蘭科植物菌根研究進展

任軍方 楊珺 王丹萍 云勇

摘要：蘭科是被子植物中最大的科之一，蘭科菌根對蘭科植物的研究有很重要的意義，本文從國內(nèi)外等方面闡述了蘭科植物菌根的研究進展，對今后蘭科植物菌根的研究起到一定的參考價值。

蘭科（Orchidaceae）植物俗稱蘭花，是被子植物中最大科之一，全世界大約有700屬20000多種及大量變種，主要分布于熱帶、亞熱帶和溫帶地區(qū)，尤其是南美洲和亞洲的熱帶地區(qū)為多。蘭科植物根據(jù)其生長環(huán)境的不同可以分為地生蘭、附生蘭和腐生蘭3大類，作為一種重要的觀賞花卉和藥用植物資源，在花卉和天然藥物產(chǎn)業(yè)上有著巨大的經(jīng)濟價值和利用潛力[1] ，一直以來受到人們的普遍關(guān)注，但人工栽培比較困難，主要原因在于，自然條件下，蘭花種子的萌發(fā)和植物的生長發(fā)育往往需依賴與之共生的真菌，只有當這些真菌與蘭花種子或根形成共生的菌根關(guān)系后，蘭花才可以正常地生長發(fā)育。因此，了解與蘭根共生的真菌種類，進一步探討蘭花與真菌之間的相互作用機制，將為在自然條件下蘭科植物的栽培提供有價值的理論依據(jù)。

1.2 蘭科菌根真菌研究進展

菌根是指自然界中的植物在長期生存過程中與真菌共同進化而形成的一種普遍存在的共同現(xiàn)象，根據(jù)解剖學特征以及共生體間相互關(guān)系可分為外生菌根、內(nèi)生菌根和內(nèi)外生菌根，內(nèi)生菌根又包括囊泡叢枝菌根（VA mycorrhizae）、歐石楠菌根（ericoid mycorrhizae）和蘭科菌根（orchid mycorrhizae）等。

目前，關(guān)于內(nèi)生菌的概念范疇具有很大的爭議，Petrini1991年將內(nèi)生菌定義為那些生活在其生活史的某一時期在植物組織內(nèi)，對植物組織沒有引起明顯病害癥狀的菌，該定義包括在其生活史某一階段營表面生的腐生菌、對宿主沒有傷害的菌根菌和潛伏性病原菌[2] 。這一內(nèi)生菌概念被廣泛接受?，F(xiàn)在通常認為內(nèi)生菌包括了內(nèi)生細菌、內(nèi)生放線菌和內(nèi)生真菌在內(nèi)的互利性、中性或潛伏致病性的各種微生物[3] 。

Rssiek最早發(fā)現(xiàn)了蘭科植物根有內(nèi)生真菌[4] ，之后不斷有真菌與蘭科植物共生的報道，蘭科植物與菌根真菌共生而形成的菌根也因其固有特征被獨立劃分為蘭科菌根[5] 。由于蘭科菌根對于蘭科植物的重要意義，因此，對蘭科菌根真菌的分離、鑒定一直是一個非常重要的研究領(lǐng)域。

1.2.1 國外

國外對蘭科菌根真菌的分離、鑒定工作開展較早，目前，在歐美已有大量類似的工作，進行分離的蘭科植物種類和所獲得的內(nèi)生真菌種類都較多。

Bernard（1903年）最早從蘭科植物中分離獲得3種純培養(yǎng)的共生絲核菌（Rhizocronia mucoroides，R.repens和R.lanugnosa）并進行了描述[6] ，其他早期報道有：Catoni1929年將自Cyprepedium sp.根中分離到的一個絲核菌屬（Rhizocronia）菌株成功地誘導出有性世代的子實體，命名為伏革菌屬（Corticium）的Corticium catoriio[7] ;Downie1957年從紅門蘭（Orchis purpurella）中分離獲得了立枯絲核菌（Rhizocronia solani）;1967年Harvais分離得到絲核菌菌株[8] ;Warcup同年從澳大利亞和英國的地生蘭中分離得到了大量絲核菌菌株[9] ;Nishikawa1976年從日本北海道的蘭花中分離獲得絲核菌菌株[10] ;Currah1985年和1987年對自加拿大北溫帶地生蘭分離出菌根真菌進行了子實體的誘導，共發(fā)表了15個種，包括分別屬于擔子菌的Thichosprielle、Lepdontidium和角擔菌（Ceratobasidium）的三個新種，這是首次對非絲核菌的不育菌絲群類（mycelium radicis atrovirens，MRA）真菌進行研究并誘導形成了產(chǎn)孢結(jié)構(gòu)[11] 。

1.2.2 國內(nèi)

國內(nèi)蘭科菌根內(nèi)生真菌的分離、鑒定工作開展相對較晚，大多數(shù)集中于具經(jīng)濟用途的藥用類蘭科植物如天麻（Gastrodia elata）和石斛屬（Dendrobium）等的共生真菌分離和共生萌發(fā)研究上，對于我國重要觀賞花卉的蘭屬（Cymbidium）植物關(guān)注不夠，已有的研究尚未形成系統(tǒng)性，分離得到的內(nèi)生真菌相對較少。迄今已開展的工作有：

