菌物学
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兰科菌根(Orchid mycorrhiza)属于内生菌根类型，菌 根真菌菌丝通过侵染种子和侵染根这两种途径侵染定殖到 细胞内，最终形成菌根。途径一：通过种子侵染。当种子 萌发后形成原球茎时，菌丝侵染原球茎细胞，外皮层形成 菌丝团，内皮层的菌丝被消化。途径二：通过根侵染。兰 科植物菌根真菌可以通过破坏根外皮层薄壁通道细胞、破 坏根被组织、破坏根外皮层细胞三种方式侵染根皮层细胞， 形成内生菌根。兰科菌根真菌侵入兰科植物的营养根后， 在皮层细胞内形成螺旋状的菌丝圈，或者与宿主的根细胞 形成不规则的菌丝附着物，这种结构称为胞内菌丝团（图 2）。胞内菌丝团的寿命不长，几天之内就会被宿主根细 胞消解，消解的菌丝残体逐渐被根细胞溶解和吸收，最后 消失。
兰科菌根真菌研究进展
2010级微生物 付耕云
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兰科菌根和菌根真菌 国内外对兰科菌根真菌的研究 兰科菌根真菌的分类 兰科真菌对兰科植物的共生作用 兰科植物真菌的应用前景
• 菌根真菌
兰科菌根和菌根真菌
菌根真菌(mycorrhizal fungi)是与植物营养根形成的共 生体的真菌。菌根现象发现于19世纪中期，近一个世纪以 来菌根研究不断地深入。研究发现自然界中97%的植物都 具有菌根。有菌根的植物是正常的，而没有菌根的植物则 是异常的。有些树木的根上如果没有足够的菌根，往往难 以成活。许多兰科植物没有菌根不能正常地生长发育，甚 至其种子没有菌根真菌的感染就不能正常发芽生长。菌根 真菌生活在活的植物根部，从中获取必需的碳水化合物和 其他的一些物质，但同时又向植物的根系提供植物生长所 需的营养物质、酶类和水分，是一种相互有利的共生关系， 实际上这种共生也可以认为是一种特殊的寄生现象，只是 这种寄生的程度两者达到了高度的平衡。
• 提高兰花组培移栽苗存活率
目前，兰花的组培移栽苗易受有害微生物污染，而且在 移栽后缺乏生长所需的营养物质。魏勤等分离了石斛、卡 特兰根中的真菌，发现在实验室条件下，2种真菌都对蝴 蝶兰组培移栽苗产生很好的促进生长效果，提高了移栽苗 的存活率。唐明娟等报道，台湾金线莲(Anoectochillus formosanus Hayata)在自然环境下生长缓慢，对生态条件 要求严格，用内生真菌侵染组培苗后，成活率达100％。 内生真菌与兰科植物组培苗产生良好的共生效应，为植物 能够适应从组培的温室环境到外界自然环境提供了有利的 条件，同时也为兰科植物的工厂化生产提供了广阔前景。
菌的侵染 植物在自然界生活和生长发育的过程中，常受到病原菌 的侵染，而兰科植物与真菌的共生，增强了兰科植物对病 原菌的抵抗力。真菌诱导子能在植物超敏反应中引起植物 细胞合成和积累次生产物的活性物质。侯丕勇等用小菇属 的真菌作为诱导子处理铁皮石斛的原球茎发现，原球茎内 苯丙氨酸解胺酶(PAL)、过氧化物酶(POD)和脂氧合酶 (LOX)活性均升高。POD、PAL对植物起到保护、防御的 作用，LOX与信号分子茉莉酸合成有关，其产生的共生效 应机理是：真菌使圆球茎细胞受诱导，产生防御反应，质 子外流使胞外的DH值升高，激活合成酶PAL、POD，使 大量抗性物质被合成，产生细胞内的信号物质，调节细胞 抵抗外界有害物质。
兰科菌根真菌的分类
已报道的兰科菌根真菌绝大部分属于半知菌亚门和担子 菌亚门，兰科菌根真菌的基本分类可归纳成表1
兰科真菌对兰科植物的共生作用
• 促进种子萌发 • 提高兰花组培移栽苗存活率 • 共生真菌促进兰科植物营养生长
缩短营养生长周期 促进植物的生长 促进矿质元素的吸收，促进植物生理代谢 产生维生素和植物激素 菌的侵染
