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Effects of microbes on rooting and on several physiological and biochemical indexes of cuttings of Huperzia serrata

微生物对蛇足石杉扦插生根及若干生理生化指标的影响



全 文 :Studyongeographicalvariationofmorphologicandgermination
characteristicofdiferentGlycyrrhizauralensisprovenanceseeds
WEIShengli1,2,WANGWenquan1,QINShuying3,LIUChangli4,ZHANGZhaoying3,DIMing1
(1.ChineseMedicineColege,BeijingUniversityofChineseMedicine,Beijing100102,China;
2.ForestryResourcesandEnvironmentsColege,NortheastForestryUniversity,Harbin150040,China;
3.AgriculturalUniversityofHebei,Baoding071001,China;4CapitalMedicalUniversity,Beijing100069,China)
[Abstract] Objective:TostudythegeographicalvariationofmorphologicandgerminationcharacteristicofdiferentGlycyrhiza
uralensisprovenanceseeds,approachthegeographicalvariationmodeandecologymechanism,andlaidtheoreticalfoundationfordis
trictingandalocatingofG.uralensisseeds.Method:Fieldinvestigationandlaboratoryanalysiswereapplied.Seedshapeandkilos
seedweightweresampledrandomly,germinationrategerminationforcebygeneralmethods.Result:Themorphologiccharacteristicof
G.uralensisseedsshowedroughlylongitudevariationtendencythattheseedsincreasedgradualyfromwesttoeast.Whilethegermina
tioncharacteristicshowedroughlyaltitudevariationtendencythattheseedsgerminationrateandgerminationforceincreasedwiththe
increaseofthealtitude,andtheaveragegerminationratewasthesamewiththeseedsmorphologiccharacteristic.Theresultsofanaly
siscorelatedwiththeclimaticfactorsshowthatthemorphologiccharacteristicofG.uralensiswaspositivecorelatedwithannualrain
falofthehabitat,andthegerminationratewasquickenedbydrought,hightemperatureandstrongsunshine.Conclusion:Themor
