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Effects of different chemotypes and seasonal dynamic variation on the species diversity of endophytic fungal communities harbored in Atractylodes lancea

不同化学型和季节变化对茅苍术内生真菌群落多样性的影响



全 文 :第 34 卷第 24 期
2014年 12月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol.34,No.24
Dec.,2014
http: / / www.ecologica.cn
基金项目:国家自然科学基金项目(31070443, 30970523); 国家基础科学人才培养基金( J1103507); 江苏高校优势学科建设工程资助项目; 南
京市科委工程中心创新能力提升项目(201105058)
收稿日期:2013鄄03鄄20; 摇 摇 网络出版日期:2014鄄03鄄19
*通讯作者 Corresponding author.E鄄mail: daichuanchao@ njnu.edu.cn
DOI: 10.5846 / stxb201303200468
吕立新, 王宏伟, 梁雪飞, 郝思静, 杜威, 朱虹, 戴传超.不同化学型和季节变化对茅苍术内生真菌群落多样性的影响.生态学报,2014,34(24):
7300鄄7310.
Lv L X, Wang H W, Liang X F, Hao S J, Du W, Zhu H, Dai C C.Effects of different chemotypes and seasonal dynamic variation on the species diversity
of endophytic fungal communities harbored in Atractylodes lancea.Acta Ecologica Sinica,2014,34(24):7300鄄7310.
不同化学型和季节变化对茅苍术内生
真菌群落多样性的影响
吕立新, 王宏伟, 梁雪飞, 郝思静, 杜摇 威, 朱摇 虹, 戴传超*
(南京师范大学生命科学学院,江苏省微生物资源产业化工程技术研究中心,江苏省微生物与功能基因组学重点实验室,南京摇 210023)
摘要:对茅山型茅苍术(MA)和湖北型茅苍术(HA)的内生真菌多样性进行调查,分析二者之间优势菌群和特异菌群的差异。
将两种化学型的茅苍术移栽至同一环境中,分别于春季、夏季、秋季 3 个季节采集叶片进行内生真菌的分离、鉴定和多样性分
析。 调查一共得到 530株内生真菌,总分离率为 58.89%,通过形态学特征和 ITS 序列鉴定归结为 20 个属。 MA 内生真菌分离
率要高于 HA,二者的真菌多样性构成有一定差异性。 MA和 HA内生真菌的优势菌群呈基本重合现象,主要集中于交链孢属、
球座菌属、刺盘孢属等几个属;而二者之间的特异菌群显示出差异性,MA 的特异菌群为 Leptospora 属、支顶孢属、壳针孢属等,
HA特异菌群为白僵菌属、轮枝孢属、毛壳菌属等。 随着季节的变化,内生真菌群落显示出一定的演替规律。 夏季内生真菌的
多样性高于春季和秋季。
关键词:茅苍术;内生真菌多样性;特异菌群;化学型;季节
Effects of different chemotypes and seasonal dynamic variation on the species
diversity of endophytic fungal communities harbored in Atractylodes lancea
L譈 Lixin, WANG Hongwei, LIANG Xuefei, HAO Sijing, DU Wei, ZHU Hong, DAI Chuanchao*
Jiangsu Key Laboratory for Microbes and Functional Genomics, Jiangsu Engineering and Technology Research Center for Industrialization of Microbial
Resources, College of Life Sciences, Nanjing Normal University, Nanjing 210023, China
Abstract: Atractylodes lancea ( Thunb.) DC is a Chinese medicinal herb. The Maoshan mountain area is famous for
producing the authentic medicinal herb of A. lancea. Volatile oils from A. lancea show antimicrobial activity and include the
characteristic atractylone, b鄄eudesmol, hinesol, and atractylodin. Because the active compositions are different, A. lancea
samples from different places are divided into the Maoshan chemotype and the Hubei chemotype.To study the formation of
the authentic medicinal herb, the endophytic fungal diversity of the two chemotypes of A. lancea was analyzed. Maoshan
chemotype A. lancea (MA) and Hubei chemotype A. lancea (HA) were transplanted from each habitat and cultivated in the
same environmental conditions. The leaves were selected, and endophytic fungi were isolated and identified during spring,
summer, and autumn in 2011.The results indicated that plentiful fungal diversity was present in A. lancea. A total of 530
