土壤养分对濒危兰科植物白及与菌根真菌共生关系的影响机制

As one of the hot groups of biological research and flagship family in biodiversity conservation, orchid has great influence on species evolution and biological study. Orchidaceae are typical mycorrhizal plants. The symbiotic relationship between orchids and mycorrhizal fungi is accompanied almost the entire life cycle such as seed germination and growth during seedling stage even flowering stage. Global changes caused by human activities such as greenhouse gas increases and nitrogen deposition have greatly influenced orchid ecological environments and mycorrhizal associations. However, at present the response and adaptability of mutual symbiosis formed between orchids and mycorrhizas to the habitat changes are still inadequate. In order to better protect orchids, more and further related researches should be carried out. In this study, we take Bletilla striata as materials, and exploit conformation anatomy, modern molecular biology and stable isotope technique as our methods to analyze the influence of soil carbon and nitrogen to the establishment of symbiotic relationship, reveal the demand and utilization of Bletilla striata for mycorrhizal fungi, and illustrate the response mechanism of mutual symbiosis to soil nutrient’s change. This study can offer scientific basis to orchid germplasm resources protection, wild population ecological restoration and resource sustainable utilization.

兰科植物是生物学研究的热点类群之一，也是生物多样性保护的“旗舰”类群，在物种进化和生物学研究中具有重要意义。兰科植物是典型的菌根植物，兰科植物与菌根真菌共生关系几乎伴随着兰科植物从种子萌发到开花结果的整个生活史。当前人类活动所造成的全球变化如温室气体增多和氮沉降等极大的影响着兰科植物的生态环境及其与菌根真菌的共生关系。目前，有关兰科植物与菌根真菌共生关系对生境变化的响应和适应性等方面的研究还较为缺乏，为更好的保护兰科植物，有必要对其展开更多更深入的研究。本项目以白及为研究对象，综合应用形态解剖学、现代分子生物学和稳定同位素等手段，分析土壤碳氮养分对兰科与菌根真菌共生关系形成的影响，明确不同碳氮养分条件下白及对菌根真菌的需求和依赖程度差异，阐明白及与菌根真菌二者共生关系对土壤碳氮养分变化的响应机制，为兰科植物种质资源保护、野生种群生态恢复和资源的可持续利用提供科学依据。

兰科植物是生物学研究的热点类群之一，也是生物多样性保护的“旗舰”类群，在物种进化和生物学研究中具有重要意义。兰科植物是典型的菌根植物，兰科植物与菌根真菌共生关系几乎伴随着兰科植物从种子萌发到开花结果的整个生活史。当前人类活动所造成的全球变化如温室气体增多和氮沉降等极大的影响着兰科植物的生态环境及其与菌根真菌的共生关系。本项目以濒危兰科植物白及为研究对象，研究土壤碳氮养分对白及与菌根真菌共生关系的影响，取得的主要结果包括：（1）白及菌根真菌的侵入方式不受土壤碳氮条件的影响，均是通过通道细胞进入皮层细胞，最终在皮层细胞中定殖，但菌根真菌侵染率受土壤碳氮条件的影响较大；（2）土壤碳氮含量对菌根真菌的影响存在交互作用，土壤碳氮含量过高或过低均会抑制菌根真菌共生，中碳高氮组合是白及较好的碳氮水平，有助于白及与菌根真菌共生关系的形成；（3）白及根内生真菌的种类、丰度和群落结构因土壤碳氮含量的不同而存在较大差异。中碳条件下，白及根内生真菌以担子菌门Basidiomycota为主，而在低碳和高碳条件下，以子囊菌门Ascomycota为主；（4）成熟的白及为部分真菌异养植物，但真菌异养水平因不同生长季而存在差异，且白及不同组织有不同的碳分配策略。项目发表研究论文7篇，培养研究生2名。研究结果为兰科植物种质资源保护、野生种群生态恢复和资源的可持续利用提供科学依据。