甘肃农业大学
博士学位论文
东祁连山高寒草地优势植物内生细菌多样性研究
姓名：李振东
申请学位级别：博士
专业：草地生物多样性
指导教师：陈秀蓉
20100601
植物内生细菌研究进展 摘要:植物内生细菌是植物微生态系统的重要组成部分，具有广阔的理论研究价值和开发应用前景。本文从植物内生细菌的概念、生物学作用及其应用等方面对近年来植物内生细菌的研究现状进行了综述,并展望其应用前景，以便为进一步研究和应用这类微生物提供信息。 关键词: 植物内生细菌，固氮作用，绿色菌肥 引言: 植物内生细菌系统地分布于植物体内，与植物在长期系统发育共进化过程中建立了一种和谙联合的关系。植物内生细菌有丰 富的种群多样性，对宿主植物具有内生固氮、生物防治以及促 进生长等多种生物学作用，可应用于防治植物病害、植物内生 细菌联合的生物修复以及作为外源基因的载体等具有广泛的 开发和应用价值，已成为国内外研究的热点。在人们日益重视 人与自然和谐相处的今天,研究和利用植物内生细菌对于替代 或减少农药和化肥的使用,改善农业生态系统,保持植物微生 态系统的生物多样性以及维护农田生态平衡实现可持续发展 都有重要意义。 正文: 1.植物内生菌的发展及概念 植物内生细菌名称的由来是经历了几十年的发展才逐渐形成的。1876 年, Pasteur 从无菌葡萄果汁中提取出内生细菌, 内生细菌由
此逐渐引起了人们的关注[1], 传统观念曾认为健康植物体内不含细菌,从健康植物体内分离获得的细菌是由于消毒不严而受污染引起。直至上世纪20～50 年代, 人们陆续从 30 多种健康植物体内分离到多种内生细菌, 植物体内含有细菌的事实才被肯定。1866 年 De Bary 为将植物组织内生活的微生物与植物表面生长的表生菌(Epiphyte)区别开来, 首先提出了内生菌的概念[2]。1992年Kloeooer 首次提出了“植物内生细菌”(endophytic bacteria)的概念[3]。1995年Wilson将植物内生菌的概念概括为: 植物内生菌是指能在整个或部分生活周期中侵染活植物体, 但对植物组织不引起明显症状的微生物, 包括真菌和细菌[4], 1997 年 Hallmann 等又对植物内生细菌的概念进行了补充, 认为植物内生菌可从植物表面或从植物内部获得, 且它们的存在未使植物的表型特征和功能有任何改变[5]。.综上所述,植物内生细菌至今尚无统一的定义.但普遍认可它应具有如下特征:一是能在活体植物内定殖;二是不引起寄主植物组织结构发生明显变化;三是在正常情况下，一般不引起寄主植物出现病害症状.符合这3个特征的微生物基本上属于内生菌的范畴[6]。 2.内生细菌的种类 内生细菌具有丰富的物种多样性。通过对棉花、水稻、玉米、甘蔗、马铃薯、柑橘等50多种农作物以及果树、蔬菜、杂草中的内生细菌进行的研究[7一15]，发现了包括革兰氏阳性和阴性菌共计54个属。各种农作物及果树等经济作物中发现的内生细菌已超过120种,
植物内生菌的研究 摘要：植物内生菌是植物微生态系统的重要组成部分，在长期的协同进化过程中，与植物形成了互惠互利的关系。植物内生菌能够产生活性物质，可作为生物防治资源、外源基因的载体和新药的来源，在农业、医药卫生领域有着巨大的应用潜力。但是虽然经过几十年的研究，目前植物内生菌的研究仍处于起步阶段，对其开发和应用刚刚展开。 关键词：植物内生菌，发展，应用，问题 植物体内普遍存在着内生菌，由于其生活在没有外在感染症状的健康植物组织内部，因此植物内生菌的存在和作用长期以来未被发现。