全 文 :新 疆 农 业 大 学 学 报 2011,34(5):374~380
Journal of Xinjiang Agricultural University
文章编号:1007-8614(2011)05-0374-07
野生兰属植物根部内生真菌多样性初步研究
代晓宇1,毛益婷1,马 荣1,2
(1.北京林业大学 森林培育和保护国家重点实验室,北京 100083;2.新疆农业大学 林学与园艺学院,乌鲁木齐
830052)
摘 要: 采集生长在我国广西、贵州、云南的密林、开阔地两种生境的9种兰属植物,对其根部的内生真菌进行分
离,经过形态观察和ITS序列测定相结合的鉴定。结果表明,分离得到的99个菌株隶属于29个菌属。对子囊菌和
担子菌分别进行的系统发育树构建结果显示,子囊菌为优势菌种,其中镰刀菌属 (Fusarium,22.20%),炭角菌属
(Xylaria,6.06%)和木霉属 (Trichoderma,5.05%)为优势菌属。物种丰富度和Simpson多样性指数(D)分析结果
表明,密林生境的兰属植物的菌根真菌多样性高于开阔生境。
关键词: 兰属植物;内生真菌;多样性;子囊菌
中图分类号:Q949.31 文献标识码:A
Preliminary Study on Diversity of Endophytic Fungi from
Wild CymbidiumPlants Roots(Orchidaceae)
DAI Xiao-yu1,MAO Yi-ting1,Ma Rong1
,2
(1.National Key Laboratory of Forest Cultivation and Protection,Beijing Forestry University,Bei-
jing 100083,China;2.Colege of Forestry and Horticulture,Xinjiang Agricultural University,Uru-
mqi 830052,China)
Abstract: The nine species of Cym bidiumplants were colected from Guanxi,Guizhou and Yunnan prov-
inces,the endophytic fungi of their root were isolated,its patterns were observed and its sequences were de-
termined.The results showed that the isolated 99endophytic fungi strains belong to 29genera.The struc-
ture results of phylogenetic dentrogram produced by Ascomycota and basidiomycete showed that Ascomy-
cota was more dominant than basidiomycete.Among themFusarium (22.20%),Xylaria (6.06%)and
Trichoderma(5.05%)of Ascomycota were the dominant fungi Species number and Simpson diversity in-
dex(D)of endophtic fungi from the orchids growing in forest habitat were higher than those in the habitat
of openness.
Key words: Cymbidium;endophytic fungi;diversity;Ascomycota
兰属 (Cym bidium)植物是兰科(Orchidaceae)
植物中最具观赏价值的类群之一。以其属内种类具
有较高的观赏、科研、生态和文化价值,受到了很高
的关注。该属全世界近70种,其中有48种在中国
境内广泛分布[1]。兰属植物依其生态类型可分为地
生兰、附生兰和半附生兰,罕有腐生,且全部为林栖
植物。
在自然生长状态下,兰属植物必须依赖与菌根
真菌建立共生关系才能够生存[2]。由于兰科菌根对
于兰科植物有着非常重要的意义,对兰科植物内生
真菌的多样性一直是兰科植物研究的重要领域。本
研究分别在广西雅长兰科植物自然保护区,贵州兴
义和云南大理选择了生长在不同生境下的9种兰属
植物作为研究对象,对它们的内生真菌进行了分离
收稿日期:2011-05-23
基金项目:国家科技支撑计划项目(2008BAC39B05);新疆维吾尔自治区重点学科“森林培育学”资助
