兰科植物菌根研究进展

任军方 杨珺 王丹萍 云勇

摘要：兰科是被子植物中最大的科之一，兰科菌根对兰科植物的研究有很重要的意义，本文从国内外等方面阐述了兰科植物菌根的研究进展，对今后兰科植物菌根的研究起到一定的参考价值。

兰科（Orchidaceae）植物俗称兰花，是被子植物中最大科之一，全世界大约有700属20000多种及大量变种，主要分布于热带、亚热带和温带地区，尤其是南美洲和亚洲的热带地区为多。兰科植物根据其生长环境的不同可以分为地生兰、附生兰和腐生兰3大类，作为一种重要的观赏花卉和药用植物资源，在花卉和天然药物产业上有着巨大的经济价值和利用潜力[1] ，一直以来受到人们的普遍关注，但人工栽培比较困难，主要原因在于，自然条件下，兰花种子的萌发和植物的生长发育往往需依赖与之共生的真菌，只有当这些真菌与兰花种子或根形成共生的菌根关系后，兰花才可以正常地生长发育。因此，了解与兰根共生的真菌种类，进一步探讨兰花与真菌之间的相互作用机制，将为在自然条件下兰科植物的栽培提供有价值的理论依据。

1.2 兰科菌根真菌研究进展

菌根是指自然界中的植物在长期生存过程中与真菌共同进化而形成的一种普遍存在的共同现象，根据解剖学特征以及共生体间相互关系可分为外生菌根、内生菌根和内外生菌根，内生菌根又包括囊泡丛枝菌根（VA mycorrhizae）、欧石楠菌根（ericoid mycorrhizae）和兰科菌根（orchid mycorrhizae）等。

目前，关于内生菌的概念范畴具有很大的争议，Petrini1991年将内生菌定义为那些生活在其生活史的某一时期在植物组织内，对植物组织没有引起明显病害症状的菌，该定义包括在其生活史某一阶段营表面生的腐生菌、对宿主没有伤害的菌根菌和潜伏性病原菌[2] 。这一内生菌概念被广泛接受。现在通常认为内生菌包括了内生细菌、内生放线菌和内生真菌在内的互利性、中性或潜伏致病性的各种微生物[3] 。

Rssiek最早发现了兰科植物根有内生真菌[4] ，之后不断有真菌与兰科植物共生的报道，兰科植物与菌根真菌共生而形成的菌根也因其固有特征被独立划分为兰科菌根[5] 。由于兰科菌根对于兰科植物的重要意义，因此，对兰科菌根真菌的分离、鉴定一直是一个非常重要的研究领域。

1.2.1 国外

国外对兰科菌根真菌的分离、鉴定工作开展较早，目前，在欧美已有大量类似的工作，进行分离的兰科植物种类和所获得的内生真菌种类都较多。

Bernard（1903年）最早从兰科植物中分离获得3种纯培养的共生丝核菌（Rhizocronia mucoroides，R.repens和R.lanugnosa）并进行了描述[6] ，其他早期报道有：Catoni1929年将自Cyprepedium sp.根中分离到的一个丝核菌属（Rhizocronia）菌株成功地诱导出有性世代的子实体，命名为伏革菌属（Corticium）的Corticium catoriio[7] ;Downie1957年从红门兰（Orchis purpurella）中分离获得了立枯丝核菌（Rhizocronia solani）;1967年Harvais分离得到丝核菌菌株[8] ;Warcup同年从澳大利亚和英国的地生兰中分离得到了大量丝核菌菌株[9] ;Nishikawa1976年从日本北海道的兰花中分离获得丝核菌菌株[10] ;Currah1985年和1987年对自加拿大北温带地生兰分离出菌根真菌进行了子实体的诱导，共发表了15个种，包括分别属于担子菌的Thichosprielle、Lepdontidium和角担菌（Ceratobasidium）的三个新种，这是首次对非丝核菌的不育菌丝群类（mycelium radicis atrovirens，MRA）真菌进行研究并诱导形成了产孢结构[11] 。

1.2.2 国内

国内兰科菌根内生真菌的分离、鉴定工作开展相对较晚，大多数集中于具经济用途的药用类兰科植物如天麻（Gastrodia elata）和石斛属（Dendrobium）等的共生真菌分离和共生萌发研究上，对于我国重要观赏花卉的兰属（Cymbidium）植物关注不够，已有的研究尚未形成系统性，分离得到的内生真菌相对较少。迄今已开展的工作有：

