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形成原球莖 借助真菌力 石斛種子萌發(fā)模式獲解析

發(fā)布時間:2023-05-11 10:46:00來源: 科技日報

  ◎本報記者 趙漢斌

  蘭科是被子植物最大科之一,全世界約有700屬2.8萬種,不少種類是重要的觀賞花卉和珍貴藥材,具有較高的價值。

  科技日報記者5月9日從中國科學(xué)院西雙版納熱帶植物園獲悉,該園研究人員成功解析了蘭科石斛屬鼓槌石斛種子萌發(fā)的發(fā)育模式,這不僅增進了人們對蘭花進化的理解,也為進一步研究蘭花與真菌共生的機制,以及蘭科珍稀瀕危物種的保護、繁育提供了重要見解。相關(guān)研究論文日前發(fā)表于國際期刊《園藝學(xué)》。

  與大多數(shù)被子植物不同,蘭科植物的種子,如同粉塵般微小,被認為具有未分化的胚性結(jié)構(gòu),沒有胚乳。因此蘭科植物在萌發(fā)中,往往不能為自己提供營養(yǎng)。因此,離開原有棲息地,沒有共生菌的加持,蘭科植物很難生存和繁殖,這也是蘭科“嬌貴”和易陷于瀕危境地的原因。

  值得一提的是,蘭科在幼苗形成之前,通常要經(jīng)歷原球莖的發(fā)育階段。原球莖是蘭花種子萌發(fā)過程中的形態(tài)學(xué)構(gòu)造,可理解為呈珠粒狀由胚性細胞組成的、類似嫩莖的原器官。

  “形成原球莖,是蘭科植物特有的發(fā)育階段,是幼苗形成及構(gòu)建菌根共生關(guān)系的關(guān)鍵時期,決定了種子能否順利發(fā)育形成幼苗。”中國科學(xué)院西雙版納熱帶植物園植物多樣性與保護研究組研究員羅艷介紹。

  原球莖的組織分化過程是怎樣的?它在蘭花種子萌發(fā)過程中有哪些生理功能?為解決這些問題,研究人員找到了理想的“模特”和協(xié)作“伙伴”——鼓槌石斛和膠膜菌。

  研究人員小心地從鼓槌石斛果莢中取出種子,并在零下20℃儲存,以便將來好喚醒它們用于實驗。與此同時,他們還用上了能促進種子發(fā)芽的膠膜菌?!斑@種真菌,是蘭花種子發(fā)芽的重要‘伴侶’,培養(yǎng)7—9天后,我們就把活躍的菌絲接種到蘭花種子之上?!闭撐牡谝蛔髡?、中國科學(xué)院西雙版納熱帶植物園碩士研究生高鑫禎介紹,“我們利用解剖技術(shù)和掃描電子顯微鏡,觀察到鼓槌石斛與膠膜菌GC-15共生發(fā)芽過程中原球莖的發(fā)育過程。”

  高鑫禎說,根據(jù)形態(tài)和解剖結(jié)構(gòu)特征,鼓槌石斛種子的萌發(fā)過程可分為幾個階段。

  他們發(fā)現(xiàn),原來原球莖形成發(fā)生在較前階段,并在中間階段有了明顯的組織分化,頂部的胚性細胞發(fā)育形成子葉,中上部的中心位置,則分化出莖頂端分生組織。

  “在種子開始吸水膨脹的初始階段,膠膜菌菌絲就通過種孔侵入種胚,后期則通過假根進入,在原球莖中下部特定的薄壁細胞中增殖,但菌絲最終會被原球莖消解,作為多糖營養(yǎng)物質(zhì),給原球莖發(fā)育提供營養(yǎng)。”中國科學(xué)院西雙版納熱帶植物園副研究員邵士成說,他們還發(fā)現(xiàn),種子的成熟種胚事先已規(guī)劃好發(fā)育“藍圖”,種胚會明顯分化形成幾個功能區(qū),分別發(fā)育形成子葉和莖頂端分生組織以及共生真菌定殖區(qū),分別行使光合作用、幼苗營養(yǎng)體建成和供給營養(yǎng)的功能。

  看似結(jié)構(gòu)簡單的種胚,借助共生真菌“伙伴”的力量,完成了復(fù)雜的發(fā)育過程,獲得了子葉、莖頂端分生組織、假根以及菌根等組織器官,形成原球莖這一功能體,從而開啟蘭科植物幼苗的生命旅程。

  “這項研究闡明了原球莖發(fā)育過程中的形態(tài)學(xué)和解剖學(xué)變化,為深入了解石斛屬與真菌生物之間的共生關(guān)系,以及蘭花原球莖的結(jié)構(gòu)形成和功能機制提供了新的見解?!绷_艷說,這對瀕危蘭科植物保護和園藝蘭科植物助萌都具有重要的現(xiàn)實意義。

(責編:陳濛濛)

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