濒危药用植物大花杓兰菌根生理生态学研究

大花杓兰为兰科珍稀濒危药用植物，目前由于该植物的生态环境严重破坏，资源几近枯竭，而研究表明真菌对兰科植物生长发育有明显促进作用。.本项目研究内容包括：促进大花杓兰生长的内生真菌的分离和与双重培养，揭示大花杓兰菌根真菌的多样性，获得促进大花杓兰幼苗生长的菌根真菌；大花杓兰接菌共生培养形成菌根过程中生理生态功能变化的研究，研究菌根真菌对大花杓兰根的侵染过程、大花杓兰根被有益菌根真菌侵染形成菌根前后的生长情况、叶片光合作用、根系酶系（β-1, 3-葡聚糖酶、几丁质酶、多酚氧化酶、苯丙氨酸解氨酶）、无机养分、可溶性糖、内源激素等的影响；菌根真菌与大花杓兰根接触之前，两者相互识别过程中的基因表达研究。.上述研究工作的开展，对于大花杓兰资源的保护性开发，增加药材资源具有较大的应用价值；对阐明菌根真菌与兰科植物根识别机制、以及进一步了解菌根真菌与兰科植物共生形成菌根的机理具有重大的生物学意义。

大花杓兰为兰科濒危药用植物，菌根真菌在兰科植物种子萌发和生长发育过程中具有重要作用。本项目研究发现大花杓兰中存在20个属的内生真菌，具有丰富的内生真菌多样性，其中6株真菌有抗菌活性，12株真菌有抗肿瘤活性；建立了以未成熟种子萌发形成大花杓兰幼苗的组织培养体系，明确了种子萌发过程；获得1株具有促生长作用的胶膜菌属菌根真菌，能够促进大花杓兰成熟种子萌发，与大花杓兰形成典型的兰科菌根结构；与未接种对照相比，接种菌根真菌能够显著增加大花杓兰幼苗的鲜重、干重和根的数量，促进氮、磷、钾元素的吸收，降低还原糖含量，显著提高生长素、赤霉素和玉米素核苷的含量，显著降低脱落酸含量；接菌幼苗根的多酚氧化酶酶活性升高，苯丙氨酸解氨酶、几丁质酶、和β-1,3-葡聚糖酶的酶活性显著升高；采用转录组测序方法研究了大花杓兰与菌根真菌识别的基因表达，获得90151个单一基因，其中显著性差异表达基因3292个，上调基因2139个，下调基因1153 个；GO 功能聚类分析表明，有1276 个基因注释到51 个二级GO分类单元中，其中10个具有明显差异的节点；对差异表达基因的KEGG数据库注释结果按照KEGG中通路类型进行分类，分布于细胞进程、环境信息处理、遗传信息处理、新陈代谢和生物系统的50个代谢通路；Pathway 功能富集分析表明，35条通路均为上调表达，1条通路均为下调表达，与文献比较分析，其中油菜素甾醇、黄酮和黄酮醇、倍半萜和三萜类化合物、甾体等合成途径参与了大花杓兰对菌根真菌的识别。研究结果有助于濒危大花杓兰的迁地保护和种群数量的增加，对于明确兰科菌根真菌作用，丰富兰科植物基因资源，挖掘识别、共生基因功能等具有重要意义。