endophytic fungi were isolated from the leaves of A. lancea, with an isolation rate of 58. 89%. All of the isolates were
identified based on their morphological characteristics and molecular phylogeny; the isolates belonged to 20 genera. The
species in Alternaria, Colletotrichum, and Guignardia were the predominant groups of fungi, and their relative isolation
frequencies were 36.04%, 19.43%, and 9.62%, respectively, which were much greater than the isolation frequencies of
other genera.The isolation rate ( IR) of endophytic fungi from MA was 70. 22%, and that from HA with 47. 53%. The
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diversity index, which was determined by the Shannon鄄Wiener index (H忆), revealed that the diversity of endophytic fungi
in MA (H忆 = 2.16) is somehow higher than that in HA (H忆 = 1.83). Sorenson忆s similarity index between MA and HA was
0.67, which indicated that the community composition of endophytic fungi from the two types of A. lancea was different to
some extent. The dominant genera of endophytic fungi in the two chemotypes of A. lancea showed basic similarities; these
genera included Alternaria, Guignardia, and Colletotrichum. However, some genera were chemotype鄄specific. The MA鄄
specific genera included Leptospora, Acremonium, and Septoria; the HA鄄specific genera included Beauveria, Verticillium,
and Chaetomium.The diversity of endophytic fungi among different seasons presented certain successive patterns.The IR in
summer was the highest (IR = 71.33%) and was followed by autumn (IR = 63.00%) and spring (IR = 42.33%). This
suggested that the isolation of endophytic fungi increased from spring to summer and then declined slightly in autumn. The
Shannon鄄Wiener index (H忆) indicated that greater endophytic fungal diversity was observed during summer (H忆 = 2.20)
than spring (H忆 = 1.64) and autumn (H忆 = 1.88). With respect to seasonal factors, Sorenson忆s similarity index between
spring and summer was 0.71, and that between summer and autumn was 0.76, while that between spring and autumn was
0郾 64. This indicated that there were some differences in the community composition of endophytic fungi among different
seasons, but the differences were not significant. The dominant genera of endophytic fungi of A. lancea isolated in different
seasons included Alternaria, Guignardia, and Colletotrichum; all of these genera were observed during every season,
showing a wide seasonal distribution.The results of this study offer information about the differences in endophytic fungal
diversity of two chemotypes of A. lancea under the same environmental conditions; these results also reveal seasonal
variation in the endophytic fungi of A. lancea. Differences in the community composition of endophytic fungi between two
chemotypes of A. lancea may have an important effect on the genuineness of the medicinal herb. These results are important
