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食线虫担子菌是食线虫真菌家族的一类特殊成员,该类群真菌菌丝具有锁状联合结构,有性阶段形成多种蘑菇,能够以多种方式侵染线虫,有学者称这类蘑菇为食肉的蘑菇(Thorn&Barron,1984)。本论文从云南昆明食用菌市场购买毛头鬼伞(Coprinuscomatus)的子实体,采用组织分离的方法获得毛头鬼伞纯培养;从云南省铜壁关自然保护区采集并分离获得球盖菇一待定种Strophariasp.;另外从荷兰真菌中心收藏所(CBS)购得两株皱环球盖菇(Strophariarugosoannulata)。以上几种蘑菇能够产生特殊的菌丝附属结构,同时平板纯培养能够高效固定(使线虫失去活动能力)、杀死线虫,进一步侵染线虫,最终消解利用线虫作为营养来源。为阐明这几种蘑菇侵染线虫的过程,菌丝附属结构的功能及作用机制,本论文对以上几种蘑菇的菌丝附属结构进行了形态学、超微结构、荧光染色、附属结构发育等方面的研究;对毛头鬼伞菌丝侵染线虫的过程进行了荧光染色、扫描和透射电镜观察;对球盖菇菌株侵染线虫过程进行了光学显微观察;通过设计功能相关性实验揭示了两种附属结构的生物学功能及其作用机理,阐明了这几种真菌侵染线虫的大致过程。最后对毛头鬼伞进行了子实体栽培,对皱环球盖菇的土壤行为进行了初步研究。本论文取得的主要结果如下:
一、毛头鬼伞侵染线虫的研究
1)发现毛头鬼伞对线虫具有高效固定作用,在PDA平板上8小时可以固定超过94%的全齿复活线虫(Panagrellusredivivus)和花生根结线虫(Meloidogynearenaria)。
2)发现毛头鬼伞产生一种新的菌丝附属结构,命名为棘状小球。超微结构研究表明棘状小球是一种类似于绒线球的结构,外部为许多管状突起,内部为一根电子密体轴。多项实验结果表明该结构无细胞核,不是分生孢子或厚垣孢子。棘状小球与记载的担子菌菌丝附属结构在形态、大小上明显不同,而且该结构缺乏细胞核这一特征将其与现有任何一种附属结构区别开来,该结构是一种新的担子菌附属结构。
3)设计棘状小球功能相关实验确定了棘状小球的功能和作用机制。通过光学显微观察线虫与毛头鬼伞菌丝的相互作用,利用PDA再生平板生物测定等实验初步明确了棘状小球与固定线虫之间的相关性。采用过滤法及盖片法纯化得到了大量的棘状小球,线虫生物测定证明纯化棘状小球在离体条件下能够高效固定并最终杀死线虫,显示了棘状小球与固定线虫之间的直接相关性。对纯化棘状小球固Ⅰ定或杀死的线虫进行扫描电镜观察发现,这些线虫体表存在明显的机械性损伤,尤其在线虫中腹部常发现成片的划伤。线虫体壁的机械性损伤说明了机械外力是导致线虫体壁破坏的直接因素。结合棘状小球的形状结构特点,分析认为该结构作用线虫的方式是以其锋利的管状突起划破线虫的体壁,使线虫迅速失去活动能力,为毛头鬼伞赢得进一步侵染线虫的机会。
4)通过荧光染色和电镜超微观察发现毛头鬼伞侵染线虫大致分为以下几个步骤:1.线虫与棘状小球接触后,体壁被大量小球外部的管状突起划伤,线虫迅速失去活动能力被固定;2.毛头鬼伞菌丝向着固定线虫趋向生长,缠绕于线虫体表并产生一特殊侵入结构——侵入钉,在机械力及酶的共同作用下菌丝突破线虫体壁侵入虫体(约18小时);3.进入虫体内的菌丝快速生长并占领整个虫体形成虫菌体(约3天),在水解酶的作用下消解利用虫体营养;4.最终菌丝会再次突破线虫体壁长出虫体,菌丝在虫体外部形成新的棘状小球结构,为下一次侵染过程作准备。
