滇重楼与AM真菌相互识别及高效菌种组合的研究

Paris polyphylla var. yunnanensis is one of the most representative and global influence of medicinal plant in southwestern China, which occupy the dominant position of the industrialization. It has been listed as the second class of endangered medicinal plant. Due to massive demand and retarded growth, imbalance between supply and demand becomes more and more serious. In prophase work, we found that Paris polyphylla var. yunnanensis could form arbuscular mycorrhizal (AM), and has strong dependence to AM. Moreover, indoor pot culture showed that AM could obviously improve yield and quality of Paris polyphylla var. yunnanensis, and possess selectivity with this plant..The project will adopt modern AM biotechnology to reveal internal law of different units in micro ecosystem, integrating with theories and methods of cultivation science, pedology, physiology and biochemistry, pharmaceutical analysis and molecular biology, etc. In indoor pot and field cultivation, we will use "two materials and two systems" to explore interaction among Paris polyphylla var. yunnanensis, soil and microorganism in micro ecosystem of rhizosphere from studied on different levels of micorrhizal fungi, physiology and biochemistry, chemistry, enzymology and gene expression. Meanwhile, we will explore ecological function of AM and process, mechanism and material base to influence quality of the plant, reveal its essential factors from AM fungal, and afford guidance for application of AM in cultivation of medicinal plants.

滇重楼是西部药用植物中占据产业化利用主导地位、最具代表性和全局影响力的植物资源之一，现已列为二级濒危药用植物。由于需求巨大，资源再生周期长，目前已出现了严重的资源危机。我们前期研究发现滇重楼能形成典型的重楼型丛枝菌根（AM），且对AM真菌有较强依赖性；室内盆栽结果表明AM真菌能明显提高其产量和改善品质，并与滇重楼之间具有选择性。.本课题采用现代菌根生物技术与传统的药用植物栽培学、土壤学、植物生理生化、药物分析学、分子生物学等多学科的理论和技术相结合，利用"两种材料、两个体系"在室温盆栽结合田间原位条件下从菌根学、生理生化、化学、酶学、基因表达等不同层次系统研究由滇重楼-土壤-微生物组成的根际微生态系统中不同单元间相互作用、相互依赖的内在规律性，探讨AM真菌未知生态学功能及对滇重楼品质影响的过程、机制和物质基础，从AM真菌的角度对滇重楼品质科学内涵进行诠释，为AM真菌在药用植物栽培中的应用。

滇重楼已被列为国家重点保护二级濒危药用植物，属于典型菌根药用植物。为解决人工栽培滇重楼产量和品质不同步增长所带来的一系列问题，推动人工栽培滇重楼及重楼产业的可持续发展，有效保护我国的野生滇重楼资源，本项目利用滇重楼根际优势AM真菌在促进生长、提高品质、增加产量等方面的作用，采用两种材料（种子共生萌发的无菌苗、实生苗）和两个体系（AM真菌+无菌苗、AM真菌+实生苗），在室温盆栽结合田间原位条件下进行了滇重楼与AM真菌高效菌种的初步筛选、AM真菌高效菌种的复筛、AM真菌高效组合菌株的确定等三方面研究，达到了AM真菌接种能促进滇重楼的生长，显著提高生物量和甾体皂苷累积的目的，并与滇重楼之间具有选择性。基于这些工作，本课题首次全面评估了AM真菌与滇重楼之间的相互关系。已完成项目预定研究目标。主要研究结果显示：1）滇重楼与AM真菌之间存在一定的相互选择性，不同AM真菌间具有协同效应。2）接种外源AM真菌能提高滇重楼菌根生活力。3）丛枝菌根的形成改善了滇重楼的微生态环境，提高了根际土壤肥力。4）AM真菌能提高滇重楼叶片光合色素、可溶性蛋白和可溶性糖含量及保护酶活性，增强滇重楼对光环境的适应能力，提高其光合作用的能力。6）AM真菌能打破滇重楼种子休眠，其GA量显著升高，ABA量显著下降。7）与菌根真菌共生相关基因SYMRK、ion channel与CCaMK表达增强，与甾体皂苷合成相关基因HMGR与SE表达增强。8）AM真菌处理组能提高滇重楼根茎生物量，促进了重楼皂苷的积累，能够提高滇重楼的药用品质，但在实验期间未造成滇重楼甾体皂苷质量的变异。以滇重楼幼苗（实生苗）的生长、菌根生活力、根际土壤微环境、生理生化、保护酶活性、产量、甾体皂苷和关键酶为综合评价指标，确定其产量和品质同步增长的Gm+Gg+Sca+Spe+ Sde+Cc和Sca+Spe+Rco+Rfu高效菌种组合。上述研究结果将为滇重楼菌根互作理论提供基础资料，为AM真菌促进百合科药用植物生长及其资源的可持续利用提供科学依据。