for understanding the formation of the authentic medicinal herb of A. lancea.
Key Words: Atractylodes lancea ( Thunb.) DC.; endophytic fungal diversity; specific endophytic fungi;
chemotypes; season
摇 摇 植物内生菌是一类在其全部或部分生活周期
内,定殖在植物组织内部并且不引起明显病害的微
生物[1]。 植物与内生菌各自的获益依赖于二者共同
作用,在互利共生的关系中,植物体为内生菌提供生
长必需的能量和营养,而内生菌又可通过自身的代
谢产物或借助于信号传导作用对植物体产生影
响[2]。 许多植物内生菌具有重要的生物学和生态学
功能,如可以促进植物生长[3鄄4],增强抗病能力[5鄄7],
提高植物对温度、干旱和盐碱的抵抗力[8鄄10],并能够
影响药用植物活性次级代谢产物的积累[11鄄14]。
茅苍术(Atractylodes lancea (Thunb.) DC.)为菊
科苍术属多年生草本植物,是重要的传统中药材。
茅苍术在我国分布广泛,江苏茅山是苍术药材的道
地产区。 郭兰萍等[15]在前人研究的基础上,提出将
茅苍术按照有效成分含量的差异分为两种化学型:
茅山苍术型(MA)和湖北苍术型(HA)。 MA 以茅山
茅苍术为代表,主要产地是江苏、山东、河南北部等
地区,以江苏茅山为道地产区;HA 以湖北茅苍术为
代表,主要位于湖北、陕西、安徽、河南南部等地,药
用价值要低于前者。 目前针对影响茅苍术道地性形
成的因素已经有大量研究[16鄄19]。
本研究分别在春,夏,秋 3 个季节从两种不同化
学型的茅苍术中分离内生真菌,分析化学型的不同
以及季节的变化对茅苍术的优势菌群和特异菌群的
影响,以期全面阐明茅苍术内生真菌的多样性,为后
续研究内生真菌的菌群结构对茅苍术药用活性成分
的影响提供重要依据;同时分离出并收集大量内生
真菌资源,为进一步筛选新型化合物奠定基础。
1摇 材料和方法
在本研究的实验体系中,将来自不同地域的两
种化学型的茅苍术(MA 和 HA)移栽到相同的环境
中进行培育,排除了其原产地不同气候、土壤和光照
等环境因素对植物生长造成的不同影响,同时也避
免了茅苍术因外界环境的差异而感染不同内生菌群
的可能。 在此条件下,确定内生真菌菌群的不同源
于不同化学型茅苍术体内共生的真菌,如果存在外
界内生真菌感染的情况,也可归结于宿主本身基因
型对内生真菌的选择作用。
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1.1摇 植物材料的采集、鉴定
实验在江苏省南京市南京师范大学植物园开
展,试验地位于南京市栖霞区,属亚热带季风气候,
年平均温度 15.4 毅C,年平均降水量 1106 mm,海拔
40 m。 选用产自江苏茅山的茅苍术为 MA 型的代
表,产自陕西地区的茅苍术为 HA 型的代表,分别于
2011年 3月中旬将两种化学型茅苍术的多年生块根
移栽至南京师范大学植物园内,每种化学型栽种两
个小区。 小区为 5 m伊5 m样方,相隔 4 m距离,保持
排水和土壤相互隔离。
于 2011年春季(5 月)、夏季(8 月)和秋季(10
月)选择健康的茅苍术,采集无病斑和虫洞的叶片,
每种化学型各采集 150 片完整叶片,取样后立即放
入保鲜袋中密封,并贴上标签,运回实验室 4 益保
藏,并在 24 h内处理完毕。
1.2摇 实验方法
1.2.1摇 内生真菌的分离及表面消毒效果分析:
参照 Guo 等[20]和 Kusari 等[21]的方法对植物组
织进行表面消毒。 将新鲜叶片用表面活性剂浸泡 5
min,自来水冲洗 10 min,除去表面附着物。 在超净
台内将植物材料浸入 75%的酒精消毒;1 min 后取
出,放入 0.1%的升汞中消毒 7—8 min;无菌水冲洗 3
次,每次涮洗 2 min 左右。 将叶片剪成 0.5 cm伊0.5
cm大小,每一组处理随机选取 150 个组织块,置于
加有硫酸链霉素(50 mg / L)的 PDA 平板(90 mm)
上,封口后 27 益恒温培养 14 d。 每隔 12 h 观察,待
截断处菌丝长出,切取菌丝转入新的 PDA 平板上继
续培养。 纯化 2—3次后得到单一菌种。
通过 3种表面消毒处理方法后,观测结果如下:
(1)漂洗液检验法验证
将最后一次漂洗消毒材料的漂洗液吸取 0.2—
0.3 mL 涂布于 PDA 固体平板上进行培养。 如果周
围无任何菌长出,证明得到的真菌来源于植物组织
内部。
(2)组织印迹法的检验
用灭过菌的镊子夹住已切好的组织块,使其表
面与固体平板接触 3—5 min 后取出,置于相同条件
下培养 3—7 d后,若未发现平皿中有菌落出现,证明
该样品表面灭菌彻底。
1.2.2摇 内生真菌的形态学鉴定及保藏
观察平板上菌落特征,对产孢的菌种根据产孢
结构和孢子形态等归结为不同的形态型,参照《真菌
鉴定手册》对分离得到的茅苍术内生菌进行形态学
鉴定。 纯化已鉴定菌种后,接入 PDA斜面,4 益冰箱
中保藏。 菌种保藏于南京师范大学生命科学学院微
生物菌种标本保藏室。
1.2.3摇 内生真菌形态型菌株基因组的提取
本研究采用 CTAB 法提取菌株的基因组 DNA,
挑取分离纯化后菌株的少许菌丝体转接到新的 PDA
培养基上进行培养,培养温度为 25 益,根据所需菌
株菌丝生物量多少决定培养时间。
提取过程如下:用无菌手术刀刮下无培养基的
真菌培养物约 100 mg 于无菌研钵中,倒入液氮,用
研钵将菌丝充分研磨,以无菌药勺将研磨出的菌丝
粉末转入 1.5 mL的离心管;在离心管中加入 1 mL预
热的 65 益的 CTAB 抽提缓冲液(1伊,DNA 抽提),
100 滋L 10% SDS;65 益温浴 30—60 min,不时震荡;
10000 r / min离心 5 min;分 3 层,从下往上依次为沉
淀,中清,浑浊,取中层;加等体积氯仿异戊醇(24:1)
混匀 10 min;10000 r / min 10 min,取上清;用氯仿异
戊醇(24:1)抽提离心,反复多次,直到液面清晰;上
清液加入等体积异丙醇 - 20 益沉淀 30—60 min;
12000 r / min 10 min 预冷 100%乙醇洗一次;室温下
蒸发溶于 20 滋L TE 中,琼脂糖电泳检测,4 益或
-20 益冰箱保存备用。
1.2.4摇 内生真菌形态型菌株的 ITS 的 PCR 扩增、检
测和测序
在每个形态型中随机取样测定菌株 ITS 序列。
采用通用引物 ITSl / ITS4扩增真菌的转录间隔区 ITS
片段[22]。 引物的序列如下:
ITS1(5忆鄄TCCGTAGGTGAACCTGCGG鄄3忆)和 ITS4
(5忆鄄TCCTCCGCTTATTGATATGC鄄3忆)。
反应在 BIO鄄RAD公司的 PCR扩增仪中进行,体
