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山苍子内生真菌多样性研究



全 文 :第38卷 第1期 西 南 师 范 大 学 学 报 (自然科学版) 2013年1月
Vol.38  No.1  Journal of Southwest China Normal University(Natural Science Edition) Jan.2013
文章编号:1000-5471(2013)01-0121-06
山苍子内生真菌多样性研究

游 玲1, 林 娜2, 郭 华2, 廖雪丽2, 魏 琴1
1.宜宾学院 发酵资源与应用四川省高校重点实验室,四川 宜宾644000;
2.宜宾学院 生命科学与食品工程学院,四川 宜宾644000
摘要:采用添加植物组织浸提液的孟加拉红培养基,从山苍子根、茎、叶、果实中分离到25株内生真菌,其中根内
生真菌5株,茎内生真菌3株,叶内生真菌12株,果实内生真菌5株,经形态及ITS序列鉴定,其至少分属于As-
pergillus、Cladosporium、Hypocrea、Penicillium4个属的11个种,且 Hypocrea属的3株真菌仅在叶、果实中分
离到,Cladosporium属的1株真菌仅在叶中分离到,表明山苍子植株对其内生真菌具有明显的选择作用,其内生
真菌的分布体现出明显的种属特异性及组织特异性.
关 键 词:山苍子;内生真菌;多样性
中图分类号:Q935 文献标志码:A
植物内生菌是指那些在其生活史的一定阶段或全部阶段生活于健康植物各种组织和器官内部或细胞间
隙的真菌或细菌,自上世纪90年代以来,多位研究者从药用植物、农作物中分离到大量内生真菌,特别是
继1993年以来在红豆杉中筛选到能够产生其宿主树皮中的重要抗癌物质紫杉醇的内生真菌之后[1-2],陆
续有大量关于植物内生真菌产生活性代谢产物的报道[3],如油樟内生真菌可在人工培养条件下产生多种樟
油组分[4].
山苍子Litsea cubeba(俗称山鸡椒)为樟科木姜子属的落叶小乔木,广泛分布于南方各省,是我国重要
的香料树种,其主要产物柠檬醛可用于制造紫罗兰酮等系列高级香料,国内外市场需求量很大.我国年产
山苍子油2 000余t,出口量占世界第一位.通过对山苍子这种重要香料植物内生细菌的研究,结合我们已
完成的油樟、香樟及正在开展的岩桂这3种重要樟科香料植物内生真菌的研究,不仅有助于探明在相似的
地理气候条件下,不同樟科植物内生真菌的区系分布特征,发现内生真菌分布与环境、遗传背景之间的一
些联系,丰富内生菌基础理论,在山苍子栽培及提高山苍子油的产量、油中柠檬醛的含量等方面也具有潜
在的现实意义,同时,分离所得菌种与油樟内生菌、岩桂内生菌一起可初步建立樟科香料植物内生菌的菌
种库,搭建此类微生物资源保护与利用的平台,为宜宾香料植物的进一步开发利用提供理论基础.
1.1 材  料
1.1.1 样品采集
采自四川宜宾县双龙镇山苍子人工林内,采样时间为2009年9月,在山苍子林中50m2 范围内,选取
① 收稿日期:2011-09-05
基金项目:四川省科技厅青年基金项目(2011JTD0035);四川省教育厅青年基金项目“山苍子内生菌分离及应用研究”(2009JY0149);发
酵资源与应用四川省高校重点实验室基金项目(No.2010KFJ002).
作者简介:游 玲(1981-),女,四川武胜人,硕士,助理研究员,主要从事应用微生物研究.
DOI:10.13718/j.cnki.xsxb.2013.01.016
无明显植物病害而且树龄接近的植株20棵分别采集根、茎、叶、果实.采集后马上回实验室进行分离.
1.1.2 植物组织无菌水浸液的制备