通讯作者:马 荣,E-mail:xjaumr@sina.com
第5期 代晓宇,等:野生兰属植物根部内生真菌多样性初步研究
鉴定和多样性分析。研究的主要目的在于调查兰属
植物内生真菌的多样性,探讨不同生境下共生真菌
的变化规律。
1 材料与方法
1.1 样本采集
营养根的采集分别取自广西、贵州和云南的野
生兰属植物(春兰C.goeringii、莎叶兰C.cyperi-
folium、兔耳兰C.lancifolium、多花兰C.floribun-
dum、硬叶兰C.bicolor、西藏虎头兰C.tracyanum、
寒兰C.kanran、邱北冬蕙兰C.qiubeiense、莲瓣兰
C.lanpan);鉴定材料为分离所获得的内生真菌。
兰属植物采样信息见表1。
表1 兰属植物采样信息
Table 1 The sampling information colected fromCymbidium
plants
植株
编号
植株名称 采集地点 采集时间 生态类型
CA 春兰 广西雅长 2010.05.22 地生兰
CB 莎叶兰 广西雅长 2010.05.26 地生兰
CC 兔耳兰 广西雅长 2010.05.22 半附生兰
CD 多花兰 广西雅长 2010.05.22 附生兰
CL 硬叶兰 广西雅长 2010.05.26 附生兰
CP 西藏虎头兰 广西雅长 2010.05.22 附生兰
TE 兔耳兰 贵州兴义 2010.06.15 半附生兰
SY 莎叶兰 贵州兴义 2010.06.15 地生兰
QB 邱北冬蕙兰 贵州兴义 2010.06.15 地生兰
KL 寒兰 云南大理 2010.08.09 地生兰
LB 莲瓣兰 云南大理 2010.08.09 地生兰
1.2 内生真菌的分离
方法一:将采集的兰属植物根段用流动的清水
冲洗10min后,在超净工作台内用75%的酒精浸
泡15s,再用0.5%的NaClO根表灭菌5min,无菌
水清洗35次后用滤纸吸干水分[3]。用无菌的刀片
将根段切成厚度约0.5mm 的若干薄片,平铺在
PDA平板上,25℃黑暗培养。当菌丝从根片中长
出后,将其纯化转移至灭菌PDA培养基上,为防止
污染,所有的培养基都加入硫酸链霉素(50μg/mL)
和氨苄青霉素(2.5μg/mL)
[4],最后用试管于4℃
密封保存。
方法二:将采集的兰属植物根段用流动的清水
冲洗15min后,在超净工作台上,无菌水清洗3-
5次,再用滤纸吸干水分。用无菌的刀片将根段切
成厚度为0.51.0mm薄片后在显微镜下镜检,找到
菌丝团并用无菌的接种针将其挑出,放于PDA培
养基中进行25℃暗培养[5]。之后步骤同方法一。
1.3 内生真菌的鉴定
1.3.1 形态鉴定
参考文献[6-7],按照常规的真菌鉴定方法进
行鉴定。将菌株在水琼脂培养基平板上进行活化生
长,并低温处理后,取片观察。从菌落的形态、菌丝
是否分枝、孢子的形态及菌核特征等形态特征来进
行基本的分类。
1.3.2 分子鉴定
用PDA培养基培养分离得到的内生真菌,取
菌块于液体PDA培养基中培养,25℃,200r/min
振荡培养35d。无菌条件下,挑取长好的菌丝球36
个放入1.5mL的离心管中。rDNA 的提取使用
TIANGEN普通植物基因提取试剂盒(离心柱型)。
利用常用引物ITS1(5′-TCCGTAGGTGAACCT-
GCGG-3′) 和 ITS4 (5′-TCCTCCGCTTATT-
GATATGC-3′)对rDNA上的ITS区域进行PCR
扩增[8]。PCR的反应体系(50μL)包括:5μL 10×
PCR buffer,2μL的各种引物(5mmol/L),3μL
dNTP(2.5mmol/L),0.5μL Taq polymerase,35
μL ddH2O,2.5μL DNA。
PCR反应条件参考 Gardes和Bruns[9]。PCR
产物由赛百盛硅胶模型TMPCR产物(DNA片段)
纯化试剂盒进行纯化回收。送由上海生工公司测
序。获得的序列文件用软件BioEdit进行校对后,
登陆GenBank(www.ncbi.nlm.nih.gov/BLAST)
进行在线比对。
1.4 系统发育树的构建
用CLUSTALX version 1.81对比,对序列进
行修饰后,用 MrBayes 3.1运算后获得系统发育树
形图[10]。其中选取的外类群共6个,来自于子囊菌
门(Ascomycota)和担子菌门(Basidiomycota)的不
同科或属。子囊菌门的外类群有肉座菌目的
Cordycepes sinensis (EF488439),Aciculosporium
take (EF363683 ) 和 Cylindrocarpon sp.