系为 50 滋L,其中 DNA 模板 ( 25 ng),MgCl2 ( 2. 5
mmoL / L), dNTP ( 200 滋mol / L ), ITS1、 ITS4 ( 0. 25
滋mol / L),Taq DNA聚合酶(1.5 U,Takara),10伊PCR
Buffer(100 mmol / L Tris鄄HCl pH 值 8.3,500 mmol / L
KCl,0.01% gelatin)。 扩增反应程序 95 益预变性 3
min后进入 35个循环,94 益 50 s变性,54 益 50 s退
火,72 益 60 s延伸,72 益 10 min,进入 8 益。 反应结
束,1.2%琼脂糖凝胶电泳检测,于 4 益或-20 益保存
备用。 用试剂盒进行琼脂凝胶的回收和 PCR 产物
2037 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
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纯化, 把 纯 化 产 物 与 T鄄载 体 ( pMD18鄄TVector,
Takara)连接,并按照说明书常规实验操作步骤转化
到大肠杆菌 DH5琢 中,利用蓝白斑法筛选出阳性克
隆,培养并收集菌体送交 Invitrogen公司测序。
从 GenBank下载与形态型菌株有较高序列相似
性的参考菌株的 DNA序列,通过分子系统发育分析
建立分子系统发育树,根据系统树反映的系统发育
关系框架来推测形态型菌株的分类地位。
将不同的 ITS1鄄 5.8S鄄ITS4 序列与 GenBank 数据
库的序列进行比对,序列相似性程度 97%以上视为
同一种。 确定与实验克隆亲缘关系最近的种属,构
建系统发生树。
1.2.5摇 数据处理
分离频率( IF):分离到的某一指定类型内生真
菌的菌株数量占分离的内生真菌菌株数量的百分
率,用于比较和判断优势菌群。
分离率(IR):分离到的某一指定类型内生真菌
的菌株数量占分离样品组织块总数的百分率。 用于
衡量植物组织中内生真菌的丰富程度。
通过 Menhinick忆s index (Dmn),计算内生真菌的
物种丰度:
Dmn =S / log2(N)
式中,S是同一样本(同一组织)中不同内生真菌的
种类数目,N是给定样本中内生真菌的个体总数。
Fisher对数级数(琢):
琢=N(1-x) / x
式中,x通过以下计算:
S / N=(1-x) / xln(1 / (1-x))
Shannon鄄Wiener多样性指数(H忆):
H忆 = - 移(Pi lnPi)
式中, Pi是第 i种的比例多度,给定为:Pi =Ni / N;Ni
为第 i种物种个体数,i = 1,2,3,4,…,S。 当 Pi>1 / S
时,即为优势种属。
Simpson多样性指数(1-D):
1-D= 1-移Pi2
式中,Pi是第 i种的比例多度。
Margalef丰富度指数(R):
R=(S-1) / log2(N)
式中, S为物种数;N为个体总数。
Evenness指数( J):分析群落物种分布的均匀
程度。
J=H / lnS
式中, H为 Shannon鄄Wiener指数,S为物种总数目。
Sorenson相似性指数:
CS = 2j / (a+b)
式中,j为两个样地 /组织 /季节共有种数或属数;a是
一个样区 /组织 /季节的植物样本中内生真菌的种数
或属数,b是另一个样区 /组织 /季节的植物样本中内
生真菌的种数或属数;用于比较两个样区 /季节之间
的植物样本中内生真菌种类组成的相似程度。
2摇 结果与分析
2.1摇 茅苍术内生真菌的种类组成
共在 900 个叶片组织中分离得到 530 株内生真
菌纯培养物,总分离率为 58.89%。 依据菌落形态和
产孢结构归为不同的形态种,随后通过 ITS 序列测
序比对,对各个形态种进行分子鉴定,最终得到 28
个类群(表 1)。
表 1摇 基于 NCBI数据库 BLAST比对的茅苍术内生真菌分子鉴定结果
Table 1摇 Molecular identification of endophytic fungal morphotypes from Atractylodes lancea based on BLAST queries in NCBI
菌株
Strains
分类单元
Taxa
GenBank
序列号
GenBank
accession No.
BLAST最接近的比对
Closest blast match
(GenBank accession No.)
序列相似度
Query / reference
ITS length(Similarity / %)
LLX 0102 Alternaria alternata KC134318 Alternaria alternata (JQ416155.1) 543 / 543 (100)
LLX 0133 Alternaria tenuissima KC202935 Alternaria tenuissima (AY154712.1) 571 / 571 (100)
LLX 0104 Guignardia vaccinii KC172070 Guignardia vaccinii (GU066692.1) 612 / 612 (100)
LLX 0105 Cercospora zebrina KC172066 Cercospora zebrina (GU214656.1) 534 / 540 (99)
LLX 0106 Cercospora kikuchii KC172078 Cercospora kikuchii (HM631728.1) 491 / 492 (99)
LLX 0107 Beauveria bassiana KC172068 Beauveria bassiana (JQ266220.1) 538 / 538 (100)
LLX 0108 Septoria lycopersici KC134319 Septoria lycopersici var. lycopersici (DQ841156.1) 504 / 505 (99)
LLX 0112 Villosiclava virens (anamorph:Ustilaginoidea virens) KC172069 Villosiclava virens (JF271121.1) 585 / 587 (99)
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续表
菌株
Strains
分类单元
Taxa
GenBank
序列号
GenBank
accession No.
BLAST最接近的比对
Closest blast match
(GenBank accession No.)
