昆明植物所国产块菌研究取得系列进展

2011-5-09 10:03 来源: 中国科学院
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  块菌在商业贸易上称为“松露”。块菌是稀缺的生物资源,具有重大的科学研究价值和不可取代的生态价值,且由于其味特殊、价甚钻石,被誉为“厨房里黑钻石”、“上帝的食物”,而成为闻名遐迩的奇珍异馐。

  近十年来,在国家自然科学基金、云南省自然科学基金、中国科学院国家知识创新工程及重要方向性项目的资助下,中国科学院昆明植物研究所刘培贵研究员及其带领的研究组先后对国产块菌的分类学、分子系统发育、菌根合成和根际微生物多样性进行了系统研究。研究澄清了部分种类的混乱,迄今确认在我国分布的块菌属种类有16种,其中包括两个新种即脐凹块菌Tuber. umbilicatum和阔孢块菌T. latisporum,以及2个新纪录种,即凹陷块菌T. excavatum和波氏球孢块菌变种Tuber borchii var.sphaerosperma(Chen et al., 2005; 2007; 2008)。基于ITS序列分析和大量野外考察及标本的形态解剖学比较研究,发现发表于台湾的屑状块菌T. furfuraceum是会东块菌T. huidongense的异名(Deng et al. 2009)。基于DNA分子的nrDNA-LSU、ITS和b-tubulin三个序列的单独与联合分析,结合大量的野外考察和标本形态解剖学对比研究,明确了一直存在着争议的国产黑块菌所涵盖5个种(Tuber himalayense,T. indicum,T.sinense,T.pseudohimalayense,T. formosanum和T. pseudoexcavatum)的种间界限。研究确认T. pseudohimalayense和T.pseudoexcavatum是同一个种,后者是前者的异名;T. sinense是T.indicum的异名;发现于台湾的T. formosanum因其所共生的宿主植物和地理分布明显异于T. indicum,并且在形态解剖上也存在一些特征上的细微差异,明确应该是一个独立的种。T.indicum在分子系统树上明显分布在两个支干上,显示至少是两个独立的系统发育种(Phylogenetic species)(Chen et al. 2011)。

  近年来,研究人员在我国西南的野外考察中惊奇地发现了大量尚未报道描述过的白块菌类群,结合形态解剖学和分子系统学的研究,表明属于块菌属Tuber Sect. Puberulum 或Sect. Borchii,初步鉴定为5个新分类群,他们具不同的香味,其中不乏具有特殊怡人香味的类群。这一发现可能改写块菌类起源于北美或西欧为块菌起源和分化中心的学说;同时也表明我国白块菌类群具有巨大的经济价值和开发潜力,也极大地补充丰富了我国白块菌类群物种多样性(结果正在整理中)。

  在野外调查中,研究人员还惊奇地发现印度块菌(中华块菌)的菌塘内的紫荆泽兰几乎全部被抑制甚或杀死!2009采集了菌塘内外的紫荆泽兰根样,初步观察研究发现,和菌塘外的紫荆泽兰相比,菌塘内尚残存紫荆泽兰根的内生菌根(VA)的感染程度很低,甚至没有感染。2010年进一步采样进行了内生菌根的感染程度及存在量的观察和比较发现,菌塘内紫荆泽兰根的内生菌根的感染程度仅是菌塘外紫荆泽兰根的的感染程度的50%。这表明,块菌发育成熟时代谢分泌出来的或是芳香类化合物可通过他感作用(allelopathy)抑制菌塘内紫荆泽兰根的内生菌根真菌的发育和侵染。紫荆泽兰是内生菌根植物,内生菌根发育不良或不发育就不能生存或生存力降低。黑块菌类的块菌 (T. melnonosporum, T. indicum, T. aestivum) 都可以形成明显的菌塘(brûlé),即菌塘中的草本植物和小灌木都会被抑制甚至萎焉致死,又称“火烧区(burned area)”。对brûlé的解释多种,有微生物区系改变说等,但是都不能令人满意。刘培贵团队发现的内生菌根被抑制的现象,可能为brûlé形成提出最合理的诠释。这一工作还在进行中,希望通过湿筛土壤样品,得到VA的孢子,比较菌塘内外的VA种群的多样性,进一步支持brûlé内生菌根被抑制的设想。这一新发现不仅对brûlé的形成做出了新的解释,更重要的是可以通过对国产黑块菌的他感化学物质(allelochemicals)及化学生态学(Chemical ecology)的深入研究,来揭示和探讨防止和清除紫荆泽兰的新思路和新途径。

  另外,块菌是菌根性真菌,特殊的生态环境使其与土壤微生物有密切关系。在块菌的菌根合成过程中,高质量菌根的形成是其成功的关键因素。关于影响菌根形成的非生物因素,如pH值、Ca++等离子基质配方等已经有很多的研究,但关于块菌形成菌根过程中块菌根际微生物所扮演的角色的研究鲜有涉猎。而在菌根合成实践中合成基质中加入抗生素致使某些细菌无法在菌根合成时起作用。对此,研究人员筛选了块菌根际微生物不同菌落(放线菌、细菌)进行分离、纯化培养,分别再回接种到块菌菌种+幼树苗菌根合成试验中,迄今发现有促进菌根感染合成的优秀菌株会显著提高印度块菌菌根的感染率,提高菌根合成数量。这一工作属于原创性的工作,目前还在试验分析中。该研究组近年来开展相关研究,并且发现加入苏云金芽孢杆菌(Bacillus thuringiensis),会显著提高印度块菌菌根的感染率,提高菌根合成数量;在接种块菌的菌剂中加入抗生素会使菌根形成的数量显著下降,推测是因为抗生素致使某些细菌无法在菌根合成时起作用所致。

