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矿质元素对北虫草继代培养表型多样性,产量及相关酶活性的影响

韩成玲  
【摘要】:本研究采用正交试验,将北虫草优良菌株L20在不同矿质元素培养基中继代培养12代,获得7种不同类型的菌落,通过对不同类型菌落形态多样性,保持代数,菌丝生长速度,菌丝干重,子实体产量,角变速率,无性型多样性,产孢量,酯酶活性,SOD酶活性以及纤维素酶活性的研究,来探讨矿质元素,继代培养中菌落表型的变化,无性型多样性以及酶活性与子实体产量的关系。主要结果如下。 1.菌株L20经多次转接后在不同矿质元素培养基上可发生明显的角变现象,形成7种不同的菌落类型,有子实体形成能力的菌落为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ型,其中Ⅰ型菌落产量最高、Ⅲ型居中、Ⅱ型最低,Ⅴ型形成子实体均为畸形;Ⅳ、Ⅵ、Ⅶ型无子实体形成能力。有子实体形成能力的菌落在继代培养期间子实体产量随着培养代次的增加先增加后降低,在继代培养的中间几个世代子实体产量较高。Ⅰ型菌落子实体高产及高产保持代数最多的矿质元素组合为K2Mg3Ca3Mn3Zn2,其中Mn和K促进子实体高产,K、Mg、Ca有利于高产保持多代。Ⅱ型菌落子实体产量最高的矿质元素组合为K3Mg2Ca4Mn3Zn2,Zn、Ca促进其子实体的形成,而Mn对其起到抑制作用。 2.各类型菌落的分布规律是,子实体产量较高的Ⅰ、Ⅲ型菌落主要分布在前10代、产量较低的Ⅱ型分布在前4代、形成子实体为畸形的V型菌落和无子实体形成能力的Ⅳ、Ⅵ、Ⅶ型菌落类型主要分布在4代以后。 3.不同类型菌落保持代数不同,在有产量的菌落中,Ⅰ型菌落保持代数最长,其次为Ⅲ型菌落,Ⅱ型保持代数最短。不同的矿质元素培养基对不同类型菌落保持代数影响不同,Ⅰ型菌落保持代数最长的组合为K3Mg1Ca2Mn1Zn3/4,K、Ca、Zn起到延缓退化的作用,而Mg、Mn会促使其退化。Ⅱ型菌落保持代数最长的组合为K2Mg4Ca4 Mn2Zn4,Ⅲ型菌落保持代数最长的组合为K4Mg2Ca2 Mn4Zn3,这5种矿质元素对Ⅱ、Ⅲ型都起到延缓退化的作用。 4.随着继代次数的增加,各类型菌丝生长速度表现出一定的徒长趋势,其菌丝生长速度依次为ⅣⅦⅤⅥⅢⅡⅠ,表明菌丝生长速度较慢的菌落子实体产量较高。Ⅰ型菌落菌丝生长速度较慢、不易徒长的组合为K3Mg2Ca2Mn3Zn2,Mn、Zn对Ⅰ型菌落菌丝徒长的抑制作用最大;Ⅱ型菌落,菌丝生长速度较慢、不易徒长的矿质元素组合为K2Mg4 Ca3 Mn1 Zn4,抑制作用最大的矿质元素为Zn和K,而Mn促进Ⅱ型菌落菌丝的徒长。 5.各类型菌落菌丝干重随着继代培养次数的增加而增加,各类型菌落干重次序依次为ⅡⅠⅣⅦⅥⅢⅤ、表明在可形成子实体的菌落类型中,菌丝干重越重,子实体产量越低;Ⅰ型菌落菌丝干重最低的组合为K2Mg3Ca2Mn3Zn2,Ca、Mn对Ⅰ型菌落菌丝干重的影响较大。对于Ⅱ型菌落菌丝干重最低的组合为K4Mg3Ca4Mn2Zn4,K、Mg、和Mn对其影响较大。 6.角变率研究结果表明,在存在角变的菌落类型中,各类型菌落角变率随着继代次数的增加逐渐增加。各类型菌落角变率顺序为ⅠⅢⅡⅤ,表明子实体产量较高的菌落较为稳定,不易发生角变。Ⅰ型菌落角变率最小的组合为K3Mg1Ca4Mn3Zn3,其中K、Ca、Zn、Mn能抑制Ⅰ型菌落角变的发生;Ⅱ型菌落角变率最小的组合为K2Mg1Ca4Mn1Zn4,结果表明K、Ca、Zn亦能抑制Ⅱ型菌落角变的发生。 7.对7种不同的菌落类型在不同矿质元素培养基上的无性型结构观察表明,北虫草菌株的无性型具有多型现象,其无性型产孢特征分为2种,拟青霉型和头孢霉型,其中原始菌落和Ⅰ型菌落无性型特征为同时具有两种形式的产孢结构,其产孢能力强,菌落性状稳定,子实体产量较高;Ⅱ型,Ⅲ型仅具有头孢霉型,产孢能力较低,菌落性状不稳定,子实体产量较低;V型仅具有头孢霉型,其产孢能力弱,孢子异常,形成子实体为畸形;Ⅳ、Ⅵ、Ⅶ型无产孢能力,因而不能形成子实体。