促进矿质元素的吸收 兰科植物的根肥厚粗短，吸收矿质元素的范围十分有限， 与真菌共生后，真菌菌丝能使植物根系吸收远处和砂石细 小孔隙中的矿质养分。Smith给兰花菌根供给32P标记的 正磷酸盐，发现菌根菌能将32P元素从菌丝的端部转运到 较老的菌丝体中，表明兰花菌根菌参与了植物根系吸收矿 质营养过程。Burgeff的试验表明，兰花通过菌丝大量吸 收含N物质补充营养，克服了兰科植物侧根、根毛少对营 养物质吸收的不利条件。1984年，Alexander C等研究了 兰科植物根系和斑叶兰丝核菌形成的菌根，也证实了菌根 对N、P的吸收。赵杨景等研究发现，内生真菌还能促进 大花蕙兰对K矿质养分的吸收。
根据菌根真菌的菌丝体在其共生植物根部所形成的形态 结构以及两者之间的营养关系，菌根真菌主要分为如下3种 类型: 外生菌根真菌、内生菌根真菌、内外生菌根真菌。菌 根可分为内生菌根、外生菌Байду номын сангаас和内外生菌根，其中内生菌根 主要包括丛枝菌根，兰科菌根和杜鹃类菌根。
图1 外生菌根菌及外生菌根
• 兰科菌根的形成
促进植物的生长 兰科植物是高度依赖真菌的植物，它们与生长环境中2 种以上共生真菌形成良好的共生关系，菌根真菌为植物生 长提供碳、氮等营养成分。唐明娟等、高微微等研究发现， 真菌侵染金线莲幼苗后，对其生长有明显促进作用，后者 还发现这些真菌是属于小菇属。在对立枯丝核菌进一步研 究中发现，掌根兰属植物的原球茎不能合成氨基酸。被立 枯丝核菌浸染后，能释放硫胺素、烟酸以及谷氨酰胺、谷 氨酸、天冬氨酸和少量其他氨基酸，作为植物细胞生长所 需的有机营养物质。亢志华等发现，丝核菌类真菌使兰科 植物叶绿素明显增加。另外一些无叶绿素的兰科植物的营 养是通过真菌菌丝联系“光合供体”植物获得的。兰科植 物种子萌发形成原球茎后，真菌对原球茎的生长、分化也 起着重要的作用。
• 促进种子萌发
兰科植物的种子非常细小，不含胚乳和子叶，只有微 小的胚，储存在胚中的营养成分无法提供种子萌发所必需 的有机养分；有些兰科植物的种子则没有乙醛酸循环体和 各种酶系，不能利用自身的营养物质；另外，兰科植物种 子萌发所需的维生素及其他生长因子也必须从外界获得。 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，菌丝为胚发育提供营养物质。Vladimir Vujanovic等发现，镰刀菌能诱导兰花种子胚的着色和萌 发。Lawrence W Zetiler等、G Masuham等都发现，菌 根真菌可极大地促进种子发育。
• 国内兰科菌根真菌分离鉴定研究
国内兰科植物菌根真菌的研究工作开展相对较晚，与国 外相比此方面研究缺乏系统性，分离植物材料的种类、分 布和获得的菌株种类、数量也都有限。国内兰科菌根真菌 分离鉴定研究具有典型特点，即研究工作主要集中于经济 效益大，国内市场需求较多的兰科药用类植物，天麻 (Gastrodia elata)和石斛属(Dendrobium)等。郭顺星、徐锦 堂等先后自野生天麻(Gastrodia elata B 1)和云南野生铁皮 石斛(Dendrobium candidum)中分离获得了菌根真菌的两 个新种，同时分离获得了一些典型的兰科共生广义丝核菌 属真菌。
图2 兰科植物根中的胞内菌丝团和菌丝
国内外对兰科菌根真菌的研究
• 国外兰科菌根真菌分离鉴定研究
