大学生创新训练项目计划申请书
项目编号 202212659002
项目名称 南岳衡山大型真菌的多样性调查及数字化标本库构建
项目负责人 胡宇婧 联系电话 15802648125
所在学院 南岳学院
学号 N21370113 专业班级 生物科学一班
指导教师 朱涵予(435062251@qq.com)
申请日期 2022年6月12日
起止年月 2022年5月至2024年4月
衡阳师范学院南岳学院

填写说明
  1. 本申请书所列各项内容均须实事求是,认真填写,表达明确严谨,简明扼要。
  2. 申请人可以是个人,也可为创新团队,首页只填负责人。“项目编号”一栏不填。
  3. 本申请书为大16开本(A4),左侧装订成册。可网上下载、自行复印或加页,但格式、内容、大小均须与原件一致。
  4. 负责人所在学院认真审核, 经初评和答辩,签署意见后,将申请书(一式两份)报送衡阳师范学院南岳学院项目管理办公室。

一、 基本情况

项目名称 南岳衡山大型真菌的多样性调查及数字化标本库构建
项目级别 国家级
项目类型 创新训练项目
所属学科
学科一级门: 理学   学科二级类: 生物科学类
申请金额 10000.00 起止年月 2022年5月至2024年4月
负责人 胡宇婧 性别 民族 出生年月 2002年08月
学号 N21370113 联系电话
宅: 15802648125 手机: 15802648125
指导教师 朱涵予 联系电话
宅: 18188961215 手机: 18188961215
项目简介
南岳衡山为“五岳”之一,自然条件优越,生物多样性高,有着丰富的大型真菌资源。一直以来,大型真菌尤其是食药用菌是农业生产的重要原料,同时具有抗菌、抗氧化、抗糖尿病、提高免疫力等多种生理活性,备受人们的关注。研究衡山大型真菌资源的多样性,对其保护和利用有着重要的现实意义。然而,关于衡山的大型真菌种类在诸多文献和报道中均不同,其种质资源现状调查亟待开展。因此,本项目拟对南岳衡山地区的大型真菌进行调查和采集,结合形态学观察和分子生物学的方法对大型真菌进行鉴定及系统学研究,并分析其种类、分布和结构特征,构建数字化的标本库,为衡山大型真菌种质和基因的保护、科学的人工驯化及后续科研和宣传的开展奠定基础。
负责人曾经参与科研的情况
衡阳师范学院南岳学院大学生科技创新项目,南岳雁鹅菌膳食纤维的响应面法制备及理化性质研究,参与。
指导教师承担科研课题情况
一、主持课题情况:
1. 湖南省自然科学基金青年项目,2022JJ40013,基于细胞工厂的银耳芽孢高效异源表达体系及基因表达载体研究。
2. 衡阳师范学院科研启动项目,18D20,银耳芽孢异源表达体系的构建及应用。
3. 湖南省教育厅科学研究项目,19C0289,基于RNA-Seq的银耳二型态相关G蛋白信号转导途径基因的功能研究。
4. 横向项目,HXKY202123,“活力元”酵素发酵剂的开发。
5. 横向项目,HXKY202117,食用菌标准化生产策略及病虫害防治体系构建。
二、参与课题情况:
1、湖南省自然科学联合基金项目,2020JJ6039,糄粑功能成分形成机制与微生物发酵响应及调控研究。
2、湖南省教育厅科学研究项目,19C0281,一株产绿色素放线菌的发酵条件优化及其性质研究。
指导教师对本项目的支持情况
指导老师支持本项目的进行,可为学生提供实验指导和技术支持,指导学生自主完成各项工作。
项目组主要成员 姓名 学号 专业班级 所在学院 项目中的分工
胡宇婧 N21370113 生物科学一班 南岳学院 衡山大型真菌资料收集和整理
龙灿锋 N20370217 生物科学二班 南岳学院 衡山大型真菌资源的实地调查
孔馨悦 N21370115 生物科学一班 南岳学院 衡山大型真菌资源的统计分析
周志伟 N21160232 化学二班 南岳学院 衡山大型真菌的鉴定
姚晓倩 21300527 生物科学2105班 生命科学与环境学院 数字化标本库的构建

二、 立项依据(可加页)

