Sammenlignende undersøgelse af rhizosfærens mikroorganismer i Dendrobium nobile med forskellige epifytiske substrater
Dendrobium blev første gang registreret i "Shennong Bencao Jing" og har en lang historie med medicinsk brug. Dendrobium nobile Lindl blev første gang optaget i "Compendium of Materia Medica", og den nu anvendte Dendrobium nobile beskrives i "Compendium of Materia Medica" som "Dendrobium-klynger på klipper. Dens rødder er sammenfiltrede og tætte, og dens stængler og blade er hvide og bløde. Dens stængler og blade er helt grønne, og dens stængler og blade er gule med røde blomster ... Dendrobium er kort og solid, mens Dendrobium er lang og svag, hvilket gør den let at skelne fra hinanden. Den findes overalt, og den fra Sichuan er den bedste. Som en af kilderne til Dendrobium officinale i 2020-udgaven af den kinesiske farmakopé bruges den som medicin med friske eller tørrede stængler og har den virkning, at den nærer maven, genererer spyt, nærer yin og fjerner varme. I "Newly Revised Materia Medica" står der: "Den, der vokser på stenen (Dendrobium officinale), vinder. I "Compendium of Materia Medica" står der, at "der er også dem, der vokser på egetræer, kaldet dendrobium, som er ubrugelige". Man kan se, at de epifytiske substrater af Dendrobium officinale, som traditionelle kinesiske urter har båret gennem historien, hovedsageligt består af to typer: stenede substrater og træagtige substrater, hvor dem med tykke stængler, korte knuder og dem, der vokser på klipper, er af bedre kvalitet.
Dendrobium officinale indeholder hovedsageligt alkaloider, polysaccharider, fenoler, flavonoider og andre forbindelser, som har farmakologiske virkninger som antioxidant, antitumor og anti-katarakt. Reproduktionsevnen hos Dendrobium chrysotoxum er lav under naturlige forhold, og væksten er langsom. Overudnyttelse og ødelæggelse af den vilde Dendrobium chrysotoxum har næsten udtømt dens naturlige ressourcer. I de senere år, hvor kunstige dyrkningsteknikker er blevet fremmet, er drivhusdyrkning (med fastgjorte substrater som segmenteret træ, grov sandsten, grov træflis osv.) og underjordisk simuleret vild dyrkning (med fastgjorte substrater som underjordiske sten og træer) blevet de vigtigste dyrkningsmetoder for Dendrobium officinale. Undersøgelser af Dendrobium nobile med forskellige fastgjorte substrater har vist, at kvaliteten af fastgjorte sten er bedre end kvaliteten af fastgjorte træer. Vores forskningsgruppe rapporterede om forskellene i metaboliske produkter og antioxidantaktivitet mellem to epifytiske substrater af Dendrobium chrysotoxum. Antallet og det relative indhold af metaboliske produkter i Dendrobium chrysotoxum dyrket med epifytiske substrater var betydeligt højere end i Dendrobium chrysotoxum dyrket med epifytiske substrater; antioxidantkapaciteten i Dendrobium nobile dyrket med fastgjorte sten er højere end den, der dyrkes med fastgjorte træer. På grund af manglen på dybdegående forskning i sammenhængen mellem kvaliteten af fastgjorte substrater og medicinske materialer og det gode udseende og den dekorative værdi af træagtige substrater som Dendrobium officinale blomster og stængler, cirkulerer et stort antal "Dendrobium officinale" på markedet, hvilket påvirker den kliniske effekt.
Mikroorganismer er tæt forbundet med dyrkningen og kvaliteten af traditionel kinesisk medicin. Rhizosfærens mikrobiota er et mikrobielt samfund, der koloniserer omkring planternes rødder og fungerer som et vigtigt medium for materialeudveksling mellem planter og miljø. Diversiteten af rhizosfærens mikrobiota hænger sammen med planternes vækstmiljø. Der er en vis sammenhæng mellem trædiversiteten og den mikrobielle diversitet i rhizosfæren i den population, hvor Beijing-orkideen findes. Undersøgelsen af svampe i rhizosfæren og rhizosfæren af Magnolia grandiflorus viste, at der er forskelle i svampesammensætning, struktur og relativ overflod mellem forskellige dele og regioner, som er tæt forbundet med vækstmiljøet såsom fugtighed og ernæringsmæssige forhold. Tidligere undersøgelser har vist, at orkidéers rodmikroorganismer (rhizosfæriske mikroorganismer og mykorrhizasvampe) er tæt forbundet med deres vækst, f.eks. frøspiring, akkumulering af komponenter, sygdoms- og stressresistens. Forskning i mykorrhizasvampe fra traditionelle kinesiske Dendrobium-arter som Huoshan Dendrobium, Tiepi Dendrobium og Jinchai Dendrobium har vist, at de er vidt udbredte i deres rødder, herunder Ascomycota- og Basidiomycota-svampe; der er en vis sammenhæng mellem sammensætningen af mykorrhizasvampe i forskellige Dendrobium-arter og værtsdyrkningsmiljøet. Forskning i endofytiske bakterier i lægeplanter af Dendrobium-slægten, såsom Dendrobium officinale og Dendrobium nobile, har vist, at antallet og typerne af endofytiske bakterier varierer afhængigt af levestedet og er tæt forbundet med graden af kolonisering af mykorrhizasvampe. Der har dog ikke været nogen rapporter om en sammenlignende undersøgelse af mangfoldigheden og forskellene i rhizosfærens mikroorganismer i forskellige epifytiske substrater af Dendrobium officinale eller om sammenhængen mellem rhizosfærens mikroorganismer og mykorrhizasvampe i Dendrobium officinale.
Denne artikel bruger high-throughput-sekventeringsteknologi til at sammenligne diversiteten og forskellene i rhizosfærens mikroorganismer i 5 typer fastgjorte substrater (sten og træ) af Dendrobium chrysotoxum for at afklare distributionsegenskaberne for rhizosfærens mikroorganismer i forskellige fastgjorte substrater af Dendrobium chrysotoxum. Dette danner grundlag for undersøgelsen af sammenhængen mellem Dendrobium chrysotoxum som substrat, rhizosfærens mikroorganismer og mykorrhizasvampe samt deres vækst og udvikling og ophobning af sekundære metabolitter. Det giver et grundlag for rationel udvælgelse af fastgjorte substrater til Dendrobium chrysotoxum og fremme af "dem, der vokser på sten, vinder".

