全 文 ：[ 文章编号] 1001-3601(2004)04-0147-0079-03
兰科植物菌根真菌的研究进展
朱国胜1 , 2 , 刘作易1 , 毛堂芬2
(1.贵州省农业生物技术重点实验室 , 贵阳 550006;2.贵州省农业科学院 生物技术研究所 , 贵阳 550006)
[ 摘 要] 对兰科植物菌根的形成及特点 、兰科植物与菌根菌的关系 , 兰科菌根真菌种类及分类鉴定方法进行了评述 , 提出了
兰科菌根真菌研究中存在的问题和未来的研究方向。
[ 关键词] 兰科;菌根真菌;兰花;丝核菌[ 中图分类号] S718.81;S682.31 [ 文献标识码] A
Research Advances of Orchid Mycorrhizal Fungi
ZHU Guo-sheng1 ,2 , LIU Zuo-yi1 , MAO Tang-fen2
(1.Guizhou Key Laboratory of Agricultural Biotechnology , Guiyang 550006;2.Institute of Biotechnology , Guizhou A-
cademy of Agricultural Sciences , Guiyang 550006 , China)
Abstract:In this paper , the formation and characteristics of O rchid mycor rhiza and their action on O rchid w ere review ed.The
species of these fungi and their classifical and identifical methods w ere summarized.The problem ex isted in the studies on O rchid
mycor rhizal fungi and the research field needed in the future are put forward.
Key words:Orchidaceae;myco rrhizal fungi;Orchid;Rhizoctonia
兰科(Orchidaceae)植物多数种是著名的药用植物和珍贵
花卉。随着中药现代化和兰花产业的快速发展 , 对兰科植物的
需求迅速增长。但兰科植物种子细小 , 仅具未分化的原胚;根
粗大 ,根毛不发达。在自然条件下种子不能正常萌发 , 根也不
能满足植物体对水分和营养物质的需求 , 使兰科植物的人工栽
培相当困难 。近年来 , 组织快繁技术已应用于兰科植物 , 实现
了兰科植物的工厂化育苗 , 但组培苗移栽成活率很低 , 兰科植
物快速生长成为研究热点。研究[ 1]表明 , 自然状态下只有真菌
与兰科植物种子或根形成共生的菌根关系后 ,兰科植物才能正
常地萌发和生长发育。我国兰科植物菌根菌研究发展很快 , 天
麻菌根菌已经成功地应用于天麻种子萌发和人工栽培。但尚
有很多兰科植物菌根菌需要研究 ,深入了解共生菌的种类及特
点 ,探讨兰科植物与真菌间的相互作用机制 , 筛选优良的兰科
植物共生真菌 ,研制兰科菌剂 , 对于实现兰科植物的工厂化生
产具有重要的意义。
[收稿日期] 2004-02-06
[基金项目] 贵州省中药现代化科技产业开发专项项目(黔科合中药专字[ 2003] 45号),贵州省农业科学院重点项目[ 黔科合农字(2003)06号]
[作者简介] 朱国胜(1971-),男 ,硕士 ,从事真菌发酵生产不饱和脂肪酸研究 、兰科植物内生真菌应用开发研究及虫草属真菌资源研究。
E-mail:zgsah@163.com。
酶系组成 、耐热性 、作用温度 、pH 值和抗蛋白酶水解能力等方
面的深入研究 , 在没有找到新的饲料源取代某些常规饲料之
前 ,纤维素酶在未来的动物生产中 , 将会起到不可低估的作用。
[ 参 考 文 献]
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(责任编辑:高红卫)