取健康植株的根(直径约1~5mm)、茎(1至2年生的枝条,直径约5~10mm)、叶(随机选取)分别打
碎后等重量混合,称取80g加入200mL水,为尽量保留植物组织物质的活性,采用100mL三角瓶各分装
50mL,115℃灭菌20min,无菌纱布过滤备用.
1.1.3 分离培养基
孟加拉红培养基+山苍子植物组织(根50g、茎50g、叶片50g)水浸液+青霉素50mg/L+链霉素50
mg/L+去氧胆酸钠50mg/L.
1.1.4 主要试剂和仪器
PCR仪及梯度电泳仪均为Bio-Rad公司产品;DNA提取扩增所用试剂为上海生物工程技术服务有限
公司产品(Sangon);其余试剂均为国产分析纯.
1.2 内生真菌的分离鉴定
山苍子内生真菌的分离:随机挑选根、茎、叶、果实100g左右,洗净风干,75%乙醇分别浸泡2,3min
及60和60s,无菌水冲洗6次,无菌滤纸吸干,0.1%升汞分别浸泡50s和1min及40和40s,无菌水冲
洗6次,加无菌石英砂研磨,梯度稀释至10-3,每一稀释梯度涂布10个分离平板.每个样品都取最后1次
无菌水洗液涂于相应平板上,以检测表面消毒是否彻底.定期观察分离平板,挑取单菌落划线纯化于PDA
培养基上.
山苍子内生真菌的鉴定:根据文献[5]提供的方法,并参考文献[6]适当修改.提取培养物基因组DNA
后,扩增其ITS序列.引物采用ITS1(5′-TCCGTAGGTGAACCTGCGG-3′)及ITS4(5′-TCCTCCGCT-
TATTGATATGC-3′),PCR反应体系和反应条件参照文献[7]进行.扩增产物送上海生物工程技术服务有
限公司(Sangon)纯化并测序,测定序列长度500bp左右,用blastn对这些序列进行相似性检索,将其鉴定
到属.用ClustalX按照最大同源性对所有纯培养菌株的ITS序列排序,采用Kimura-2[7]计算核苷酸差异
值,并用BioEdit 5.0.9进行检验,最后用Neighbor-Joining法[8]构建系统进化树,自展数为1 000.
同时,参照魏景超《真菌鉴定手册》[9],根据ITS序列分析结果及菌落的颜色、大小、表面特征、边缘特
征等肉眼可辨的特征对从同一分离器官内分离到的真菌去除冗余菌株.各样点内生真菌的多样性指数
H=-ΣPilogPi,式中Pi=Ni/N,其中Ni表示样点某物种的个体数,N 表示个体总数[10].
2 结果与讨论
2.1 内生真菌的分离
在含有山苍子植株水浸液的孟加拉红培养基上,共纯化得到25株内生真菌,其中根内生真菌5株,茎
内生真菌3株,叶内生真菌12株,果实内生真菌5株,其中包括10种具有明显形态差异的菌落类型(表1,
表2).山苍子植株中分离到的内生真菌种属及数量均少于其他林木内生真菌[11],可能是由于山苍子植株
内含量较高的柠檬醛对真菌,特别是黄曲霉有明显抑制作用[12],导致环境中的真菌仅有少部分能够进入植
株成为内生真菌.
2.2 内生真菌的分布
提取所有菌株DNA,扩增其ITS序列并测序后得到25条有效序列(序列号JN252102-JN252126,图
1),比对后发现,测得序列与Aspergillus、Cladosporium、Hypocrea、Penicillium4属11个种的菌株序
列相似性最高,除1株分离自茎中的内生真菌(序列号为JN252104)相似性与Penicillium ochrochloron相
似性仅为97%以外,其余序列与对应模式菌株的相似性均大于99%.
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表1 山苍子内生真菌主要形态类型(PDA平板)
编号 形态特征 根 茎 叶 果实