序列相似度
Query / reference
ITS length(Similarity / %)
LLX 0113 Pseudocercospora marginalis KC172077 Pseudocercospora marginalis (GQ852766.1) 517 / 517 (100)
LLX 0115 Pseudocercospora elaeodendri KC172073 Pseudocercospora elaeodendri (GU980950.1) 521 / 522 (99)
LLX 0116 Colletotrichum jasminigenum KC172075 Colletotrichum jasminigenum (JQ658871.1) 558 / 558 (100)
LLX 0117 Colletotrichum truncatum KC172074 Colletotrichum truncatum (AF451899.1) 561 / 566 (99)
LLX 0118 Colletotrichum gloeosporioides KC172072 Colletotrichum gloeosporioides (GQ407097.1) 575 / 578 (99)
LLX 0119 Rhizoctonia bataticola KC172071 Rhizoctonia bataticola (HQ392793.1) 509 / 511 (99)
LLX 0120 Leptospora rubella KC172076 Leptospora rubella (JQ936327.1) 562 / 563 (99)
LLX 0121 Sarocladium strictum(Acremonium strictum) KC172080 Sarocladium strictum (GU595023.1) 554 / 554 (100)
LLX 0122 Acremonium alternatum KC172079 Acremonium alternatum (GQ377488.1) 543 / 544 (99)
LLX 0123 Phomopsis sp. KC172081 Phomopsis sp. By231 (GQ365158.1) 571 / 572 (99)
LLX 0124 Stemphylium solani KC172065 Stemphylium solani (AF203450.1) 560 / 566 (99)
LLX 0125 Cladosporium cladosporioides KC172067 Cladosporium cladosporioides (JX230994.1) 528 / 528 (100)
LLX 0127 Fusarium solani KC202941 Fusarium solani (AB470903.1) 546 / 547 (99)
LLX 0129 Nectria ipomoeae KC202945 Nectria ipomoeae (AB513849.1) 553 / 556 (99)
LLX 0133 Fusarium oxysporum KC202939 Fusarium oxysporum (AY188919.1) 545 / 551 (99)
LLX 0134 Chaetomium globosum KC202936 Chaetomium globosum (JN689341.1) 576 / 578 (99)
LLX 0135 Paraphoma chrysanthemicola KC202946 Paraphoma chrysanthemicola (JN585950.1) 512 / 513 (99)
LLX 0140 Nectria haematococca KC202948 Nectria haematococca (FJ441642.1) 538 / 538 (100)
LLX 0141 Pseudallescheria boydii KC202949 Pseudallescheria boydii (AB369906.1) 616 / 617 (99)
LLX 0142 Edenia gomezpompae KC202950 Edenia gomezpompae (FJ839619.1) 549 / 556 (99)
摇 摇 根据测序比对的结果,下载与形态型菌株有最
高序列相似性的参考菌株的 DNA 序列,通过
Invitrogen Vector NTI Advance 10 软件进行序列比对
分析,最后用邻接法(Neighbor鄄Joining,NJ)构建系统
进化树,根据系统树反映的系统发育关系框架来推
测形态型菌株的分类地位(图 1)。
本文在属的水平上讨论内生真菌的分离率和多
样性。 实验结果表明,交链孢属(Alternaria)在分离
得到的内生真菌站占优势地位,其分离频率为
36郾 04%,其次为刺盘孢属(Colletotrichum)和球座菌
属(Guignardia),分离频率分别为 19.43%和 9.62%,
其余各菌所占分离频度均较低(表 2)。
表 2摇 茅苍术叶片内生真菌的菌群组成
Table 2摇 Composition of endophytic fungi from A. lancea
内生真菌编号
Strains No.
真菌属
Genus
分离率
Isolation rate (IR) / %
分离频率
Isolation frequency (IF) / %
ALZ鄄1 交链孢属(Alternaria) 21.22 36.04
ALZ鄄2 球座菌属(Guignardia) 5.67 9.62
ALZ鄄3 尾孢属(Cercospora) 4.89 8.3
ALZ鄄4 白僵菌属(Beauveria ) 0.11 0.19
ALZ鄄5 壳针孢属(Septoria) 1.78 3.02
ALZ鄄6 轮枝孢属(Verticillium) 0.44 0.75
ALZ鄄7 假尾孢属(Pseudocercospora) 3.89 6.6
ALZ鄄8 刺盘孢属(Colletotrichum) 11.44 19.43
ALZ鄄9 丝核菌属(Rhizoctonia) 1.22 2.08
ALZ鄄10 Leptospora 属 0.33 0.57
ALZ鄄11 支顶孢属(Acremonium) 1.56 2.64
ALZ鄄12 拟茎点霉属(Phomopsis) 0.67 1.13
ALZ鄄13 葡柄霉属(Stemphylium) 1.56 2.64
ALZ鄄14 枝孢属(Cladosporium) 0.33 0.57
ALZ鄄15 镰刀菌属(Fusarium) 1.44 2.45
ALZ鄄16 丛赤壳属(Nectria) 1.44 2.45
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续表
内生真菌编号
Strains No.