(一)研究目的

1. 结合查阅资料和实地踏查以调查南岳衡山的大型真菌资源

通过查阅历史档案等资料和实地踏查相结合的方式对南岳衡山的大型真菌资源进行调查,并采集标本、拍照、记录大型真菌的生长环境及宏观特征。

2. 采用形态学观察和分子生物学方法鉴定采集的大型真菌

形态学观察包括菌盖大小和颜色、菌褶厚度和颜色、菌柄长和宽等形态、剐蹭后颜色变化、菌环大小和形状及附属物、微观解剖特征等;分子生物学方法通过样品的核糖体内转录间隔区基因序列进行鉴定。

3. 构建南岳衡山大型真菌的数字化标本库

使用Microsoft Office制作数字化标本库,将采集的标本进行分类地位、三视图、ITS序列、采集地点的地理坐标、生长环境分布、显微形态照片等录入到数据库表格中,便于数据信息的快速检索和资源共享。

(二)研究内容

1. 南岳衡山大型真菌的调查

通过查阅资料和实地踏查相结合的方法对南岳衡山大型真菌资源进行调查。实地踏查过程中,详细记录大型野生真菌子实体的生长环境及其宏观特征,主要包括所处经纬度、海拔、共生树种、植被环境、子实体的形状、大小、颜色、气味、伤后变色情况及基部菌丝颜色等。每个大型真菌子实体拍照8~10次,包括大型真菌的周围大环境、微环境、子实体的三视图、简单解剖图等。最后采集标本用于后续鉴定。

2. 南岳衡山大型真菌的鉴定

采用传统的形态学观察和分子生物学方法对所采集样品进行鉴定。形态学观察包括菌盖大小和颜色、菌褶厚度和颜色、菌柄长和宽等形态、剐蹭后颜色变化、菌环大小和形状及附属物等形态特征。微观解剖特征于光学显微镜下观察经1%刚果红试剂染色的标本切片。对每种真菌的孢子、担子、囊体、菌盖表皮菌丝等结构进行测量,并拍照记录。

分子生物学方法通过样品的核糖体内转录间隔区基因序列(Internal Transcribed Spacer, ITS)进行鉴定。首先利用CTAB法进行总DNA 提取,采用真菌通用引物ITS1ITS4进行PCR 扩增。PCR产物经测序后在NCBI数据库(https://www.ncbi.nlm.nih.gov/)中进行Blast 序列比对,综合形态学观察的结果共同明确大型真菌的分类地位。在此基础上根据最新版的《Dictionary of the fungi》分类系统并参照真菌拉丁名命名网站Index Fungorum databasehttp://www.indexfungorum.org/)、MycoBankhttps://www.mycobank.org/)和《中国生物多样性红色名录—大型真菌卷》及相关文献最终确定标本的拉丁学名及中文名。

3. 南岳衡山大型真菌的统计学分析

根据调查和鉴定的南岳衡山大型真菌进行统计学分析,包括优势科属分析、生长环境分布特征、主要的地域分布、大型真菌类型(包括食药用菌、有毒真菌、菌根真菌、木腐真菌等)评价。查阅文献资料分析大型真菌物种的经济价值、特有性等信息。

大型真菌的物种多样性使用Shannon-Wiener 指数计算丰富度及Pieou指数计算均匀度,公式如下:均匀度J=H’/lnS;物种丰富度Pi=Ni/N。其中,Shannon-Wiener 指数H=-Σ(Pi)(lnPi),S为物种数目,Ni为单一地区的物种数量,N为总物种数量。

4. 南岳衡山大型真菌数字化标本库的建立

使用Microsoft Office制作数字化标本库。将标本的分类地位、三视图、ITS序列、采集地点的地理坐标、生长环境分布、显微形态照片等录入到数据库表格中。大型真菌标本的查询依据其编号、中文名或拉丁名进行查找,使大型真菌数据信息的调用直接快捷,便于实现数据资源共享。通过对收集的南岳衡山大型真菌标本的收集、拍摄、建库等,为衡山大型真菌种质和基因的保护、科学的人工驯化及后续科研和宣传的开展奠定基础。

