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《中国协和医科大学》 2007年
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石斛属植物菌根生物学研究

侯晓强  
【摘要】: 石斛为我国名贵中药材,石斛属多种植物均用作商品石斛药材。石斛来源植物复杂,通常以茎的结构特征作为鉴定依据,但茎的结构特征有限,很难区分所有的种类,这就要求有更多的形态特征来辅助鉴定,而根的解剖特点可作为重要的参考依据之一。目前,石斛药材的需求量的不断增加,而石斛属植物生境较为独特,自然繁殖率低,人工栽培难以大面积推广,导致天然石斛无序采集,自然资源锐减,部分石斛种濒临灭绝。石斛属植物具有兰科植物典型的菌根特征,在自然条件下生长的石斛种子萌发、植株营养生长、生殖生长均需要与菌根真菌共生。 本文系统地研究了石斛属植物根和菌根的解剖学结构特征,对石斛属植物的内生真菌进行了分离培养,研究了石斛属植物内生真菌对金钗石斛和铁皮石斛的作用,并对能够促进金钗石斛苗生长的内生真菌进行了分类鉴定。 对中国石斛属34种植物42个材料根的解剖结构进行了系统研究,石斛属植物根的结构为典型的单子叶植物根的结构,其从外到内依次为根被、外皮层、皮层、内皮层、中柱鞘、维管束和髓。首次发现了长距石斛、美花石斛和细茎石斛根的外皮层通道细胞外侧,有纤维体(Tilosome)结构的存在。提出了根解剖结构特征如根被最内层细胞的V型加厚、外皮层通道细胞外侧的纤维体、外皮层细胞的加厚方式、内皮层细胞的形状及髓的类型可以作为属下种间的鉴别主要特征;同时指出根被的层数、细胞的形状受石斛生长环境的影响较大,不易作为分类鉴定的特征;根被的形状与石斛的附生习性具有相关性,在根系附着基质的一侧,根被变窄,细胞受到挤压,细胞层数也略少于暴露的一侧。比较野生金钗石斛与人工栽培的壮苗和弱苗、野生铁皮石斛与人工栽培的壮苗和弱苗根的解剖结构发现,野生石斛与人工栽培的壮苗和弱苗在结构上的差异仅体现在根被的层数、厚度,维管束的数量上的变化,其结果为野生石斛高于人工栽培石斛,人工栽培的壮苗高于弱苗。 首次采用聚类分析的方法,对石斛属25种植物根的解剖结构特征转化的数据进行分析,基于根的解剖结构特征建立了石斛属植物种间的系统发育树。该系统发育树将25种石斛划分为4个类群,这与中国植物志描述的石斛属植物属下组的划分具有一定的相关性。根据GeneBank数据中已知石斛属植物的rDNA ITS序列,对本实验中石斛属的19种石斛植物构建了分子系统发育树,考察了石斛属植物种间的分子亲缘关系。比较基于根的解剖结构特征的种间亲缘关系和分子亲缘关系,发现二者不具有相关性;分子亲缘关系与石斛属植物属下组的划分也存在分歧。 通过对石斛属34种植物42个材料的菌根解剖结构的系统研究,发现菌根的主要特征为真菌从根被最外层细胞或根毛侵入根被组织,主要以菌丝的形式在根被组织中扩展,但仅观察到金钗石斛根中的真菌充满某一根被细胞的现象。菌根真菌从外皮层通道细胞进入皮层组织,在通道细胞中既可以菌丝形式直接穿过,也可围绕细胞核形成菌丝圈或菌丝团结构:皮层细胞中还可观察到有菌根真菌形成的疏松的菌丝团、衰败的菌丝团及二者共存的现象,菌丝团的形成是兰科植物菌根形成的典型特征。在一些皮层细胞中,疏松的菌丝团围绕着衰败的菌丝团存在。进一步的研究发现菌丝团在皮层中的分布位置与石斛属植物附生习性相关,根系附着基质一侧的皮层细胞中菌丝团密度较高。菌丝团主要在皮层中间的细胞中形成,而皮层最内侧1~2层细胞中,菌丝团没有分布或数量很少。菌根真菌一般不侵入内皮层和中柱,只有大苞鞘石斛和铁皮石斛的内皮层通道细胞和中柱鞘通道细胞中有菌丝团的存在,该现象在石斛属正常生长着的植物菌根研究中尚为首次发现。石斛属植物根的皮层中,菌根真菌的定殖率为0~80%,其中黑毛石斛高达70%~80%;而长距石斛等的皮层中没有菌根真菌的定殖。野生石斛、人工栽培的壮苗和弱苗的菌根结构存在差异,弱苗的皮层细胞中没有菌丝团结构或者仅存在衰败的菌丝团,其真菌的定殖率也低于野生石斛和人工栽培的壮苗。 首次对石斛属34种植物42个材料中的内生真菌进行了系统分离和培养,共分离得到1313个内生真菌菌株,不同的植物其内生真菌的数量不同,内生真菌侵染率、分离率也不同。石斛中内生真菌的总侵染率分布在25.7%~61.1%:内生真菌分离率为0.29~1.18。石斛属植物内生真菌具有多样性特征,多样性指数分布在1.75-4.33之间。根据内生真菌的培养特征,可将山现频率高的菌株划分为10个形态类群,不同形态类群的菌株在石斛属植物中的分布不同,发生频度也存在差异。 