表明无性型及产孢量对菌落形态、子实体产量有较大的影响,同时具有两种产孢结构的菌落性状稳定,产孢能力强,菌落性状稳定,子实体产量较高,菌落保持代数较长;而仅具有一种产孢结构的菌落性状不稳定,容易退化。 8.各类型菌落产孢量随着继代次数的增加先增加后降低,在继代培养的中间几个世代较高。其中Ⅰ型菌落产孢量最高,Ⅲ型菌落中等,Ⅱ型菌落最低。Ⅰ型菌落继代培养产孢量较高的矿质元素组合为K3Mg2Ca4Mn3Zn2,其中Mn、K对产孢量影响最大;Ⅱ型菌落继代培养产孢量最高的组合为K2Mg4Ca4Mn4Zn4,Mg、Zn对其影响最大。 9.各类型菌落酯酶活性在中间几个世代较高,酶活依次为ⅠⅢⅡⅤⅣⅦⅥ。Ⅰ型菌落酯酶活性最高的组合为K2Mg3Ca3Mn2Zn2,Ca、K、Mn对其影响最大;Ⅱ型菌落酯酶活性最高的组合为K2Mg3Ca4Mn4Zn4,K、Ca、Zn对其影响最大。 10.各类型菌落SOD酶活性在中间几个世代较高,SOD酶活性ⅠⅢⅡⅤⅣⅦⅥ,表明Ⅵ的衰老程度最大。Ⅰ型菌落SOD酶活最高的组合为K3Mg3Ca3Mn3Zn2,Zn、Ca对其影响最大;Ⅱ型菌落酶活性最高的组合为K3Mg3Ca2Mn3Zn2,Zn、Ca、K对其影响最大。表明Zn、Ca有利于提高北虫草SOD酶活,从而提高菌株抗衰老能力。 11.纤维素酶是一种多酶复合体,不同组分酶的活性均在中间几个世代较高,不同菌落羧甲基纤维素酶(CMC)及-葡聚糖苷酶活性次序为ⅠⅢⅡⅤⅣⅦⅥ;滤纸酶活性次序为ⅠⅢⅡⅤⅣⅥⅦ,表明Ⅰ型菌落纤维素酶活性较高,不同组份酶中北虫草产羧甲基纤维素酶最强,其次为p-葡聚糖苷酶,滤纸酶最低。Ⅰ型菌落羧甲基纤维素酶活最高的组合为K3Mg2Ca2Mn3Zn2,K对其影响最大;Ⅱ型菌落羧甲基纤维素酶活性最高的组合为K4Mg3Ca3Mn4Zn2,Mn、K、Ca对其影响最大。表明K有利于提高北虫草产羧甲基纤维素酶的能力。Ⅰ型菌落β-葡聚糖苷酶活性最高的组合为K2Mg2Ca2Mn3Zn2,K、Ca对其影响最大;Ⅱ型菌落p-葡聚糖苷酶活性最高的组合为K4Mg2Ca4Mn3Zn2,Mg对其影响最大。Ⅰ型菌落滤纸酶活性最高的组合与羧甲基纤维素酶活性最佳组合基本一致,其中Mg对其影响最大;Ⅱ型菌落滤纸酶活性最高的组合为K4Mg2Ca3Mn2Zn4,Mg对其影响最大。 12.相关性分析表明,对于高产型菌落Ⅰ型,子实体产量与产孢量、酯酶活性、SOD酶活性、羧甲基纤维素酶活性、p-葡聚糖苷酶活性和滤纸酶活性的相关性均达极显著水平,其中与SOD酶活性相关性最大,表明Ⅰ型酶活性较高,生理代谢旺盛,抗衰老能力较强,菌株性状相对稳定,子实体产量较高;与菌丝生长速度、菌丝干重,角变率的相关性呈负相关,但相关性不显著,表明Ⅰ型菌落菌丝不易徒长,对子实体产量影响较小。 综上所述,Ⅰ型菌落(即原始菌落型)为优型菌落,其菌落特征为:菌落颜色呈橘黄色,菌落质地较为致密,气生性中等,有同心纹,菌丝生长速度较为缓慢,液体培养菌丝生物量中等,菌落存在角变,但角变率较其它角变菌落小,子实体产量较高,菌落保持代数较长,酶活性最强,生理代谢旺盛,产酶能力强,菌株抗衰老能力较强,为北虫草优型菌落;其无形性特征为同时具有两种形式的产孢结构(拟青霉型和头孢霉型)。菌落在中间几个世代时子实体产量较高,生理代谢旺盛,因此在制种时可以多驯化几代,以保证高产稳产。Ⅰ型菌落(优型菌落)高产且保持代数较多的最佳组合为K3Mg2Ca4 Mn3Zn2。5种矿质元素中K在多方面起到的积极作用,其次是Ca,再次是Mn,作用最小的是Zn和Mg。


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