phologicandgerminationcharacteristicandofG.uralensisseedspresentdistinguishedgeographicalvariation,andtheformationofthe
variationwasrelatedtotheecologicalenvironmentinwhichtheseedprovenanceadapted.
[Keywords] Glycyrhizauralensis;geographicalvariation;provenance
[责任编辑 张宁宁]
[收稿日期] 20061218
[基金项目] 中国科学院知识创新工程重大项目子课题(KSCX1SW116)
[通讯作者] 陈钧,Tel:(0511)8780196,Email:shchen@ujs.edu.cn
微生物对蛇足石杉扦插生根及若干生理
生化指标的影响
李 娜1,陈 钧1,承 曦1,朱大元2
(1.江苏大学 药学院,江苏 镇江 212013;
2.中国科学院 上海生命科学研究院 上海药物研究所 新药研究国家重点实验室,上海 201023)
[摘要] 目的:研究原生境土壤微生物、内生真菌和根表真菌对蛇足石杉扦插生根率和若干生理生化指标的
影响。方法:蛇足石杉分别在原生境土壤(土壤Ⅰ)、接种了内生真菌和根表真菌的灭菌土壤(土壤Ⅱ)、灭菌土壤
(土壤Ⅲ)上进行扦插,调查蛇足石杉扦插生根率,测定可溶性蛋白含量,可溶性糖含量,PPO(多酚氧化酶),POD
(过氧化物酶)活性、黄酮类化合物和石杉碱甲含量。结果:与土壤Ⅲ上的扦插蛇足石杉相比,土壤Ⅰ和土壤Ⅱ上植
株生根率,分别提高了10%和16%,土壤Ⅱ上扦插植株茎中的可溶性蛋白含量显著提高(P<005),土壤Ⅰ上扦插
植株叶片和茎中的可溶性糖含量显著提高(P<005),土壤Ⅰ和土壤Ⅱ上的扦插植株的黄酮类化合物含量显著提
高。结论:原生境土壤微生物、内生真菌和根表真菌对扦插蛇足石杉的生根有促进作用,提高蛇足石杉体内的代谢
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水平。
[关键词] 蛇足石杉;扦插;生根;生理生化指标
[中图分类号]S567 [文献标识码]A [文章编号]10015302(2008)08087305
  蛇足石杉Huperziaserata(Thunb.)Trev.,属蕨
类植物门,石杉科,石杉属,由于从蛇足石杉中提得
的石杉碱甲是治疗早老性痴呆症的新药,使蛇足石
杉成为重要的药用植物[1]。蛇足石杉人工繁殖比
较困难,还没有成功大面积种植的报道,另外其生长
缓慢,发育成20cm的成熟植株至少要经过 8年。
20世纪90年代以来,蛇足石杉的采集量已达上百
吨[2]。据统计,我国蛇足石杉天然生物量为46566
t,理论可采量为1604t,商业可采量大约不会超过
200t[3]。野生资源已不能满足市场需求,人工栽培
是解决蛇足石杉资源短缺问题的重要途径。文献报
道蛇足石杉孢子体和配子体均与真菌共生,形成菌
根才能生长[4,5]。陆地植物的根与真菌共生是地球
上最普遍的共生关系,90%陆地植物与真菌共生形
成菌根[6]。内生真菌和根表真菌是与植物在空间
上接触最密切的真菌,因此本实验选取了这2类真
菌为研究对象,研究其与蛇足石杉生长发育的关系。
一般认为内生真菌影响植物的过程是发生在植物体
内,其大部分是土壤真菌,分布于植物的根际,具有
促进宿主植物生长,增加宿主对环境胁迫的抗性,增
加宿主植物的他感等作用[7,8]。根表真菌大部分对
植物有益,例如内生菌根菌、外生菌根都是根表真
菌,它们有改善植物营养源,促进土壤中营养元素矿
化、抗病原菌侵染等作用。本实验研究微生物对扦
插蛇足石杉生长发育的影响,为蛇足石杉引种栽培
和栽培管理提供理论参考。
1 材料与方法
1.1 材料
1.1.1 仪器 LC-1500高效液相色谱仪,日本
JASCO公司;MGC-300H人工气候箱,上海一恒科
技有限公司;UV-2120PCS型紫外可见分光光度计