(三)国、内外研究现状和发展动态

南岳衡山国家级自然保护区位于湖南省衡阳市南岳区,地理位置在北纬 27°2'~ 27°22',东经112°32'~ 112°58'间,总面积119.92 km2。境内最低海拔80 m,最高海拔1300.2 m,为主峰祝融峰[1]。衡山自然条件优越,生物资源十分丰富,素来有着“湘南基因库”之称[2]。据湖南省林业局2015年的报道显示(http://lyj.hunan.gov.cn/lyj/),衡山国家级自然保护区内已记录的高等植物2149种,包括苔藓植物152种、蕨类植物221种、裸子植物69 种和被子植物1707 种;野生动物种类2119种,包括鱼类30 种、两栖动物23种、爬行动物44 种、鸟类148 种、哺乳动物39 种和昆虫1835 种;大型真菌共 173 种,分别隶属于15 目、37 科、83 属。

在众多生物资源中,大型真菌的发掘和应用具有重要的生态价值和社会经济价值[3, 4]。大型真菌是指肉眼可见、能够形成大型子实体、子座、菌核的一类真菌,通常指蘑菇或蕈菌[5]。大型真菌的多样性是生物多样性的重要组成部分,其通过病害、腐朽、互利共生等方式作用于生态系统,在地球生物圈的物质循环和能量流动中发挥作用,具有维持生态系统的结构和功能稳定的重要意义[6]。同时,大型真菌中的食药用菌是膳食蛋白质、碳水化合物、脂肪、维生素、纤维和矿物质多种营养物质的良好来源,被公认为功能性食品[7]。除此之外,许多大型真菌具有药用价值,包括预防心脏病和癌症、改善血液循环、降低血液胆固醇水平等功能[8, 9]。如食用菌中分离的葡聚糖和杂多糖具有降压、免疫、抗菌、抗感染、抗病毒、保肝、抗糖尿病、低脂血症、抗肿瘤、抗血栓和抗氧化等多种生理活性[10-13]

我国大型真菌资源极为丰富,已知菌物统计有17000 种,其中食药用菌约1700[14]。然而目前发现的大型真菌种类不足6%,还有大量的类群尚未被发现,许多地区的大型真菌资源多样性被低估[15]。近年来,国内多地大型真菌多样性的研究已广泛开展,如三江源国家级自然保护区[6]、景宁望东垟高山湿地自然保护区[14] 、黄山自然风景保护区[16]、祁连山国家级自然保护区[17]、江西抚河源自然保护区[18]等,研究内容包括大型真菌的物种组成、食药用菌资源调查、区系组成分析和生态分布等。前期研究中,钟志凌等对南岳衡山的野生食用菌进行了统计。结果显示,衡山共有大型食用真菌44种,包括银耳、蜜环菌、松乳菇、红菇、黑木耳等多种常见和珍稀食用菌。且衡山的大型真菌分布与森林有着密切的关系[19]。上述研究为本项目的开展奠定了丰富的基础,具有重要指导意义。然而,南岳衡山大型真菌多样性种质资源现状分析仍存在一定空白,相关报道较为匮乏。同时,关于衡山的大型真菌种类在诸多文献和报道中均不同,其种质资源现状调查亟待开展。

除食药用菌外,大型真菌中如大青褶菌、裂皮鹅膏等有毒菌亦不容忽视,一旦误食极易发生生命安全事故。近几年,湖南省内常见毒蘑菇中毒事件,且具有季节性和区域高发性[20]。对衡山的大型真菌进行全面调查、采样、区位标记、制作标本和构建数字化标本库,为规范大型真菌在生态旅游和经济服务的功能起着良好的促进作用,也可为当地大型真菌资源的评估和保护以及有效的开发和利用奠定理论基础。另一方面,衡山的大量食药用真菌资源未得到有效开发,而少数被当地居民熟知的种类如雁鹅菌则被掠夺式开发[21]。因此通过充分的调查衡山的大型真菌种质资源,既可保护其种质和基因,又可探究生态分布和环境对其生长的影响,进行科学的人工驯化,为建立科学的研究、开发及应用和完善的生态资源监测程序提供借鉴。

大型真菌是宝贵的生物资源,调查其种类、分布、生态环境等信息,是合理保护和开发利用的基础[16]。因此,本项目拟通过调查南岳衡山国家自然保护区大型真菌种质资源现状并建立数字化标本库,以期为该地区生态保护和生物资源合理开发利用提供科学依据,也可为大型真菌相关科研、宣传和教育工作提供材料和基地。

参考文献

[1] 何逢斌, 夏江林, 旷柏根, 等. 南岳衡山石斛种质库营建技术的初步研究[J]. 农业与技术, 2017, 37(07): 7-10+23.