  块菌属中具有经济价值的种类倍受国际市场及美食界的青睐,由于国际市场需求迅猛、国内市场的逐步认可,其市场价格一路飙升。块菌成了百姓特别是偏僻山区群众的主要经济来源。在利益的驱使下,为了能抢先获得更多块菌子实体,在幼子实体生长发育期(6-10月)即已开始采集,不成熟的块菌不仅个体小、香味淡、营养价值低,市场价格低,严重影响经济收入;其二,为了取得更多的经济利益,采集者采取超强度的反复地毯式掠夺方式使得块菌自然成熟的繁殖体数量和质量受到重创,导致种群变小,数量严重萎缩,遗传结构受到破坏,基因交流严重受阻,导致恶性循环,造成严重损失,在商业化采集区块菌已濒临绝迹。其三,从宏观角度看,森林生态环境受到严重破环,而生态系统的破环直接影响块菌的生长和生存;传统采集方法很不科学,由于块菌特殊的生物学特性,生长于地下,不易发现,采集者多用挖刨马铃薯的方法寻找块菌,以锄头、钉耙等传统农用工具满山遍野盲目地寻找块菌,这种方法对块菌生长的生态环境及其菌塘造成毁灭性破环。

  块菌发生于华山松、板栗树下,与地上特定树种形成共生关系,通过块菌菌丝与植物根系形成的菌根进行物质和信息交流与交换,达成互惠互利的依赖关系。共生树木与块菌真菌之间信息和物质交换的通道和桥梁一旦被挖断阻隔,就难以恢复。采用传统农具满地挖,这对地下和谐的共生生态系统造成极大的破坏。更令人担忧的是,在块菌主产区范围内进行全方位地反复地刨挖,甚至把共生的树木根系都挖断,林相受到破坏,是对块菌生境最致命的破环。由于缺乏必要的生物学常识,采集者认定了产块菌的地方后,年年多次都会在采集过的地方多次刨挖,地下共生系统根本没有了恢复的时间和喘息的机会,之后块菌将再不可能继续发生。这种杀鸡取卵式的采集方式的不科学性和严重后果日渐突出!加之没有任何法律法规的保护和可持续利用措施,块菌的已陷入灾难性的境地,采取必要的保护措施和拯救濒临灭绝的经济块菌迫在眉间。迫切需要采取保护措施,建立块菌种植园以减轻对块菌自然产地的压力。

  刘培贵研究组已成功地合成了国产印度块菌(Tuber indicum)和华山松(Pinus armandii)、板栗(Castanea mollissima)的菌根幼苗(Geng et al. 2009),获得国家发明授权专利,并且将接种成功的菌根苗移栽至野外建立了块菌种植园科技示范实验基地,预期4-5年后可以产出块菌子囊果,8-10年后逐步增加产量,管理得当可以连续采集收获40-45年块菌子实体。

  由于块菌的种植是一个新生事物,又加之特殊的生物学特性,块菌苗移栽到野外后需要有效地精心管理,所以块菌种植的种植及其管理的推广任重而道远。

  基于我国西南是以喀斯特地貌发育形成的石灰岩为主的多山地区,其中石灰岩(碳酸钙CaCO3)和碳酸氢钙[Ca(HCO3)2]为主的土壤地质条件;再加上中山、亚高山(海拔1000—2600米)地带的气候、植被条件,特别适合于发展块菌种植业。因此,在我国西南规模化种植块菌具有巨大的发掘潜力,可以考虑把发展块菌种植业作为我国西南新经济模式和农林产业结构调整的新型产业来培育。

  已发表相关的研究论文:

  Chen J. et al. 2011. Species Recognition and Cryptic Species in the Tuber indicum Complex. PLoS ONE 6(1): 1-10;

  Chen J. et al. 2008. Two new recordsof Tuber (Pezizomycetes, Pezizales) from China. Mycotaxon 104: 65-71;

  Chen J. et al. 2007. Tuber latisporum sp. nov. and related taxa, based on morphology and DNA sequence dat. Mycologia 99(3):475-481;

  Chen J. et al. Tuber umbilicatum, a new species from China, with a key to the spinose-reticulate sporedTuber species, Mycotaxon, 2005, 94:1-6;

  Deng XJ. et al. 2009. Notes on Tuber huidongense (Tuberaceae, Ascomycota), an endemic species from China. Mycotaxon 109: 189-199.

  Geng LY. et al. 2009. Mycorrhizal synthesis of Tuber indicum with two indigenous hosts, Castaneamollissimaand Pinusarmandii. Mycorrhiza 19(7): 461-467.