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棉革菌属(Tomentella Pers. Ex Pat)隶属担子菌门(Basidiomycota)伞菌纲(Agaricomycetes)革菌目(Thelephorales)革菌科(Thelephoraceae)。棉革菌属真菌与松科(Pinaceae)、壳斗科(Fagaceae)、桦木科(Betulaceae)、杨柳科(Salicaceae)及部分草本和灌木植物[1-4]间形成互利共生体,其形态特征表现为:棉革菌属真菌在这些植物根系形成表型为棕色至深棕色、外层菌套细胞形状为多角形,具有外延菌丝、囊状体或菌索,多呈锁状联合的外生菌根[5-9]。据报道,棉革菌属在北温带、温带和热带地区森林生态系统的针叶林和阔叶落叶林中普遍存在且占主导地位[10-14],在维持生态系统稳定中发挥了重要作用。
在棉革菌属的外生菌根研究方面,国内外学者对近20种外生菌根的表型进行了详细的描述,同时采用分子鉴定的方法发现了相关的棉革菌属的真菌子实体和菌根序列约3 000条,并提交至GenBank数据库。国内对棉革菌属的外生菌根研究起步较晚,仅在20世纪末才开始逐渐得到关注。谢雪丹等在云南松(Pinus yunnanensis Franch.)的幼苗上发现6种棉革菌属菌根真菌并进行描述[15];樊永军等对青海云杉(Picea crassifolia Kom.)外生菌根的形态类型及分子鉴定中发现了棉革菌属菌根真菌[16];2013年王琴等对油松(P. tabulaeformis Carr.)的5种棉革菌属外生菌根的形态和解剖结构特征进行了报道[17];魏杰等在内蒙古的兴安落叶松(Larix gmelini (Rupr.) Rupr.)、白桦(Betula platyphylla Suk.)、青海云杉、山杨(Populus davidina Dode)和樟子松(P. sylvestris var. mongolica Litv.)等具有地带性分布的主要树种上都发现有棉革菌属外生菌根[18-19]。由此可见,我国棉革菌属真菌资源丰富。
雷公山国家级自然保护区位于贵州省东南部的黔东南州雷山县,处于珠江水系与长江水系的分水岭地带。该自然保护区所处地理位置及得天独厚的自然条件,加上地质历史上未受第四纪冰川侵袭,成为许多古老孑遗生物的避难所,蕴藏着丰富的生物资源,目前关于该自然保护区外生菌根研究尚未见报道。本研究以雷公山国家级自然保护区发现的棉革菌属外生菌根为研究对象,结合表型性状描述和分子鉴定的方法,首次报道雷公山国家级自然保护区的棉革菌属外生菌根的分布情况,为该自然保护区外生菌根真菌研究积累了宝贵基础资料,也为棉革菌属外生菌根与优势林分的共生关系及其在森林生态系统形成过程中的功能研究提供理论依据。
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菌根系统单轴分支,呈金字塔状,0~2级,亲水。未分支末端膨大,呈棒状,幼嫩时为红褐色,成熟时棕褐色,表面性状为密羊毛状,有少量较长的外延菌丝,无囊状体(图 1A、B)。菌套表面不光滑,有光泽,菌套为密丝组织排列,菌丝细胞为多角,菌套类型为E型(图 1C)。外延菌丝褐色,菌丝壁较厚,边缘光滑,菌丝有隔,隔处无收缩呈分叉状,无明显锁状联合(图 1D)。该形态型分离自雷公山国家级自然保护区常绿阔叶林苦槠栲、丝栗栲等栲树根系。
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菌根系统单轴无分支,亲水。末端棒状,膨大,棕褐色,表面性状为密羊毛状,有大量外延菌丝,无囊状体(图 2A)。菌套表面凹凸不平,有光泽,不透明,菌套为密丝组织排列,菌丝细胞为三角至多角,菌套类型为L型(图 2B)。外延菌丝红褐色,菌丝壁较厚,边缘光滑,菌丝有隔,隔处无收缩呈分叉状,菌丝呈“十”字排列,无明显锁状联合(图 2C、D)。该形态型分离自雷公山国家级自然保护区落叶阔叶林光皮桦根系。
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菌根系统单轴无分支,亲水。末端棒状膨大,略弯曲,黑色,表面性状为密羊毛状,有大量外延菌丝,无囊状体(图 3A、B)。菌套有光泽,不透明,菌套为拟薄壁组织排列,菌丝细胞为三角至多角,菌套类型为Q型(图C)。外延菌丝黑色,菌丝壁较厚,边缘光滑,菌丝有隔,隔处无收缩,呈分叉状,分无明显锁状联合(图 3D)。该形态型分离自雷公山国家级自然保护区暖性针叶林马尾松根系。
