CN103421695A - 一株共生真菌及其在铁皮石斛组培与种植阶段的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明采用低能氮离子注入诱变共生真菌出发菌种,利用PDA培养基,挑选出诱变后的共生真菌,再利用共生培养,筛选出能够提高组培存活率的菌株,再通过大田无土栽培复筛,筛选出能够缩减生长周期,提高种植存活率的真菌(Epulorhizasp.)Es-N235,已保藏于中国典型培养物保藏中心CCTCC,保藏编号:CCTCCNO:M2013274。所述的共生真菌Es-N235在接入组培与种植阶段的铁皮石斛幼苗中,比同等培养条件下接种共生真菌原始出发菌株的铁皮石斛幼苗,在组培阶段的存活率提高了36%~42%,在大田无土栽培阶段,能缩短生长周期32%~40%,种植阶段存活率提高30%~40%。
Description
技术领域
本发明涉及一株共生真菌及其在铁皮石斛组培与种植阶段的应用,属于生物工程技术领域。
背景技术
铁皮石斛又称黑节草,属兰科石斛属,为兰科多年生附生草本植物,是一种珍贵的野生药用植物。铁皮石斛具有独特的药用价值,秦汉时期的《神农本草经》记载铁皮石斛“主伤中、除痹、下气、补五脏虚劳羸瘦、强阴、久服厚肠胃”。现代研究表明铁皮石斛具有抗肿瘤活性;能显著降低血糖水平,促进循环、扩张血管、降低血胆固醇和甘油三酯;对于防治老年白内障和保护少儿视力也有明显效果;具有抗氧化、抗诱变活性等作用。
[0003]由于野生铁皮石斛对自然生态条件要求极其苛刻,自然繁殖率又极低,早在上个世纪八十年代,铁皮石斛就被国家列为重点保护的珍惜濒危药用植物。铁皮石斛同时也是一种真菌共生植物,这些真菌提高了铁皮石斛对养分的吸收能力,同时能促进铁皮石斛的生长。通过菌种诱变,并且筛选出优良的共生菌种,不仅可以促进种子萌发,提高组培苗的出瓶成活率和生长速度,而且还能提供矿物营养、产生维生素和激素类物质等,从而促进铁皮石斛的生长发育。
发明内容
本发明的目的是提供一株铁皮石斛的共生真菌,使铁皮石斛在组培和大田培养阶段存活率,生长速率大幅度提高。
为了达到上述目的,本发明采用的技术方案如下:
一株共生真菌(Epulorhiza sp.) Es-N235,已于2013年6月21日保藏于中国典型培养物保藏中心CCTCC,保藏编号:CCTCC NO:M 2013274。
所述的共生真菌Es-N235在铁皮石斛组培与种植阶段的应用。
本发明所述的共生真菌的筛选方法是:从浙江雁荡山野生铁皮石斛新鲜营养根中分离纯化得到共生真菌瘤菌根菌作为出发菌株,经低能氮离子注入诱变后,利用PDA培养基,挑选出诱变后的共生真菌,再利用共生培养,筛选出能够提高组培存活率的菌株,再通过大田无土栽培复筛,筛选出能够缩减生长周期,提高种植存活率的菌株作为下一轮诱变的出发菌株。重复上述过程,直到筛选出目标菌株Es-N235。
本发明菌株Es-N235的形态学及生理化学特征如下:
菌落颜色:米白色;
需氧方式:兼性厌氧;
菌落大小:6~10mm;
适宜生长温度:25~30℃;
适宜生长PH:6.0~7.0;
菌落形态:圆形;
革兰氏染色:阳性。
本发明所提供的共生真菌Es-N235诱变方法,具体步骤如下
(a)、单孢子悬浮液制备:将出发菌株孢子制成孢子悬液,调整孢子浓度为106/毫升。
(b)、低能氮离子注入诱变:取0.1ml的步骤(a)中孢子悬液均匀涂布于无菌平皿上,以无菌风吹干,在25KeV,注入剂量为160×1013ions/cm3下对其进行氮离子注入。离子注入完毕后,取出平皿,在无菌条件下用1ml无菌水洗脱,涂布到PDA培养基上,在25~30℃下倒置培养2~3d。