(尤尼柯仪器有限公司);QYC211全温空气摇床(上
海福玛实验设备有限公司);BeckmanCoulterX-
22R低温冷冻离心机;超净工作台(苏州净化设备有
限公司);SPX-250B型生化培养箱(上海跃进医疗
器械厂)。
1.1.2 试剂 牛血清白蛋白、考马斯亮蓝G250(国
药集团化学试剂有限公司);邻苯二酚、愈创木酚
(化学纯,国药集团化学试剂有限公司);葡萄糖(分
析纯,国药集团化学试剂有限公司);芦丁(Sigma公
司);石杉碱甲(纯度≥99%,中国科学院上海生命
科学研究院上海药物研究所提供)。
1.1.3 植物 试验材料蛇足石杉采自安徽省宣城
市境内山区,由中国科学院上海生命科学研究院上
海药物研究所朱大元教授鉴定。扦插时弃去发黄、
萎蔫枝条,剪取5~8cm长的顶芽作为插条。
1.1.4 真菌 按文献方法分离纯化蛇足石杉的内
生真菌和根表真菌[9,10]。供试真菌包括分离自茎的
内生真菌7株,分离自叶的内生真菌4株,根表真菌
6株。纯化后的菌株接种到100mL液体PDA(马铃
薯培养基)中,120r·min-1,28℃摇瓶培养7d,纱
布滤去液体培养基,菌丝备用。
1.2 扦插土壤处理方法
土壤Ⅰ:取自安徽省宣城市境内山区蛇足石杉
原生境土壤与河沙按3∶1混合,土壤中保留了原生
境土壤微生物;土壤Ⅱ:安徽省宣城市溪口镇原生境
土壤,经121℃高压灭菌3h后,该土及河沙按3∶1
混匀,接种蛇足石杉中分离到的内生真菌和根表真
菌,高压灭菌的目的是杀灭原生境土壤中的微生物;
土壤Ⅲ:安徽省宣城市溪口镇原生境土壤,经121℃
高压灭菌3h后,由该土及河沙按3∶1混匀。处理
后的土壤分别装入盆口直径为8cm的陶土花盆中,
土层厚度5cm。每种土壤设5个重复。
1.3 扦插试验处理方法
每个盆中插6株,株间距3cm,插条深度为插
条的 1/2。扦插后,移入人工气候箱中培养,湿度
90%,光照33%(经测定800~1200lx)。白天温度
22℃,14h,夜间14℃,10h。
1.4 指标测定方法
1.4.1 生根率的测定 扦插 120d后,将插条拔
出,用少量自来水冲洗后,记录生根情况。
1.4.2 根系活力的测定 采用 TTC还原法进行测
定[11],单位根鲜重的四氮唑还原量 =四氮唑还原
量/(根重×时间),测定波长485nm,TTC标准回归
方程A=00339C-00072,r=09971,式中 A为
吸光度,C为样品浓度(下同)。
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1.4.3 可溶性蛋白的测定 取上清液用考马斯亮
蓝G250染色法进行测定[11],牛血清白蛋白标准回
归方程A=00066C+00095,r=09963。
1.4.4 可溶性糖含量的测定 称取新鲜材料,沸水
提取30min,取定容后的滤液用蒽酮比色法测定可
溶性糖。测定波长 485nm,葡萄糖回归方程 A=
00064C+01254,r=09977。
1.4.5 多酚氧化酶活性的测定 按文献方法进行
测定[12]。于波长420nm处比色测定,每分钟引起
吸光度改变0001单位所需的酶量定义为1个酶活
单位。
1.4.6 过氧化物酶活性的测定 按文献方法进行
测定[13]。于波长470nm处比色测定,每分钟引起
吸光度改变0001单位所需的酶量定义为1个酶活
单位。
1.4.7 黄酮类化合物含量的测定 精密吸取02
mg·mL-1芦丁对照液 10,20,30,40,50,60
mL,分别置25mL量瓶中,各加水6mL,加5%亚硝
酸钠溶液1mL,混匀,放置6min,加10%硝酸铝溶
液1mL,混匀,放置6min,加4%氢氧化钠试液10
mL,再加水至25mL,放置15min,不加芦丁的试剂
作空白对照。分光光度法在500nm波长处测定吸
光度,所取对照品液和吸光度经回归处理,回归方程
A=04386C-0022,r=09997。蛇足石杉样品烘
干,用研钵研碎,过20目筛,称取1g左右,以90%
甲醇为溶剂采用索氏提取器,加热回流6h,过滤后
