxy 圆形隆起 Middle bulge 无 Nothing  13~14
24 LSB14 外乳白色内白色 Milk white outside and white in-side 绒毡 Tapetum
圆形褶皱,中间隆起 Cir-
cular folds,middle bulge
无 Nothing  26~27
25 LSB15 外乳白色内青绿色 Milk white outside and darkgreen inside
绒毡 Tapetum 圆形 Circular 黑色Black  18~21
  菌落颜色深浅不一,有白色、灰色、黑色等,但
以浅色为主。质地多为绒毛状和绒毡状,少数为
蜡状。生长最快的菌株菌落直径可达54mm;最
慢的仅有10mm。多数菌落有明显的液体分泌
物,且液体分泌物颜色以深色为主。菌落外形以
圆形占主导地位,少数为不规则。
2.2 菌落生长速度及生长速率
由图1可知,25株菌株在相同的培养条件
下,生长速度不同,根据生长快慢可将其分为慢速
组、匀速组、较快组、快速组4组。菌落生长速度
差异聚类分析结果见图2,以株菌落生长速度为
样本,以欧氏距离为尺度,采用 Ward法进行系统
聚类,对菌株生长速度差异进行化分,当欧式值为
5.96时,慢速组为13、15、17、19、20、23、25类7
个类型,匀速组为3、8、9、11、14、21、22类7个类
型;较快组为1、6、12、16、18、24类6个类型;快速
组为2、4、5、7、10类5个类型。
25株菌株在PDA培养基上25℃黑暗倒置
培养第6天时的菌落生长速率见图3。由图3可
知,菌落生长速率最快的为第7类型的菌株,生长
速率最慢的为第23类型的菌株。在0.01水平
上,第2与第4类、第8与第14类、第17与第19、
·081· 西 北 农 业 学 报 23卷
20类2个类型、第13与23类、第1与第24类、第
15和与25类之间差异不显著;其余各菌株菌落
生长速率之间差异极显著。
2.3 菌株ITS序列鉴定及系统发育分析
测得的序列与 NCBI数据库进行比对,获得
与Rhododendron leishanicum 相似度最高的真
菌ITS序列(表2)。以亲缘关系相对较远的
Schizophyllum commune (GenBank 登 录 号
EF155505)为外群,利用 MEGA 3.1的 Neigh-
bor-Joining构建系统发育树(图4)。菌落类型1、
2、7、12、13、16、18、22、24的这9株菌株在 NJ树
上与 Cryptosporiopsis ericae 聚在一起,获得
100%的支持率,序列相似率为99%~100%;但
出现了2个小分支,支持率均为85%,表明这9
株菌株与Cryptosporiopsis ericae具有同源性。
菌落类型23与 Helotiales sp.聚在一起获得
99%的支持率,序列相似率为100%,说明此类型
菌株是Helotiales sp.的同源或同一种。菌落类
型15、17、19、20、25的5株菌株与Oidiodendron
sp.聚在一起,获得99%的持率,序列相似率达到
100%,表明这5株菌株是Oidiodendronsp.的同
源或同一种。
菌落类型11和21与 Mollisia cinerea聚在
一起,分别获得74%和99%的支持率,序列相似
率均为99%,说明菌落类型11是 Mollisia cine-
rea的同源或同一种,菌落类型21与Mollisia ci-
nerea的亲缘关系较近。菌落类型4、14分别与未
知类型聚在一起,组内相似率和支持率均为
100%,说明这2个菌落类型的真菌是未知类型的
同源或同一种。菌落类型8与Hypocrea parap-
ilulifera聚在一起,获得99%的支持率,序列相
似率达到100%,说明此类型菌株是 Hypocrea
parapilulifera的同源或同一种。菌落类型9与
Pochonia bulbillosa聚在在一起,获得100%的支
持率和相似率,表明此类型菌株是Pochonia bul-
billosa的同源或同一种。
菌落类型3、5、6、10都与 Uncultured fungus
聚在一起,序列相似率均为100%,但支持率较
低,仅为68%,表明它们可能属于亲缘关系较近
的4个不同种。
图1 分离菌株在PDA培养基上菌落生长曲线
Fig.1 The growth curve of the isolated strains in PDA medium
图2 分离菌株在PDA培养基上菌落生长聚类图
Fig.2 The growth dendrogram of the isolated strains in PDA medium
·181·4期 刘仁阳等:梵净山雷山杜鹃根部真菌分离与鉴定
  柱状图上端不同大写字母表示差异达到极显著水平(P<0.01) Data with different capital letters are highly significantly different
on the column top(P<0.01)
图3 分离菌株在PDA培养基上菌落直径生长速率
Fig.3 The growth rate of the isolated strains in PDA medium
表2 雷山杜鹃菌根真菌rDNA ITS序列BLAST结果
Table 2 BLAST results of mycorrhizal rDNA internal transcribed spacer sequences of Rhododendron leishanicum
菌株编号
Code
亲缘关系最近的菌种
Closest species match
亲缘关系最近种的GenBank登录号
GenBank accession
No.of closest match
覆盖比率
Query
coverage
