蘭花種子萌發(fā)與真菌共生

2010/12/15 20:08:40

蘭花與真菌存在著共生關(guān)系，蘭花根部細(xì)胞會(huì)被真茵侵染并被成串的真菌菌絲體所占據(jù)，然面真菌死植物細(xì)胞內(nèi)又會(huì)被寄生細(xì)胞逐漸消化，這已是人所共知的現(xiàn)象。
蘭花種子萌發(fā)與真菌有著極大的關(guān)系，早在1903年，NoelBernard以卓越的開創(chuàng)性工作指出，蘭花種子只有被合適的真菌侵染時(shí)才能萌發(fā)。在此認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，後來(lái)發(fā)展了一種種子萌發(fā)的共生法，即把蘭花種子和相適應(yīng)的真菌一同接在培養(yǎng)基上培養(yǎng)。這一方法取得了成功，但由于操作上的復(fù)雜性，在生產(chǎn)上推廣是較困難的。
1924年LewisKnudson提出了蘭花種子萌發(fā)的非共生法，他在只含有糖和無(wú)機(jī)鹽的培養(yǎng)基上成功地萌發(fā)了許多蘭花種子。後來(lái)的研究者們把注意力集中在培養(yǎng)基成份的改善上，提出了許多種適合於各種蘭花種子萌發(fā)的培養(yǎng)基。這種非共生法的應(yīng)用使蘭花生產(chǎn)繁殖技術(shù)發(fā)生了根本的變革，創(chuàng)造了蘭花工業(yè)高速發(fā)展的奇跡，至今仍然是蘭花快速繁殖的最主要手段之一。
但是，問題并未到此為止，人們很快發(fā)現(xiàn)，非共生法并不能使所有的蘭花種子萌發(fā)，特別是許多地生蘭種，在沒有真菌的培養(yǎng)基上很難萌發(fā)或完全不能萌發(fā)，有的即使萌發(fā)也非常緩慢，需要幾個(gè)月或一年多才能發(fā)育為原須球莖。因此，對(duì)于蘭花種子萌發(fā)與真菌的關(guān)系必須作深入的了解，以便尋找更有效的蘭花種子萌發(fā)技術(shù)。
蘭花種子萌發(fā)與真菌侵染
蘭花的果實(shí)為蒴果，種子極為細(xì)小，一個(gè)蒴果內(nèi)一般包含數(shù)萬(wàn)至百萬(wàn)粒種子，肉眼幾乎不能辨認(rèn)。種皮的膜質(zhì)透明，且具網(wǎng)紋，在自然條件下萌發(fā)率極低。蘭花種子萌發(fā)后經(jīng)細(xì)胞分裂，發(fā)育為一種無(wú)結(jié)構(gòu)的細(xì)胞團(tuán)，稱之為原球莖，原球莖除了可瓣認(rèn)的基部和頂部外，只有很少的組織分化，其后長(zhǎng)出莖尖和根，逐漸發(fā)育為完整的小植株。
溫帶地生蘭種子的萌發(fā)和早期發(fā)育是在地下黑暗中發(fā)生的，其原球莖是完全導(dǎo)養(yǎng)的。菌根真菌首先浸染原球莖的基部細(xì)胞，后來(lái)當(dāng)維管束系統(tǒng)和莖開始發(fā)育時(shí)，侵染被限制在軔皮組織的薄壁細(xì)胞內(nèi)。原球莖時(shí)期的侵染并不進(jìn)入根部。在原來(lái)就是自養(yǎng)并在早期就變綠的原球莖的一些蘭花種內(nèi)，真菌侵染遵循相似的形式，原球莖部的大多數(shù)薄壁細(xì)胞中充滿螺旋菌絲體，具葉綠體的細(xì)胞在原球莖頂部。
真菌侵染是影響蘭花種子萌發(fā)的最主要因素之一，但萌發(fā)過程還受到其他許多因素的影響。真菌侵染與蘭花種子萌發(fā)之間的關(guān)系是極其復(fù)雜的，而目隨著不同的蘭花種類差異很大，因此所采用的蘭花種子萌發(fā)技術(shù)有非共生萌發(fā)和共生萌發(fā)兩種。
蘭花種子的非共生萌發(fā)
非共生萌發(fā)是指在人工培養(yǎng)基上不需要任何真菌侵染就可以使蘭花種子萌發(fā)。這一方法最早是由Knudson在1924年發(fā)現(xiàn)的，六十多年來(lái)相繼在許多種蘭花中都獲得了成功。但是，迄今為止仍有不少種蘭花用非共生法未能使種子萌發(fā)。因此，Knudson當(dāng)時(shí)所提出的真菌對(duì)于蘭花種子萌發(fā)是不需要的論斷顯然是片面的。
在非共生法中，許多學(xué)者就礦物營(yíng)養(yǎng)、碳水化合物、氮源、維生素和生長(zhǎng)物質(zhì)等各種因素對(duì)種子萌發(fā)的影響做了大量研究及詳盡的論述，但仍然很難指出哪一種因素是最關(guān)鍵的，不同種的蘭花對(duì)於某一種因素的要求程度也不相同。著名的美國(guó)蘭花生物學(xué)家J·Arditti認(rèn)為，蘭花種子萌發(fā)并不存在某一特定因素，但嚴(yán)格的種子萌發(fā)要求是地生蘭種的特性，而熱帶氣生蘭只要提供單糖等簡(jiǎn)單營(yíng)養(yǎng)就很容易萌發(fā)。
