铁皮石斛产业化关键科学与技术的突破

针对铁皮石斛繁殖难、种植难、产品单一等产业发展重大问题,通过铁皮石斛基因组学研究,明确铁皮石斛为二倍体、有38条染色体、28 910个蛋白编码基因及在转录组水平上的器官基因表达特异性,具有大量种子而种子没有胚乳、广泛生态适应性、多糖合成的基因调控机制,为铁皮石斛遗传工程育种和活性药用成分的开发利用提供了理论基础;攻克了结实难、发芽难等繁育难题,建立了组培快繁体系,实现种苗工厂化生产,奠定了铁皮石斛人工种植基础;建立了铁皮石斛育种体系,明确了重要经济性状的遗传变异规律,育成铁皮石斛系列专用品种(品系),解决了实生后代分离严重问题,支撑铁皮石斛产业升级;揭示了目标化合物动态变化规律、养分吸收机制,突破了栽培基质、光调控、精准采收等关键技术,建立了设施栽培、活树附生、岩壁附生、立体栽培、盆栽等系列栽培模式,实现种出铁皮石斛、种出好的铁皮石斛。

铁皮石斛白绢病发生规律研究

为了科学防控铁皮石斛白绢病,对引起病害的病原Sclerotium delphinii、环境因子(温度、湿度)、铁皮石斛种质与白绢病发生的关系进行研究,结果表明同时满足温度25～30℃与湿度95%以上是铁皮石斛白绢病发生与流行的主要条件,白绢病病株与带菌基质是病害传播的源头,及时清除病株,更换带病基质,保持空气流通,降低空气湿度是防控铁皮石斛白绢病发生与流行的有效手段;铁皮石斛种质对白绢病抗性存在明显的差异。研究结果为铁皮石斛抗病品种选育及进一步深入解析白绢病病害感染和抗性机制提供了重要基础。

石斛与铁皮石斛关系的本草考证

该文通过历代"本草"有关"石斛"基原、产地与质量和性状描述的考证,根据"石斛生六安、温台为上""味甘,平……""股短""细实"或"中实"等稳定的产地分布与性状描述,认为历代"本草"所指的优质"石斛"主要指石斛属的"铁皮石斛Dendrobium catenatum(D.officinale)"与"霍山石斛D.houshanense"。针对铁皮石斛曾使用的D.candidum,D.officinale,D.catenatum 3个拉丁学名,通过名实考证,其学名应为D.catenatum,D.officinale为其后出同名,考虑到D.officinale已被广泛使用并约定成俗,建议将其作为保留名,并以"铁皮石斛"作为中文的通用名称。

恒温条件下采收时机对铁皮石斛多糖的影响

为揭示铁皮石斛多糖积累的规律,明确采收时机对铁皮石斛多糖的影响,该研究在组培室恒温条件下,于2015年12月至2016年11月预培养铁皮石斛D21无性系小苗至1 cm左右,然后转接培养2~5个月后采收,用苯酚硫酸法测定多糖含量、柱前衍生-UPLC分析单糖组分的差异,结果显示多糖及其关键组分甘露糖的含量与培养月龄呈正相关,但各种培养月龄多糖含量均在5—6月份具有峰值,并与大田种植条件下的趋势吻合,表明即使在组培室恒定条件下,采收季节仍然显著影响多糖及其组分的含量,这种植物内在调控的多糖积累动态变化趋势可能与铁皮石斛固有的感知四季变化的生命节律有关。

抗宿主白绢病的铁皮石斛内生真菌的筛选

为了充分发挥铁皮石斛内生真菌功能,提高铁皮石斛抗白绢病能力,通过43个铁皮石斛内生真菌菌株与铁皮石斛白绢病致病菌翠雀小核菌拮抗试验,筛选到DCR2,DCR5,DCR21,DCR22,DCR42,DCR43 6株内生真菌对翠雀小核菌有较好的抑菌活性,抑制率依次为49.2%,49.2%,47.2%,56.2%,53.2%,48.0%。将这6株内生真菌逐一与翠雀小核菌共接种于铁皮石斛,发现同时接种DCR2和致病菌的植株叶和茎的发病率明显低于其他菌株处理且死亡率为0,表明DCR2 Trichoderma polysporum能有效地抑制铁皮石斛白绢病的发生。通过抗病植株内生真菌再分离试验,发现DCR2能在铁皮石斛根、茎、叶部位定殖。研究结果为铁皮石斛白绢病害的防治提供新思路,对减少农药使用、保障食品安全、促进产业的可持续发展均有重要意义,而且为其他作物白绢病防控提供基础。