贵州农业科学 2004 , 32(4):79～ 81 Guizhou Ag ricultural Sciences
1 兰科植物菌根的形成及其特点
共生菌通过种子和根两条途径侵入形成菌根[ 1 ～ 3] 。一是
通过根侵入。兰科植物的根具根被和发达的皮层组织 , 外皮层
具薄壁通道细胞。菌根真菌通过外皮层薄壁通道细胞或破坏
根被组织和外皮层细胞侵入皮层细胞 , 形成内生菌根。二是通
过种子侵入 。兰科植物种子开始萌发 , 形成原球茎 , 菌丝首先
侵入原球茎柄状细胞 , 但不形成菌丝团 , 在外皮层中形成菌丝
团 ,而在内皮层中的菌丝被消化 , 内皮层中的这些消化细胞可
重复定植消化新的菌丝。菌根形成的标志是皮层细胞中出现
菌丝团。
兰科植物菌根属于内生菌根中的兰类菌根[ 4] 。 研究表
明[ 1 , 3 , 5] ,菌丝有隔 , 集中在兰根外侧的几层皮层细胞内 , 出现
在细胞核附近 , 形成螺旋状扭曲或弹簧状的胞内菌丝团
(Peloton),兰科植物的极少数幼胚细胞中也发现有胞内菌丝
团 ,菌丝团甲苯胺蓝染色呈绿色。根表面不形成菌套 , 菌丝总
是疏松排列 ,在土壤和腐殖质中分散着生 , 与其它根系相连 , 有
些可以形成子实体(如蜜环菌和紫萁小菇等),多数为腐生菌和
植物病原菌。
2 菌根菌与兰科植物的关系
菌根菌促进兰科植物种子的萌发。兰科植物种子很小 , 有
的只是一个原胚 , 含少量高能蛋白质 、脂类和糖类。在环境条
件适宜时也只能使种子发育到长出表皮毛 , 进一步的发育需要
外界提供碳源。有些兰科植物种子中没有乙醛酸循环体及各
种酶系 ,不能利用自己含有的营养物质。兰科植物种子萌发所
需的维生素及其它生长因子也必需从外界获得。菌根菌促进
种子的萌发就在于把胚和基质连接起来 , 形成了共生系统 , 在
这个共生系统中菌根菌促进了种子的糖异生及贮藏物质的利
用 ,并在兰科植物开始光合作用前持续提供营养物质[ 6 , 7] 。
为原球茎持续生长提供营养物质 , 促进原球茎生长发育成
为能进行光合作用的完整植物体。菌根菌定植到兰科植物的
原球茎以后 ,可以从一个细胞传到另一个细胞而不破坏细胞。
菌丝在细胞内生长和接合 , 形成复杂的菌丝团 , 菌丝凹陷形成
泡和管 ,增加共生和传递营养物质的面积。侵入细胞内的菌丝
及菌丝团不久发生溶解 , 释放出大量的营养物质 , 而植物细胞
却保持活性 ,可以继续被菌丝侵入感染。兰科植物菌根菌多数
是快速生长的腐生菌 ,它们可将复杂的碳源多聚物 ,如淀粉 、果
胶 、纤维素 、木质素分解成可溶性的糖 , 为兰科植物提供可溶性
糖 、N 源 、矿质营养及各种生长因子。有些兰科菌根菌同时是
其它植物的外生菌根 ,此类菌可以将环境中其它植物的营养运
输给兰科植物[ 6] 。
菌根菌对成年兰科植物的作用目前还不清楚。长期以来
人们设想此时的菌根菌为植物提供 C 源 , 而忽略了 N 和 P 的
提供。但成年兰科植物的根系不发达 , 这从某种程度上说明菌
根菌对成年植物是起作用的。 某些没有叶绿素的兰科植物终
身需要菌根菌提供营养 , 如天麻;某些有叶绿素的兰科植物早
期生长在地下 ,在长出地面以前需要菌根菌提供营养。近来的
研究表明 , 菌根菌对兰科植物 N 和 P 等营养方面起重要作
用[ 6] 。
兰科菌根真菌形成优势菌群后 ,释放拮抗物质阻止其它病
原菌侵入兰根 ,大大减轻了兰根遭受病害的危险 , 提高幼苗的
成活率 ,促进植株的生长。兰科植物也可产生某些次生代谢产
物 ,抑制其它真菌的生长和繁殖 , 为菌根真菌创造更优越的共
生环境 ,使它更好地发挥作用[ 8] 。
3 兰科菌根真菌的种类及分类鉴定方法
据文献记载 ,兰科植物菌根菌种类涉及 4 个门 、7 个纲 、14
个目 、50 个属。其中 , 主要属于半知菌门和担子菌门 , 半知菌门
中的无孢科和丛梗孢科的种类最多 ,子囊菌门和接合菌门有少
量的报道。担子菌门主要集种于 Tremellomycetidae 和 Agari-
comycetidae 两个纲(表 1)。
目前 , 兰科植物菌根菌的鉴定主要采用传统的形态学方
法 ,而兰科植物菌根菌多数是半知菌门中的丝核菌类 , 本身缺