在諸多的因素之中，值得指出的是一類自然的復(fù)合添加物質(zhì)，如椰子乳汁、胰、蕃茄汁液、甚至馬來(lái)西亞啤酒等，對(duì)于蘭花種子的萌發(fā)有顯著的促進(jìn)作用。這類復(fù)合添加物質(zhì)的成分是極其復(fù)雜的，其活性成分主要是維生素和生長(zhǎng)物質(zhì)，用這兩類物質(zhì)所做的種子萌發(fā)實(shí)驗(yàn)都得到了肯定的結(jié)果，但不同的蘭種和不同的發(fā)育階段其作用也不相同。在某些蘭花種子的萌發(fā)；實(shí)驗(yàn)中，使用吲哚乙酸、赤霉素、腺嘌呤和激動(dòng)素，與使用馬鈴薯提取液、椰子乳汁效果相同。
然而，復(fù)合添加物質(zhì)對(duì)于蘭花種子萌發(fā)和生長(zhǎng)發(fā)育的影響仍遠(yuǎn)不及共生法中的真菌侵染。Hadley曾把一種地生蘭種子培養(yǎng)在含有真菌及糖、礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)的特定培養(yǎng)基上，萌發(fā)和生長(zhǎng)都是很快的，僅僅2—3個(gè)月齡的原球莖已經(jīng)長(zhǎng)出綠色的莖和葉，比起在提供了非常有效生長(zhǎng)物質(zhì)混合物的培養(yǎng)基上生長(zhǎng)二年之久的未侵染原球莖長(zhǎng)的更好。但是也有人發(fā)現(xiàn)，在一種具含有多氨基酸和維生素的酵母提取液、水解酪蛋白，以及包括氨基嘌呤和吲哚乙酸的不同生長(zhǎng)因子的培養(yǎng)基上，原球莖的發(fā)育在許多方面都與共生培養(yǎng)中的相類似。
必須指出，許多熱帶氣生蘭在簡(jiǎn)單的特定培養(yǎng)基上容易萌發(fā)，調(diào)整營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)主要影響原球莖的發(fā)育而不是促進(jìn)種子萌發(fā)，因此對(duì)於一些種子不容易萌發(fā)的地生蘭種來(lái)說(shuō)，這類營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)對(duì)發(fā)育的影響是否相似還很難說(shuō)。非共生萌發(fā)受到許多因素的支配，它畢竟是一個(gè)人為環(huán)境的控制過程，因此，作為長(zhǎng)期進(jìn)化過程結(jié)果的真菌侵染，很難被營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和其他因素的選配所完全代替。
蘭花種子的共生萌發(fā)
共生萌發(fā)是指在特定菌根真菌侵染的條件下蘭花種子萌發(fā)的過程。本世紀(jì)初，JosephCharlesworth在多種蘭花中有效地使用了這種方法，即把蘭花種子和真菌一同接種在培養(yǎng)基上，種子很快萌發(fā)并發(fā)育。但是這種方法操作起來(lái)是十分復(fù)雜的，而且對(duì)于商業(yè)種植者來(lái)說(shuō)困難很多。
蘭花種子萌發(fā)的最初階段為吸收水分引起胚的膨大，并伴隨這一系列代謝活動(dòng)的開始，其中包括脂肪的分解消失和淀粉的形成。在許多種蘭花內(nèi)這個(gè)階段在沒有真菌染的情況下已經(jīng)發(fā)生，它們往往早於共生萌發(fā)中的侵染過程。Burgeff曾詳細(xì)地描述過蕾尼亞卡德利亞蘭種子萌發(fā)早期真菌侵染的過程，種子在真茵侵入前已開始萌發(fā)，胚膨大并在細(xì)胞內(nèi)出現(xiàn)淀粉粒，真菌的侵染是從胚柄基端進(jìn)入細(xì)胞的，很快充滿細(xì)胞形成三維菌絲網(wǎng)。
大多數(shù)菌根真菌都可能促進(jìn)蘭花種子的萌發(fā)并對(duì)其生長(zhǎng)有積極影響，但很難把這兩個(gè)過程截然分開。例如在特定真菌存在的情況下斑葉蘭種子的萌發(fā)率是比較高的，特別是當(dāng)條件有利於萌發(fā)時(shí)。在有真菌侵染時(shí)即使在水項(xiàng)脂培養(yǎng)基上可以促進(jìn)種子萌發(fā)，在添加馬鈴薯提取液或高糖水平的情況下，即使無(wú)真菌侵染也可促進(jìn)種子萌發(fā)。然而在這些處置中，由真菌侵染所引起的促進(jìn)只發(fā)生於種子萌發(fā)的前二、四周內(nèi)，與培養(yǎng)基無(wú)關(guān)；而在非共生培養(yǎng)基上的種子萌發(fā)率在實(shí)驗(yàn)的較長(zhǎng)期間內(nèi)一直在增加，這可能由于真菌引起的培養(yǎng)基狀況的變化以及由代謝過程所引起的萌發(fā)抑制。