(FJ605259),炭角菌目的Anthostomella sepelibilis
(AY908989)。担子菌门的外类群有胶膜菌目的
Tulasnella pruinosa(AY373295),和鸡油菌目的
Ceratorhiza oryzae-sativae(AF345556)。序列信
息均来自GenBank。
1.5 数据处理
本研究通过物种丰富度和Simpson多样性指
数(D)来描述三个地区的兰属植物内生真菌的多样
性。物种丰富度反映了内生真菌的数量和丰富程
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度,Simpson多样性指数(D)反映了群落内内生真
菌的丰富度和均匀度。
Simpson多样性指数(D)的计算公式:
D=1-∑ni(ni-1)
∑N(N-1)
式中:ni为第i种兰花内生真菌种类的数目;N 表示
群落中所有内生真菌的种类总数。
2 结果与分析
2.1 内生真菌分离和鉴定状况
在两种不同的分离方法下,共在9种兰属植物
菌根中分离出可培养的内生真菌菌株99株(表2)。
经过形态鉴定,能够鉴定到属的真菌菌株28株,隶
属于4个菌属,分别是镰刀菌属 (Fusarium)、曲霉
属(Aspergillus)、交链孢属(Alternaria)、角菌根菌
属(Ceratorhiza),这些与分子鉴定的结果一致。结
合形态鉴定和rDNA-ITS序列对比信息,在9种不
同生境下兰属植物的菌根中共分离得到内生真菌
29种(表2)。其中镰刀菌 (Fusarium),瘤菌根菌
(Epulorhiza)等菌属种类曾经被报道为兰属菌根
真菌[11]。子囊菌的种类占有率明显高于担子菌
(26∶3)。
表2 9种兰属植物中内生真菌分布
Table 2 Distribution of endophytic fungi isolated from9 Cymbidiumplants based on morphological and molecular analysis
真菌种属 CA CB CC CD CL CP TE SY QB KL LB 总菌数 出现率(%)
Acremonium 1 1 2 2.02
Alternaria 2 2 2.02
Arthrinium 1 1 1.01
Aspergillus 1 1 2 2.02
Bionectria 1 1 2 2.02
Ceratorhiza 1 1 2 2.02
Chromosporium 1 1 2 2.02
Cochliobolus 1 1 1.01
Cylindrocarpon 1 1 1 3 3.03
Dactylella 1 1 1.01
Diaporthe 1 1 1.01
Didymopsis 1 1 2 2.02
Epulorhiza 1 1 2 2.02
Fusarium 1 2 4 2 3 3 1 3 1 1 1 22 22.20
Fusoma 1 1 2 2.02
Glomerella 1 1 1.01
Leptosphaeria 1 1 1 1 4 4.04
Monilia 1 1 2 2.02
Nigrospora 1 1 2 2.02
Nodulisporium 1 1 0.74
Paecilomyces 1 1 1.01
Papulospora 1 1 1.01
Penicillium 1 1 2 2.02
Phomopsis 1 1 1 1 4 4.04
Podospora 1 1 1.01
Sclerotium 1 1 2 2.02
Trichoderma(Ana-
morphic Hypocrea)
1 2 1 1 5 5.05
Tulasnella 2 1 2 5 5.05
Uncultured fungus 1 1 1 1 1 5 5.05
Xylaria 1 1 1 1 1 1 6 6.06
合计 10 9 12 9 8 7 6 7 7 7 7 99 100
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第5期 代晓宇,等:野生兰属植物根部内生真菌多样性初步研究
2.2 内生真菌聚类分析
将所得到的内生真菌根据鉴定信息进行rD-
NA-ITS序列的系统发育聚类分析(表3)。其中包
含4个鉴定信息不明确的真菌。从发育树形图上显
示,兰属植物内生真菌子囊菌门以肉座菌目(Hypo-
creales)和炭角菌目(Xylariales)为主,担子菌门以
胶膜菌科(Tulasnelaceae)为主(图1)。
表3 兰属植物内生真菌分离鉴定信息
Table 3 The indentified information of endophytic fungi isolated fromCymbdiumplants
鉴定菌株 宿 主 登记号 置信概率(%)
Fusarium sp. C.floribundum GU797142 99
Fusarium solani C.cyperifolium GU595038 98
Fusarium sp. C.goeringii HM852081 99
Fusarium tricinctum C.floribundum GU441596 99
Fusarium sp. C.floribundum AY924269 96
Fusarium sp. C.floribundum HQ130706 97
Fusarium sp. C.kanran FJ196604 99
Cylindrocarpon sp. C.kanran AM419074 100
Cylindrocarpon sp. C.kanran FJ708611 96
Cylindrocarpon sp. C.goeringii FJ605259 97
Neonectria sp. C.kanran GQ131876 99
Neonectria sp. C.lancifolium HQ130662 98
Phomopsis sp. C.tracyanum GU066708 98
Phomopsis sp. C.tracyanum GU066691 98
Phomopsis sp. C.goeringii HM042307 100
Xylariales sp. C.cyperifolium AB255248 98
Xylariales sp. C.goeringii AF153741 95
Xylariales sp. C.goeringi GQ461725 97