甲醇定容至100mL,取上述样品液6mL,按标准曲
线相同方法于500nm处测定吸光度,计算总黄酮的
含量。
1.4.8 石杉碱甲含量的测定 石杉碱甲的提取和
检测参照 MaXQ的方法[1]。HPLC308nm下检
测,石杉碱甲回归方程 A=88008C+67706,r=
09997。式中A为峰面积,C为样品质量浓度。
2 结果与分析
2.1 微生物对蛇足石杉扦插生根效应的影响
在3种不同处理的土壤条件下蛇足石杉扦插生
根情况如表 1所示。在土壤Ⅱ中生根率最高为
83%,土壤Ⅰ为77%,分别比在土壤Ⅲ中生根率高
出16%和10%。在土壤Ⅰ中平均每株生根1.7条,
在土壤Ⅱ中平均每株生根16条,在土壤Ⅲ中平均
每株生根数为14条。结果表明,土壤中的微生物
影响了蛇足石杉扦插生根率。在原生境土壤、接种
了内生真菌和根表真菌的土壤中扦插的蛇足石杉生
根情况好于在无菌原生境土壤与河沙混合处理的土
壤中生根情况。插条的切口处长出新根的比率:土
壤Ⅰ最高为 53%,土壤Ⅱ为 43%,土壤Ⅲ最低为
30%。3种土壤条件下,插条切口处生根率差别较
大,说明原生境土壤中的一些微生物能够促进插条
切口处愈伤组织形成和分化,内生真菌和根表真菌
也表现出相同作用。
2.2 微生物对蛇足石杉根系活力的影响
不同土壤条件下扦插蛇足石杉的根系活力如表
1所示。在土壤Ⅱ中扦插蛇足石杉根系活力最高,
其次为土壤Ⅰ,土壤Ⅲ中生根插条的根系活力最低。
  表1 不同土壤条件下扦插蛇足石杉的生根效应(n=30)
土壤类型
切口处生根率
/%
生根率
/%
生根数
/条/株
Ⅰ 53 77 17
Ⅱ 43 83 16
Ⅲ 30 67 14
  试验结果表明,土壤中缺少某些微生物,蛇足石
杉根系活力可能会降低,内生真菌和根表真菌对蛇
足石杉保持较高的根系活力起到积极作用。但3种
土壤条件下扦插蛇足石杉的根系活力差异没有达到
显著水平。
2.3 微生物对蛇足石杉可溶性蛋白含量的影响
不同土壤条件下扦插蛇足石杉的可溶性蛋白含
量如表2所示。3种土壤条件下蛇足石杉叶片中可
溶性蛋白含量差异不大。土壤Ⅱ上扦插的蛇足石杉
茎中可溶性蛋白质量分数最高,为6074mg·g-1
(FW),显著高于土壤Ⅲ上扦插的蛇足石杉。而土
壤Ⅰ与土壤Ⅱ、土壤Ⅰ与土壤Ⅲ上扦插的蛇足石杉
茎中可溶性蛋白含量差异没有达到显著水平。植物
体内的可溶性蛋白质大多数是参与各种代谢的酶
类,是了解植物体代谢水平的一个重要指标。试验
结果表明,土壤中的微生物对蛇足石杉茎中可溶性
蛋白含量影响较大,接种内生真菌和根表真菌的土
壤中扦插的蛇足石杉茎中的可溶性蛋白含量高,可
能是其生根率高的原因之一。
2.4 微生物对蛇足石杉可溶性糖含量的影响
不同土壤条件下扦插蛇足石杉的可溶性糖含量
如表2所示。土壤Ⅰ上扦插的蛇足石杉叶片中可溶
性糖质量分数最高,为1029%(FW),显著高于和
土壤Ⅱ土壤Ⅲ上扦插的蛇足石杉。茎中可溶性糖含
量,同样土壤Ⅰ中扦插植株质量分数最高为802%
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(FW),显著高于土壤Ⅲ上扦插的蛇足石杉,与土壤
Ⅱ上扦插植株差异不显著。可溶性糖是植物体内碳
水化合物的重要存在形式,光合速率、植物抗逆性、
植物生长发育过程关系密切,一定程度上反应植物
碳素代谢水平。试验结果表明,土壤中微生物构成
影响了蛇足石杉叶、茎中可溶性糖含量,原生境土壤
中的微生物能够提高蛇足石杉可溶性糖含量。
2.5 微生物对蛇足石杉PPO,POD活性的影响
不同土壤条件下扦插蛇足石杉 PPO,POD活性
如表2所示。PPO是植物体内普遍存在的一类末端
氧化酚,它与植物的愈伤反应有密切关系,而且还与
木质素及其他一些与酚有关的细胞组分的合成有
关。土壤Ⅰ上扦插的蛇足石杉 PPO活性最高,3种
土壤条件下扦插植株 PPO活性差异没有达到显著
水平。POD与植物防御体系有关,POD活性升高也
是植物衰老的标志。试验结果表明,蛇足石杉体内
POD活性较低,土壤Ⅲ上扦插的蛇足石杉POD活性
