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菌物学报
jwxt@im.ac.cn22September2016,35(9):1099‐1105
Http://journals.im.ac.cnMycosystemaISSN1672‐6472CN11‐5180/Q
Tel : +86‐10‐64807521Copyright©2016InstituteofMicrobiology,CAS, all rights reserved.
研究论文 ResearchpaperDOI:10.13346/j.mycosystema.150139
基金项目:国家自然科学基金(31170017,31400018);青海省科技计划(2014‐NS‐524,2014‐NS‐525);国家科技支撑计
划(2013BAD16B013)
SupportedbytheNationalNaturalScienceFoundationofChina(31170017,31400018);QinghaiScience&Technology
Department(2014‐NS‐524,2014‐NS‐525)andKeyTechnologiesResearch&DevelopmentProgramofChina(2013BAD16B013).
*Correspondingauthor.Tel : +86‐10‐64807518;Fax:+86‐10‐64807468;E‐mail:yaoyj@im.ac.cn
Received:2015‐06‐04,accepted:2015‐10‐12
冬虫夏草、蛹虫草菌丝隔膜和细胞核荧光染色
胡晓棣 1,3李熠 1,2任蜀豫 1姚一建 1*
1中国科学院微生物研究所真菌学国家重点实验室北京100101
2福建农林大学植物保护学院福建福州350002
3中国科学院大学北京100049
摘要:冬虫夏草和蛹虫草作为重要的药用真菌,得到广泛的重视,迄今已有大量的研究报道。然而,作为细胞学研究
的基础处理方法,其菌丝隔膜和细胞核染色却缺乏必要的研究。荧光染色是一种程序简便、快速灵敏的染色方法。本研
究选用 DAPI、PI、CalcoflourWhite 和刚果红等 4种染料,对冬虫夏草、蛹虫草菌丝的隔膜和细胞核进行单独与组合染色
实验,通过显微观察比较得出较好的染色方法。结果表明 DAPI 对冬虫夏草和蛹虫草菌丝的细胞核染色效果都较好,而
CalcoflourWhite 对两者的细胞壁染色效果较好且隔膜清晰。DAPI 与CalcoflourWhite 两者进行冬虫夏草菌丝组合染色的效
果为最佳,但在蛹虫草菌丝染色中效果不太稳定。对蛹虫草菌丝较好的组合染色是 DAPI 与刚果红的组合,但其染色结果
需要在激光共聚焦显微镜下观察。
关键词:荧光染料,4’,6‐二脒基‐2‐苯基吲哚,碘化丙啶,荧光增白剂,刚果红
FluorescentstainingofseptaandnucleiinOphiocordycepssinensisand
Cordycepsmilitaris
HUXiao‐Di1,3LIYi1,2RENShu‐Yu1YAOYi‐Jian1*
1StateKeyLaboratoryofMycology,InstituteofMicrobiology,ChineseAcademyofSciences,Beijing100101,China
2CollegeofPlantProtection,FujianAgricultureandForestryUnive rsity,Fuzhou,Fujian350002,China
3UniversityofChineseAcademyofSciences,Beijing100049,China
Abstract:Asimportantmedicinalfungi,bothOphiocordycepssinensisandCordycepsmilitarishavegainedsignificantscientific
attentioninrecentdecades.However,verylittleworkonmycelialstainingmethod,whichisthebasisofcytologicalresearch,has
beenreported.Fluorescentstainingisasimpleandfaststainingtechnique.Inthepresentstudy,fourdyesweretested,singly
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andcombinedly,foruseonOphiocordycepssinensisandCordycepsmilitarisaspossiblefluorescentstainsoffungalnucleiand
septa.TheresultsshowedthatDAPIfluorescentstainedbetterthanPIforthenuclei,andtheCalcoflourWhiteisbetterthan
CongoRedinstainingthesepta.Inthecombinedstainings,DAPIandCalcoflourWhitestainednucleiandsepta,respectively,
moreeffectivelyinO.sinensisthaninC.militaris,whereasthecombinationofDAPIandCongoRedismoresuitableforthelatter
byusingthelaserconfocalmicroscope.
Keywords:fluorescentdye,DAPI,PI,CalcoflourWhite,CongoRed
冬虫夏草 Ophiocordycepssinensis(Berk.)G.H.