乏稳定的形态学和培养特征 , 很难产生孢子 , 产孢的诱导往往
不易成功 , 对其生活史的全阶段尚不甚了解 , 可靠的文献也较
少 ,鉴定是非常困难的。解决兰科菌根真菌分类的关键在于有
效地诱导其形成产孢结构或有性繁殖。 Currah 将不育菌丝群
菌株在4℃低温下存放 3～ 6 个月诱导其形成产孢结构 , 徐锦堂
等利用染菌树叶在 100 ～ 150 Lux 光照下诱导担子菌形成子实
体[ 24] ,Moo re、Andersen 等采用形态学 、培养特征 、超微结构 、分
子水平 、生化技术 、菌株融合组等方法成功地在丝核菌中建立
表 1 兰科植物菌根菌的主要种类
门 纲 目 科 属 门 纲 目 科 属
Basidiomycota Tremellomycetidae Ceratobasid iales Ceratobasidiaceae Y psilonidium[ 9] Paecilomyces[ 21]
Thanatephorus[ 9] Trichoderma[ 21]
Ceratobasidium [10] Myceliophthoreae[ 18]
Tulasnella les Tulasnellaceae Tulasnella[ 9] Cephalosporium [ 18 , 19]
Tremellales Exidiaceae S ebacina[ 9] Chromosporium [18 ,19]
Agar icomycetidae Polyporales Polyporaceae Xerotus[ 11] Gliocladium[ 18 ,19]
Coriolus[ 12] Aspergillus[ 16]
Fomes[ 9] Sphaceloma[ 16]
Hymemochaete[ 9] Ver ticillium [ 21]
Phanerochaetaceae Cor ticium [ 11] Geotrichum [ 21]
Agaricales Marasmiaceae Marasmius[ 11] Cladospor ium [ 22]
Armillaria[ 11] Alternaria[17]
Armillariella[ 8] Acremonium [21]
Tr icholomataceae Clitocybe[ 13] Dactylella[ 21]
Mycena[ 14 , 25] Stemphylium [ 17]
Ascomycota Sordar iomycetidae Microascales Microascaceae Microascus[ 15] Fusidium[ 19 , 21]
Sordariales Chaetomiaceae Chaetomium [ 15] Fusoma[ 21]
Zygomycota Incertaesedis Mucorales Mucoraceae Mucor[ 16] Didymopsis[ 21]
Mortierellales Mortierellaceae Hap losporangium [ 17] Cylind rium[ 21]
Deuteromycotina Hyphomycetes Agonomycetales Agonomycetaceae Rhizoctonia [18 ,19] Tuberculariales Tuberculariaceae Fusarium [23]
Ceratorhiza[ 20] Coelomycetes Melanconiales Melanconiaceae Cylind rocarpon[ 18 ,21]
Epulorhiza[20 ,26] Pestalotia[ 18 , 19 , 21]
Moniliopsis[ 20] Colletotr ichum [ 17]
Phacodium[ 16] S phaeropsidales S phaeropsidaceae Amerosporium [ 17]
Hyphomycetales Moniliaceae Pencillium [ 16] Chaetophoma [17]