最高,土壤中的真菌对植株中 POD活性影响不大。
土壤中的微生物结构改变,植株体内PPO与POD活
性也发生一定变化,但两者变化趋势不同,去除原生
境土壤中的真菌后,植株体内 PPO活性降低,POD
则表现出升高趋势。
表2 不同土壤条件下蛇足石杉生理生化指标及新复极差测试结果(n=6)
土壤类型
根系活力
/μg·g-1·h-1
叶片可溶性蛋白
/mg·g-1
茎可溶性蛋白
/mg·g-1
叶片可溶性糖
/%
茎可溶性糖
/%
多酚氧化酶
/U·g-1
过氧化物酶
/U·g-1
Ⅰ 8415a 774a 5190ab 1029a 802a 2503a 7908a
Ⅱ 8526a 705a 6074a 665b 623ab 2413a 8443a
Ⅲ 7567a 700a 3839b 600b 467b 2081a 10318a
2.6 微生物对蛇足石杉黄酮类化合物含量影响
不同土壤条件下扦插蛇足石杉黄酮类化合物含
量如表3所示。土壤Ⅰ与土壤Ⅱ上扦插的蛇足石杉
黄酮类化合物质量分数接近,分别为13142,13146
mg·g-1(DW),显著高于土壤Ⅲ上扦插的植株。
试验结果表明,土壤中微生物结构影响了蛇足石杉
中黄酮类化合物含量,在缺少原生境土壤微生物的
土壤上扦插的植株黄酮类化合物含量降低,土壤接
种了内生真菌和根表真菌后与原生境土壤上扦插植
株黄酮类化合物含量接近,由此推测内生真菌和根
表真菌对于蛇足石杉体内黄酮类化合物的积累有重
要作用。
表3 不同土壤条件下蛇足石杉黄酮类化合物、石杉碱甲
质量分数及新复极差测试结果(n=6)
土壤类型
黄酮类化合物
/mg·g-1
石杉碱甲
/μg·g-1
Ⅰ 13142a 81399a
Ⅱ 13146a 81104a
Ⅲ 10790b 80248a
2.7 微生物对蛇足石杉内石杉碱甲含量的影响
不同土壤条件下扦插蛇足石杉内石杉碱甲含量
如表3所示。在本试验条件下,3种土壤条件下扦
插蛇足石杉植株体内石杉碱甲质量分数差异不大,
为80μg·g-1(DW)左右。推测原因是石杉碱甲在
蛇足石杉中的代谢速度较慢。从本试验结果来看,
土壤中微生物种类在短时间内对蛇足石杉的石杉碱
甲含量影响很小,长时间的土壤微生物环境差异是
否对石杉碱甲含量产生影响还需进一步研究。从试
验结果来看,一些微生物对蛇足石杉的生长发育有
促进作用,同时其体内石杉碱甲含量没有降低,也意
味着石杉碱甲总量的提高。
3 讨论
3.1 土壤微生物与蛇足石杉生长发育的关系
本研究结果表明原生境土壤中微生物对蛇足石
杉扦插生根、维持较高代谢水平有重要作用,推测蛇
足石杉在形成植株后仍与土壤中真菌有共生关系。
蛇足石杉异地扦插时应该尽量带原生境土壤,提高
生根率和成活率。用客土方式使原生境土壤微生物
在异地土壤中定殖存在不少问题,如受到土著微生
物的拮抗无法成为优势种群、无法确定量效关系等,
不利于规范化栽培。
3.2 内生真菌和根表真菌与蛇足石杉生长发育的
关系
本研究结果表明,去除了原生境土壤微生物后
蛇足石杉扦插生根率、体内代谢水平、一些化合物的
积累受到不同程度影响,而接入内生真菌和根表真
菌后,蛇足石杉的各项生理指标与在原生境土壤上
生长植株接近,说明内生真菌和根表真菌是一类与
蛇足石杉生长发育关系密切的微生物。内生真菌和
根表微生物与植物相互作用的机理还需要进一步研
究。与客土方式改造异地微生物的方法相比,内生
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真菌和根表微生物在实际应用中可操作性更强,采
用多次施用的方法能使其成为优势种群,可应用于
蛇足石杉的大规模人工栽培。
[参考文献]
[1]  MaXQ,TanCH,ZhuDY,etal.Isthereabetersourceofhu
perzineathanhuperziaseratahuperzineacontentofhuperziaceae
speciesinchina[J].JAgricFoodChem,2005,53:393.