直到20世纪30年代，由于牲畜食了感染内生真菌的牧草，给畜牧业造成重大损失，才开始对植物内生菌有了初步认识。内生菌一词“endophyte”最早是由德国科学家yDeBerr于1886年提出。1986年，Carrol将植物内生菌定义为生活在地上部分、活的植物组织内不引起明显症状的微生物。1991年，Petrini提出植物内生菌是指生活史的一定阶段生活在活体植物组织内不引起植物明显病害的微生物。1992年，K1eopper等认为植物内生菌是指能够定殖在植物细胞间隙或细胞内，并与寄主植物建立和谐联合关系的一类微生物，并首次提出了“植物理内生细菌”的概念，他认为能在植物体内定殖的致病菌和菌根菌不属于内生菌。 目前，植物内生菌较被公认的定义是指那些在其生活史的一定阶段或者全部阶段生活于健康植物的各种组织和器官内部的真菌或者细菌，被感染的宿主植物(至少是暂时)不表现出外在症状，是一个生态学概念，而非分类学单位。 植物内生菌的研究现状 1. 植物内生菌的生物多样性 植物内生菌的生物多样性主要包括寄主植物种类多样性、内生菌在寄主植物不同部位分布多样性和内生菌自身种类多样性。研究发现植物内生菌广泛存在，地球上300000种植物中都有内生菌的存在。农业上对内生菌研究较多的植物有水稻、小麦、棉花、高粱、牧草、马铃薯、玉米、甘蔗、甜菜、黄瓜、柠檬等。研究发现植物内生菌几乎存在于植物的所有组织中，不仅存在于植物的根、茎、叶、花、果、胚、种子中，在植物的根瘤中也分离到了内生菌。 植物内生菌的种类也十分繁多，主要包括内生细菌、内生真菌和内生放线菌三大类。目前已报道在各种农作物及经济作物中发现的植物内生细菌已超过129种，分属于54个属，主要为假单胞菌属(Pseudomonas)、肠杆菌属(Enterobacter)、芽孢杆菌属(Bacillus)、土壤杆菌属(Agrobacterium)、克雷伯氏菌属(Klebsiella)、泛菌属(Pantoea)、甲基杆菌属(Methylobacterium)等。植物内生真菌主要在药用植物、羊茅属植物、热带树木中研究较多，现在发现的内生真菌主要为子囊菌类(As comycet)及其无性型，包括核菌纲(Pyrenomyetes)、盘菌纲(Discomyetes）和腔菌纲(Loculoascomyetes)等。植物内生放线菌主要在红树林、热带多年生树木及一些药用作物中研究较多，主要为链霉菌属(Streptomyces)、链轮丝菌属(Streptoverticillum)、游动放线菌属(Antinoplanes)、诺氏卡菌属(Nocardia)、小单胞菌属(Micromono sp.ora)。 2. 植物内生菌的动力学研究 植物内生菌的动力学主要指内生菌在植物体内的定殖、分布和运动。内生菌一旦进入植物体内就寻找适合自已生存的组织定殖下来，而不是在各组织间到处扩散。Posada和Vega 认为植物内生细菌主要定殖在细胞间隙。刘忠梅等采用链霉素和利福平抗性标记B946菌株发现B946向茎基部和叶内转移。植物内生菌可以定殖于植物的根毛、叶片、维管组织、木质部的表皮细胞、细胞间隙、细胞质中等。内生菌可以很容易地穿过植物皮层进入木质部导管中，随着植物的生长可以将内生菌运送到植物上部营养器官或繁殖器官中。而有些内生菌定殖在植物种子内，成为“种生内生菌”，成为下一代植物新植株内生菌的重要来源。