真菌属
Genus
分离率
Isolation rate (IR) / %
分离频率
Isolation frequency (IF) / %
ALZ鄄17 毛壳菌属(Chaetomium) 0.22 0.38
ALZ鄄18 异茎点霉(Paraphoma) 0.33 0.57
ALZ鄄19 假霉样真菌属(Pseudallescheria) 0.11 0.19
ALZ鄄20 Edenia 属 0.22 0.38
图 1摇 茅苍术内生真菌 18S rDNA序列系统发育树状图
Fig.1摇 Phylogenetic tree based on neighbor鄄joining analysis of their 18S rDNA ITS sequences of the endophytic fungal isolates obtained from
Atractylodes lancea
5037摇 24期 摇 摇 摇 吕立新摇 等:不同化学型和季节变化对茅苍术内生真菌群落多样性的影响 摇
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2.2摇 不同化学型茅苍术内生真菌菌群的组成和多
样性
MA茅苍术的内生真菌分离率要高于 HA 型,前
者为 70.22%,后者为 47.53%。 栽种于同一环境下的
MA和 HA内生真菌菌群的组成有所不同,种类多样
性上呈现出明显的差异性。 二者的优势菌群呈基本
重合的现象,HA 中的优势菌群为交链孢属、球座菌
属、假尾孢属(Pseudocercospora)和刺盘孢属;MA 的
优势菌群为:交链孢属、球座菌属、尾孢属和刺盘孢
属。 以上几个属在两种化学型的茅苍术中均有分离
得到,但其在菌群中所占优势有所不同(表 3)。
表 3摇 不同化学型苍术内生真菌菌群的组成和多样性
Table 3摇 Composition, isolation rate,and isolation frequency of endophytic fungi from two chemotypes of A. lancea
编号
Strains No.
真菌属
Genus
茅山苍术型
Maoshan chemotype A. Lance(MA)
分离率 / %
Isolation rate (IR)
分离频率 / %
Isolation
frequency (IF)
湖北苍术型
Hubei chemotype A. lancea (HA)
分离率 / %
Isolation rate (IR)
分离频率 / %
Isolation
frequency (IF)
ALZ鄄1 交链孢属 Alternaria 23.33 33.23 19.11 40.19
ALZ鄄2 球座菌属 Guignardia 4.89 6.96 6.44 13.55
ALZ鄄3 尾孢属 Cercospora 4.22 6.01 5.56 11.68
ALZ鄄4 白僵菌属 Beauveria 0.22 0.47
ALZ鄄5 壳针孢属 Septoria 3.56 5.06
ALZ鄄6 轮枝孢属 Verticillium 0.89 1.87
ALZ鄄7 假尾孢属 Pseudocercospora 5.33 7.59 2.44 5.14
ALZ鄄8 刺盘孢属 Colletotrichum 14.44 20.57 8.44 17.76
ALZ鄄9 丝核菌属 Rhizoctonia 1.56 2.22 0.89 1.87
ALZ鄄10 Leptospora 属 0.67 0.95
ALZ鄄11 支顶孢属 Acremonium 3.11 4.43
ALZ鄄12 拟茎点霉属 Phomopsis 1.11 1.58 0.22 0.47
ALZ鄄13 葡柄霉属 Stemphylium 2.22 3.16 0.89 1.87
ALZ鄄14 枝孢属 Cladosporium 0.67 0.95
ALZ鄄15 镰刀菌属 Fusarium 1.56 2.22 1.33 2.80
ALZ鄄16 丛赤壳属 Nectria 2.44 3.48 0.44 0.93
ALZ鄄17 毛壳菌属 Chaetomium 0.44 0.93
ALZ鄄18 异茎点霉 Paraphoma 0.67 0.95
ALZ鄄19 假霉样真菌属 Pseudallescheria 0.22 0.47
ALZ鄄20 Edenia 属 0.44 0.63
摇 摇 从二者的特异菌群差别可以明显看出菌群多样
性的不同。 MA 的特异菌群为 Leptospora 属、壳针孢
属 ( Septoria )、 支顶孢属 ( Acremonium )、 枝孢属
(Cladosporium)、Edenia属;而白僵菌属(Beauveria)、
轮枝霉属(Verticillium)、毛壳菌属(Chaetomium)等只
在 HA中分离得到。
2.3摇 不同季节茅苍术内生真菌组成的多样性
每个季节分别选取 300 个叶片组织进行内生真
菌的分离。 春季得到 127 株内生真菌,分离率为
42郾 33%;夏季得到 214 株内生真菌,分离率为
71郾 33%;秋天的结果是 189 株菌,分离率 63. 00%。
由此可以看出,从春季到夏季内生真菌的定殖呈明
显增加的趋势,到秋季略有降低。
从春季的样品中分离得到 12 个属的内生真菌,
主要是交链孢属( IF= 38. 58%)和刺盘孢属 ( IF=
34郾 65%),其余各属真菌的分离频率在 5%以下。 夏
季分离得到 15 个属的真菌,优势菌群为交链孢属
(IF= 29.17%)、刺盘孢属 ( IF= 14.35%)、球座菌属
(IF= 13. 89%)、尾孢属 ( IF= 10. 65%)和假尾孢属
(IF= 9.72),秋季分离得到的真菌中,交链孢属的分
离频率有所增加 ( IF= 42. 25%),其次为刺盘孢属
(IF= 14. 97%)、球座菌属 ( IF= 11. 23%)和尾孢属
(IF= 8. 56%),其余各属真菌的分离率均较低
(表 4)。
6037 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
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表 4摇 不同季节的茅苍术内生真菌菌群组成及分离率和分离频率
Tabel 4摇 Composition, isolation rate and isolation frequency of endophytic fungi in different seasons from A. lancea
种属编号
Strains No.