Sung,J.M.Sung,Hywel‐Jones&Spatafora 和蛹虫草
Cordycepsmilitaris(L.)Fr. 都是广义虫草属
Cordycepss.l.的成员。虫草是一类具有重要药用和
开发价值的真菌,其中冬虫夏草为我国传统名贵滋
补中药材,而蛹虫草则经常被作为冬虫夏草替代品
来使用,两者具有广阔的市场前景。对这两种虫草
的生物学、基因组学、资源、活性物质、菌丝体培
养和人工栽培等方面都有比较深入的研究(Huang
2003;Dong&Yao2011;Lietal.2013),但在细胞
学研究方面尚有待进一步深入。
目前在冬虫夏草和蛹虫草的研究中,大部分采
用的是光学显微镜直接观察的方法,如观察菌落、
菌丝体、分生孢子和子囊孢子等(曾纬等2006;
何苏琴等2011)。偶尔也见使用真菌观察中最常
见的棉兰等染色方法(杨振芳2009)。近年来荧
光染料染色也逐渐得到使用,如 Ren&Yao(2013)
采用 Calcoflour对冬虫夏草分生孢子细胞壁进行
染色观察;Huetal.(2013)使用 4’,6‐二脒基‐2‐苯
基吲哚(DAPI)和荧光增白剂(CalcoflourWhite)
进行组合染色观察到冬虫夏草菌丝体、分生孢子和
子囊孢子细胞内都呈单核状态。此外还有使用
Hoechst33258 荧光染料对粉被虫草 Cordyceps
pruinosaPetch 进行染色观察的报道(梁宗琦&Fox
1997)。然而,为了更深入地进行虫草菌细胞学研
究,荧光染色方法的使用需要更进一步的探讨。
真菌染色研究已至少有 100 多年的历史。早在
上个世纪 20 年代,Feulgren&Rossenbeck(1924)
发明的福尔根反应法就得到了广泛的应用。之后,
以碱性品红为代表的染色剂开始应用于真菌观察,
比早期的染色剂更为敏感,但是特异性不太强
(Delamater1948;Colemanetal.1981)。到 1969
年,以激光辐射为基础的荧光染色方法开始出现,
并能用于快速测定单细胞群体中每个细胞的 DNA
含量(VanDillaetal.1969)。从上个世纪 70 年代
至今,荧光染色方法得到了大批学者的关注并应用
于各类生物类群,使染色方法向前迈进了一大步,
同时也促进了大量荧光染料的开发,如 Holmquist
(1975)使用 Hoechst33258 染色观察了果蝇的染
色体,而Andersonetal.(2010)则用 PontamineFast
Scarlet4B(P4B)染色观察了植物根部细胞壁扩张
时细胞膜的重新定位。在真菌研究中,荧光染色方
法同样得到大量使用,促进了真菌细胞学等研究的
发展。Bagoetal.(1998)采用碘化丙啶(PI)染
色的方法对丛枝菌根真菌 Gigasporarosea 菌丝进
行活体观察并总结出细胞核行为。Jany&
Pawlowska(2010)使 用 DAPI 染色,并通过激光共
聚焦显微镜进行 Glomeromycota 的活体观察,探
讨多核孢子与物种古老性的关系。同时,组合荧
光染色的方法也得到使用,如针对植物病原真菌
的细胞核和隔膜的组合染色(康振生等 1993);
使用 Hoechst33258 和CalcoflourWhite 组合染色
观察多核菌丝中的细胞核行为(Maheshwari
2005)等。
鉴于对广义虫草属菌丝染色观察的研究报道
不多,其细胞学研究亟需深入,本研究初步探讨了
胡晓棣 等 /冬虫夏草、蛹虫草菌丝隔膜和细胞核荧光染色
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不同荧光染色方法和不同染色剂对菌丝隔膜和细
胞核的染色效果,通过显微观察比较得出对冬虫夏
草和蛹虫草菌丝染色效果较好的方法,为广义虫草
属菌丝染色与细胞学研究提供技术支持。
1材料与方法
1.1供试菌株
冬虫夏草菌使用本实验室保存的菌株 762、
1224、1227、1229、2238、2241、2243,保 存 于 4℃
的培养基中。主要供试菌株为 1229,该菌株是由