徐錦堂1990年從天麻中分離得到了紫萁小菇（Mycena osmundicola）和蜜環(huán)菌（Armillaria mellea）;范黎1996年自西雙版納的墨蘭（Cymbibium sinense）中分離得到蘭小菇（Mycena orchidicola Fan et Guo sp.Nov.）并誘導出了子實體[12] ;李潞濱1998年用形態(tài)學的方法自我國野生春蘭（Cymbibium goeringii）、蕙蘭（C.faberi）、建蘭（C.ensifolium）和墨蘭的真菌分離物中鑒定出多個瘤根菌菌屬（Epulorhiza）真菌，其中一個是我國新紀錄的瘤根菌菌屬真菌，研究過程中還對所獲得的菌根真菌進行了RAPD聚類分析;1998年范黎自19種南方蘭科植物中分離得到26個類絲核菌（like-Rhizoctonia）的內(nèi)生擔子菌，分別確定為角菌根菌（Ceratorhiza）、瘤菌根菌（Epulorhiza）和念珠菌根菌（Moniliopsis），還對各自的培養(yǎng)特性和形態(tài)特征及共生萌發(fā)作用進行了描述[13] ;范黎、郭順星、徐錦堂等1998-2002年分別自天麻和其他蘭科植物中分離得到擔子菌紫萁小菇、蘭小姑（Mycena orchicola）、石斛小菇（Mycena dendrobii）和開唇蘭小菇（Mycena anoectochila），進行了共生萌發(fā)等一系列研究[14-19];郭順星2000年自云南、四川等地的野生石斛（Dendrobium）中分離得到絲核菌、角菌根菌、瘤菌根菌和念珠菌根菌菌株及其他一些有性態(tài)內(nèi)生真菌，對部分菌株進行接種實驗[20] ;李明2001年分別自建蘭和云南杏黃兜蘭（Paphiopedilum armeniacum）中分離得到絲核菌;陳連慶2002年自浙江野生鐵皮石斛（Dendrobium candidum）中分離獲得一個絲核菌菌株[21] ;臧穆2004年在黃花杓蘭的根際和根皮層細胞內(nèi)發(fā)現(xiàn)了類菌床團絲核菌（cf.papulaspora byssina Hotson）的小型菌核，認為菌床團絲核菌與其根際占優(yōu)勢的有性態(tài)黃金毛殼菌（Chaetomium ureum Chivers）可能共同構(gòu)成了一種共生真菌的完整生活史[22] ;李明在同年對云南蓮瓣蘭菌根的調(diào)查表明，半知菌在蘭科植物內(nèi)生菌中是占有絕對優(yōu)勢的;近年來，伍建榕和顏容分別對蘭科菌根真菌的分離、鑒定等研究作了綜述[23] 。

1.3 菌根真菌在蘭科植物生長中的作用及相互關(guān)系

19世紀以來，蘭科植物研究者對真菌在蘭花發(fā)育過程中的各種營養(yǎng)作用進行了研究，并取得很好的研究進展，為研制蘭花基質(zhì)提供科學依據(jù)和思路。Curtis JT提出蘭花和菌根菌關(guān)系是寄主和寄生的關(guān)系，即蘭花為寄主，菌根菌寄生在蘭花根上，蘭花從菌根菌上得不到任何益處[24] 。實驗證明并非如此：Vladimir Vujanovic等報道了鐮刀菌能誘導蘭花種子胚的著色和萌發(fā)[25] ，G.Masuhara等研究了菌根菌在三種日本蘭花種子萌發(fā)中的作用[26] 。這些實驗表明，菌根真菌是能給發(fā)育不全的微小的蘭花種子提供營養(yǎng)物質(zhì)的。丁輝用3個分離自野生卡特蘭的絲核菌菌株，接種卡特蘭組培苗，對茁生長也有不同程度促進作用，處理苗鮮重增長率分別為67.5%、67.3%和62.4%，其中KW214菌株處理的苗與對照差異達到顯著水平[27] ，表明真菌與蘭花植物的共生在蘭花種子發(fā)芽和生長中的作用。劉成運、黃兆彬、郭順星、徐錦堂通過光鏡和電鏡對天麻根結(jié)構(gòu)觀察時發(fā)現(xiàn)，當蜜環(huán)菌侵入原球莖分化營養(yǎng)莖后，皮層細胞產(chǎn)生消化酶類或囊孢結(jié)構(gòu)包圍并分解蜜環(huán)菌菌絲，被皮層細胞消化的菌絲殘存物進入皮層的內(nèi)層大型細胞，大型細胞代謝功能顯著增加，菌絲物質(zhì)最終被吸收。以上研究都表明蘭花菌根的共生體中兩者之間的營養(yǎng)關(guān)系是很值得深入研究的。

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基金項目：

2017年海南省自然基金項目：兜蘭屬植物花色形成表型分析（317193）;2018年海南省重點項目：三種海南特有蘭花菌根鑒定及復合菌劑研制（ZDYF2018077）

作者簡介：

任軍方（1980-），女，河北石家莊人，助理研究員，研究方向：熱帶園藝植物種質(zhì)資源收集、評價及鑒定。

通訊作者：云勇（1964—），男，海南文昌人，副研究員，本科學士，研究方向為熱帶園藝植物種質(zhì)資源學。

（作者單位：海南省農(nóng)業(yè)科學院熱帶園藝研究所）