高寒草甸 1概述 高寒草甸(Alpine meadow)是亚洲中部高山及青藏高原隆起之后所引起的寒冷、湿润气候的产物，指以寒冷中生多年生草本植物为优势而形成的植物群落，主要分布在林线以上、高山冰雪带以下的高山带草地，耐寒的多年生植物形成了一类特殊的地带性植被类型。北自欧亚大陆和北美洲、冻原带，南至南极附近的岛屿上均有草甸出现。不过，典型的草甸在北半球的寒温带和温带分布特别广泛。草甸在中国主要散布于东北、内蒙古、新疆和青藏高原，类型多样，尤其是青藏高原上大面积的高寒草甸是中国植被的特点。高寒草甸在中国以密丛短根茎地下芽蒿草属（Kobresia）植物建成的群落为主，是青藏高原和高山寒冷中湿气候的产物，是典型的高原地带性和山地垂直地带性植被，主要分布在青藏高原东部和高原东南缘高山以及祁连山、天山和帕米尔等亚洲中部高山，向东延伸到秦岭主峰太白山和小五台山，海拔3200-5200m（王秀红，傅小锋，2004）。 2气候 气候因素是植物生长和发育至关重要的环境条件，同时对于植物群落的空间分布格局（水平分布和垂直分布格局）、种类组成、发育节律、层片结构和群落的生物生产量以及能量流动和物质循环起着重要作用。 气温是地区热量高低的表述，热量条件是植物生长和发育的基本因素。当光照、水分和养分条件基本满足时，温度往往成为植物种、种群、群落和生态系统生长、发育、结构、生物生产力以及能量流动和物质循
环的主要驱动因素。根据青海省和西藏自治区气象台（站）的气象资料可以看出，各地年平均气温的分布殊异（戴加洗，1990）。青藏高原上有三个相对温暖的地区，即柴达木盆地、青海东部的“河湟”谷地和西藏东南部雅鲁藏布江与三江谷地。位于青藏高原东南部的墨脱和察隅地区是热量最高的地区，而位于西藏东北部的昌都（海拔3240.7m）因纬度偏北，年平均气温7.6℃，最冷月平均气温-2.5℃，最热月平均气温16.3℃，极端最低气温-19.3℃，极端最高气温33.4℃。位于西藏北部的那曲（海拔4507m）年平均气温-1.9℃，最冷月平均气温-13.9℃，最热月平均气温8.9℃，极端最低气温-41.2℃，极端最高气温22.6℃。随纬度偏高，气温有所下降。气温的日较差和年较差大，亦是本地区气候的重要特征之一。 青藏高原的降水受青藏高压、西风急流、东南季风和西南季风等大风环流系统的控制以及地形的影响, 降水量在我国是比较少的地区，就整个青藏高原年平均降水量来看，东（南）西（北）差异很大，总的趋势是自雅鲁藏布江河谷的多雨地区向西北逐渐减少。如柴达木盆地西北部的冷湖年平均降水量只有18mm，比塔克拉玛干大沙漠还少，但在青藏高原南部雅鲁藏布江下游，可居我国第二位的多雨中心，如巴昔卡年降水量多达4500 mm。同青藏高原各地降水相应地出现了不同的植被类型：青藏高原东南部为森林，青南高原东部为高寒灌丛草甸，中部为高寒草甸，西部为高寒草原，东北部的黄河、湟水流域为森林草原，柴达木盆地则为荒漠。青藏高原的年降水量主要集中在下半年，雨季干季分明，降水多分布在6-9月，占全年降水的80%-85%，而在冷季仅占年降水量
植物内生菌是指那些在其生活史的一定阶段或全部阶段生活于健康植物的各种组织和 器官内部的微生物，被感染的宿主植物不表现出外在病症，可通过组织学方法或从严格表面消毒的植物组织中分离或从植物组织内直接扩增出微生物DNA的方法来证明其内生。它不仅包括互惠共利的和中性的内共生微生物，也包括那些潜伏在宿主体内的病原微生物，这些微生物有细菌、真菌、放线菌等。自1898年Vogl从黑麦草种子内分离出第一株内生真菌以来，植物内生菌作为一种新的微生物资源受到了广泛的关注，从内生菌中寻找和发现新的活性化合物已成为国内外研究的又一热点。近年来，该领域的研究已取得一定进展，发现了一些有医用、农用价值的菌株和化合物。 1. 内生真菌 从牧草中分离得到的内生真菌香柱菌，所产生的波胺碱和黑麦草碱类物质对昆虫具有杀伤作用，对牲畜等脊椎动物无毒。