·80· 贵 州 农 业 科 学 2004 , 32 卷
了 Ceratorhiza , Epulorhiz a , Moniliopsis 3 个新属。显然兰科丝
核菌类的分类鉴定需要多种方法的结合 , 要从菌株的形态学 、
生理生化和分子水平多方面进行研究 、比较 、相互补充 , 以求获
得一个相对有效 、简便 、快速的分类方法[ 24] 。 DNA 分析技术 、
同工酶图谱分析技术和杂交瘤技术在菌根研究中的应用取得
了重要进展 ,尤其是菌根菌同工酶谱 、DNA 多态性 、DNA 遗传特
性与分类等 ,尽管用于兰科菌根真菌研究的报道尚不多 , 但分子
生物学技术在兰科丝核菌分类中的应用已成为必然趋势[ 1] 。
4 兰科植物菌根菌研究中存在的问题及研究方向
4.1 分离纯培养问题 影响菌根菌分离的因素主要有消毒剂
的种类及剂量 、分离培养基 、分离部位。消毒剂毒性过高会杀
死内生真菌而使分离的真菌数大量减少 , 毒性过低又不能完全
消毒 ,使分离的菌可能含有非菌根真菌。内生菌在不同的培养
基上的生长情况不同 ,生长势弱和不能在人工培养基上生长的
内生真菌很难分离出来。从根 、茎 、叶等不同部位分离的菌可
能有所不同。采用多种培养方法 ,从根 、茎 、叶等多部位分离内
生菌 ,并对其进行分析研究是很有必要的。
4.2 分类鉴定问题 兰科植物菌根菌的分类鉴定对弄清兰科
植物的菌根菌的种类及进一步认识菌根菌对兰科植物的作用
具有重要意义。兰科植物菌根菌多数是丝核菌 , 不易产生孢子
和有性阶段 ,给鉴定带来了困难 , 诱导产孢或有性阶段是解决
形态学分类的重要途径。分子生物学技术应用于兰科菌根菌
的分类鉴定已成为发展的方向。
4.3 有效菌的筛选问题 研究兰科植物菌根菌主要还在于利
用所分离的有效菌来促进兰科植物种植 , 促进兰科产业的发
展。目前 , 多数利用促进种子萌发 、原球茎的生长及幼苗乃至
于成年植株的生长试验来筛选有效菌 , 工作量大。采用分子生
物学的方法研究兰科植物 DNA 和分离菌 DNA 的相关性来筛
选有效菌将是一个方向。促进种子萌发和促进生长的菌根菌
往往不同 ,这需要实际研究中应采取不同的方式来筛选促进种
子萌发的菌株和促进生长的菌株。多数兰科菌根菌是病原菌 ,
病原菌在适当的阶段感染植株可以促进生长 ,反之却可致死植
株。加强菌根菌在不同阶段对植株生长的影响的研究对筛选
出有效菌株 ,促进植株的菌根化具有重要作用。另外 , 菌根菌
对兰科植物的作用是一种菌的作用 , 还是多个菌的协同作用 ,
有待于进一步深入研究。
4.4 菌剂的研制问题 美国 、法国 、加拿大以及南美等国家和
地区 ,已经开始商品化生产菌根菌菌剂 ,主要剂型有液体菌剂 、
固体菌剂 、粉剂 、丸剂 、片剂和颗粒剂 。优良菌根菌剂已在生产
中取得了巨大的经济效益[ 1] 。 我国至今尚无商品化菌根菌菌
剂 ,国内兰科植物菌根真菌的研究还处于起步阶段 , 还没有形
成产业化的销售产品。加强有效菌株的筛选 ,研制货架期长及
促生效果好的菌剂是兰科菌根菌研究的重要目标。随着我国
中药现代化进程的推进 ,中药材的组织培养及工厂化生产成为
必然趋势 ,对兰科菌剂的要求迫在眉睫。随着菌根研究和应用
的不断深入 ,兰科菌剂的前景将是十分广阔的 。
4.5 兰科植物菌根菌次生代谢物的研究 菌根菌与兰科植物
在长期共生的历史进化中 , 必然发生基因漂移现象 , 菌根菌可
能带上兰科植物重要的功能基因 ,而使菌根菌产生药用成分或
香味物质 ,菌根菌也可能对兰科植物这些成分的产生有一定的
影响。深入研究菌根菌与兰科植物药用成分及香味物质产生
的关系 ,从菌根菌中筛选此类菌株进行发酵生产药用成分和香
味物质是一项非常有意义的研究 ,可以事半功倍地生产特定的
功能性物质。如利用蜜环菌发酵生产来代替天麻的某些药用
就是一个成功的例子。
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(责任编辑:高红卫)
·81· 第 4 期 朱国胜 等 兰科植物菌根真菌的研究进展