真菌属
Genus
春季 Spring
分离率 / %
Isolation
rate (IR)
分离频率 / %
Isolation
frequency (IF)
夏季 Summer
分离率 / %
Isolation
rate (IR)
分离频率 / %
Isolation
frequency (IF)
秋季 Autumn
分离率 / %
Isolation
rate (IR)
分离频率 / %
Isolation
frequency (IF)
ALZ鄄1 交链孢属 Alternaria 16.33 38.58 21.00 29.17 26.33 42.25
ALZ鄄2 球座菌属 Guignardia 10.00 13.89 7.00 11.23
ALZ鄄3 尾孢属 Cercospora 1.67 3.94 7.67 10.65 5.33 8.56
ALZ鄄4 白僵菌属 Beauveria 0.33 0.79
ALZ鄄5 壳针孢属 Septoria 2.67 6.30 0.33 0.46 2.33 3.74
ALZ鄄6 轮枝孢属 Verticillium 0.33 0.79 1.00 1.39
ALZ鄄7 假尾孢属 Pseudocercospora 7.00 9.72 4.67 7.49
ALZ鄄8 刺盘孢属 Colletotrichum 14.67 34.65 10.33 14.35 9.33 14.97
ALZ鄄9 丝核菌属 Rhizoctonia 3.67 5.09
ALZ鄄10 Leptospora 属 1.00 1.60
ALZ鄄11 支顶孢属 Acremonium 0.33 0.79 2.00 2.78 2.33 3.74
ALZ鄄12 拟茎点霉属 Phomopsis 1.67 2.31 0.33 0.53
ALZ鄄13 葡柄霉属 Stemphylium 2.00 4.72 1.33 1.85 1.33 2.14
ALZ鄄14 枝孢属 Cladosporium 0.33 0.79 0.67 0.93
ALZ鄄15 镰刀菌属 Fusarium 1.00 2.36 2.00 2.78 1.33 2.14
ALZ鄄16 丛赤壳属 Nectria 1.67 3.94 2.33 3.24 0.33 0.53
ALZ鄄17 毛壳菌属 Chaetomium 0.67 1.07
ALZ鄄18 异茎点霉 Paraphoma 1.00 2.36
ALZ鄄19 假霉样真菌属 Pseudallescheria 0.33 0.46
ALZ鄄20 Edenia 属 0.67 0.93
摇 摇 交链孢属,尾孢属与刺盘孢属在 3 个季节中都
能分离得到,且分离率远高于其他真菌。 说明这 3
个属真菌的分布具有季节广谱性,其定殖不具有季
节性差异。 与此同时,某些真菌的定殖具有的明显
的季节性差异,如白僵菌和异茎点霉属(Paraphoma)
是春季特有的内生真菌,而丝核菌属(Rhizoctonia)、
拟茎点霉属 ( Phomopsis ) 只在夏季分离得到,
Leptospora 属、毛壳菌(Chaetomium)、Edenia 属未曾
见于秋季以外的季节。
不同季节的茅苍术内生真菌多样性呈现出一定
的差异性。 从多样性指数来看,夏季内生真菌的
Shannon鄄Wiener index ( H忆) 和 Simpson忆 s diversity
index(1-D)最高(2.20,0.85),其次是秋季(1.88,
0郾 77)和春季(1.64,0.73)。 同时可以看出,春季和
秋季的 Margalef index (R)以及 Evenness index (E)
相差不大,均稍低于夏季的水平。 对不同化学型的
分析表明 MA 型的真菌多样性高于 HA 型。 从
Shannon鄄Wiener index ( H忆) 和 Simpson忆 s diversity
index(1-D)可以分析得到,MA 的数值(2.16,0.83)
要高于 HA(1.83,0.77)(表 5)。
表 5摇 茅苍术内生真菌菌群多样性指数
Table 5摇 The diversity index of endophytic fungi from A. lancea
影响因素
Influencing
factors
类型
Types

Genus
菌株数量
Strains
number
门辛尼克指数
Menhinick忆s
index
(Dmn)
费舍对数序列
Fisher忆s
log series
index (琢)
香农鄄
威纳指数
Shannon鄄
Wiener
index (H忆)
辛普森
多样性指数
Simpson忆s
diversity
index(1-D)
马加利夫
多样性指数
Margalef
index (R)
均匀度指数
Evenness
index (E)
季节 春季 12 127 2.25 3.25 1.64 0.73 2.27 0.66
Seasons 夏季 16 214 1.09 3.99 2.20 0.85 2.79 0.79
