Vergleichende Studie über Mikroorganismen in der Rhizosphäre von Dendrobium nobile mit verschiedenen epiphytischen Substraten
Dendrobium wurde erstmals im "Shennong Bencao Jing" beschrieben und hat eine lange Geschichte der medizinischen Verwendung. Dendrobium nobile Lindl wurde erstmals im "Compendium of Materia Medica" beschrieben, und das heute verwendete Dendrobium nobile wird im "Compendium of Materia Medica" als "Dendrobium-Knäuel auf Felsen" beschrieben. Seine Wurzeln sind verworren und dicht, und seine Stängel und Blätter sind weiß und weich. Seine Stängel und Blätter sind alle grün, und seine Stängel und Blätter sind gelb, mit roten Blüten... Dendrobium ist kurz und fest, während Dendrobium lang und schwach ist, wodurch es leicht zu unterscheiden ist. Sie ist überall zu finden, und die Pflanze aus Sichuan ist die beste. Als eine der Quellen für Dendrobium officinale in der Ausgabe 2020 des chinesischen Arzneibuchs wird es als Medizin mit frischen oder getrockneten Stängeln verwendet und hat die Wirkung, den Magen zu nähren, Speichel zu erzeugen, Yin zu nähren und Hitze zu beseitigen. In der "Newly Revised Materia Medica" heißt es: "Die auf dem Stein wachsende Pflanze (Dendrobium officinale) gewinnt. Im "Compendium of Materia Medica" heißt es: "Es gibt auch solche, die auf Eichenbäumen wachsen, Dendrobium genannt, die nutzlos sind". Man kann sehen, dass die epiphytischen Substrate von Dendrobium officinale, die von den traditionellen chinesischen Kräutern im Laufe der Geschichte getragen wurden, hauptsächlich aus zwei Arten bestehen: felsige Substrate und holzige Substrate, wobei diejenigen mit dicken Stämmen, kurzen Knoten und diejenigen, die auf Felsen wachsen, von besserer Qualität sind.
Dendrobium officinale enthält hauptsächlich Alkaloide, Polysaccharide, Phenole, Flavonoide und andere Verbindungen, die pharmakologische Wirkungen wie Antioxidantien, Antitumormittel und Mittel gegen Katarakt haben. Die Vermehrungsfähigkeit von Dendrobium chrysotoxum ist unter natürlichen Bedingungen gering, und sein Wachstum ist langsam. Die übermäßige Ausbeutung und Zerstörung von wildwachsendem Dendrobium chrysotoxum haben seine natürlichen Ressourcen nahezu erschöpft. In den letzten Jahren haben sich mit der Förderung künstlicher Anbautechniken der Gewächshausanbau (mit befestigten Substraten wie Segmentholz, grobem Sandstein, groben Holzspänen usw.) und der simulierte Wildanbau im Unterholz (mit befestigten Substraten wie Steinen und Bäumen im Unterholz) zu den Hauptanbauarten für Dendrobium officinale entwickelt. Untersuchungen an Dendrobium nobile mit verschiedenen Substraten haben gezeigt, dass die Qualität von Steinen besser ist als die von Bäumen. Unsere Forschungsgruppe berichtete über die Unterschiede bei den Stoffwechselprodukten und der antioxidativen Aktivität zwischen zwei epiphytischen Substraten von Dendrobium chrysotoxum. Die Anzahl und der relative Gehalt an Stoffwechselprodukten in Dendrobium chrysotoxum, das mit epiphytischen Substraten kultiviert wurde, waren signifikant höher als in Dendrobium chrysotoxum, das mit epiphytischen Substraten kultiviert wurde; die antioxidative Kapazität von Dendrobium nobile, das mit angehefteten Steinen kultiviert wurde, ist höher als die mit angehefteten Bäumen. Aufgrund des Mangels an eingehender Forschung über die Korrelation zwischen der Qualität von angehefteten Substraten und medizinischen Materialien sowie des guten Aussehens und des Zierwerts von holzigen Substraten wie Blüten und Stängeln von Dendrobium officinale ist jedoch eine große Anzahl von "Dendrobium officinale" auf dem Markt im Umlauf, was die klinische Wirksamkeit beeinträchtigt.