国外对兰科菌根真菌的分离鉴定研究开展较早，从多种 兰科植物中分离获得了菌根真菌，所获得的菌根真菌都属 半知菌(Deuteromycotina)范畴，1909年Bernard从兰科植 物中首次分离获得3种共生丝核菌的纯培养并对他们进行 了简单描述，命名为Rhizoctonia mucoroides、Rhizoctonia repens和Rhizoctonia lanuginosa。Catoni于1 929年从兰科 植物Cyprepedium 中分离获得真菌，成功诱导形成了子实 体，并鉴定这个菌根真菌为伏革菌属(Corticium)，命名为 Corticium catoriio。 Cumah和Zelmer首次编订了兰科菌 根真菌检索表，涵盖截至1992年已发现的兰科菌根真菌 15个属此后，随着有关兰科菌根真菌各个领域研究工作的 逐步开展，新方法，新技术手段的广泛应用，促生了关于 兰科菌根真菌分离鉴定越来越多的研究成果。
兰科植物真菌的应用前景
兰科的许多品种具有很高的观赏价值和药用价值，而兰 科菌根真菌能促进种子胚的萌发和萌发后的生长发育，因此 在兰科植物的人工栽培中，引入兰科菌根技术具有广阔的应 用前景! 目前许多名贵花卉和中药材的组培技术已较为成熟， 但如何提高组培苗的出瓶成活率，加强组培苗的环境适应性， 加速幼苗生长等仍是值得关注的问题! 潘超美和宾金华收集 了南方各地区Cymbidium的几个野生种的根系，从根系上 分离出十多个菌株，其中两个菌株对大花惠兰、墨兰和蝴蝶 兰的组培苗生长有明显的促进作用，接种的兰苗生长量明显 要大于不接种的兰苗。 我们也正在开展石斛组培苗接种菌 根真菌以加速其幼苗生长的研究。
• 共生真菌促进兰科植物营养生长
缩短营养生长周期 兰科植物的生长周期相对较长，如果环境适宜，从播种 到成株开花至少要经历20个月，最长则要经历7-10年，对 兰花的商品化产生了严重的阻碍作用，而兰科真菌可以有 效地促进兰科植物的新陈代谢活动，缩短兰科植物营养生 长周期。潘超美[6]等用内生真菌侵染墨兰和剑兰，刺激 了植株体内一系列的生理代谢活动，使宿主植物的呼吸速 率、细胞色素C氧化酶和过氧化物酶活性都显著提高，感 染植株比未感染植株具有更强的代谢能力，从而在理论上 缩短了植物营养生长的时间。
产生维生素和植物激素，促进植物生理代谢 1947年，Cappelletti首次报道春兰菌根菌(Corticium catonii)能提供维生素B1给兰花。吴静萍等[16]从密花石 斛(Dendrobium densiflorum)中分离纯化得到1株镰孢菌 (Fusarium)，在菌丝和菌丝分泌物中发现有维生素B1、 B6、Bc和赤霉素。维生素在共生效应中可以作为植物的 辅酶，促根、苗生长，还可在短期内使兰花的硝酸还原酶 活性恢复并达到最大。
兰科菌根真菌研究进展
2010级微生物 付耕云
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兰科菌根和菌根真菌 国内外对兰科菌根真菌的研究 兰科菌根真菌的分类 兰科真菌对兰科植物的共生作用 兰科植物真菌的应用前景
• 菌根真菌
兰科菌根和菌根真菌
菌根真菌(mycorrhizal fungi)是与植物营养根形成的共 生体的真菌。菌根现象发现于19世纪中期，近一个世纪以 来菌根研究不断地深入。研究发现自然界中97%的植物都 具有菌根。有菌根的植物是正常的，而没有菌根的植物则 是异常的。有些树木的根上如果没有足够的菌根，往往难 以成活。许多兰科植物没有菌根不能正常地生长发育，甚 至其种子没有菌根真菌的感染就不能正常发芽生长。菌根 真菌生活在活的植物根部，从中获取必需的碳水化合物和 其他的一些物质，但同时又向植物的根系提供植物生长所 需的营养物质、酶类和水分，是一种相互有利的共生关系， 实际上这种共生也可以认为是一种特殊的寄生现象，只是 这种寄生的程度两者达到了高度的平衡。
• 提高兰花组培移栽苗存活率
