铁皮石斛菌根研究进展

谢吉容， 陈　媛

(重庆文理学院生命科学与技术学院， 重庆　永川　402168)



铁皮石斛菌根研究进展

谢吉容， 陈媛

(重庆文理学院生命科学与技术学院， 重庆永川402168)

[摘要]铁皮石斛是名贵中药，由于过度开采其野生资源已十分稀少.现今铁皮石斛的快繁技术已趋于成熟，但移栽难度较大.几乎所有兰科植物都与真菌有共生关系，在兰科植物的生长过程中，共生真菌有极其重要的作用.研究铁皮石斛与真菌的共生关系及其共生菌的种类，有利于提高试管苗的移栽成活率.本文综述了铁皮石斛共生真菌的种类和特点，阐述了内生共生菌对铁皮石斛生长的影响和机理.

[关键词]铁皮石斛；菌根；共生菌；研究进展

铁皮石斛(DendrobiumcandidumWall.exLindl)又名黑节草,俗称铁皮枫斗,为兰科石斛属多年生常绿草本植物,是一种名贵药材,具有生津益胃、清热养阴的功用.现代药理学研究发现：铁皮石斛具有抗衰老、抗肿瘤、降低血糖、提高免疫功能等作用，对恶性肿瘤、胃肠道疾病、糖尿病、白内障、关节炎、血栓闭塞性脉管炎及慢性咽炎等疾病具有很好的疗效[1,2].铁皮石斛主产于我国安徽西南部，浙江东部，福建西部，广西西北部，四川、云南东南部地区，生长在1 600 m的山地半阴湿的岩石上[3].

由于过度采挖，加之在自然条件下生长缓慢，成活率低等，现今野生石斛资源已十分稀少.自1960年法国人Gmorel利用石斛茎尖组织培养无病毒植株的无性繁殖技术创立以来，石斛组培快繁技术已比较成熟[4].相对于快繁而言，铁皮石斛的移栽难度仍然较大，主要原因是在自然条件下所有兰科植物都与真菌共生，而人工栽培基质尚未接种能与石斛共生的真菌，难以模拟其自然生境条件.因此，对铁皮石斛的共生菌进行分离研究，是解决这一问题的关键.

1石斛共生菌的特点

在内生菌的研究中，现在被广泛接受的概念是由Petrini提出的.他将内生菌定义为那些在植物生活史中的某一段生活在植物组织内,对植物组织没有引起明显病害的菌,包括那些在其生活史中的某一阶段在表面生的腐生菌,以及对宿主暂时没有伤害的潜伏性病原菌和菌根菌[5].它生长于植物的组织细胞间，各个部位的含量不一[6,7].

兰花的菌根真菌在根表面不形成菌套，疏松排列，不通过寄主细胞吸取碳水化合物，而是从其他有机物上提取碳源以及通过自身细胞的消解，为石斛提供必要的水分与养分[8,9].真菌通过根被的通道细胞向皮层细胞侵染，并通过纹孔使相邻细胞相互感染，菌丝多栖居在皮层的薄壁细胞内，形成共生体[10].铁皮石斛属于附生兰，与地生兰相比，在种子萌发阶段，它与真菌具有更广泛的共生关系.但大多数人认为，真菌与石斛的共生不是高度专一的，具有一定的倾向性.这种倾向性与环境条件有关[11].

2石斛共生菌的分离鉴定

目前对兰科共生真菌的研究方法主要有两种：一是将文献中查找到的共生真菌直接接种于无菌石斛试管苗，判断该真菌对石斛生长发育的影响，从而判断其共生关系；二是从野生的石斛根部分离真菌，分析其共生菌的种类.

内源共生菌分离的具体方法为：先将石斛根清洗、切段，进行消毒处理，以避免非内原共生菌的干扰；然后将消毒好的根段放于PDA培养基中，培养内源性真菌，根据其最后形态特征进行种类鉴定.

在判断所分离到的真菌是否有利于石斛的生长时，可将分离得到的真菌分别接种到无菌试管苗中，待生长一段时间后，测定其各项生理指标，并与空白组进行对照，通过统计学分析，得出不同真菌对石斛生长的影响.

3共生真菌的种类

目前对兰科植物的共生真菌的大量研究中，已分离得到石斛属共生真菌主要为担子菌和半知菌类[5]，但专门针对铁皮石斛的共生真菌分离较少.根据陈玉栋[7]、郭顺星[12]、范黎[13,14]等的研究情况，将已分离并鉴定的内生真菌种类及其特征列出如下：

柱孢霉属(Cylindrocarponsp.)：半知菌类，黑盘孢目，黑盘孢科暗色转隔孢族.分生孢子盘生于表皮下，盘形或铺展状；分生孢子线形，无隔膜或仅少数隔膜，无色，常屈曲.