[2] 周兵. 湖南衡山自然保护区蜘蛛分类学研究(蛛形纲:蜘蛛目)[D]. 湖南师范大学, 2016.

[3] Lu HY, Lou HH, He JJ, et al. Macrofungi: A review of cultivation strategies, bioactivity, and application of mushrooms[J]. Compr Rev Food Sci Food Saf, 2020, 19(5): 2333-2356.

[4] Niego AG, Rapior S, Thongklang N, et al. Macrofungi as a nutraceutical source: Promising bioactive compounds and market value[J]. J Fungi (Basel), 2021, 7(5): 397.

[5] Maity P, Sen IK, Chakraborty I, et al. Biologically active polysaccharide from edible mushrooms: A review[J]. Int J Biol Macromol, 2021, 172: 408-417.

[6] 强婷婷, 白露超. 三江源国家级自然保护区森林型大型真菌物种多样性研究[J]. 干旱区 资源与环境, 2022, 36(04): 149-154.

[7] Dissanayake AA, Zhang CR, Mills GL, et al. Cultivated maitake mushroom demonstrated functional food quality as determined by in vitro bioassays[J]. J Funct Foods, 2018, 44: 79-85.

[8] Roncero-Ramos I, Delgado-Andrade C. The beneficial role of edible mushrooms in human health[J]. Curr Opin Food Sci, 2017, 14: 122-128. 9 / 14

[9] Panda BC, Maity P, Nandi AK, et al. Heteroglycan of an edible mushroom Pleurotus cystidiosus: Structural characterization and study of biological activities[J]. Int J Biol Macromol, 2017, 95: 833-842.

[10] Manna DK, Nandi AK, Pattanayak M, et al. A water soluble β-glucan of an edible mushroom Termitomyces heimii: Structural and biological investigation[J]. Carbohydr Polym, 2015, 134: 375-84.

[11] Maity P, Nandi AK, Manna DK, et al. Structural characterization and antioxidant activity of a glucan from Meripilus giganteus[J]. Carbohydr Polym, 2017, 157: 1237-1245.

[12] Meng Y, Yan J, Yang G, et al. Structural characterization and macrophage activation of a hetero-galactan isolated from Flammulina velutipes[J]. Carbohydr Polym, 2018, 183: 207-218.

[13] Zheng Y, Wang WD, Li Y. Antitumor and immunomodulatory activity of polysaccharide isolated from Trametes orientalis[J]. Carbohydr Polym, 2015, 131: 248-54.

[14] 梅中海, 朱新宇, 李梦斐, 等. 景宁望东垟高山湿地自然保护区大型真菌资源调查与分析 [J]. 浙江林业科技, 2022, 42(01): 84-89.

[15] Hawksworth DL, Lücking R. Fungal diversity revisited: 2.2 to 3.8 million species[J]. Microbiol Spectr, 2017, 5(4): 1-10.

[16] 郭婷, 杨瑞恒, 汤明霞, 等. 黄山大型真菌的物种多样性[J]. 菌物学报, 2022, 1-20.

[17] 卢伯宇, 魏书威, 李姝, 等. 祁连山国家级自然保护区大型真菌资源调查[J].菌物研究, 2021, 1-9.

[18] 杨滢, 赵兰, 陈言柳, 等. 江西抚河源自然保护区大型真菌多样性与区系特征[J]. 西北林 学院学报, 2022, 37(02): 164-169.

[19] 钟志凌, 陈益华, 谭星林, 等. 南岳衡山野生食用植物(真菌)资源与分布[J]. 现代农业科 技, 2009(13): 91-93.

[20] 马迪辉, 曹可珂, 张劲夫, 等. 2016—2020 年长沙市毒蘑菇中毒事件流行病学分析[J]. 中 国食品卫生杂志, 2022(02): 359-363.

[21] 巴陵. 雁鹅菌[J]. 林业与生态, 2013(11): 38-39.