Mikroorganismen sind eng mit dem Anbau und der Qualität der traditionellen chinesischen Medizin verbunden. Die Mikrobiota der Rhizosphäre ist eine mikrobielle Gemeinschaft, die sich um die Wurzeln von Pflanzen herum ansiedelt und als wichtiges Medium für den Stoffaustausch zwischen Pflanzen und der Umwelt dient. Die Vielfalt der rhizosphärischen Mikrobiota steht im Zusammenhang mit der Wachstumsumgebung der Pflanzen. Es besteht ein gewisser Zusammenhang zwischen der Diversität der Bäume und der mikrobiellen Diversität der Rhizosphäre in der Population, in der das Pekinger Schnabelknabenkraut beheimatet ist. Die Untersuchung der Pilze in der Rhizosphäre von Magnolia grandiflorus ergab, dass es Unterschiede in der Pilzzusammensetzung, der Struktur und der relativen Häufigkeit zwischen verschiedenen Teilen und Regionen gibt, die in engem Zusammenhang mit dem Wachstumsumfeld wie Feuchtigkeit und Nährstoffbedingungen stehen. Frühere Studien haben gezeigt, dass die Wurzel-Mikroorganismen (Rhizosphären-Mikroorganismen und Mykorrhizapilze) von Orchideen eng mit ihrem Wachstum verbunden sind, z. B. mit der Keimung der Samen, der Akkumulation von Bestandteilen, der Krankheits- und Stressresistenz. Untersuchungen der Mykorrhizapilze von Dendrobium-Arten der traditionellen chinesischen Medizin wie Huoshan Dendrobium, Tiepi Dendrobium und Jinchai Dendrobium haben ergeben, dass sie in ihren Wurzeln weit verbreitet sind, einschließlich Ascomycota- und Basidiomycota-Pilzen; es besteht ein gewisser Zusammenhang zwischen der Zusammensetzung der Mykorrhizapilze in verschiedenen Dendrobium-Arten und der Kulturumgebung des Wirts. Untersuchungen über endophytische Bakterien in Arzneipflanzen der Gattung Dendrobium, wie Dendrobium officinale und Dendrobium nobile, haben gezeigt, dass die Anzahl und die Art der endophytischen Bakterien je nach Lebensraum variieren und eng mit dem Grad der Besiedlung durch Mykorrhizapilze zusammenhängen. Es gibt jedoch keine Berichte über die vergleichende Untersuchung der Vielfalt und der Unterschiede der Mikroorganismen der Rhizosphäre in verschiedenen epiphytischen Substraten von Dendrobium officinale, noch über die Korrelation zwischen Mikroorganismen der Rhizosphäre und Mykorrhizapilzen bei Dendrobium officinale.
In diesem Artikel werden mit Hilfe der Hochdurchsatz-Sequenzierungstechnologie die Vielfalt und die Unterschiede der Mikroorganismen in der Rhizosphäre von Dendrobium chrysotoxum in 5 Arten von befestigten Substraten (Stein und Holz) verglichen, um die Verteilungsmerkmale der Mikroorganismen in der Rhizosphäre in verschiedenen befestigten Substraten von Dendrobium chrysotoxum zu klären. Dies bildet die Grundlage für die Untersuchung der Korrelation zwischen Dendrobium chrysotoxum als Substrat, den Mikroorganismen der Rhizosphäre und den Mykorrhizapilzen sowie deren Wachstum und Entwicklung und der Akkumulation von Sekundärmetaboliten. Sie bietet eine Grundlage für die rationelle Auswahl geeigneter Substrate für Dendrobium chrysotoxum und die Förderung des Prinzips "Wer auf Steinen wächst, gewinnt".

 

Diese Studie ergab, dass die Zusammensetzung der mikrobiellen Gemeinschaften in der Rhizosphäre je nach epiphytischen Substraten variiert, was darauf hindeutet, dass epiphytische Substrate ein Faktor sind, der die Artenvielfalt und die relative Häufigkeit der Mikroorganismen in der Rhizosphäre von Dendrobium nobile beeinflusst. Auf Phylum-Ebene dominieren Proteobacteria, Firmicutes, Bacteroidetes und Actinobacteria; die dominierenden Pilze sind hauptsächlich Basidiomycota und Ascomycota, was mit den Forschungsergebnissen zu Mykorrhizapilzen wie Li und Liu übereinstimmt und darauf hinweist, dass Basidiomycota und Ascomycota eng mit dem Wachstum und der Entwicklung von Dendrobium-Pflanzen verbunden sind. Auf der Ebene der Gattungen sind die vorherrschenden Gattungen der Pilze der felsigen Matrix unidentified_Antharellales_stp, während die vorherrschenden Gattungen der Bakterien Sphingomonas, Fecal und unidentified_Chloroplast sind; die vorherrschenden Gattungen der Pilze der holzigen Matrix sind unidentified_Cantharellales_stp und pulverförmige Pilze, während die vorherrschende Gattung der Bakterien Fecal-Bakterien ist.