秋季 13 189 0.95 3.18 1.88 0.77 2.29 0.73
化学型 茅山型 16 316 0.90 3.56 2.16 0.83 2.61 0.78
Chemotypes 湖北型 14 214 0.96 3.36 1.83 0.77 2.42 0.69
7037摇 24期 摇 摇 摇 吕立新摇 等:不同化学型和季节变化对茅苍术内生真菌群落多样性的影响 摇
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2.4摇 茅苍术内生真菌菌群组成的相似性
不同化学型(MA和 HA) 茅苍术间的内生真菌
的菌群相似性系数(CS)为 0.67,说明二者菌群组成
具有较大的差异。 对于不同季节而言,春季与夏季
的相似性系数为 0. 71,夏秋两季的相似性系数为
0郾 76,春季与秋季的相似性系数为 0.64,说明不同季
节间有一定的种类的差异,但差别不大,并且真菌的
群落结构随着季节的连续变化存在一个相应的演替
过程。
3摇 讨论
从 900 个茅苍术植株组织块中得到 530 株内生
真菌,分离的菌株归为 20 个属,具有较高的总分离
率(58.89%),这与药用植物中内生真菌多样性极其
丰富的研究报道相符合。 孙剑秋[23]等从北京植物
园 4科 6种药用植物的 1144 个组织块中分离到内
生真菌 973株,有很高的分离频率(47.9%一 63.1%)
和分离率(70%—93%),且不同种的植物的内生真
菌种类组成不同。 Naik 等[24]调查了南印度西高止
山脉地区的药用灌木,分别于冬季、雨季和夏季从 15
种药用植物的 9000 个叶片中共分离得到了 6125 株
内生真菌,其中交链孢属、毛壳菌属,镰刀菌属,刺盘
孢属,枝孢霉属是最常见的真菌种类。 在本研究所
分离得到的内生菌中,交链孢属,尾孢属与刺盘孢属
在不同化学型及不同季节的样本中均占有最高的分
离率和分离频率。 这几个属是常见的内生真菌类
群,在多种生态环境下广泛存在[23鄄26],具有很强的季
节和宿主适应性,可能通过横向传播侵染不同化学
型的茅苍术,并且占据了优势菌群的地位。 本研究
获得的茅苍术内生真菌的多样性与曹益鸣[27]等和
陈佳昕[28]等的研究结果有较大的不同,这可能与实
验采取的研究手段、采样材料以及植株所处的生长
环境不同有关。 曹益鸣等[27]在研究中采用的是单
一化学型茅山野生的茅苍术,针对不同组织部位进
行采样之后,通过形态学特征进行鉴定;陈佳昕
等[28]选用的是江苏汤山的野生材料,未作出真菌的
多样性分析。 取样地环境的差异以及化学型的区别
可能是造成结果差异的主要原因[23鄄26, 29鄄33]。
两种化学型茅苍术的组织中,内生真菌菌群的
相似性系数为 0.67,具有明显的差异性。 在二者共
有的内生真菌种类中,其分离率也是有所差别的。
这可能是不同化学型茅苍术基因型上的差异,造成
对内生真菌的定殖与侵染的的选择作用。 MA 的内
生菌群中,除典型的优势菌群外,壳针孢属和支顶孢
属的分离率仅次于优势菌群,且只在 MA 中分离得
到,在 HA中未见分离。 MA是江苏地区的道地性药
材,而 HA在药效上低于前者。 前人研究表明茅苍
术道地性是多种因素共同作用的结果[16,18,34]。 内生
真菌与植物的共生作用可能影响植物次级代谢产物
的积累,两种化学型的茅苍术在特异菌群上的差异
可能是影响道地性的重要因素之一。
季节对内生真菌多样性的影响可能与植株的生
长状态有关。 曹益鸣[27]等曾对不同生长周期的茅
苍术内生真菌的种类做过统计,发现内生真菌在植
株不同生长期均有分布,但在苗期和花期时数量较
多,种类丰富,分离率为 39.6%和 36.5%。 另一方面,
包括温度、降水等因素在内的环境因子直接作用于
内生真菌,形成真菌群落的季节性演替现象。
Mishra[35]等发现印度地区的心叶青牛胆(Tinospora
cordifolia)内生真菌的分离频率在雨季最高,其后依
次是冬季和夏季,并且季节因素对内生真菌多样性
的影响作用要高于地理因素。 春季是茅苍术的生长
初期,尚未有大量多种类的横向传播的内生真菌定
殖。 而后随着季节变换,真菌在叶片内部持续生长,
所以夏季内生真菌的多样性和分离率都有所提高。
而秋季真菌的多样性降低,且致病性的交链孢属分
离频率上升。 这可能说明春夏两季某些无害的内生
真菌与病原菌拮抗,抢夺叶片微环境中的生态位,从
而抑制了病原菌的大规模爆发。 叶片微环境内的真
菌群落演替,不同种类内生真菌间竞争叶片上的生
存空间,彼此之间有一定的拮抗作用,这对后续的研
究工作很有启发意义。
药材的道地性受特定环境因素和生物因素的影
响,其中微生物环境对药材道地性的形成有着举足
轻重的作用[16,18,27,34鄄35]。 内生菌作为微生物生态系
统中的一个重要组成部分,从植物体内部对药用植
物的代谢产生影响。 因此,从内生菌群落的角度阐
明植物次生代谢产物的形成和积累机制以及药材道
地性成因将是一种新的研究思路。
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