Strobel等从雷公藤的茎中分离得到一株内生真菌，能产生一种肽类抗生素Cryptocandin，它能抑制灰葡萄孢）等一些植物病原真菌，分离自同一内生真菌的一种新酰胺生物碱cryptocin对稻瘟病菌（及其他多种植物病原真菌有强的抑杀作用。纪丽莲等人从黄海海岸低盐药用植物芦竹中分离得到一株木霉属的内生真菌，它对黄瓜灰霉病菌有较强的抑菌活性。 2. 内生细菌 从辣椒中分离出的一株内生枯草芽孢杆菌，该菌株分泌的抗菌多肽对热稳定，在中性PH范围较稳定，并抗紫外线照射，对植物炭疽病菌和番茄青枯病菌等多种植物病原真菌和细菌有强的抑制作用。 3. 内生放线菌 链霉菌属于放线菌，它占具有生物活性的植物内生放线菌的绝大部分。澳大利亚Coombs研究小组从小麦根部分离的60多株放线菌中筛选到防治小麦全蚀病的菌株，在温室试验中可使小麦全蚀病的危害降低70%。Strobel等在蛇藤中分离到一株新的链霉菌，它能产生4种新的广谱抗生素Munumbicins A、B、C和D，这些抗生素对多种人体和植物致病霉菌、细菌及疟原虫具有广泛的抑杀活性。最近，Strobel等又从一种有叶蕨类植物中分离到一株新内生链霉菌，它能产生一种被称为kakadumycins的新型抗菌素，对炭疽芽孢杆菌和疟原虫均具有抑杀活性，其生物活性比棘霉素强。从卫矛科植物分离的内生链霉菌产生的新chloropyrrol抗生素对多种耐药性细菌和分枝杆菌有抑制活性。从杜鹃花植物中分离的链霉菌产生新的抗真菌物质fistupyrone，对植物病原真菌甘蓝黑斑交链格孢有抑制作用。李萌等从油菜和芹菜的茎和叶中分离得到215株内生菌，18株对蔬菜立枯丝核菌、直啄镰刀菌、苹果黑腐皮壳有很好的拮抗作用，其中有8株为放线菌；从油菜茎中分离出的内生放线菌CHSH19A经鉴定为一株链霉菌Streptomyces sp．，活性筛选结果证明其具有极强的抗立枯丝核菌活性。 植物内生菌是一类次生代谢产物丰富、应用前景广阔的资源微生物。近年来，植物内生菌由于能够产生丰富多样的具有农药活性的次生代谢产物，在自然界中具有重要的生态学作用，引起了人们广泛的关注并取得很大进展。从微生物中寻找发现新型先导化合物，是新农药研制的重要途径。内生菌作为微生物中的重要类群，其物种丰富，数量庞大，这为新农药的研究和开发提供了巨大的资源库。最近一个全面的研究显示，51%的从植物内生菌分离的生物活性物质是以前没有发现的化合物，而从土壤微生物发现的新物质仅为38%。由此
■ No.5.2011 摘要：细菌作为重要的生防因子在植物病害防治上具有重要作用，文章介绍了生防细菌研究进展，包括细菌作为生防因子的优势、细菌对植物病害的作用机制、生防细菌定殖、生防细菌鉴定、影响生防细菌效果的环境因素、重要的生防细菌假单胞菌和芽孢杆菌应用研究及生防细菌菌剂开发，并对未来生防细菌的遗传改造等生物工程进行了展望。 关键词：细菌；生物防治；假单胞菌；芽孢杆菌；鉴定Abstract:Bacteria plays a important action as biological control factor on plant diseases.Advance in the bacteria biological con ?trol for plant diseases were reviewed in this paper ，with particu ?lar reference to the advantage to control plant diseases,mecha ?nism,colonization,identification,environment factors,applica ?tion of Pseudomonas spp.and Bacillus spp.and development of bacterial agent,with expectation in the future studies on the gene engineering of bacteria.Key words:Bacterial;Biological control;Pseudomonas spp.; Bacillus spp.;Identification 利用生防细菌来防治植物病害成为国内外在生物防治研究中的一个热点。近年来，利用生防细菌或其代谢产物调控寄主植物根际周围益害微生物的平衡从而达到控病保产的目的，这也是防治土传病害的重要途径（郭荣君等，1998）。大量的研究表明，生防细菌不仅在其生长发育过程中产生多种拮抗性或竞争性的代谢产物，通过直接或间接作用，达到阻碍或杀死病原菌的效果，而且 细菌大多对植物具有较好的亲合性，易于定殖（R.Grosch，1999）。 1细菌作为生防因子的优势 生防细菌主要优势有：（1）生防细菌的种类和数量众多，在植物根际和地上部大量存在；（2）生防细菌对病原菌的作用方式较广，可以通过竞争、拮抗和寄生、诱导植物产生抗性等方式对病原菌产生影响；（3）具有惊人的繁殖速度；（4）多数生防细菌可从植物根际和叶部分离得到，接种后易于在植物上定植，生防效果持久稳定；（5）细菌大多可以人工培养，便于控制，在实践中易于操作（程亮等，2003）；（6）其遗传和生化分析简单，容易产生大量的次生代谢物；（7）有些细菌不仅能防治病害而且可以增加作物产量。2生防细菌作用机制 目前认为生防细菌主要是通过对营养和位点的竞争以及产生抗生素的拮抗作用来达到生防效果。主要的作用模式包括：抗生物质的产生；通过产生噬铁素对铁原子的竞争（L.Cindy 等，2002）；对位点和营养的竞争（O.G.G.Knox 等，2000）；诱导植物抗性机制的表达（L.C.Van Loon 等，1998；杨海莲等，2000）；降解病原菌产生的致病物质，如毒素等；分泌细胞壁降解酶，如几丁质酶和?-1,3葡聚糖酶等（J.M.Whipps，2001）。有的拮抗菌株以一种机制为主，有的同时依赖多种机制，但是对不同的病害又可能表现出不同的 收稿日期：2011-10-08*基金项目：黑龙江省“十一五”科技攻关项目（GA06B101-1-5）；黑龙江省“十一五”重点项目（GB06B105） **通讯作者：许艳丽，女，研究员，博士生导师，研究方向为植物线虫病害、作物病虫害生物生态控制。E-mail：xyll@https://www.doczj.com/doc/d99196669.html, 细菌对植物病害生物防治研究进展 * 许彦君1，刘海龙2，刘新晶3，许艳丽4** （1.黑龙江省双城市朝阳乡农业服务中心，黑龙江双城150134；2.黑龙江倍丰农业生产资料集团有限公司，哈尔滨150020； 3.黑龙江生态工程职业学院，哈尔滨 150025；4.中国科学院东北地理与农业生态研究所，哈尔滨150081） 中图分类号：S476+.8 文献标志码：A 文章编号：1674-3547(2011)05-0018-06 病虫防治 18
毕业论文