序列相似率/%
Sequence
identity
LSA02  Cryptosporiopsis ericae  JX406516  99  100
LSA07  Cryptosporiopsis ericae  HQ157903  100  99
LSB02  Cryptosporiopsis ericae  EU880587  100  99
LSB03  Cryptosporiopsis ericae  EU880587  100  99
LSB08  Cryptosporiopsis ericae  EU880587  100  99
LSB12  Cryptosporiopsis ericae  EU880587  100  99
LSB14  Cryptosporiopsis ericae  EU880587  100  99
LSB06  Cryptosporiopsis ericae  AY853167  100  99
LSA01  Cryptosporiopsis ericae  JX406516  100  99
LSA04 Fungal sp. KC506334  100  100
LSB04 Fungal sp. FJ612842  100  100
LSB13  Helotiales sp. HQ207068  100  100
LSA08  Hypocrea parapilulifera  AY241587  100  100
LSB01  Mollisia cinerea  AY259137  100  99
LSB11  Mollisia cinerea  AY259137  100  99
LSB05  Oidiodendronsp. EU888632  100  100
LSB07  Oidiodendronsp. EU888631  99  100
LSB09  Oidiodendronsp. EU888632  100  100
LSB10  Oidiodendronsp. EU888632  99  100
LSB15  Oidiodendronsp. EU888632  100  100
LSA09  Pochonia bulbillosa  JQ780661  100  100
LSA03 Uncultured fungus  FN610996  100  100
LSA05 Uncultured fungus  FN610996  100  100
LSA06 Uncultured fungus  FN610997  100  100
LSA10 Uncultured fungus  FN610997  100  100
·281· 西 北 农 业 学 报 23卷
图4 基于各菌株及来自GenBank的相似真菌的ITS序列构建的NJ系统发育树
Fig.4 NJ phylogenetic tree based on rDNA ITS sequences of mycorrhizal strains from hair roots of Rhododendron
leishanicumand along with known ericoid mycorrhizal endophytes from the GenBank with high sequence similarity
3 讨 论
本研究从雷山杜鹃根部分离出25株菌株。
依据菌落形态特征分为25类,菌落颜色以浅色为
主,这与张春英等[17]从云锦杜鹃(Rhododendron
fortunei Lindl.)根系中分离的菌株菌落颜色类
似。多数菌落有明显的液体分泌物,而从锦绣杜
鹃根系中分离的菌株菌落液体分泌物很少[16]。
ITS序列分析表明,雷山杜鹃根系分离真菌的主
体是子囊菌门(Ascomycota)的Cryptosporiopsis
ericae,共有9株菌株与Cryptosporiopsis ericae
具有同源性。Cryptosporiopsis ericae已从杜鹃
花科植物根系中分离出来[13,21],且有研究表明子
囊菌门、皮盘菌科(Dermateaceae)的真菌可在无
菌培养条件下形成菌根[22-23];同时,Zijlstra等[24]
认为柔膜菌目(Helotiales)真菌与寄主植物的共
生后,对寄主植物有帮助作用。2000年 Monreal
等[25]研究发现肉座菌目(Hypocreales)真菌属于
杜鹃花类菌根,本研究中有2株菌株属于肉座菌
目 真 菌。 树 粉 孢 属 (Oidiodendron,Myx-
otrichaceae)真菌是杜鹃花科植物根系中常见的
ERM真菌类型,也是研究最多的杜鹃花类菌根真
·381·4期 刘仁阳等:梵净山雷山杜鹃根部真菌分离与鉴定
菌[26-27]。Usuki 等[22]、Wang 等[28]、Bougoure
等[23]和陈真等[16]从杜鹃花科植物根系中分离出
的树粉孢菌多为Oidiodendron maius。本研究中
有5株菌株被鉴定为Oidiodendronsp,说明树粉
孢属真菌也普遍存在于雷山杜鹃根系中。
石楠柔膜菌(Hymenoscyphus ericae(Read)
Korf & Kernen)是最早从杜鹃花科植物根系中
分离出来的ERM 真菌,在多种杜鹃花科植物菌
根真菌中占主导地位。本研究未从雷山杜鹃根部
分离到石楠柔膜菌,这与陈真等[16]、欧静等[29]的
研究结果一致。这些研究表明由于寄主植物不
同,ERM真菌类型也有差异。但ERM 真菌与寄
主植物是否存在专一共生关系,还需将分离的真
菌回接到寄主植物上进一步研究。
致谢:贵州山地农业病虫害重点实验室彭丽
娟博士及梵净山保护局张维勇局长、邱阳高工、石
磊工程师对研究工作给予无私帮助,谨致谢忱。
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