目前，兰花的组培移栽苗易受有害微生物污染，而且在 移栽后缺乏生长所需的营养物质。魏勤等分离了石斛、卡 特兰根中的真菌，发现在实验室条件下，2种真菌都对蝴 蝶兰组培移栽苗产生很好的促进生长效果，提高了移栽苗 的存活率。唐明娟等报道，台湾金线莲(Anoectochillus formosanus Hayata)在自然环境下生长缓慢，对生态条件 要求严格，用内生真菌侵染组培苗后，成活率达100％。 内生真菌与兰科植物组培苗产生良好的共生效应，为植物 能够适应从组培的温室环境到外界自然环境提供了有利的 条件，同时也为兰科植物的工厂化生产提供了广阔前景。
菌的侵染 植物在自然界生活和生长发育的过程中，常受到病原菌 的侵染，而兰科植物与真菌的共生，增强了兰科植物对病 原菌的抵抗力。真菌诱导子能在植物超敏反应中引起植物 细胞合成和积累次生产物的活性物质。侯丕勇等用小菇属 的真菌作为诱导子处理铁皮石斛的原球茎发现，原球茎内 苯丙氨酸解胺酶(PAL)、过氧化物酶(POD)和脂氧合酶 (LOX)活性均升高。POD、PAL对植物起到保护、防御的 作用，LOX与信号分子茉莉酸合成有关，其产生的共生效 应机理是：真菌使圆球茎细胞受诱导，产生防御反应，质 子外流使胞外的DH值升高，激活合成酶PAL、POD，使 大量抗性物质被合成，产生细胞内的信号物质，调节细胞 抵抗外界有害物质。
兰科菌根真菌的分类
已报道的兰科菌根真菌绝大部分属于半知菌亚门和担子 菌亚门，兰科菌根真菌的基本分类可归纳成表1
兰科真菌对兰科植物的共生作用
• 促进种子萌发 • 提高兰花组培移栽苗存活率 • 共生真菌促进兰科植物营养生长
缩短营养生长周期 促进植物的生长 促进矿质元素的吸收，促进植物生理代谢 产生维生素和植物激素 菌的侵染
促进矿质元素的吸收 兰科植物的根肥厚粗短，吸收矿质元素的范围十分有限， 与真菌共生后，真菌菌丝能使植物根系吸收远处和砂石细 小孔隙中的矿质养分。Smith给兰花菌根供给32P标记的 正磷酸盐，发现菌根菌能将32P元素从菌丝的端部转运到 较老的菌丝体中，表明兰花菌根菌参与了植物根系吸收矿 质营养过程。Burgeff的试验表明，兰花通过菌丝大量吸 收含N物质补充营养，克服了兰科植物侧根、根毛少对营 养物质吸收的不利条件。1984年，Alexander C等研究了 兰科植物根系和斑叶兰丝核菌形成的菌根，也证实了菌根 对N、P的吸收。赵杨景等研究发现，内生真菌还能促进 大花蕙兰对K矿质养分的吸收。
根据菌根真菌的菌丝体在其共生植物根部所形成的形态 结构以及两者之间的营养关系，菌根真菌主要分为如下3种 类型: 外生菌根真菌、内生菌根真菌、内外生菌根真菌。菌 根可分为内生菌根、外生菌Байду номын сангаас和内外生菌根，其中内生菌根 主要包括丛枝菌根，兰科菌根和杜鹃类菌根。
图1 外生菌根菌及外生菌根
• 兰科菌根的形成
促进植物的生长 兰科植物是高度依赖真菌的植物，它们与生长环境中2 种以上共生真菌形成良好的共生关系，菌根真菌为植物生 长提供碳、氮等营养成分。唐明娟等、高微微等研究发现， 真菌侵染金线莲幼苗后，对其生长有明显促进作用，后者 还发现这些真菌是属于小菇属。在对立枯丝核菌进一步研 究中发现，掌根兰属植物的原球茎不能合成氨基酸。被立 枯丝核菌浸染后，能释放硫胺素、烟酸以及谷氨酰胺、谷 氨酸、天冬氨酸和少量其他氨基酸，作为植物细胞生长所 需的有机营养物质。亢志华等发现，丝核菌类真菌使兰科 植物叶绿素明显增加。另外一些无叶绿素的兰科植物的营 养是通过真菌菌丝联系“光合供体”植物获得的。兰科植 物种子萌发形成原球茎后，真菌对原球茎的生长、分化也 起着重要的作用。
• 促进种子萌发
兰科植物的种子非常细小，不含胚乳和子叶，只有微 小的胚，储存在胚中的营养成分无法提供种子萌发所必需 的有机养分；有些兰科植物的种子则没有乙醛酸循环体和 各种酶系，不能利用自身的营养物质；另外，兰科植物种 子萌发所需的维生素及其他生长因子也必须从外界获得。 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，菌丝为胚发育提供营养物质。Vladimir Vujanovic等发现，镰刀菌能诱导兰花种子胚的着色和萌 发。Lawrence W Zetiler等、G Masuham等都发现，菌 根真菌可极大地促进种子发育。