菌落平铺,致密粉状,正面褐绿色,边缘白色,背面
红色;菌丝白色,有隔膜,分生孢子.
1株:
JN252116
2株:
JN252105-06

菌落疏松,绿色,表面绒毛状孢子丝,背面粉红色;
菌丝有隔膜.
1株:
JN252103
1株:
JN252109

菌落直径5~8mm,深绿色,平铺,边缘白色,表面
致密,粉末状;菌丝有隔膜.
1株:
JN252106
1株:
JN252107
1株:
JN252124
4 菌落白色绒毛状;菌丝有隔膜.
2株:
JN252123,
JN252118

菌落直径12mm左右,褐绿色,表面有白色蛛网状菌
丝;菌丝无隔膜,可形成节孢子,孢囊孢子.
1株:
JN252102
1株:
JN252125
4株:
JN252112-14,
JN252122
1株:
JN252115

菌落直径10mm以上,中间及下部绿色,边缘白色、
表面疏松.
1株:
JN252110

菌落直径10mm以上,平铺,褐绿色,边缘整齐,白
色;粉末状,难挑起;菌丝有隔膜,分生孢子.
1株:
JN252126
1株:
JN252104
1株:
JN252111

菌落直径6mm左右,中间黄绿色,边缘褐绿色,平铺,
表面致密粉状,难挑起;菌丝无隔,分生孢子椭圆.
1株:
JN252119
1株:
JN252110

菌落直径8mm左右,白色丝绒状,中间泛黄,边缘
整齐.
2株:
JN252118,
JN252121
10
菌落直径5mm左右,深绿色,平铺,表面致密,粉末
状;菌丝有隔膜.
1株:
JN252120
  注:“:”后为该菌株IIS序列在Genbank中的序列号.
表2 山苍子内生真菌的分布
来  源 根 茎 叶 果实 合计
Aspergillus  4  1  6  2  13
Cladosporium  1  1
Hypocrea  1  2  3
Penicillium  1  2  4  1  8
合计 5  3  12  5  25
多样性指数(属一级分类) 0.26  0.28  0.49  0.46  0.51
  从内生真菌的种属来看(图1),8株内生真菌与青霉属2个种(Penicillium crustosum、Penicillium
ochrochloron)及2个未定种的对应序列相似度最高(叶4株,茎2株,果实1株,根1株),占内生真菌总数
的32%,其中Penicillium crustosum 其可形成多种次生代谢产物[13],具有很好的环境适应能力;13株内
生真菌(叶6株,茎1株,果实2株,根4株)与曲霉属4个种的对应序列相似度最高,占内生真菌总数的
52%;这21株内生真菌在系统发育树上形成4个青霉分支,4个曲霉分支,除Penicillium ochrochloron分
支上的3株真菌可分为2种ITS类型外,所有分支上的内生真菌其ITS序列均相同或仅有1~3个碱基差
异.同时,山苍子植株4个部位的内生真菌数量及种属均较少,其多样性远低于其他自然环境或其他植物
(表2),总体上25株内生真菌仅包括11种ITS序列类型,其中9种类型(21株)与Aspergillus、Penicilli-
um属的8个种对应序列相似度最高,仅有1株叶内生真菌与Cladosporium cladosporioides相似度为
100%,2株果实内生真菌与Hypocrea lixii相似度为100%,1株叶内生真菌与Hypocrea lixi相似度为为
99%,与其他植物内生真菌区系构成相比[14],体现出明显的种属特异性.
321第1期             游 玲,等:山苍子内生真菌多样性研究
图1 基于ITS序列的山苍子内生真菌系统发育树
从内生真菌在植株各部位的分布来看(表2,图1),12株叶内生真菌分属于Aspergillus、Cladospori-
um、Hypocrea、Penicillium4个属的6个分支,3株茎内生真菌分属于Aspergillus、Penicillium2个属的
3个分支,5株根内生真菌分属于Aspergillus、Penicillium2个属的4个分支,5株果实内生真菌分属于
Aspergillus、Hypocrea、Penicillium3个属的4个分支.可见Aspergillus、Penicillium属内生真菌在根、
茎、叶、果实4个部位均有分布,是山苍子植株内分布最广的内生真菌,Hypocrea属仅在叶、果实内分布,
Cladosporium属仅在叶内分离到1株.有5个类型的ITS序列分支仅包括1株真菌(图1),如分属于皮落
青霉Penicillium crustosum 及枝状枝孢霉Cladosporium cladosporioides的2株叶内生真菌,分属于青霉
属与曲霉属的2株果实内生真菌;属于青霉属的1株茎内生真菌,这5株真菌仅分布于植株特定部位,为
这些部位的特有内生真菌.理论上,不同种属真菌对不同基质的利用能力、对不同组织的适应能力及其在
植株内不同组织间的迁移能力存在差异,这种差异可导致某些内生真菌对一定组织的偏好,虽然已有研究
对植物内生真菌是否具有组织特异性仍存在争议[15-16],但对山苍子这种植物来说,其内生真菌的分布体现
出明显的组织分布特异性.
分离到的内生真菌中,Aspergillus、Penicillium属真菌为环境中常见真菌,Hypocrea、Cladosporium
cladosporioides为常见的植物内生真菌.值得注意的是,果实中含柠檬醛最高,却分离到1株与黄曲霉对
应序列相似性100%的菌株(根、茎、叶中均未分离到),说明该株菌与其他受柠檬醛抑制的黄曲霉菌有一
定差异,很可能与山苍子内生环境的驯化有关.
3 讨  论