(c)菌种扩大培养:将步骤(b)PDA培养基培养的共生真菌接种至斜面培养基培养,培养温度为25~30℃,培养时间为2~3d;再将共生真菌的斜面培养物接种至种子培养基培养,培养温度为25~30℃。摇瓶装液量10%~30%。培养时间12~24h;
(d)共生培养初筛:将步骤(c)扩大培养后的菌种接入铁皮石斛无菌组培的培养基共同培养,光照强度3000~8000Lux,筛选共生效率高,铁皮石斛苗存活效率、生长速率都提高的菌株。
(e)大田种植复筛:将步骤(d)中筛选出的共生培养植株移植到大田培养,培养温度25~30℃,光照强度5000~8000Lux,光照时间12~16h/d。筛选共生效率高,铁皮石斛植株大田存活率、生长速率都提高的菌株作为下一轮诱变的出发菌株。
重复上述过程,直到筛选出目标菌株Es-N235。
在上述筛选方法中:步骤(b)所采用的PDA平板培养基包含如下质量百分数成分:马铃薯煮汁20%~30%,碳源5%~10%,无机盐0.03%~0.1%,琼脂1%~3%,其余为水,培养温度为25~30℃;其中所述碳源为葡萄糖,蔗糖中的一种或多种混合;所述无机盐为钠盐,钾盐,或者镁盐中的一种或几种混合。
步骤(c)所采用的斜面培养基包含如下质量分数成分:马铃薯煮汁15%~25%,碳源5%~10%,无机盐0.03%~0.1%,琼脂粉1%~3%,其余为水,培养温度为26~30℃;其中所述碳源为葡萄糖,蔗糖中的一种或多种混合;所述无机盐为钠盐,钾盐,或者镁盐中的一种或几种混合。
步骤(c)所采用的种子液包含如下质量分数成分:马铃薯煮汁25%~35%,碳源10%~15%,无机盐0.05%~0.12%,其余为水,其中所述碳源为葡萄糖,蔗糖中的一种或多种混合;所述无机盐为钠盐,钾盐,或者镁盐中的一种或几种混合。
步骤(d)所采用的铁皮石斛苗的无菌组培培养基包含如下质量分数的组分:马铃薯煮汁15%~25%,1/2MS培养基(大量元素减半),碳源2%~5%,肌醇0.06%~0.1%,琼脂粉0.5%~1%,PH为5.0~6.5,培养温度为26~30℃,培养容器装量10%~30%。
上述筛选出的共生真菌在铁皮石斛组培与种植阶段的应用。
具体步骤如下:
(1)、平板培养:将共生真菌Es-N235接种到PDA平板培养基,培养温度为25~30℃。培养时间2~3d;
(2)、斜面培养:将步骤(1) PDA平板培养的共生真菌接种到斜面培养基上,培养温度为25~30℃,培养时间为2~3d。
(3) 、种子培养:将步骤(2)斜面培养的共生真菌接种到种子培养基中,培养温度为25~35℃,摇瓶装液量10%~30%(v/v),培养时间12~24h。
(4) 、铁皮石斛苗的无菌组培:铁皮石斛苗在无菌组培培养基进行无菌组培,光照培养,光照强度3000~8000Lux,光照时间12~16h/d,培养出苗。
(5)、铁皮石斛苗与共生真菌共生培养:将步骤(3)中的种子培养基培养物在无菌条件下,接入步骤(4)的铁皮石斛苗群几何中心处共同培养,接入量为10%~30%(v/v),培养温度25~30℃,光照培养,光照强度3000~8000Lux,光照时间12~16h/d,培养14~21d。
(6)、大田培养:将步骤(5)中的铁皮石斛苗接种到大田里培养,光照培养,培养温度25~30℃,光照强度5000~8000Lux,光照时间12~16h/d,培养至长出植株。
其中,所述PDA平板培养基包含如下质量分数的组分:马铃薯煮汁20%~30%,碳源5%~10%,无机盐0.03%~0.1%,琼脂粉1%~3%,其余为水,培养温度为26~30℃;其中所述碳源为葡萄糖,蔗糖中的一种或多种混合;所述无机盐为钠盐,钾盐,或者镁盐中的一种或几种混合。