本课题组从新鲜标本分离得到的单子囊孢子菌株。
蛹虫草菌使用本实验室保存的菌株 1018、1033、
1035、1065、1809、2087,保存于 4℃的 PDA 培
养基中,主要供试菌株为 1065 菌株。
1.2菌丝样品制备
在无菌超净台中,用打孔器从冬虫夏草固体平
板中取出 3个直径约为 6mm 的菌块,接入装有
50mLPDA 麦麸液体培养基的 250mL 三角瓶中,在
18℃下 100r/min 避光培养 14d 做为接种液。取
0.5mL 接种液接至直径 9cm 的固体平板上,涂布均
匀,将无菌盖玻片(10mm×10mm)以 45°角度插
入培养基中,每个平板均匀插入 10 片盖玻片。正
置培养 1d,待液体被吸收后再倒置于 18℃恒温培
养箱中避光培养 60d。待菌丝爬到盖玻片约 2/3 处时
取出备用,染色之前先在 10%福尔马林中固定 1h。
用无菌水吹打蛹虫草固体平板培养物,洗下成
熟孢子,制成孢子悬液。取 0.5mL 孢子悬液接至直
径9cm的固体平板上,涂布均匀,将无菌盖玻片
(10mm×10mm)以 45°角度插入培养基中,每个
平板均匀插入 10 片盖玻片。正置培养 1d,待液体
被吸收后再倒置于 20℃恒温培养箱中避光培养
3–5d。待菌丝爬到盖玻片约 2/3 处时取出备用,染
色之前先在 10%福尔马林中固定 1h。
1.3荧光染料及配制
称取荧光染料 5mgDAPI (4,6‐diamidino‐2‐
phenylindole,Biotopped 公司),用少量无菌水溶
解后定容成 50μg/mL的母液,于‐20℃下保存。使
用时用 PBS 缓冲液(pH6.8,0.1mol/L)稀释成
5μg/mL 的染色液(Liescheetal.2013)。激发光与
发射光波长为 340/488nm,激发显蓝色荧光。
荧光染料 FluorescentBrightener28(Calcoflour
White,荧光增白剂,Sigma 公司)。配制方法同上,
稀释终浓度为 2.5μg/mL(Thomasetal.2013)。激 发
光与发射光波长为 345/430nm,激发显蓝色荧光。
荧光染料 Propidiumiodide(PI,碘化丙啶,Sigma
公司)。按上述方法配制,使用时稀释成 20μg/mL
的染色液(Bagoetal.2013)。激发光与发射光波
长为 535/615nm,激发显红色荧光。
染料刚果红(CongoRed,上海试剂三厂)。配
制的染色液浓度为 1%(M/V),即将 1g 刚果红溶
于蒸馏水,至终体积 100mL。
1.4样品的荧光染色处理
单独荧光染色方法使用细胞核染料 DAPI、PI
和细胞壁染料 CalcoflourWhite、刚果红分别对冬
虫夏草和蛹虫草菌丝进行单独染色。用镊子取出布
有菌丝的盖玻片,擦去反面的菌丝。向不同盖玻片
着生菌落的位置滴加染料,刚果红 200mL、DAPI
200mL、PI200mL、CalcoflourWhite2滴,除前者
染色 12h,其他各种染料均染 30min。染色后,PBS
缓冲液冲洗 1min。将带有菌落一侧盖玻片朝下,
盖到滴有 PBS 缓冲液的载玻片上,置于荧光显微
镜下观察。
组合荧光染色将两类染料两两配对,对冬虫夏
草和蛹虫草菌丝的细胞核与细胞壁进行染色,共有
DAPI 与CalcoflourWhite、DAPI 与刚果红、PI 与
CalcoflourWhite、PI 与刚果红等 4种组合。染色时,
除了刚果红先采用上述方法单独对细胞壁进行染
色,用 PBS 缓冲液冲洗约 1min 后再滴加细胞核染
料,再用 PBS 缓冲液冲洗约 1min。其他组合的两
种染料同时进行混合染色,30min 后用 PBS 缓冲液
冲洗约 1min。显微镜观察方法同上。
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1.5样品的观察及照相
本研究使用的显微设备为 ZeissIMAGERA2 型
正置荧光显微镜和 LeicaSP8 双扫描模式激光共聚
焦显微镜。前者一般在 400 倍下进行显微观察,
