Сравнительное исследование микроорганизмов ризосферы Dendrobium nobile на различных эпифитных субстратах
Дендробиум впервые был записан в "Шэньнун бэнькао цзин" и имеет долгую историю лекарственного использования. Dendrobium nobile Lindl был впервые записан в "Компендиуме лекарственных средств", а используемый в настоящее время Dendrobium nobile описывается в "Компендиуме лекарственных средств" как "Дендробиум, скопившийся на камнях. Его корни спутанные и плотные, а стебли и листья белые и мягкие. Стебли и листья полностью зеленые, а стебли и листья желтые, с красными цветами... Дендробиум короткий и твердый, а дендробиум длинный и слабый, поэтому их легко отличить. Он встречается повсеместно, и лучшим считается тот, что произрастает в Сычуани. В качестве одного из источников Dendrobium officinale в издании Китайской фармакопеи 2020 года используется в качестве лекарства со свежими или высушенными стеблями и обладает эффектами питания желудка, выработки слюны, питания инь и очищения от жара. В "Новой пересмотренной Materia Medica" говорится следующее: "Побеждает тот, что растет на камне (Dendrobium officinale)". В "Compendium of Materia Medica" говорится, что "есть также те, что растут на дубах, называемые дендробиум, которые бесполезны". Как видно, эпифитные субстраты для Dendrobium officinale, на которых традиционные китайские травники выращивали растение на протяжении всей истории, в основном состоят из двух типов: каменистых и древесных, причем более качественными являются те, у которых толстые стебли, короткие узлы и те, что растут на камнях.
Dendrobium officinale в основном содержит алкалоиды, полисахариды, фенолы, флавоноиды и другие соединения, которые обладают фармакологическим действием, таким как антиоксидантное, противоопухолевое и противокатарактальное. Способность к размножению Dendrobium chrysotoxum в естественных условиях низкая, а его рост медленный. Чрезмерная эксплуатация и уничтожение дикорастущего Dendrobium chrysotoxum практически исчерпали его природные ресурсы. В последние годы с развитием искусственных технологий выращивания основными способами культивирования Dendrobium officinale стали тепличное выращивание (с использованием таких субстратов, как сегментная древесина, крупнозернистый песчаник, крупная щепа и т.д.) и выращивание в подпочвенных условиях (с использованием таких субстратов, как камни и деревья подпочвенного слоя). Исследования Dendrobium nobile с различными прикрепленными субстратами показали, что качество прикрепленных камней лучше, чем качество прикрепленных деревьев. Наша исследовательская группа сообщила о различиях в метаболических продуктах и антиоксидантной активности между двумя эпифитными субстратами Dendrobium chrysotoxum. Количество и относительное содержание продуктов метаболизма в Dendrobium chrysotoxum, выращенном на эпифитных субстратах, было значительно выше, чем в Dendrobium chrysotoxum, выращенном на эпифитных субстратах; антиоксидантная способность Dendrobium nobile, выращенного на прикрепленных камнях, выше, чем у Dendrobium nobile, выращенного на прикрепленных деревьях. Однако из-за отсутствия глубоких исследований взаимосвязи между качеством прикрепленных субстратов и лекарственного сырья, а также хорошего внешнего вида и декоративной ценности древесных субстратов, таких как цветы и стебли Dendrobium officinale, на рынке циркулирует большое количество "Dendrobium officinale", что негативно сказывается на клинической эффективности.
Микроорганизмы тесно связаны с выращиванием и качеством традиционной китайской медицины. Ризосферная микробиота - это микробное сообщество, которое обитает вокруг корней растений и служит важной средой для обмена веществами между растениями и окружающей средой. Разнообразие ризосферной микробиоты коррелирует с условиями роста растений. Существует определенная корреляция между разнообразием деревьев и микробным разнообразием ризосферы в популяции, где обитает пекинская клювовидная орхидея. Изучение грибов в ризосфере и ризосфере Magnolia grandiflorus показало, что существуют различия в составе, структуре и относительной численности грибов между различными частями и регионами, которые тесно связаны с условиями среды произрастания, такими как влажность и условия питания. Предыдущие исследования показали, что корневые микроорганизмы (ризосферные микроорганизмы и микоризные грибы) орхидей тесно связаны с их ростом, таким как прорастание семян, накопление компонентов, устойчивость к болезням и стрессам. Исследование микоризных грибов традиционной китайской медицины видов Dendrobium, таких как Huoshan Dendrobium, Tiepi Dendrobium и Jinchai Dendrobium, показало, что они широко распространены в их корнях, включая грибы Ascomycota и Basidiomycota; существует определенная корреляция между составом микоризных грибов у различных видов Dendrobium и условиями выращивания хозяина. Исследования эндофитных бактерий у лекарственных растений рода Dendrobium, таких как Dendrobium officinale и Dendrobium nobile, показали, что количество и типы эндофитных бактерий варьируют в зависимости от среды обитания и тесно связаны со степенью колонизации микоризными грибами. Однако не было сообщений о сравнительном изучении разнообразия и различий ризосферных микроорганизмов в разных эпифитных субстратах Dendrobium officinale, а также о корреляции между ризосферными микроорганизмами и микоризными грибами Dendrobium officinale.
В данной статье используется технология высокопроизводительного секвенирования для сравнения разнообразия и различий ризосферных микроорганизмов в 5 типах прикрепленных субстратов (камень и дерево) Dendrobium chrysotoxum, чтобы уточнить характеристики распределения ризосферных микроорганизмов в различных прикрепленных субстратах Dendrobium chrysotoxum. Это закладывает основу для изучения взаимосвязи между Dendrobium chrysotoxum как субстратом, ризосферными микроорганизмами и микоризными грибами, а также их ростом и развитием, накоплением вторичных метаболитов. Это дает основу для рационального выбора субстратов для Dendrobium chrysotoxum и продвижения идеи "побеждают те, кто растет на камнях".