Tulasnella irregularis C.lianpan AY243519 96
Tulasnella pruinosa C.lianpan GU166421 99
Tulasnella calospora C.lianpan GU166410 98
Epulorhiza sp. C.lianpan FJ613267 94
Epulorhiza sp. C.lianpan AJ313448 98
Podospora sp. C.goeringii FJ205461 98
Podospora sp. C.goeringi EU273519 99
Pestalotiopsis sp. C.lancifolium GU595051 97
Pestalotiopsis sp. C.goeringii GU592005 97
Lasiodiplodia pseudotheobromae C.qiubeiense FJ904913 97
Dactylella mammillata C.qiubeiense DQ093778 97
Ceratorhiza oryzae-sativae C.goeringii EU152860 96
Ascomycota sp. C.bicolor GU985215 95
Arthrinium phaeospermum C.goeringii AJ279456 95
Nodulisporium sp. C.lancifolium GQ906963 98
Colletotrichum sp. C.goeringii FJ205460 99
Chaetomium sp. C.goeringii FJ527879 100
Ophiocordyceps sinensis C.floribundum EF488439 96
uncultured endophytic fungus C.floribundum FJ449949 98
uncultured endophytic fungus C.goeringii FJ524310 95
uncultured soil fungus C.goeringii DQ421069 97
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图1 兰属植物内生真菌的系统聚类分析
Fig.1 Systematic and cluster analysis on endophytic fungi isolated fromCymbdiumplants
2.3 内生真菌多样性分析
从图2中可以看出,广西雅长采集到的兰属植
物内生真菌物种丰富度明显高于贵州与云南。根据
Simpson多样性指数来看,广西兰属植物内生真菌
的多样性指数最大(0.822 583),其兰属植物内生真
菌多样性最高。广西兰属植物生境除西藏虎头兰
(C.tracyanum),均采自密林生境。贵州与云南的
兰属植物内生真菌指数(0.660 479,0.497 822)均
低于广西,且其采集地点大部分是开阔生境。
兰属植物分布的环境,很大程度上影响兰属植
物内生真菌的多样性。广西雅长兰科植物自然保护
区采集到的兰属植物均生长在密集的兰科植物自然
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保护区,根系接触到的内生真菌相对较丰富。而在
贵州及云南兰属植物的采集样地,兰科植物种类较
少,且生长生境较开阔,所以指数相对较低。研究表
明,兰属植物内生真菌的多样性因生境不同存在
差异。
图2 不同兰花生境的内生真菌物种丰富度和多样性指数(D)
Fig.2 The species abundance and diversity index of endophytic fungi in different Cymbdium
3 结论与讨论
从兰属植物菌根中分离到了镰刀菌属的22个
菌株,与资料报道中的优势菌为丝核菌属不同[12],
这可能是由于兰科植物与内生真菌的生态专一性决
定的,与兰属植物的生境有关。同时,与兰属植物一
样,从 五 唇 兰[13]、杏 黄 兜 兰 (Paphiopedilum
armeniacum)[14]以及14株来自云南西双版纳的热
带兰菌根分离到的内生真菌中镰刀菌均为优势
菌[15]。
此外,本次试验首次在莲瓣兰中分离到柱孢菌
属 (Cylindrocarpon)3株,在春兰菌根中分离到1
株炭角菌属 (Xylaria),可为兰属植物内生真菌分
离做一补充[16]。本次所获担子菌中经序列聚类分
析胶膜菌属同瘤菌根菌属同源关系很近,这与国内
曾报道的结论是一致的[17](图1)。
生境对兰花与内生真菌间关系的影响较为重
要,在同样生境下的不同种兰花有着相似的内生真
菌,而不同生境下的同一种兰科植物却有不同的内
生真菌[18]。在本次研究中,兰属植物在不同生境下
的内生真菌的丰富度有明显的不同:密林生境的植
株中内生真菌丰富度明显高于开阔生境,半附生的
兰属植株中内生真菌的丰富度明显高于地生兰属与
附生兰属植株。这可能与兰属植物与真菌结合的营
养来源有关。在自然条件下,兰科植物幼苗的生长
需要依赖与特定的内生菌根真菌,通常都是腐生
菌[19],其主要来源自根部周围。兰属植物内生真菌
的丰富度及Simpson多样性指数(D)反映了不同生
境中内生真菌的分布情况,同时可以借此来估测更
适于兰属植物生存的环境。
利用贝叶斯法后验概率作为各分支聚类的指标
得出的系统发育树,可以看到子囊菌为优势菌种,其
中镰 刀 菌 属 (Fusarium,22.20%),炭 角 菌 属
(Xylaria,6.06%)和 木 霉 属 (Trichoderma,
5.05%)为 优 势 属。而 担 子 菌 中,胶 膜 菌 属
(Tulasnella,5.05%)和瘤菌根菌 (Epulorhiza,
2.02%)属为优势属。同一种兰属植物在不同的生
境下(莎叶兰C.cyperifolium)分离得到的菌属差
异性交大,优势菌属也不同,表明兰属植物内生真菌
多样性受生境的影响比植株类型的影响大,这与
Taloy和Bruns等的研究结果相似[20]。
在本研究中,由于各地区样品的采集时间不同,
兰属植物的生长阶段不同,且在分离时菌根内部可
能还存在一些不可培养的内生真菌,这些都在一定
程度上影响兰属植物内生真菌多样性。在基本了解
了兰属植物内生真菌分布规律的基础上,希望为进
一步的研究提供参考数据。
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