所述斜面培养基包含如下质量分数的组分:马铃薯煮汁15%~25%,碳源5%~10%,无机盐0.03%~0.1%,琼脂粉1%~3%,其余为水,培养温度为25~30℃;其中所述碳源为葡萄糖,蔗糖中的一种或多种混合;所述无机盐为钠盐,钾盐,或者镁盐中的一种或几种混合。
所述种子液培养基包含如下质量分数组分:马铃薯煮汁25%~35%,碳源10%~15%,无机盐0.05%~0.12%,其余为水,培养温度为25~30℃;其中所述碳源为葡萄糖,蔗糖中的一种或多种混合;所述无机盐为钠盐,钾盐,或者镁盐中的一种或几种混合。
所述铁皮石斛苗无菌组培培养基包含如下质量分数组分:马铃薯煮汁15%~25%,1/2MS培养基(大量元素减半),碳源2%~5%,肌醇0.06%~0.1%,琼脂粉0.5%~1%,PH为5.0~6.5,培养温度为25~30℃,培养容器装量10%~30%。
本发明的有益效果在于:本发明采用低能氮离子注入诱变共生真菌出发菌种,利用PDA培养基,挑选出诱变后的共生真菌,再利用共生培养,筛选出能够提高组培存活率的菌株,再通过大田无土栽培复筛,筛选出能够缩减生长周期,提高种植存活率的菌株作为下一轮诱变的出发菌株,重复上述步骤直至筛选到目标菌株。最后将目标菌种接入组培与种植阶段的铁皮石斛幼苗中,比同等培养条件下接种共生真菌原始出发菌株的铁皮石斛幼苗,在组培阶段的存活率提高了36%~42%,在大田无土栽培阶段,能缩短生长周期32%~40%,种植阶段存活率提高30%~40%,具有重大的社会意义和经济价值。
具体实施方式
根据下述实施例,可以更好地理解本发明。然后,本领域的技术人员容易理解,实施例所描述的具体物料比、工艺条件及其结果仅用于说明本发明,而不应该也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。
实施例1
本实施例说明将共生真菌原始菌株进行低能氮离子注入诱变筛选的方法。
进行第一步低能氮离子注入诱变筛选的具体步骤如下:
(a)、单孢子悬浮液制备:取25~30℃恒温培养2~3d的共生真菌菌株瘤菌根菌新鲜斜面加无菌水10ml,刮洗下孢子倾于带有一定玻璃珠的250ml三角瓶内震荡混匀20min(250rpm),打散孢子链,三层脱脂纱布过滤,滤液用血球计数板计数,调整孢子浓度106个/毫升。
(b)、低能氮离子注入诱变:取0.1ml步骤(a)中的孢子悬液均匀涂布于无菌平皿上,镜检无细胞重叠者进行低能氮离子注入。本实验低能氮离子注入机为离子束生物工程装置。在25KeV,注入剂量为160×1013ions/cm3下对其进行氮离子注入,靶室真空度为10-3Pa,以20S脉冲式注入,间隔15S,靶室内放置不接受注入的对照样。离子注入完毕后,取出平皿,在无菌条件下用1ml无菌水洗脱,涂布到PDA平板上,在25~30℃下倒置培养2~3d。
(c)、诱变菌株的筛选
PDA平板筛菌:挑取步骤(b)中生长良好,大小约为8mm左右的菌球。
(d)、菌种扩大培养:将PDA培养基培养的共生真菌接种至斜面培养基培养,培养温度为25~30℃,培养时间为2~3d;再将共生真菌的斜面培养物接种至种子培养基培养,培养温度为25~30℃。摇瓶装液量10%~30%,培养时间12~24h。
(e)、共生培养初筛:在无菌条件下,用移液枪(1~5ml)吸取种液, 注入组织培养的铁皮石斛苗群几何中心处,接入量为10%~30%(v/v),即100mL无菌组培培养基中接入10~30mL的种子培养基培养物。光照培养,光照强度3000~8000Lux。光照时间12~16h/d,培养14~21d。