(四)创新点与项目特色

1.南岳衡山为“五岳”之一,自然条件优越,生物多样性高,有着丰富的大型真菌资源。一直以来,大型真菌尤其是食药用菌是农业生产的重要原料,同时具有多种生理活性,备受人们的关注。

2.南岳衡山的大型真菌种质资源现状存在空白,相关调查亟待开展。因此,本项目拟对南岳衡山地区的大型真菌进行调查、采集和鉴定,并整合其分类地位、子实体图片、采集地点的地理坐标、生长环境分布、显微形态照片等信息,构建数字化的标本库,为衡山大型真菌种质和基因的保护、科学的人工驯化及后续科研和宣传的开展奠定基础。

(五)技术路线、拟解决的问题及预期成果


1、技术路线

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2、拟解决的问题

1)调查南岳衡山大型真菌的种质资源现状、大型野生真菌子实体的生长环境及其形态学特征,并通过统计学方法分析南岳衡山大型真菌的优势科属、地域分布、类型、物种多样性等信息。

2)为实现南岳衡山大型真菌资源相关数据信息的快速检索和资源共享,构建衡山大型真菌的数字化标本库。

3、预期成果

1)通过查阅资料和实地踏查相结合的方式对南岳衡山的大型真菌资源进行调查,结合形态学观察和分子生物学方法对衡山大型真菌进行鉴定,整合上述数据分析衡山大型真菌种质资源现状;

2)综合南岳衡山大型真菌的分类地位、三视图、ITS序列、采集地点的地理坐标、生长环境分布、显微形态照片等信息,构建衡山大型真菌的数字化标本库;

(3)撰写 1 篇研究报告;发表高水平论文 1-2 篇。

(六)项目研究进度安排

20225-202212月:南岳衡山大型真菌相关文献资料查阅;实地踏查对衡山大型真菌子实体进行采样及标本制作。

20231-202312月:南岳衡山大型真菌标本的宏观形态学和微观解剖特征的观察、记录和拍照;衡山大型真菌的分子生物学鉴定;衡山大型真菌优势科属、生长环境分布特征、主要的地域分布、类型评价、物种多样性等的统计学分析。

20241-20244月:南岳衡山大型真菌数字化标本库的构建;实验数据整理,撰写研究报告和论文。

(七)已有基础

1.与本项目有关的研究积累和已取得的成绩


    目前,本项目申请人采集了南岳衡山雁鹅菌子实体,分离了雁鹅菌的菌丝,并获得纯培养的菌株。对雁鹅菌进行总DNA的提取和ITS序列的扩增,结合形态学观察的结果,明确雁鹅菌属红汁乳菇(Lactarius hatsudake),具有南岳衡山大型真菌采集和鉴定的相关基础。其次,项目申请人已对雁鹅菌的膳食纤维进行响应面法制备和功能研究,有较强的实验操作技能,具备独立实验和查阅文献的能力,能保证本项目的良好实施。指导老师长期从事食用菌等大型真菌相关研究,可为项目成员提供理论和实践指导。


2.已具备的条件,尚缺少的条件及解决方法

1)本创新训练项目依托衡阳师范学院生命科学与环境学院所属“南岳山区生物资源保护与利用”湖南省重点实验室。本实验室拥有与本项目相关的主要仪器和设施,包括:凝胶成像分析系统(BIO-RAD)、高速冷冻离心机(Eppendorf)、普通PCR 仪(BIO-RAD)、电泳系统、核酸蛋白分析仪(BioSpec-nano)、高压灭菌锅、超低温冰箱(-80℃)、超净工作台、恒温培养箱等仪器和实验设施。

2)本项目实验所涉及的测序分析,需委托测序公司完成。

三、 经费预算

开支科目 预算经费(元) 主要用途 阶段下达经费计划(元)
前半阶段 后半阶段
预算经费总额 10000.00 8000.00 2000.00
1. 业务费 6000.00 6000.00 0.00
(1)计算、分析、测试费 4000.00 大型真菌 ITS 序列测序分析 4000.00 0.00
(2)能源动力费 0.00 0.00 0.00
(3)会议、差旅费 2000.00 前往衡山实地踏查的往返路费 及住宿费等 2000.00 0.00
(4)文献检索费 0.00 0.00 0.00
(5)论文出版费 0.00 0.00 0.00
2. 仪器设备购置费 0.00 0.00 0.00
3. 实验装置试制费 0.00 0.00 0.00
4. 材料费 4000.00 购买实验相关的试剂及耗材 2000.00 2000.00
学校批准经费

四、 指导教师意见

 
 
 
导师(签章):
  年        月        日  

五、 院系大学生创新创业训练计划专家组意见

 
 
 
专家组组长(签章):
  年        月        日  

六、 学校大学生创新创业训练计划专家组意见

 
 
 
负责人(签章):
  年        月        日  

七、 大学生创新创业训练计划领导小组审批意见

通过
 
导师(签章):
  年        月        日