并采用蔡司显微镜数码摄像系统 AxiocamMRC 以
及配套的 DAPI、Tex a s R e d 荧光模块,通过 Axiovision
Rel.4.6 软件拍照成像。后者观察倍数通常为 630
倍,通过 LeicaLASAF 软件采集图像。除了特别提
到使用激光共聚焦显微镜,本文中涉及的观察均使
用荧光显微镜。
2结果与分析
2.1冬虫夏草单独染色与组合染色
2.1.1冬虫夏草单独染色结果:DAPI 对冬虫夏草细
胞核的染色特异性很高,可以清晰地观察到菌丝中
蓝色圆形的细胞核(图 1A)。PI 也使细胞核染色,
但其特异性和稳定性都比前者差一些(图 1B)。细
胞壁染料 CalcoflourWhite 的染色作用明显,菌丝
的细胞壁及其隔膜均为蓝色,且隔膜尤为清晰,呈
光亮蓝色(图 1C)。刚果红染色的细胞壁和隔膜也
很明显(图 1D),但染色效果经常不稳定。
2.1.2冬虫夏草组合染色结果:DAPI 与Calcoflour
White 的组合对冬虫夏草菌丝的染色结果,经镜检
观察显示隔膜和细胞核清晰可见,效果明显。观察
中可见菌丝细胞多为单核,偶见双核存在(图 1E)。
刚果红与 DAPI 组合的染色,由于在荧光显微镜下
隔膜的亮度较低,需要通过激光共聚焦显微镜进行
观察。结果显示的细胞核呈弥散状(图 1F)。PI 与
细胞壁染色剂组合进行染色时,特异性都很低,无
法观察到细胞核。
2.2蛹虫草单独染色与组合染色
2.2.1蛹虫草单独染色结果:使用 DAPI 对蛹虫草
细胞核进行染色,结果清晰且特异性高,细胞核明
显(图 2A);而 PI 对细胞核染色的特异性差,整
个菌丝往往都呈红色,通过升高或降低其浓度进行
的染色实验也还是表现出同样的效果(图 2B)。
图1冬虫夏草菌丝荧光染色A:DAPI 对细胞核的染色;
B:PI 对细胞核的染色;C:CalcoflourWhite 对细胞壁的染
色;D:刚果红对细胞壁的染色;E:DAPI 和CalcoflourWhite
的组合染色;F:DAPI 和刚果红的组合染色(激光共聚焦显
微镜).图中三角形示细胞核,箭头示细胞壁.
Fig.1Fluorescencestainingofseptaandnucleiin
Ophiocordycepssinensis.A:NucleistainingwithDAPI;B:
NucleistainingwithPI;C:SeptastainingwithCalcoflour
White;D:SeptastainingwithCongoRed;E:Combined
stainingwithDAPIandCalcoflourWhite;F:Combined
stainingwithDAPIandCongoRed(laserscanningconfocal
microscopy).Thetrianglesindicatenucleiandthearrows
indicatesepta.
CalcoflourWhite 对细胞壁的染色使隔膜呈现亮蓝
色,灵敏度较高(图 2C)。刚果红对细胞壁具有一定
特异性,但在荧光显微镜下隔膜的亮度较低(图 2D)。
2.2.2蛹虫草组合染色结果:DAPI 与Calcoflour
White 组合对蛹虫草菌丝的染色效果不太稳定,有
胡晓棣 等 /冬虫夏草、蛹虫草菌丝隔膜和细胞核荧光染色
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时可以观察到部分菌丝的细胞核和隔膜(图 2E)。
DAPI 与刚果红组合进行的染色结果有一定的特异
性,但是由于刚果红的染色较弱,需要在激光共聚
焦显微镜进行观察(图 2F)。PI 与细胞壁染色剂组
合进行的染色无法观察到细胞核。
图2蛹虫草菌丝荧光染色A:DAPI 对细胞核的染色;B:
PI 对细胞核的染色;C:CalcoflourWhite 对细胞壁的染色;
D:刚果红对细胞壁的染色;E:DAPI 和CalcoflourWhite
的组合染色;F:DAPI 和刚果红的组合染色(激光共聚焦显
微镜).图中三角形示细胞核,箭头示细胞壁.