(f)、大田种植复筛:将共生培养的铁皮石斛幼苗接种至大田进行培养,培养温度25~30℃,光照强度5000~8000Lux,光照时间12~16h/d,培养至长出植株。筛选出能够缩减生长周期,提高种植存活率的菌株作为下一轮诱变的出发菌株。重复上述过程,直到筛选出目标菌株Es-N235。
其中,所使用的培养基配方(%为质量百分比)
步骤(b)中所使用的PDA平板培养基为马铃薯煮汁20%,葡萄糖5%,硫酸镁0.06%,琼脂2%,其余为水,培养温度为28℃。
步骤(d)中所用的斜面培养基为马铃薯煮汁15%,葡萄糖5%,硫酸镁0.03%,琼脂3%,其余为水,培养温度为28℃。
步骤(d)中所用的种子液培养基为马铃薯汁35%,葡萄糖10%,硫酸镁0.06%,其余为水,培养温度为28℃。
其中马铃薯煮汁的制备方法为:马铃薯去皮,切成细小块加水,在121°C下煮沸30min,可适当补水 ,煮完之后用纱布过滤,保留煮汁。
筛选到的目标菌株Es-N235与出发菌株在铁皮石斛组培阶段与种植阶段存活率、生长周期对比,结果见表1。
表1
菌号 | 出发菌 | 目标菌株Es-N235 |
组培存活率 | 73% | 88% |
种植存活率 | 65% | 82% |
生长周期 | 8~10个月 | 5~6个月 |
实施例2
本实施例说明菌株的鉴定及遗传稳定性
本发明共生真菌(Epulorhiza sp.) Es-N235主要形态及生物学特征如下:细胞呈杆状,较短较粗,兼性厌氧的革兰氏阳性菌,无鞭毛,在胞囊内有圆形芽孢,在PDA培养基上菌落颜色为淡黄色,圆形菌落,菌落较薄,湿润,边缘整齐,表面光滑,质地均匀,容易挑起,菌落大小6-10mm,生长最适温度:25~30℃,生长温度范围为20-35℃,生长最适pH:6.0~7.0,生长pH范围为5.6~7.2。
传代发酵实验结果如表2所示:
表2共生真菌的遗传稳定性
传代次数 | 组培存活率 | 种植存活率 | 生长周期 |
1 | 85% | 84% | 5~6个月 |
2 | 83% | 82% | 5~6个月 |
3 | 83% | 81% | 5~6个月 |
4 | 82% | 81% | 5~6个月 |
从实验结果可知,经过5次连续传代,突变株共生真菌较稳定,有较好的传代稳定性。可作为进一步研究和开放的生产菌株。
实施例3
本实施例说明共生真菌能提高铁皮石斛组培阶段的存活率
本实施例营养基配方(%为质量百分比)
PDA平板培养基为马铃薯煮汁20%,葡萄糖10%,硫酸镁0.06%,琼脂2%,其余为水,培养温度为28℃。
斜面培养基为马铃薯煮汁15%,葡萄糖10%,硫酸镁0.03%,琼脂3%,其余为水,培养温度为28℃。
种子液培养基为马铃薯汁30%,葡萄糖15%,硫酸镁0.06%,其余为水,培养温度为28℃。
将筛选得到的突变共生菌Es-N235接种至平板培养基上于28℃条件下倒置培养60h后,将其接种至斜面培养基培养,培养温度28℃,培养时间48h。将斜面培养物接种到种子培养基后,培养温度28℃,250ml摇瓶瓶装液量30ml,在80rpm摇床转速下培养20h;将种子液接种到共生培养基中,接种量10%(v/v),培养温度28℃,光照5000Lux,光照时间比12~16/d,光照时长20d。比同等条件的出发菌共生培养的铁皮石斛,提高组培阶段的存活率36%。
实施例4
本实施例说明共生真菌能提高铁皮石斛组培阶段的存活率
本实施例营养基配方(%为质量百分比)
PDA平板培养基为马铃薯煮汁20%,蔗糖10%,硫酸镁0.06%,琼脂2%,其余为水,培养温度为28℃。
斜面培养基为马铃薯煮汁15%,蔗糖10%,硫酸镁0.03%,琼脂3%,其余为水,培养温度为28℃。
种子液培养基为马铃薯汁30%,蔗糖15%,硫酸镁0.06%,其余为水,培养温度为28℃。