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菌根系统单轴棒状,无分支,亲水。末端不膨大,略收缩,棕红色,表面性状为疏羊毛状,有少量外延菌丝,无囊状体(图 4A)。菌套有光泽,不透明,菌套为密丝组织排列,菌丝细胞为多角形,菌套类型为M型(图 4B)。外延菌丝红棕色,菌丝壁较厚,边缘光滑,菌丝有隔,隔处无收缩,呈不规则弯曲,有明显锁状联合(图 4C)。该形态型分离自雷公山国家级自然保护区灌丛的栎树根系。
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菌根系统单轴棒状,无分支,亲水。末端不膨大,棕黑色,表面性状为密羊毛状,有少量较短的外延菌丝,无囊状体(图 5A、B)。菌套无光泽,不透明,菌套为密丝组织排列,菌丝细胞为多角形,菌套类型为M型(图 5C)。外延菌丝棕褐色,菌丝壁较厚,边缘光滑,菌丝有隔,隔处无收缩,有明显锁状联合(图 5D)。该形态型分离自雷公山国家级自然保护区暖性针叶林马尾松根系。
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菌根系统单轴分支,呈羽状,0~2级,亲水。末端不膨大,棕褐色,表面性状为密羊毛状,有少量长的外延菌丝,无囊状体(图 6A、B)。菌套无光泽,不透明,菌套为密丝组织排列,菌丝细胞为多角形,菌套类型为G型(图 6C)。外延菌丝棕褐色,菌丝较粗,菌丝壁较厚,边缘光滑,菌丝有隔,隔处无收缩,有明显锁状联合(图 6D)。该形态型分离自雷公山国家级自然保护区暖性针叶林马尾松根系。
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菌根系统单轴分支,呈二叉状,0~2级,亲水。顶端尖圆,末端不膨大,棕褐色,表面性状为密羊毛状,有少量长的外延菌丝,无囊状体(图 7A、B)。菌套无光泽,不透明,菌套为密丝组织排列,菌丝细胞为多角形,菌套类型为L型(图 7C、D)。外延菌丝红棕色,菌丝较粗,菌丝壁较厚,边缘光滑,菌丝有隔,隔处无收缩,有明显锁状联合(图 7E)。该形态型分离自雷公山国家级自然保护区落叶阔叶林光皮桦根系。
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本试验中所采集的7种类型的棉革菌属外生菌根颜色均为较深的棕色至黑色,菌套均由角状细胞构成,而且有外延菌丝,这些形态特征与Jakucs等对棉革菌属外生菌根的形态特征描述相符合[20]。7种形态型的形态和解剖结构特征比较见表 1。
形态型Morphotypes 外形结构Overall structure 解剖结构Anatomical structures 颜色Color 表面性状Surface characteristics 外层菌套Outer mantle layer 内层菌套Inner mantle layer 外延菌丝Emanating mycelium 根状菌索Rhizomorph 1 棕褐色 密羊毛状 E型 密丝组织 少,无锁状联合 无 2 棕褐色 密羊毛状 L型 密丝组织 少,无锁状联合 无 3 黑色 密羊毛状 Q型 拟薄壁组织 多,无锁状联合 无 4 棕红色 疏羊毛状 M型 密丝组织 少,有锁状联合 无 5 棕黑色 密羊毛状 M型 密丝组织 少,有锁状联合 无 6 棕褐色 密羊毛状 G型 密丝组织 少,有锁状联合 无 7 棕褐色 密羊毛状 L型 密丝组织 少,有锁状联合 无 Table 1. Comparison of morpho-anatomical structure features of 7 morphotypes
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贝叶斯分析结果(图 8)表明:采集的样品中,7种形态型的序列都聚集在棉革菌属真菌的序列中,7种形态型的菌根都是由棉革菌属真菌形成的外生菌根。形态型1与T. badia聚成一支并且有较高的支持率(Bootstrap 0.999 9),形态型2与T. lateritia、T. africana聚成一支,形态型3与T. fuscocinerea构成一个独立分支(Bootstrap 1.000 0),形态型4与T. atramentaria构成一个独立分支(Bootstrap 0.999 9),形态型5与T. lapida构成一个独立分支(Bootstrap 1.000 0), 形态型6与T. ramosissima聚成一支并且有较高的支持率(Bootstrap 0.980 0),形态型7与T. terrestris聚成一支并且有较高的支持率(Bootstrap 1.000 0)。因此,形态型2不能确定到种,其它6种形态型均可以鉴定到种水平。