在内生真菌的分离过程中,发现孟加拉红培养基上生长的真菌菌落总数并不少于PDA培养基,且相
比PDA培养基,孟加拉红培养基具有限制菌落蔓延的优点,尤其适宜用于真菌的分离.同时,有1株真菌
仅在含有植株水浸液的平板培养基上分离到,说明这株真菌对山苍子细胞物质有明显依赖性,这种依赖性
可能是经植株内环境长期驯化所致,有可能存在的一种情况是,当这些真菌能够方便的获取植株内某种生
长因子维持生长,则产生该物质的代谢途径就可能出现退化,导致其突然转移到人工培养基上时不能顺利
生长,因此这些真菌可能与山苍子植株之间存在更密切的共代谢关系,同时也说明仅用一种培养基,一种
培养方法很难分离出所有内生真菌,需要设计合适的培养基和培养条件,或者开展内生真菌的免培养研
421 西南师范大学学报(自然科学版)     http://xbbjb.swu.cn    第38卷
究.目前,对真菌的鉴定正在从以形态鉴定为主过渡到形态鉴定与特征序列鉴定相结合,在试验过程中,
我们也发现某些ITS序列完全一致的青霉属及曲霉属内生真菌,其菌落形态或显微形态仍存在明显差异,
说明山苍子植株内存活着多株分属于2个群体的亲缘关系极为接近的不同内生真菌,推测可能是由于在与
植株协同进化的长期过程中,山苍子内生真菌群体内部出现了细微的分化.同时,也验证了其他研究中认
为仅凭ITS序列不能将真菌鉴定到种的相关结论[17].
山苍子植株中含量较高的柠檬醛可抑制曲霉属真菌特别是黄曲霉菌生长,但我们仍在山苍子的根、
茎、叶、果实中分离到大量曲霉属真菌,甚至包括1株与黄曲霉菌对应序列相似性100%的菌株,罗曼等认
为柠檬醛对黄曲霉的抗菌机制主要是通过破坏菌丝体、孢子质膜的分子结构,改变其选择通透性实现
的[18],推测这些真菌存在某种消解这种破坏作用的机制,尚待进一步证实.
与本地另外3种乔木内生真菌相比,山苍子的内生真菌种属远远是少于白栎及同为樟科植物的油樟、
香樟,且仅有曲霉属内生真菌在油樟、香樟、山苍子中均被分离到,白栎与山苍子没有相同种属内生真菌,
说明植物的遗传特性影响其内生真菌的种属分布,一定程度上,亲缘关系更接近的植物,其内生真菌种属
分布更为相似,这与我们之前的研究结果也是一致的[19],同时,山苍子内生真菌种属及数量均远低于上述
3种乔木,推测可能是由于柠檬醛对多种真菌具有广谱抑菌效果,特别是那些在山苍子中没有分离到,但
在白栎及油樟、香樟各部位均有大量分布的种属,如组丝核菌属Phacodium Pers.和痂圆孢属Sphaceloma
de Bary属等,推测柠檬醛对这些种属真菌具有较强的抑制作用,有待进一步研究.
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On Diversity of Endophytic Fungi Isolated fromLitsea Cubeba
YOU Ling1, LIN Na2, GUO Hua2, LIAO Xue-li 2, WEI Qin1
1.Yibin University,Key Laboratory of Fermentation Resources and Application at Universities of Sichuan Province,Yibin 644000,China;
2.Yibin University,Colege of Life Science and Food Engineering,Yibin 644000,China
Abstract:The rose bengal medium added sterilized aqueous extract of Litsea cubeba plant tissue has been
used as isolation medium,25endophytic fungal strains have been isolated from surface-sterilized leaves,
stems,roots and fruits of Litsea cubeba in Yibin,Sichuan province,China,and 5strains from roots,3
strains from stems,12strains from leaves,5strains from fruits.These strains have been classified into
Aspergillus,Cladosporium,Hypocrea,Penicilliumcontaining at least 11species,and 3strains belong to
Hypocrea were only isolated from leaves and fruits,1strains belong to Cladosporiumhave been only isola-
ted from leaves.The results indicate that Litsea cubeba had considerable select on its endophytic fungi col-
lection;both species specificity and tissue specificity have been observed in distribution of endophytic fungi
of Litsea cubeba.
Key words:Litsea cubeba;endophytic fungi;diversity
责任编辑 陈绍兰    
621 西南师范大学学报(自然科学版)     http://xbbjb.swu.cn    第38卷