[2]  MaXQ,TanCH,ZhuDY,etal.Asurveyofpotentialhu
perzineanaturalresourcesinChina:thehuperziaceae[J].J
Ethnopharmacol,2006,104:54.
[3]  吴 荭,庄 平,冯正波,等.中国蛇足石杉资源调查与评估
[J].自然资源学报,2005,20(1):69.
[4]  鲁润龙,周忠泽,鲍时来,等.药用植物蛇足石杉的生物学特
性[J].中国科学技术大学学报,1999,29(1):118.
[5]  沈晓霞,俞旭平,盛束军.千层塔茎尖组织培养灭菌方法的研
究[J].中国中药杂志,2002,27(6):458.
[6]  FranzHadacek,GüntherF,Kraus.Plantrootcarbohydratesaf
fectgrowthbehaviourofendophyticmicrofungi[J].FEMSMicro
biolEco,2002,41:161.
[7]  邹文欣,谭仁祥.植物内生菌研究新进展[J].植物学报,
2001,43(9):881.
[8]  BonfanteP.Plants,mycorhizalfungiandendobacteria:adialog
amongcelsandgenomes[J].BiolBul,2003,204:215.
[9]  石 玮,罗建平,丁振华,等.千层塔内生真菌分离鉴定的初
步研究[J].中草药,2005,36(2):281.
[10] 日本土壤微生物会.土壤微生物研究法[M].北京:科学出版
社,1983:569.
[11] 李合生.植物生理生化实验原理和技术[M].北京:高等教育
出版社,2000:119.
[12] 中国科学院上海植物生理研究所,上海市植物生理学会.现
代植物生理学实验指导[M].北京:科学出版社,1999:317.
[13] 张志良.植物生理学实验指导[M].3版.北京:高等教育出版
社,1990:154.
Efectsofmicrobesonrootingandonseveralphysiologicaland
biochemicalindexesofcuttingsofHuperziaserrata
LINa1,CHENJun1,CHENGXi1,ZHUDayuan2
(1.ColegeofPharmacy,JiangsuUniversity,Zhenjiang212013,China;
2.StateKeyLaboratoryofDrugResearch,ShanghaiInstituteofMedicines,ShanghaiInstitutesofBiologicalSciences,
ChineseAcademyofSciences,Shanghai201023,China)
[Abstract] Objective:Tostudytheefectsofsoilmicrobesofhabitats,endophyticfungiandrootsurfacefungiofHuperziaser
rataonrootingrateofthecutingsandonseveralphysiologicalandbiochemicalindexes.Method:ThecutingsofH.seratawere
plantedonsoilⅠofprimaryhabitat,thesoilⅡ hadbeeninoculatedendophyticfungiandrootsurfacefungi,thesoilⅢ hadbeenauto
claved,rootingratewasexamined,andsolubleproteinandsolublesugarcontents,activitiesofPPOandPOD,flavonoidsandhuperzine
Acontentsweredetermined.Result:ComparedwiththeH.seratathatwereplantedonsoilⅢ,soilⅠandsoilⅡ werefoundtoin
creasetherootingrateby10% and16%,soilⅡ increasedthesolubleproteincontentsofstemofH.serata(P<0.05),SoilⅠin
creasedthesolublesugarcontentsofleavesandstemofH.serata(P<0.05),soilⅠandSoilⅡ increasedtheflavonoidscontentsof
H.serata(P<0.05).Conclusion:Soilmicrobesfromprimaryhabitat,endophyticfungiandrootsurfacefungipromoterooting,they
alsoincreaseplantmetabolismlevelofH.serata.
[Keywords] Huperziaserata;cuting;rooting;physiologicalandbiochemicalindexes
[责任编辑 张宁宁]
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