• 国内兰科菌根真菌分离鉴定研究
国内兰科植物菌根真菌的研究工作开展相对较晚，与国 外相比此方面研究缺乏系统性，分离植物材料的种类、分 布和获得的菌株种类、数量也都有限。国内兰科菌根真菌 分离鉴定研究具有典型特点，即研究工作主要集中于经济 效益大，国内市场需求较多的兰科药用类植物，天麻 (Gastrodia elata)和石斛属(Dendrobium)等。郭顺星、徐锦 堂等先后自野生天麻(Gastrodia elata B 1)和云南野生铁皮 石斛(Dendrobium candidum)中分离获得了菌根真菌的两 个新种，同时分离获得了一些典型的兰科共生广义丝核菌 属真菌。
图2 兰科植物根中的胞内菌丝团和菌丝
国内外对兰科菌根真菌的研究
• 国外兰科菌根真菌分离鉴定研究
国外对兰科菌根真菌的分离鉴定研究开展较早，从多种 兰科植物中分离获得了菌根真菌，所获得的菌根真菌都属 半知菌(Deuteromycotina)范畴，1909年Bernard从兰科植 物中首次分离获得3种共生丝核菌的纯培养并对他们进行 了简单描述，命名为Rhizoctonia mucoroides、Rhizoctonia repens和Rhizoctonia lanuginosa。Catoni于1 929年从兰科 植物Cyprepedium 中分离获得真菌，成功诱导形成了子实 体，并鉴定这个菌根真菌为伏革菌属(Corticium)，命名为 Corticium catoriio。 Cumah和Zelmer首次编订了兰科菌 根真菌检索表，涵盖截至1992年已发现的兰科菌根真菌 15个属此后，随着有关兰科菌根真菌各个领域研究工作的 逐步开展，新方法，新技术手段的广泛应用，促生了关于 兰科菌根真菌分离鉴定越来越多的研究成果。
兰科植物真菌的应用前景
兰科的许多品种具有很高的观赏价值和药用价值，而兰 科菌根真菌能促进种子胚的萌发和萌发后的生长发育，因此 在兰科植物的人工栽培中，引入兰科菌根技术具有广阔的应 用前景! 目前许多名贵花卉和中药材的组培技术已较为成熟， 但如何提高组培苗的出瓶成活率，加强组培苗的环境适应性， 加速幼苗生长等仍是值得关注的问题! 潘超美和宾金华收集 了南方各地区Cymbidium的几个野生种的根系，从根系上 分离出十多个菌株，其中两个菌株对大花惠兰、墨兰和蝴蝶 兰的组培苗生长有明显的促进作用，接种的兰苗生长量明显 要大于不接种的兰苗。 我们也正在开展石斛组培苗接种菌 根真菌以加速其幼苗生长的研究。
• 共生真菌促进兰科植物营养生长
缩短营养生长周期 兰科植物的生长周期相对较长，如果环境适宜，从播种 到成株开花至少要经历20个月，最长则要经历7-10年，对 兰花的商品化产生了严重的阻碍作用，而兰科真菌可以有 效地促进兰科植物的新陈代谢活动，缩短兰科植物营养生 长周期。潘超美[6]等用内生真菌侵染墨兰和剑兰，刺激 了植株体内一系列的生理代谢活动，使宿主植物的呼吸速 率、细胞色素C氧化酶和过氧化物酶活性都显著提高，感 染植株比未感染植株具有更强的代谢能力，从而在理论上 缩短了植物营养生长的时间。
产生维生素和植物激素，促进植物生理代谢 1947年，Cappelletti首次报道春兰菌根菌(Corticium catonii)能提供维生素B1给兰花。吴静萍等[16]从密花石 斛(Dendrobium densiflorum)中分离纯化得到1株镰孢菌 (Fusarium)，在菌丝和菌丝分泌物中发现有维生素B1、 B6、Bc和赤霉素。维生素在共生效应中可以作为植物的 辅酶，促根、苗生长，还可在短期内使兰花的硝酸还原酶 活性恢复并达到最大。