完成了本实验所得1313株内生真菌对石斛苗生长影响的筛选工作。筛选出了36个对金钗石斛苗有促生长作用的菌株、8个对铁皮石斛苗有促生长作用的菌株;对接种活性菌株的石斛苗根进行了侵染检测,发现内生真菌均可以侵入石斛苗根的根被组织,部分真菌可以穿过外皮层通道细胞进入皮层组织,其中菌株22-R-4和G08-R-17可以在石斛苗皮层中形成菌丝团结构。这些有促生长作用的真菌一般不能侵染石斛苗根的维管束,而能够侵染维管束的真菌不利于石斛苗的生长。内生真菌还能够影响石斛苗的化学成分含量。在琼脂培养基上,接种菌株22-R-4的金钗石斛苗总生物碱含量高于未接种组,接菌的铁皮石斛苗总多糖含量与未接种组相差不大。但在木屑支持物上,接种菌株22-R-4降低了金钗石斛苗总生物碱含量,也降低了铁皮石斛苗总多糖含量。免疫组织化学定位研究发现,接种菌株22-R-4的金钗石斛苗其根尖和茎尖IAA含量分别高于未接菌苗根尖和茎尖IAA的含量。 对有促进金钗石斛苗生长的36个内生真菌进行了形态观察,其中18个菌株能够产生孢子,17个菌株鉴定到了种,分别属于14个属。对其余不产孢的18个菌株进行了rDNA ITS序列测定,并与GeneBank中序列相似性较高的已知菌株进行了比较分析,确定了序列相似性高的9个菌株的分类地位。
【学位授予单位】:中国协和医科大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:R282.7

【引证文献】
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【同被引文献】
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5 本报记者 熊燕;微生物里的大千世界[N];云南日报;2004年
6 丁世民 赵庆柱 郭亭;草坪虫害的可持续控制(上)[N];中国花卉报;2004年
7 本报记者 杨霂霏 通讯员 段晓晖 熊瑞芳;“我的技术只献给祖国”[N];中国组织人事报;2011年
8 李坤;红豆杉濒危:抗癌药找到替代品[N];北京科技报;2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 袁志林;疣粒野生稻(Oryza granulata)内生真菌资源挖掘、系统发育分析和功能初探[D];浙江大学;2010年
2 何璐;苦参内生真菌抑菌物质纯化鉴定及作用机制研究[D];沈阳农业大学;2011年
3 张兴旭;醉马草—内生真菌共生体对胁迫的响应及其次生代谢产物活性的研究[D];兰州大学;2012年
4 张清华;油菜内生真菌的多样性及生防潜力评估[D];华中农业大学;2014年
5 武文斌;蒺藜内生真菌及其次生代谢产物研究[D];华东师范大学;2014年
6 徐庆妍;两株红树植物内生真菌代谢物及抗菌、抗肿瘤活性研究[D];厦门大学;2004年
7 杨胜祥;苦楝内生真菌和动物放线菌次生代谢产物及其生物活性的研究[D];西北农林科技大学;2011年
8 张弘弛;两种药用植物内生真菌次生代谢产物及其生物活性的研究[D];陕西科技大学;2012年
9 陈娜;内生真菌提高醉马草低温萌发能力的分子机制[D];兰州大学;2011年
10 吴令上;南方红豆杉内生真菌多样性、次生代谢产物及其与宿主的相关性研究[D];第二军医大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李飞凤;禾本科植物内生真菌的生物多样性和人工接种的研究[D];南京农业大学;2004年
2 陈志敏;火棘内生真菌的分离及其抑菌活性研究[D];西北农林科技大学;2010年
3 闫慧娇;两株黄槿内生真菌次生代谢产物研究[D];中国科学院研究生院(海洋研究所);2010年
4 黄湘海;黑核桃内生真菌HJ_1发酵产物化感作用的研究[D];西北农林科技大学;2010年
5 胡桂馨;干旱胁迫下内生真菌对高羊茅的生理特性影响的研究[D];甘肃农业大学;2000年
6 兰琪;苦皮藤内生真菌中杀虫杀菌活性物质的初步研究[D];西北农林科技大学;2002年
7 缪莉;红树植物内生真菌抗菌抗肿瘤活性物质的初步研究[D];厦门大学;2002年
8 张炜玲;两株苦楝内生真菌混合发酵菌丝体的化学成分及生物活性研究[D];西北农林科技大学;2010年
9 易大为;银杏树内生真菌代谢产物中活性成分的研究[D];沈阳药科大学;2003年
10 霍娟;杜仲内生真菌资源和活性菌株生物学的初步研究[D];南京师范大学;2004年
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