枝顶孢霉属(Acremoniumsp.)：半知菌类，丛梗孢目，丛梗孢科单孢亚科，葡萄孢族.腐生或近于腐生，常常具有寄生性，分生孢子光滑或超微粗糙，常单生；分生孢子梗长，不分枝或近乎不分枝，无小齿，疏松，蛛网状.

蚀丝霉属(Myceliophthoreaesp.)：半知菌类，丛梗孢目，丛梗孢科单孢亚科，简梗孢霉族.寄生于真菌，分生孢子单生，至少不聚成头状，似卵形，光滑；分生孢子梗短或无.

头孢霉属(Cephalosporiumsp.)：半知菌类，丛梗孢目，丛梗孢科单孢亚科，头孢霉族.不孕菌丝长并呈匍匐状；分生孢子短圆筒形，生于小柄或小梗上，分生孢子聚生呈头状，埋于胶质物内.

简梗孢霉属(Chromosporiumsp.)：半知菌类，丛梗孢目，丛梗孢科单孢亚科，简梗孢霉族.腐生，分生孢子几乎不存在，分生孢子散生.

丝核菌属(Rhizoctomiasp.)：无孢菌群.菌丝褐色，在分枝处略缢束，离此不远处形成隔膜；菌核从菌丝生出，以菌丝与基质相连，褐色，渐呈红棕色，表面粗糙，内外颜色一致，表面细胞稍小，但与内部无明显的界限，不形成无性孢子.

镰刀菌属 (Fusariumsp.)：半知菌类，瘤痤孢目，瘤痤孢科，鲜色多孢族.分生孢子梗单生或集成分生孢子座，细长或粗短，单枝或分枝，或产生轮辐射状排列的瓶形小梗；分生孢子无色，变异很大，常埋藏于胶质物内.

毛壳菌属 (Chaetomiumsp.)：子囊菌类，鹿角菌目，毛壳菌科.子囊壳表生，球形，壁初期半透明，成熟时扁球形或长圆形，壁暗色，膜质，顶有孔口，四周有毛；子囊有柄，棍棒形，壁薄，成熟时融化，含孢子8个，也有4个的；子囊孢子单细胞，榄褐色，常呈柠檬形，先释入子囊壳腔中，后成团从孔口挤出.

曲霉属 (Aspergillussp.)：半知菌类，丛梗孢目，丛梗孢科单孢亚科，曲霉族.菌丝发育良好，分生孢子成串，聚生呈头状；分生孢子梗顶端膨大，基部有厚膜足细胞.

卢东升等[15]还对铁皮石斛的根围真菌做了鉴定，但根围真菌并不一定会和铁皮石斛形成共生关系，所以未列出.其实，比较不同研究中的内生真菌的分离结果，不难发现其所分离到的真菌种类并不完全统一，甚至有较大差异.这可能与所采铁皮石斛样品周围的环境和实验条件有关.

4共生菌对铁皮石斛生长的影响及影响机制

4.1　共生菌对铁皮石斛生长的影响

从目前的研究看，共生菌对铁皮石斛的影响是多方面的，多表现为促进作用.根据金辉等[16，17]的实验结果，共生菌能显著提高石斛的鲜重，并且促进其对矿质元素的吸收.陈小霞等[18]通过在铁皮石斛圆球茎固体培养后期加入真菌的方法，证明真菌对圆球茎的生长和生物碱含量都有正影响.陈瑞蕊等[19]的研究也表明：有的共生真菌能使铁皮石斛的株数增多，株高增加，落叶减少等.郭顺星等[12，20]的实验结果还表明了真菌对铁皮石斛种子萌发的促进作用.但是，也有人指出兰科植物在种子萌发阶段的共生真菌和幼苗生长时期的共生真菌有所不同，在后期与植物生长有关的共生菌类也可能会阻碍种子的萌发[21].

除了共生真菌菌丝体之外，还有实验表明：内生真菌的代谢物也能提高铁皮石斛圆球茎的生长率[22].