将筛选得到的突变共生菌住接种至平板培养基上于28℃条件下倒置培养60h后,将其接种至斜面培养基培养,培养温度28℃,培养时间48h。将斜面培养物接种到种子培养基后,培养温度28℃,250ml摇瓶瓶装液量30ml,在80rpm摇床转速下培养20h;将种子液接种到共生培养基中,接种量30%(v/v),培养温度28℃,光照5000Lux,光照时间比12~16/d,光照时长20d。比同等条件的出发菌共生培养的铁皮石斛,提高组培阶段的存活率40%。
实施例5
本实施例说明共生真菌能提高铁皮石斛种植阶段的存活率、生长速率。
本实施例营养基配方(%为质量百分比)
PDA平板培养基为马铃薯煮汁20%,蔗糖10%,硫酸镁0.06%,琼脂2%,其余为水,培养温度为28℃。
斜面培养基为马铃薯煮汁15%,蔗糖10%,硫酸镁0.03%,琼脂3%,其余为水,培养温度为28℃。
种子液培养基为马铃薯汁30%,蔗糖15%,硫酸镁0.06%,其余为水,培养温度为28℃。
将筛选得到的突变共生菌住接种至平板培养基上于28℃条件下导致培养60h后,将其接种至斜面培养基培养,培养温度28℃,培养时间48h。将斜面培养物接种到种子培养基后,培养温度28℃,250ml摇瓶瓶装液量30ml,在80rpm摇床转速下培养20h;将种子液接种到共生培养基中,接种量10%(v/v),培养温度28℃,光照5000Lux,光照时间比12~16h/d,光照时长20d;再将共生培养基中的铁皮石斛幼苗接种至南京高淳的大田做无土栽培实验,种植面积一亩,对照组种植面积一亩,具体步骤如下:
1 建棚
大棚内铺上栽培基质直径为0.5—1.0厘米碎树皮,碎栓皮,锯末按质量比2∶1∶1混合,铺成宽2米,厚6cm的畦床。大棚内用砖铺四层(下两层排列留足空隙)搭建平台以利渗水。
2 石斛苗的栽植
2012年5月栽种。按20×20cm窝行距栽植,每窝栽3—5株,每平方400株左右。
3 石斛栽培管理 ①温度与湿度。通过大棚内自动喷雾,保持畦床基质湿润,棚内相对湿度70%,每5天浇水一次。通过升温,降温设备控制培养温度恒定在28℃。
②补料与光照调节。保持光照时间12~16h/d,调整光照强度5000~8000Lux,培养5个月。每15天检查一次畦床厚度,保持在6cm。
培养5个月后,相比同等条件的出发菌共生培养的铁皮石斛,接种过共生真菌的铁皮石斛提高种植阶段的存活率38%,缩短生长周期35~40%。
实施例6
本实施例说明共生真菌能提高铁皮石斛种植阶段的存活率、生长速率。
本实施例营养基配方(%为质量百分比)
PDA平板培养基为马铃薯煮汁20%,蔗糖10%,硫酸镁0.06%,琼脂2%,其余为水,培养温度为28℃。
斜面培养基为马铃薯煮汁15%,蔗糖10%,硫酸镁0.03%,琼脂3%,其余为水,培养温度为28℃。
种子液培养基为马铃薯汁30%,蔗糖15%,硫酸镁0.06%,其余为水,培养温度为28℃。
将筛选得到的突变共生菌住接种至平板培养基上于28℃条件下导致培养60h后,将其接种至斜面培养基培养,培养温度28℃,培养时间48h。将斜面培养物接种到种子培养基后,培养温度28℃,250ml摇瓶瓶装液量30ml,在80rpm摇床转速下培养20h;将种子液接种到共生培养基中,接种量10%(v/v),培养温度28℃,光照5000Lux,光照时间比12~16h/d,光照时长20d;再将共生培养基中的铁皮石斛幼苗接种至南京高淳的大田做无土栽培实验,种植面积一亩,对照组种植面积一亩,具体步骤如下:
1 建棚
大棚内铺上栽培基质直径为0.5—1.0厘米碎树皮,碎栓皮,锯末按质量比1.5∶1∶1混合,铺成宽2米,厚6cm的畦床。大棚内用砖铺四层(下两层排列留足空隙)搭建平台以利渗水。