 

Denne undersøgelse viste, at sammensætningen af mikrobielle samfund i rhizosfæren varierer mellem forskellige epifytiske substrater, hvilket indikerer, at epifytiske substrater er en faktor, der påvirker artsdiversiteten og den relative forekomst af mikroorganismer i rhizosfæren hos Dendrobium nobile. På fylumniveau er de dominerende bakterier Proteobacteria, Firmicutes, Bacteroidetes og Actinobacteria; De dominerende svampe er hovedsageligt Basidiomycota og Ascomycota, hvilket er i overensstemmelse med forskningsresultaterne af mykorrhizasvampe som Li og Liu, hvilket indikerer, at Basidiomycota og Ascomycota er tæt forbundet med vækst og udvikling af Dendrobium-planter. På slægtsniveau er de dominerende slægter af stenede matrixsvampe uidentificerede_Antharellales_stp, mens de dominerende slægter af bakterier er Sphingomonas, Fecal og uidentificerede_Chloroplast; De dominerende slægter af træagtige matrixsvampe er uidentificerede_Cantharellales_stp og puddersvampe, mens den dominerende slægt af bakterier er Fecal-bakterier.

Denne undersøgelse rapporterer for første gang, at de dominerende svampeslægter i rhizosfæren hos Dendrobium nobile er mere udtalte på stenede substrater (CSS, DXSK), hvilket kan hænge sammen med miljømæssig stress. Den epifytiske matrix er et vigtigt medium for epifytiske planters rodsystem til at absorbere næringsstoffer og vand. Sammenlignet med træagtige substrater har stenede substrater mere ugunstige ernærings- og vandforhold, hvilket fører til en gradvis stigning i den relative forekomst af bakterieslægter med stærk stressresistens, let autotrof evne eller symbiotisk evne med værter, der danner dominerende bakterieslægter. Planternes vækstmiljø er relateret til den mikrobielle sammensætning. For eksempel viste rhizosfærens mikrobielle sammensætning af tre planter, herunder ørkenrose, beruset sommerfugleblomst og aloe vera, en høj grad af konsistens i tørre miljøer, hvilket svarer til resultaterne af denne undersøgelse; Forskning i mikrobiomet i risens rhizosfære, rodens overflade og rodens indre afslørede, at mikroorganismer, der ikke var koloniseret i rhizosfæren, heller ikke var koloniseret i rodens indre; hvilket indikerer, at sammensætningen af rhizosfærens mikroorganismer kan påvirke arten og mængden af endofytiske bakterier i planter. Forskellene i rhizosfærens svampe i forskellige epifytiske substrater kan påvirke dannelsen af mykorrhizasvampe, som igen påvirker væksten og udviklingen af Dendrobium officinale, ophobningen af sekundære metabolitter og kvalitetsforskellene i Dendrobium officinale. Sammenhængen mellem de tre kræver dog yderligere forskning. Resultaterne af den funktionelle prædiktionsanalyse viser, at der er forskelle i den relative mængde af funktionelle gener fra bakterier og svampe i forskellige epifytiske substrater. Træsubstrater er beriget med flere patogene og parasitære funktionelle gener, som er skadelige for planter, mens stensubstrater er beriget med flere fotoautotrofe og symbiotiske funktionelle gener. Dette indikerer, at den epifytiske matrix er en nøglefaktor, der påvirker funktionen af det mikrobielle samfund i rhizosfæren hos Dendrobium nobile. Forskningsresultaterne indikerer, at effekten af epifytisk matrix på rhizosfærens svampe er mere signifikant.

Denne undersøgelse er baseret på high-throughput-sekventeringsteknologi for at sammenligne sammensætningen, fordelingen og andre egenskaber ved rhizosfærens mikroorganismer i Dendrobium officinale med forskellige epifytiske substrater. Den undersøger årsagerne til forskellene i kvaliteten af Dendrobium officinale med forskellige epifytiske substrater fra et andet perspektiv end mykorrhizasvampe, hvilket beviser, at der er forskelle i den relative forekomst af rhizosfæresvampe på forskellige epifytiske substrater, hvilket udfylder hullet i forskningen af rhizosfærens mikroorganismer i Dendrobium officinale, og lægger grundlaget for undersøgelsen af forholdet mellem rhizosfæresvampe og mykorrhizasvampe i Dendrobium officinale og giver et grundlag for mekanismen for kvalitetsforskelle i Dendrobium officinale og det rationelle valg af epifytiske substrater i den faktiske produktion.