徐锦堂1990年从天麻中分离得到了紫萁小菇（Mycena osmundicola）和蜜环菌（Armillaria mellea）;范黎1996年自西双版纳的墨兰（Cymbibium sinense）中分离得到兰小菇（Mycena orchidicola Fan et Guo sp.Nov.）并诱导出了子实体[12] ;李潞滨1998年用形态学的方法自我国野生春兰（Cymbibium goeringii）、蕙兰（C.faberi）、建兰（C.ensifolium）和墨兰的真菌分离物中鉴定出多个瘤根菌菌属（Epulorhiza）真菌，其中一个是我国新纪录的瘤根菌菌属真菌，研究过程中还对所获得的菌根真菌进行了RAPD聚类分析;1998年范黎自19种南方兰科植物中分离得到26个类丝核菌（like-Rhizoctonia）的内生担子菌，分别确定为角菌根菌（Ceratorhiza）、瘤菌根菌（Epulorhiza）和念珠菌根菌（Moniliopsis），还对各自的培养特性和形态特征及共生萌发作用进行了描述[13] ;范黎、郭顺星、徐锦堂等1998-2002年分别自天麻和其他兰科植物中分离得到担子菌紫萁小菇、兰小姑（Mycena orchicola）、石斛小菇（Mycena dendrobii）和開唇兰小菇（Mycena anoectochila），进行了共生萌发等一系列研究[14-19];郭顺星2000年自云南、四川等地的野生石斛（Dendrobium）中分离得到丝核菌、角菌根菌、瘤菌根菌和念珠菌根菌菌株及其他一些有性态内生真菌，对部分菌株进行接种实验[20] ;李明2001年分别自建兰和云南杏黄兜兰（Paphiopedilum armeniacum）中分离得到丝核菌;陈连庆2002年自浙江野生铁皮石斛（Dendrobium candidum）中分离获得一个丝核菌菌株[21] ;臧穆2004年在黄花杓兰的根际和根皮层细胞内发现了类菌床团丝核菌（cf.papulaspora byssina Hotson）的小型菌核，认为菌床团丝核菌与其根际占优势的有性态黄金毛壳菌（Chaetomium ureum Chivers）可能共同构成了一种共生真菌的完整生活史[22] ;李明在同年对云南莲瓣兰菌根的调查表明，半知菌在兰科植物内生菌中是占有绝对优势的;近年来，伍建榕和颜容分别对兰科菌根真菌的分离、鉴定等研究作了综述[23] 。

1.3 菌根真菌在蘭科植物生长中的作用及相互关系

19世纪以来，兰科植物研究者对真菌在兰花发育过程中的各种营养作用进行了研究，并取得很好的研究进展，为研制兰花基质提供科学依据和思路。Curtis JT提出兰花和菌根菌关系是寄主和寄生的关系，即兰花为寄主，菌根菌寄生在兰花根上，兰花从菌根菌上得不到任何益处[24] 。实验证明并非如此：Vladimir Vujanovic等报道了镰刀菌能诱导兰花种子胚的着色和萌发[25] ，G.Masuhara等研究了菌根菌在三种日本兰花种子萌发中的作用[26] 。这些实验表明，菌根真菌是能给发育不全的微小的兰花种子提供营养物质的。丁辉用3个分离自野生卡特兰的丝核菌菌株，接种卡特兰组培苗，对茁生长也有不同程度促进作用，处理苗鲜重增长率分别为67.5%、67.3%和62.4%，其中KW214菌株处理的苗与对照差异达到显著水平[27] ，表明真菌与兰花植物的共生在兰花种子发芽和生长中的作用。刘成运、黄兆彬、郭顺星、徐锦堂通过光镜和电镜对天麻根结构观察时发现，当蜜环菌侵入原球茎分化营养茎后，皮层细胞产生消化酶类或囊孢结构包围并分解蜜环菌菌丝，被皮层细胞消化的菌丝残存物进入皮层的内层大型细胞，大型细胞代谢功能显著增加，菌丝物质最终被吸收。以上研究都表明兰花菌根的共生体中两者之间的营养关系是很值得深入研究的。

参考文献：

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基金项目：

2017年海南省自然基金项目：兜兰属植物花色形成表型分析（317193）;2018年海南省重点项目：三种海南特有兰花菌根鉴定及复合菌剂研制（ZDYF2018077）

作者简介：

任军方（1980-），女，河北石家庄人，助理研究员，研究方向：热带园艺植物种质资源收集、评价及鉴定。

通讯作者：云勇（1964—），男，海南文昌人，副研究员，本科学士，研究方向为热带园艺植物种质资源学。

（作者单位：海南省农业科学院热带园艺研究所）