Fig.2FluorescencestainingofseptaandnucleiinCordyceps
militaris.A:NucleistainingwithDAPI;B:Nucleistainingwith
PI;C:SeptastainingwithCalcoflourWhite;D:Septastaining
withCongoRed;E:CombinedstainingwithDAPIand
CalcoflourWhite;F:CombinedstainingwithDAPIandCongo
Red(laserscanningconfocalmicroscopy).Thetriangles
indicatenucleiandthearrowsindicatesepta.
2.3荧光染色效果总结
冬虫夏草和蛹虫草菌丝的单独与组合荧光染
色的结果见表 1。
3讨论
在广义虫草属菌丝隔膜和细胞核染色方面,国
内外已有少量报道,但缺少较为系统的研究。本研
究针对冬虫夏草和蛹虫草菌丝的荧光染色方法作
了初步的探究,分别对菌丝隔膜和细胞核进行单独
染色和组合荧光染色,通过观察比较得出了灵敏度
较高、特异性较强的染色方法。
荧光染色的结果表明,DAPI 与CalcoflourWhite
分别对冬虫夏草和蛹虫草菌丝的细胞核与隔膜具
有较好的染色效果(图 1A,1C,2A,2C),这两 者
也是对冬虫夏草进行混合染色的最佳染色剂组合
(图 1E)。而对蛹虫草菌丝较好的组合染色是 DAPI
和刚果红,但其染色结果需要在激光共聚焦显微镜
下观察(图 2F)。
通过对菌丝进行组合染色,能够同时观察到菌
丝中隔膜和细胞核的数目与位置,以及菌丝分支情
况和菌丝间的联络等,从而可以对冬虫夏草和蛹虫
草菌丝体进行系统全面的观察与细胞学研究。实际
上许多真菌的细胞核行为研究,特别是食药用菌杂
交育种以及菌丝交配核迁移等方面都可以使用荧
光染色方法来进行。
有报道认为冬虫夏草菌丝细胞具单个细胞核
(Huetal.2013),但其双核的菌丝细胞也在研究
中发现(Bushleyetal.2013)。本研究通过荧光染
色观察,发现冬虫夏草菌丝中确实存在双核(图
1E)甚至多核的现象。这种双核或多核现象对冬虫
夏草菌的细胞核行为、基因组或者物种进化是否具
有重要意义,还需要进一步研究。
本研究通过显微观察比较得出了较好的荧光
染色方法,但是存在一定的局限性。使用 DAPI 与
CalcoflourWhite 对冬虫夏草菌丝进行组合染色时,
由于两种染料的激发与发射波长很相近,在荧光显
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表1冬虫夏草和蛹虫草菌丝的单独与组合荧光染色结果
Table1TheresultsoffluorescentstaininginOphiocordycepssinensisandCordycepsmilitaris
荧光染料
Fluorescentdye
冬虫夏草
Ophiocordycepssinensis
蛹虫草
Cordycepsmilitaris
亮度
Brightness
特异性
Specificity
亮度
Brightness
特异性
Specificity
DAPI++ √√√ ++ √√√
PI++√√ ++√
CalcoflourWhite++ √√√ ++ √√√
CongoRed+√√ +√√
DAPI&CalcoflourWhite++ √√√ ++√√
DAPI&CongoRed+√√ +√√
PI&CalcoflourWhite++√ ++√
PI&CongoRed+√ +√
注:符号“+”、“++”分别指染色效果较暗和明亮;符号“√”、“√√”、“√√√”均表明着色,且分别指细胞结构不清晰、可
见以及清晰可见.
Note:“+”,“++”indicatethecellularstructureswerestainedfaintlyandbrightly;“√”, “√√”, “√√√”meanthestainingresultswere
poor,fineandexcellent.
微镜下都呈现蓝紫色荧光,只能通过形状的不同来
辨别隔膜与细胞核,因此还需要继续探究不同颜色
的双染方法,增强染色结果的直观性。而蛹虫草菌
丝的组合荧光染色方法也还不完善,还有待进一步
提高。
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寄生阶段的生长发育研究.菌物学报,25(4):646‐650
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