栽培环境对铁皮石斛生长与代谢成分的影响

为明确栽培环境对铁皮石斛的生长及代谢成分的影响,对铁皮石斛C13品系在岩壁附生、梨树附生和设施盆栽3种栽培环境下进行形态特征、显微结构、多糖和浸出物含量的观察与分析。结果表明,生长环境显著地影响铁皮石斛的生长,在农艺性状上,岩壁附生和梨树附生的铁皮石斛叶片稀少、颜色由绿变紫红、伸展角度减小,茎秆多呈紫色、较粗壮,茎长分别为3.4,4.0 cm,普遍比设施盆栽(7.5 cm)短,且根系特别发达;在显微结构上,野外生长的铁皮石斛与设施栽培比均表现出叶片增厚、上表皮厚度增加、下表皮表皮毛丛生、气孔小而密,根被细胞、外皮层、内皮层的细胞壁均偏厚,且根被、外皮层、内皮层、髓部的细胞小且排列紧密,但栽培环境没有产生特异性的组织结构,主要是结构参数大小和数量的变化,说明铁皮石斛具有很好的环境适应能力;此外,生长环境显著地影响铁皮石斛多糖和醇溶性浸出物等代谢成分的积累,岩壁附生铁皮石斛多糖和醇溶性浸出物含量最高,质量分数分别达37.34%,11.66%,梨树附生次之,质量分数分别为33.90%,9.62%,均高于设施盆栽;通过HPLC分析,岩壁附生铁皮石斛中醇溶性浸出物成分比另外2种栽培模式更加复杂,说岩壁附生栽培环境更有利于铁皮石斛次生代谢产物的合成和积累。

铁皮石斛种质和附生立木对其内生真菌菌群的影响

为探讨铁皮石斛种质、附生立木对其内生真菌物种多样性及分布状况的影响。该研究分别从不同附生立木和不同种质铁皮石斛的根、茎、叶中分离到内生真菌3 835株,根据菌株的培养特征及5.8S和ITS区片段序列相似性比较和系统发育分析,将其鉴定为152个分类单位,归属到2个门5个纲21个目35个科60个属。结果表明,立体栽培铁皮石斛内生真菌具有极为丰富的物种多样性,内生真菌的优势类群在临安和义乌两地的分布存在较大差异,存在具有地理特异性的优势类群,Arthrinium,Coniochaeta,Fusarium,Neofusicoccum,Zopfiella仅为临安潘山的优势属,Alternaria,Bjerkandera,Cercophora,Nigrospora,Trichoderma仅为义乌上溪的优势属;种质、附生立木对铁皮石斛内生真菌丰富度及多样性无显著影响,而组织类型对其有显著影响（P〈0.05）;种质、附生立木对菌种组成和分布的影响小于组织类型,大部分菌种具有组织特异性;不同种质、附生立木铁皮石斛内生真菌优势类群相对频率均存在一定的差异,具有种质、附生立木特有的菌种,这可能与种质遗传背景、附生立木上微环境差异导致铁皮石斛生长性状、化学成分等差异有关。研究结果为立体栽培模式下铁皮石斛与内生真菌的相互关系研究提供基础。

铁皮石斛DcCDPK8基因启动子克隆及功能分析

铁皮石斛钙依赖性蛋白激酶基因DcCDPK8参与低温激素ABA和MeJA的信号转导过程,但转录调控尚不明确,为了研究铁皮石斛DcCDPK8基因的核心启动子区域,并对其转录调控机制进行探讨,采用PCR技术克隆铁皮石斛DcCDPK8基因启动子序列,并利用5'端缺失和GUS基因的融合表达研究启动子序列功能。结果表明DcCDPK8基因启动子序列含有1个低温响应元件LTR(-1 749～-614 bp),2个茉莉酸甲酯响应元件(-1 749～-230 bp)和1个ABA响应元件(-614～-230 bp),构建3个5'端不同缺失片段融合GUS报告基因的p BI121真核表达载体,瞬时转化烟草叶片,经低温胁迫后GUS活性强弱为DcCDPK8-p1>DcCDPK8-p2> DcCDPK8-p3,经外源ABA诱导后GUS活性DcCDPK8-p1> DcCDPK8-p2> DcCDPK8-p3,而经外源MeJA诱导后GUS活性DcCDPK8-p1>DcCDPK8-p2>DcCDPK8-p3,推测DcCDPK8基因启动子序列中ABA响应元件(ARE)对外源ABA的响应起正调控作用,而MeJA顺式作用元件对外源茉莉酸甲酯响应起抑制作用。