 

Данное исследование показало, что состав микробных сообществ ризосферы варьирует на разных эпифитных субстратах, что свидетельствует о том, что эпифитные субстраты являются фактором, влияющим на видовое разнообразие и относительную численность ризосферных микроорганизмов у Dendrobium nobile. На уровне филумов доминирующими бактериями являются Proteobacteria, Firmicutes, Bacteroidetes и Actinobacteria; доминирующими грибами в основном являются Basidiomycota и Ascomycota, что согласуется с результатами исследований микоризных грибов, таких как Li и Liu, и указывает на то, что Basidiomycota и Ascomycota тесно связаны с ростом и развитием растений Dendrobium. На уровне родов доминирующими родами грибов скального матрикса являются unidentified_Antharellales_stp, а доминирующими родами бактерий - Sphingomonas, Fecal и unidentified_Chloroplast; доминирующими родами грибов древесного матрикса являются unidentified_Cantharellales_stp и мучнистые грибы, а доминирующим родом бактерий - Fecal bacteria.

В данном исследовании впервые сообщается, что доминирующие роды грибов в ризосфере Dendrobium nobile более выражены на каменистых субстратах (CSS, DXSK), что может быть связано с экологическим стрессом. Эпифитный матрикс является важной средой для поглощения питательных веществ и воды корневой системой эпифитных растений. На ее рост и развитие влияют физико-химические свойства эпифитного матрикса, такие как условия питания, содержание воды, pH и т.д. По сравнению с древесными субстратами, каменистые субстраты имеют более неблагоприятные условия питания и воды, что приводит к постепенному увеличению относительной численности бактериальных родов с сильной стрессоустойчивостью, легкой автотрофной способностью или симбиотической способностью с хозяевами, формируя доминирующие бактериальные роды. Среда произрастания растений связана с микробным составом. Например, микробный состав ризосферы трех растений, включая пустынную розу, цветок пьяной бабочки и алоэ вера, показал высокую степень согласованности в засушливой среде, что сходно с результатами данного исследования; Исследование микробиома ризосферы, поверхности корня и внутренней части корня риса показало, что микроорганизмы, которые не были колонизированы в ризосфере, также не были колонизированы и во внутренней части корня; это указывает на то, что состав микроорганизмов ризосферы может влиять на виды и численность эндофитных бактерий в растениях. Различия в составе ризосферных грибов на разных эпифитных субстратах могут влиять на формирование микоризных грибов, что, в свою очередь, влияет на рост и развитие Dendrobium officinale, накопление вторичных метаболитов и качественные различия Dendrobium officinale. Однако корреляция между этими тремя факторами требует дальнейшего изучения. Результаты анализа функциональных предсказаний показывают, что существуют различия в относительном количестве функциональных генов бактерий и грибов в различных эпифитных субстратах. Древесные субстраты обогащены большим количеством патогенных и паразитических функциональных генов, вредных для растений, в то время как каменные субстраты обогащены большим количеством фотоавтотрофных и симбиотических функциональных генов. Это указывает на то, что эпифитный матрикс является ключевым фактором, влияющим на функционирование микробного сообщества ризосферы у Dendrobium nobile. Результаты исследования показывают, что влияние эпифитного матрикса на ризосферные грибы более значительно.

Данное исследование основано на технологии высокопроизводительного секвенирования для сравнения состава, распределения и других характеристик ризосферных микроорганизмов у Dendrobium officinale с различными эпифитными субстратами. В работе исследуются причины различий в качестве Dendrobium officinale с разными эпифитными субстратами с точки зрения, отличной от микоризных грибов, доказывается, что существуют различия в относительной численности ризосферных грибов на разных эпифитных субстратах, восполняется пробел в исследовании ризосферных микроорганизмов Dendrobium officinale, и заложить основу для изучения взаимоотношений между ризосферными и микоризными грибами у Dendrobium officinale, а также создать базу для выяснения механизма качественных различий Dendrobium officinale и рационального выбора эпифитных субстратов в реальном производстве.