5)实验确定了棘状小球主要以单纯机械力因素作用线虫。纯化棘状小球经过有机溶剂抽提不会影响其对线虫的作用强度,提取物也检测不到固定线虫的活性;同时,破碎的棘状小球完全丧失了固定线虫的活性。这两个实验说明棘状小球很可能不以毒素和/或酶的方式作用线虫,同时还说明棘状小球结构的完整性对于完成其功能至关重要,进一步支持了棘状小球以机械力作用线虫这一结论。
6)通过毛头鬼伞子实体栽培实验,证明了最初菌株分离的正确性。同时,初步生物测定表明,毛头鬼伞在土壤中很可能也会作用线虫。
综合各项研究结果,证实毛头鬼伞是食线虫担子菌家族的新成员,在对毛头鬼伞侵染线虫的步骤进行描述以及阐明棘状小球功能和作用机制的基础上绘制了侵染循环示意图,较完整地揭示了毛头鬼伞侵染线虫的过程。
二、皱环球盖菇及一个球盖菇待定种侵染线虫的研究
1)发现皱环球盖菇(S.rugosoannulata)及一个球盖菇待定种Strophariasp.对线虫具有高效固定作用,15分钟可以固定超过92%的全齿复活线虫(P.redivivus),2小时能固定超过80%的松材线虫(Bursaphelenchusxylophilus)。
2)对皱环球盖菇及球盖菇属待定种(菌株编号LHA-165)产生的刺细胞进行了光学显微镜、扫描电镜和透射电镜超微观察,丰富和完善了刺细胞的结构,并发现皱环球盖菇与球盖菇待定种产生的刺细胞存在一些差异。
3)设计刺细胞功能相关实验并通过功能分析确定了刺细胞固定线虫的过程和Ⅱ作用机制。实验结果表明,供试线虫不仅对着生在菌丝上的刺细胞敏感,对离体纯化的刺细胞亦非常敏感,线虫触碰到刺细胞的反应通常表现为迅速回缩和避让。大量纯化的刺细胞对线虫有极高的固定及杀灭活性,10分钟内可固定超过95%的线虫,提供了刺细胞作用线虫的直接相关性证据。通过染色及扫描电镜观察发现,大部分固定线虫体壁上有明显机械外力造成的损伤,并直接观察到刺细胞刺突刺入线虫体内,并由此导致多数线虫内容物经由体壁破损处溢出。结合刺细胞的形状结构特点,分析认为机械外力来自于刺细胞锋利的剑形刺突,刺细胞作用线虫的方式是以其锋利的刺突划伤、划破、刺入线虫的体壁,使线虫迅速失去活动能力。
4)通过对球盖菇菌株侵染线虫过程的光学显微观察,同时结合刺细胞功能研究的结果,将球盖菇两个种侵染线虫的过程总结如下:1.线虫与球盖菇产生的刺细胞接触后,刺细胞划伤线虫体壁,多次与刺细胞接触使线虫虫体的伤口增多、伤势加重,多数线虫内容物从伤口处溢出,线虫很快失去活动能力并迅速死亡;2.球盖菇菌丝在浆糊状线虫残骸与内容物的混合物中迅速生长,很快在水解酶的作用下将线虫完全消解;3.菌丝在消解线虫的位置产生大量新生刺细胞,等待下一次侵染机会的到来。
5)实验确定了刺细胞主要以单纯机械力因素作用线虫。研究发现有机溶剂抽提不会影响刺细胞对线虫的作用强度,提取物也检测不到固定线虫的活性;进一步将纯化刺细胞破碎后再用有机溶剂抽提,在有机相依然未检测到固定线虫的活性。至此,说明刺细胞很可能不以毒素和/或酶的方式杀死线虫,进一步支持刺细胞以机械力作用线虫的结论。
6)球盖菇待定种属级划分依据。菌株LHA-165产生球盖菇的一个共有特征——刺细胞,该结构仅报道于球盖菇属真菌。其次,对该种编码核糖体大亚基(LSU)的基因序列及转录间隔区(ITS)的序列进行了测定,通过分子系统学方法将该菌的序列与其可能归属的几个属代表种的序列一起进行了系统发育分析。结果表明,该菌的序列与球盖菇属真菌的序列构成单系的分枝,并有很高的支持率,说明此待定种与球盖菇在进化上关系最为接近。基于以上两点,将此待定种划到球盖菇属。
各项研究结果显示,皱环球盖菇及球盖菇待定种LHA-165是食线虫担子菌家族的新成员。本论文对以上几株真菌侵染线虫的过程进行了描述,在阐明刺细胞功能和作用机制的基础上,较完整地揭示了这些真菌侵染线虫的机理。