4.2　影响机制

菌根的主要功能是增强植物对养分的吸收能力.在植物周围养分缺乏时，菌根所产生的菌丝超出植物根的范围吸收养分，增大了根的吸收面积，并把远距离的养分运送到根的皮层，再通过菌丝释放到寄主细胞中[23].当兰科菌根真菌形成优势菌后，能拮抗其他病原菌侵入兰根，大大降低了植物染病的几率，从而提高了成活率[8].

邢小科等[24]观察到当菌丝进入根的细胞质后，部分菌丝细胞壁被降解，细胞内含物得以释放，有些细胞中菌丝已被消化吸收.这说明真菌产生的代谢物可能具有调节植物生长的作用.已有实验从石斛小菇的发酵液中检测到玉米素(Z)及玉米素核苷(ZR)，它能促进细胞的分裂分化[25，26].同样，兰小菇的乙酸乙酯提取物也能提高铁皮石斛圆球茎的增殖率[21].

由于兰科植物的种子小，储存养分少，不能完全满足其萌发的需要.这一阶段真菌侵入兰花种子后,把胚和基质连接起来,形成一个共生系统,真菌从外界获取养分，以满足种子萌发的需要.此系统起着传递营养的重要作用，从而促进种子的萌发[27，28].

5存在的问题及展望

真菌的发酵液也能对石斛的生长产生影响,利用特定内生菌制成伴菌剂，混合于组培苗栽培基质中，形成有内生菌的移栽环境.同时，石斛共生菌能提高植物拮抗不良环境的能力，能治疗特定病症，促进生长，从而提高移栽成活率和保证苗的健康生长.

生活在植物体这一特殊进化环境中的内生真菌能产生与宿主相同或相似的具有生理活性的代谢产物.于能江等从金钗石斛(Dendrobiumnobile.Lindl.) 的根中分离出来的头孢霉属(Cephalosporium.Cost.)真菌，并从其菌丝体和发酵液中分离出虎珀酸、3-异丙基-6-异丁基-2, 5哌嗪二酮、硫酸胆碱、麦角甾醇、吡啶-3-羧酸和鞘安醇等多种化学成分.这些物质被证明具有心血管方面的药理活性.可见，内生真菌与宿主在共生的过程中可能会发生基因的漂移，使内生真菌带上植物的功能基因，而使内生真菌产生与宿主相同或相似的代谢产物[29].因此可以通过分离铁皮石斛的内生真菌进行培养，再从内生真菌发酵液中提取石斛活性物质.同时，对这些内生真菌进行改造培养之后，还能使目的产物的量大大增加，降低生产成本.但内生真菌与宿主之间基因漂移机理还需要进一步研究.

目前已经证实有4个铁皮石斛共生菌株被接种到其组织培养基中，组培苗的平均鲜重增长率、营养元素、叶绿素和内源激素都比对照要高[30]，说明内生菌接种促进了组培苗的快速生长和繁殖.但实验室研究的结果在实际生产中有何运用效果，需要进一步做田间试验.因为实验室是一个相对稳定的环境，真菌与石斛的共生关系不受外界环境的干扰，但这并不能代表该种真菌在自然环境中就能与铁皮石斛形成稳定的共生联合体.因为环境中除了该种共生真菌之外还有其他菌类，在其他菌类以及各种不稳定的环境因素的干扰下，所获得真菌是否能与铁皮石斛稳定共生，这一点有待进一步的研究.

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(责任编辑穆刚)

Research progress in Dendrobium candidum mycorrhiza

XIE Jirong, CHEN Yuan

(Department of Life Science and Technology, Chongqing University of Arts and Sciences, Yongchuan Chongqing 402168, China)

Abstract：Dendrobium candidum is one of the rare Chinese herbals which are in danger because of the over picking. Nowadays the technology of artificial propagation is mature, but it’s hard to be alive after transplanting from the aseptic environment. Almost all the orchidaceae and endophytic fungi are symbiotic relationship, which plays an important role in the process of orchidaceae growing. Knowing more about the symbiotic relationship and the endophytic fungi species is better for the survival of transplanting. The paper reviewed the species and their characteristic of endophytic fungi on Dendrobium, and expounded effect of endophytic fungi on the growth and its mechanism of Dendrobium.

Key words：Dendrobium candidum; mycorrhiza; symbiotic fungi; research progress

[中图分类号]S567

[文献标志码]A

[文章编号]1673-8004(2015)05-0099-04

[作者简介]谢吉容(1966-)，女，重庆永川人，博士，教授，主要从事植物种质资源和品种选育方面的研究.

[基金项目]重庆市科委自然科学基金计划项目(CSTC2008BB1205).

[收稿日期]2014-10-22