茅苍术内生真菌对宿主挥发油选择性降解及宿主幼苗生长的影响

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茅苍术Atractylodes lancea(Thunb.)DC为菊科苍术属多年生草本植物,是江苏省道地中药材,具有燥湿健脾、祛风散寒、明目作用。其干燥的根茎是主要活性部位,挥发油则是主要活性成分。近年来由于道地产区野生苍术资源被严重破坏,而非道地药材成分的变化导致中药配方疗效受到直接影响。并且茅苍术在人工栽培中有一定的连作障碍,因此如何解决日益增长的市场需求成为了一个难题。研究表明,茅苍术植株体内含有多种内生真菌,可促进宿主生长与活性成分积累。然而,这类内生真菌在宿主体内存在,是否与道地性形成以及抗逆境胁迫有关尚无研究。本文尝试从微生物与微生物、微生物与植物等角度,开展对茅苍术内生真菌与其宿主植物共生关系的研究。主要内容如下:首先,为了研究内生真菌参与植物道地性形成,以非道地茅苍术挥发油为材料,从道地茅苍术根茎中分离内生真菌,应用体外纯培养条件筛选能选择性利用挥发油的内生真菌。结果表明:筛选到一株生赤壳属内生真菌(ALG-13)可以以挥发油为唯一碳源;ALG-13可以选择性降低β-桉叶醇和茅术醇相对含量,增加苍术酮和苍术素相对含量,后者是药材道地性的主要特征;正交试验得出在碳源为蔗糖,pH为4.5,转速为200 r·min-1,装液量为50mL时ALG-13的降解效果最好。表明内生真菌能通过分解代谢适应茅苍术挥发油,并与道地性形成有关。既然内生菌可以降解挥发油缓解其对自身生长的限制作用,那植物又通过什么机制限制内生菌的过度生长?这种限制机制又如何区别于病原菌?以药用植物茅苍术及内生真菌为材料,采用水蒸馏法提取挥发油并分离个组分,应用平板生长速率法、滤纸片扩散法、悬滴法和SEM研究挥发油对内生真菌及病原菌的抑菌作用。结果表明:挥发油对病原菌中交链孢的抑菌活性最强;对尖孢镰刀菌和腐皮镰刀菌抑菌作用不明显;对2种内生真菌生长具有较小的抑制作用。β-桉叶醇和茅术醇对5种真菌均无抑制作用,苍术素相比于苍术酮对病原菌有更强的抑制效果。在苍术酮和苍术素胁迫下,病原菌孢子萌发率受抑制,内生真菌菌丝分支增多,分支间距离变短。苍术酮和苍术素可以引起交链孢的菌丝断裂,褶皱,细胞表面疣状突起,对内生真菌菌丝只引起菌丝表面涨破。表明茅苍术挥发油及组分对内生真菌生长有限制作用,但这种作用低于病原菌侵染。此实验结果说明苍术酮和苍术素可能是宿主植物与内生真菌建立拮抗平衡的关键物质,从理论上进一步阐述了药用植物茅苍术与内生真菌建立拮抗平衡的机理。茅苍术挥发油导致的化感连作障碍是限制其人工栽培的重要原因。为了缓解挥发油导致的化感连作作用,用内生真菌ALG-13降解挥发油解除植物受到的胁迫。结果表明12.5~100μg·ml-1挥发油对茅苍术幼苗生长无显著影响,200μg.ml-1时茅苍术幼苗生长明显受到抑制,且200~600 μg·ml-1时无显著性差别,因此选择200 μg·ml-1挥发油研究化感作用;挥发油处理时茅苍术体内叶绿素含量、叶绿素a/bL比值、可溶性蛋白含量大幅度下降,而外源添加内生真菌延缓了茅苍术的失绿症状,促进了可溶性蛋白的合成;挥发油胁迫使茅苍术体内MDA积累显著,而外施内生真菌减缓了其积累;脯氨酸变化趋势与之相反;挥发油胁迫显著降低了茅苍术根系活力,外源内生真菌处理后,根系活力又显著增加达到对照水平。以上结果说明外源内生真菌通过对化感物质-挥发油的降解作用,促进光合色素、可溶性蛋白的合成,根系活力的提高,维持体内渗透物质的平衡增加茅苍术对挥发油胁迫的抗性。
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