2 石斛苗的栽植
2012年5月栽种。按10×10cm窝行距栽植,每窝栽3—5株,每平方400株左右。
3 石斛栽培管理 ①温度与湿度。通过大棚内自动喷雾,保持畦床基质湿润,棚内相对湿度70%,每5天浇水一次。通过升温,降温设备控制培养温度恒定在28℃。
②补料与光照调节。保持光照时间12~16h/d,调整光照强度5000~8000Lux,培养5个月。每15天检查一次畦床厚度,保持在6cm。
培养5个月后,相比同等条件的出发菌共生培养的铁皮石斛,接种过共生真菌的铁皮石斛提高种植阶段的存活率35%,缩短生长周期30~40%。
Claims (7)
1.一种共生真菌(Epulorhiza sp.) Es-N235,已保藏于中国典型培养物保藏中心CCTCC,保藏编号:CCTCC NO:M2013274。
2.权利要求1所述的共生真菌Es-N235在铁皮石斛组培与种植阶段的应用。
3.权利要求2所述的共生真菌Es-N235在铁皮石斛组培与种植阶段的应用,其特征在于包括如下步骤:
1)平板培养:将共生真菌Es-N235接种至PDA培养基上培养,培养温度为25~30℃,培养时间为2~3d;
2)斜面培养:将步骤1)PDA培养基培养的共生真菌接种至斜面培养基培养,培养温度为25~30℃,培养时间为2~3d;
3)种子培养:将步骤2)中的共生真菌的斜面培养物接种至种子培养基培养,培养温度为25~35℃,培养时间12~24h;
4)铁皮石斛苗的无菌组培:铁皮石斛苗在无菌组培培养基进行无菌组培,光照培养;
5)铁皮石斛苗与共生真菌共生培养:将步骤3)中的种子培养基培养物在无菌条件下,接入步骤4)的铁皮石斛苗群几何中心处共同培养,接入量为10%~30%(v/v),培养温度25~30℃,光照培养,光照强度3000~8000Lux,光照时间12~16h/d,培养14~21d;
6)大田无土栽培:将步骤5)中的共同培养的铁皮石斛幼苗接种至大田进行无土栽培,培养温度25~30℃,光照强度5000~8000Lux,光照时间12~16h/d,培养至长出植株。
4.根据权利要求3所述的共生真菌在铁皮石斛组培与种植阶段的应用,其特征在于:所述步骤1)中PDA平板培养基包含如下质量百分数的组分:马铃薯煮汁20%~30%,碳源5%~10%,无机盐0.03%~0.1%,琼脂1%~3%,其余为水,其中所述碳源为葡萄糖,蔗糖中的一种或多种混合;所述无机盐为钠盐,钾盐或者镁盐中的一种或几种混合。
5.根据权利要求3所述的共生真菌在铁皮石斛组培与种植阶段的应用,其特征在于所述斜面培养基包含如下质量百分数的组分:马铃薯煮汁15%~25%,碳源5%~10%,无机盐0.03%~0.1%,琼脂粉1%~3%,其余为水,其中所述碳源为葡萄糖,蔗糖中的一种或多种混合;所述无机盐为钠盐,钾盐或者镁盐中的一种或几种混合。
6.根据权利要求3所述的共生真菌在铁皮石斛组培与种植阶段的应用,其特征在于所述种子培养基包含如下质量百分数的组分:马铃薯煮汁25%~35%,碳源10%~15%,无机盐0.05%~0.12%,其余为水,其中所述碳源为葡萄糖,蔗糖中的一种或多种混合;所述无机盐为钠盐,钾盐,或者镁盐中的一种或几种混合。
7.根据权利要求3所述的共生真菌在铁皮石斛组培与种植阶段的应用,其特征在于所述铁皮石斛苗的无菌组培培养基包含如下质量分数的组分:马铃薯煮汁15%~25%,1/2MS培养基,碳源2%~5%,肌醇0.06%~0.1%,琼脂粉0.5%~1%,pH为5.0~6.5。
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