一些研究表明，一定的真菌侵染對(duì)于某些蘭花種子萌發(fā)有非常明顯的促進(jìn)作用，而對(duì)另一些蘭花種子的萌發(fā)就沒有作用，但仍可能促進(jìn)其生長(zhǎng)發(fā)育。一般說(shuō)來(lái)，在存在菌根真菌的情況下能促進(jìn)和加速蘭花種子的萌發(fā)，這種作用在地生蘭種中比在熱帶氣生蘭種中更為明顯。
實(shí)驗(yàn)證明，與已被真菌侵染的原球莖相鄰的未侵染原球莖并不發(fā)育，看來(lái)共生菌并不僅僅提供特殊的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。真菌侵染可能導(dǎo)致開始代謝途經(jīng)的一個(gè)更復(fù)雜過程，或者提供特殊的代謝中間產(chǎn)物，而蘭花對(duì)這些物質(zhì)的利用有很大的依賴性。
一般說(shuō)來(lái)，溫帶地生蘭的原球莖是完全導(dǎo)養(yǎng)性的，并且在莖開始形成、伸長(zhǎng)及產(chǎn)生葉綠素之前是在地下發(fā)育的，這個(gè)過程在非共生培養(yǎng)中需要進(jìn)行很多個(gè)月或幾年，而在真菌侵染的條件下只需要幾個(gè)星期。然而，在熱帶氣生蘭中也存在著導(dǎo)養(yǎng)發(fā)育，它們中的許多在基質(zhì)表面在光下已經(jīng)萌發(fā)，而真菌侵染引起生長(zhǎng)戲劇性的促進(jìn)并伴隨著葉綠素的增加，相反未侵染的原球莖就沒有這種功能。盡管可以推斷不能進(jìn)行光合作用與缺乏維生素有關(guān)，但更重要的是在真菌侵染的條件下新陳代謝以更正常的形式進(jìn)行。
蘭花種子與真菌共生的園藝學(xué)啟示
真菌共生和蘭花種子萌發(fā)之間的關(guān)系是十分復(fù)雜的，對(duì)共生關(guān)系及相互作用機(jī)理的了解還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，只有當(dāng)對(duì)這些問題有更深入的研究和了解時(shí)，改進(jìn)和完善蘭花種子萌發(fā)技術(shù)，加快蘭花繁殖速度才會(huì)成為可能。綜上所述，對(duì)于蘭花業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐來(lái)說(shuō)，現(xiàn)有的蘭花真菌共生知識(shí)至少可以給我們以下幾點(diǎn)啟示：
1、對(duì)於大多數(shù)熱帶氣生蘭，特別是已經(jīng)可以用非共生法萌發(fā)種子的蘭種來(lái)說(shuō)，共生法培養(yǎng)就已失去任何意義。
2、對(duì)於迄今為止的不能或很難用非共生法使種子萌發(fā)的一部分熱帶氣生蘭來(lái)說(shuō)，改進(jìn)培養(yǎng)基的營(yíng)養(yǎng)成分和培養(yǎng)條件，特別是使用維生素、生長(zhǎng)物質(zhì)或復(fù)合添加物質(zhì)，可能是促進(jìn)種子萌發(fā)或提高萌發(fā)率的有效途徑。
3、對(duì)於用非共生法雖使種子可以萌發(fā)，但萌發(fā)率很低的地生蘭，仍可以用改善培養(yǎng)基營(yíng)養(yǎng)條件，使用維生素、生長(zhǎng)物質(zhì)或復(fù)合添加物質(zhì)的方法提高萌發(fā)率。如果用共生法培養(yǎng)，將有可能極大地提高種子萌發(fā)率，或者明顯地加速原球莖和幼苗的生長(zhǎng)發(fā)育。
4、對(duì)於用非共生法不能使種子萌發(fā)的一些地生蘭種來(lái)說(shuō)，共生法仍具有重要的意義，特別是對(duì)一些珍貴的地生蘭原生種，可能是必須嘗試的主要途徑。
在使用共生法時(shí)，除了把蘭花種子和特定共生真菌一同接種在人工培養(yǎng)基這一方法之外，還可以使種子回到半自然狀態(tài)，即把種子插在親本植株附近的自然基質(zhì)上，仍可以達(dá)到使真菌侵染共生的目的。

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