In dieser Studie wird zum ersten Mal berichtet, dass die dominierenden Pilzgattungen in der Rhizosphäre von Dendrobium nobile auf felsigen Substraten (CSS, DXSK) stärker ausgeprägt sind, was möglicherweise mit Umweltstress zusammenhängt. Die epiphytische Matrix ist ein wichtiges Medium für das Wurzelsystem epiphytischer Pflanzen zur Aufnahme von Nährstoffen und Wasser. Ihr Wachstum und ihre Entwicklung werden durch die physikalisch-chemischen Eigenschaften der epiphytischen Matrix beeinflusst, wie z. B. Nährstoffbedingungen, Wassergehalt, pH-Wert usw. Im Vergleich zu holzigen Substraten weisen felsige Substrate ungünstigere Nährstoff- und Wasserbedingungen auf, was zu einer allmählichen Zunahme der relativen Häufigkeit von Bakteriengattungen mit starker Stressresistenz, leichten autotrophen Fähigkeiten oder der Fähigkeit zur Symbiose mit Wirten führt, die die dominierenden Bakteriengattungen bilden. Die Wachstumsumgebung von Pflanzen hängt mit der mikrobiellen Zusammensetzung zusammen. So zeigte die mikrobielle Zusammensetzung der Rhizosphäre von drei Pflanzen, darunter Wüstenrose, Trunkener Schmetterlingsblütler und Aloe Vera, ein hohes Maß an Konsistenz in trockenen Umgebungen, was den Ergebnissen dieser Studie entspricht; Die Untersuchung des Mikrobioms der Rhizosphäre, der Wurzeloberfläche und des Wurzelinneren von Reis ergab, dass Mikroorganismen, die in der Rhizosphäre nicht kolonisiert waren, auch nicht im Wurzelinneren kolonisiert waren; dies deutet darauf hin, dass die Zusammensetzung der Mikroorganismen in der Rhizosphäre die Arten und die Menge der endophytischen Bakterien in Pflanzen beeinflussen kann. Die Unterschiede in den Rhizosphärenpilzen verschiedener epiphytischer Substrate können sich auf die Bildung von Mykorrhizapilzen auswirken, was wiederum das Wachstum und die Entwicklung von Dendrobium officinale, die Akkumulation von Sekundärmetaboliten und die Qualitätsunterschiede von Dendrobium officinale beeinflusst. Die Korrelation zwischen diesen drei Faktoren muss jedoch noch weiter erforscht werden. Die Ergebnisse der Analyse der funktionellen Vorhersage zeigen, dass es Unterschiede in der relativen Häufigkeit der funktionellen Gene von Bakterien und Pilzen in verschiedenen epiphytischen Substraten gibt. Holzsubstrate sind mit mehr pathogenen und parasitären Funktionsgenen angereichert, die für Pflanzen schädlich sind, während Steinsubstrate mit mehr photoautotrophen und symbiotischen Funktionsgenen angereichert sind. Dies deutet darauf hin, dass die epiphytische Matrix ein Schlüsselfaktor ist, der die Funktion der mikrobiellen Gemeinschaft in der Rhizosphäre von Dendrobium nobile beeinflusst. Die Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass die Wirkung der epiphytischen Matrix auf die Pilze in der Rhizosphäre bedeutender ist.

Diese Studie basiert auf der Hochdurchsatz-Sequenzierungstechnologie, um die Zusammensetzung, Verteilung und andere Merkmale der Mikroorganismen in der Rhizosphäre von Dendrobium officinale mit verschiedenen epiphytischen Substraten zu vergleichen. Sie untersucht die Gründe für die Qualitätsunterschiede von Dendrobium officinale mit verschiedenen epiphytischen Substraten aus einer anderen Perspektive als der der Mykorrhizapilze und beweist, dass es Unterschiede in der relativen Häufigkeit von Rhizosphärenpilzen auf verschiedenen epiphytischen Substraten gibt, wodurch die Lücke in der Erforschung der rhizosphärischen Mikroorganismen von Dendrobium officinale geschlossen wird, und die Grundlage für die Untersuchung der Beziehung zwischen Rhizosphärenpilzen und Mykorrhizapilzen bei Dendrobium officinale zu legen und eine Basis für den Mechanismus der Qualitätsunterschiede bei Dendrobium officinale und die rationelle Auswahl von epiphytischen Substraten in der tatsächlichen Produktion zu schaffen.