五种野生兜兰植物菌根真菌多样性研究

【摘要】兜兰属(Paphiopedilum)植物,又称为“拖鞋兰”,在园艺界负有盛名。兜兰作为兰科植物中最诱人的花卉之一,在世界各国拥有为数众多的爱好者。目前,因为自然生境的破坏和人为过度采集,野生兜兰种群受到巨大威胁。所有的野生兜兰植物都被列为《野生动植物濒危物种国际贸易公约》(CITES)附录1中的濒危物种。兰花是真菌异养的植物。在自然条件下,只有合适的共生真菌侵染种子,为其提供碳素和无机营养,粉尘状的兰花种子才能成功萌发。而且,兰花幼苗的发育,成年兰花的生长和繁殖都需要菌根真菌的共生。根据生境、分布、生态型和分类地位的不同,本研究选取了5种野生兜兰植物作为研究对象,包括紫纹兜兰(P.purpuratum)、长瓣兜兰(P.dianthum)、带叶兜兰(P.hirsutissimum)、硬叶兜兰(P.micranthum)和麻栗坡兜兰(P.malipoense)。通过野外采样,利用光学显微镜和扫描电镜观察5种野生成年兜兰植物菌根的形体与结构,改进了兜兰植物菌根真菌的分离方法,并对5种兜兰植物菌根真菌进行分离和鉴定,分析了5种兜兰植物菌根真菌的多样性。通过原地萌发和室内共生萌发试验,探讨了兜兰分布与菌根真菌的关系,并筛选出可用于兜兰植物保育的有效共生真菌。主要结果如下：1.通过野外原地观察,发现紫纹兜兰、硬叶兜兰和麻栗坡兜兰3种地生型兜兰的根部浅生于腐殖质层,半附生型的带叶兜兰和石上附生型的长瓣兜兰的根部生于岩石表面积土中,5种兜兰的根部外形都明显区别于真正的地生兰和石上附生兰。通过光学显微镜和扫描电镜观察,5种兜兰均具有典型的单子叶植物根的基本结构,3种地生型兜兰的皮层数目多于2种石上附生型兜兰,维管束数目则少于石上附生型兜兰；长瓣兜兰的外皮层具有通道细胞,而其它4种兜兰的外皮层没有通道细胞。5种野生兜兰植物根部皮层细胞中都分布着其菌根真菌形成的“菌丝团”结构,菌丝团在皮层细胞中呈现不同的形态,相邻皮层细胞中的菌丝团通过联通菌丝相连,当菌丝团消解时,皮层细胞内出现大量淀粉粒。2.改进了菌丝团分离法及分离培养基,具体分为以下步骤：(1)POA分离培养基的制备；(2)根段的处理和筛选；(3)菌丝团悬浮液的制备；(4)共生真菌的分离和纯化。选择质量和长度相同,并有菌根真菌侵染的野生带叶兜兰根段,与其它3种分离方法和2种分离培养基进行了分离比较试验,使用本研究建立的菌丝团分离法和培养基能获得菌株数较多的类丝核菌(Rhizoctonia-likefungi)纯培养。3.利用菌丝团分离法,从5种野生成年兜兰植物根部分离得到16株类丝核菌(Rhizoctonia-likefungi),ITS序列的系统发育分析显示,它们都属于胶膜菌属Tulasnella(瘤菌根菌属Epulorhiza的有性态),分属于8个类群(Type);每一种兜兰都能两种类群或两种类群以上的真菌共生。花岗岩地区的紫纹兜兰的菌根真菌属于Type3,4,8,与石灰岩地区的兜兰的共生真菌是不同的类群；石灰岩地区的带叶兜兰、长瓣兜兰、麻栗坡兜兰都能与Type2勺真菌共生,同时又能与Type1或Type7的真菌共生；而同样生长于石灰岩地区的硬叶兜兰却有自己独特的菌根真菌Type5,6。4.野外原地萌发试验结果显示,兜兰种子在野外萌发困难,萌发率极低,在广东野外有紫纹兜兰分布的区域,紫纹兜兰种子原地共生萌发12个月后,其萌发率约为1.06×10-4。在广西雅长自然保护区带叶兜兰分布的区域,带叶兜兰种子的萌发率约为3.8×10-5。在深圳的野生兰科植物迁地保护园和广西雅长自然保护区无兰区种子没有一粒萌发,这表明有成年兰科植物分布的地区,其生长环境更利于兰花种子萌发。室内共生萌发试验结果显示,分布范围广,种群数量较大的带叶兜兰种子对共生真菌的选择范围广,不仅能与宿主兰花的菌根真菌共生,还能能与来自其它兜兰的成年植株根部菌根真菌共生萌发,这表明带叶兜兰在种子萌发成苗阶段对共生真菌的兼容性较强,这可能是其分布较广的原因之一。5.通过室内共生萌发试验,多株菌根真菌对带叶兜兰种子萌发有促进作用,最高萌发率为21.0%,其中一株共生真菌己获得专利保护。分别以燕麦培养基和原生境腐殖质作为共生培养基质,首次利用共生萌发技术获得可用于移栽的带叶兜兰共生苗。
【作者】孙晓颖；
【导师】田呈明；刘红霞；
【作者基本信息】北京林业大学，森林保护，2014，博士
【关键词】兜兰；菌根真菌；真菌多样性；共生萌发；

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