生物技术及应用论文关于生物技术的论文 生物技术在药用植物中的应用及研究进展 摘要：参阅大量文献资料对近年来生物技术在我国药用植物研究中的应用进展进行了综述。从组织培养技术在药用植物中的应用、细胞培养的研究概况、基因工程和分子生物学在药用植物中的应用等内容出发，指明了生物技术在我国药用植物中的应用前景。 关键词：中草药；生物技术；组织培养；基因工程 我国野生药用植物种质资源非常丰富，已发现11 000多种药用植物，种类和数量均居世界首位，为我国研制新的天然药物奠定了良好的资源基础。但传统的中草药获取方法是以采集和消耗大量的野生植物资源为代价的，当采集和消耗量超过自然资源的再生能力时，必然会导致物种濒危甚至灭绝。为了解决药用植物的供需矛盾，人们多采用人工栽培的方法扩大药源，但在人工栽培药用植物时又面临着花费时间长、繁殖系数小、耗种量大、种子带病与农药残留等问题，严重影响了产量和品质。近年来，生物技术的兴起，为我国药用植物的研究和发展提供了良机和手段。 1 植物组织培养 1.1历史与现状
近40年来，植物组织培养已成为生物学科研究的重要技术手段，并在农业、林业、医药业等行业中被广泛应用，产生了巨大的经济效益和社会效益。而我国药用植物组织培养的研究，可以追溯到20世纪60年代。1964年。中国科学院上海植物生理研究所罗士韦教授等首先报道了人参组织培养获得成功的研究成果。到目前为止，已有100多种药用植物通过离体培养获得试管植株，其中大多数为珍贵的药用植物。其中有的还利用试管繁殖技术用于生产栽培种植药材，如苦丁茶、芦荟、怀地黄、枸杞、金钱莲等。宁夏农林科学院枸杞研究所利用试管繁殖与嫩枝扦插相结合的方法繁殖新品种宁杞1号和宁杞2号苗木100多万株，加速了该品种的推广。 1.2组织培养技术在药用植物中的应用 1.2.1 药用植物种苗的快速繁殖利用植物组织培养技术进行药用植株无性繁殖来解决药用植物天然资源不足这一棘手问题，具有成本低、效率高、生产周期短、无性遗传特性一致的优点。特别是对某些种子繁殖慢、难繁殖的药用植物。组织培养通过选择材料的部位(如根、茎、叶的段、片、块等)，运用培养基获得芽体，最后培养成为植株。现在已经在药用植物中广泛应用，已在上百种药用植物上成功完成组织培养。 1.2.2无性植株的再生无性植株的再生是对植物通过组织培养和遗传工程进行品种改良的一个先决条件，也是实现获得大量人工种苗的重要途径，目前我国药用植物用组织培养技术繁殖的无性系可概括
第18卷第2期中国农业气象1997年4月祁连山区气候变化及其对高寒草甸植物生产力的影响Ξ 李英年张景华 (中国科学院西北高原生物研究所,西宁 810001)(青海省气象台) 摘 要 分析了祁连山区近36年气候变化特征,以及对高寒草甸植物生产力和种群结构变化的 影响。结果表明,祁连山区年平均气温平均以10年0.15℃的升温率增高;年均气温的增高与冷季 气温升高相关,暖季气温虽有升高现象,但对年均气温升高贡献不明显。降水量基本在多年平均值 上下振动,无明显变化趋势,但降水变率略有增大。在这种形势下,高寒草甸植物生产力有所下降, 植物种群数量、结构也发生了新的变化。 关键词: 高寒草甸;生产力;气候变化;祁连山区 高寒草甸是青藏高原特有的天然草场,在我国畜牧业生产及动植物保护上占据重要的地位。然而,近代中纬度气候干暖化趋势,叠加人类社会活动的影响,使草甸植被遭受破坏,生态系统退化,草地生产力有所下降,以至于很难恢复到原来的植被面貌,一部分物种已经灭绝。因此分析和讨论环境条件变化对高寒草甸生产力及植物演替影响是十分必要的,对进一步保持生态平衡和畜牧业可持续发展具有重要的现实意义。 关于人类活动、气候变化等环境条件对自然植被的演替、种群结构变化影响的研究,国内外均有大量的报道[1～4]。但涉及气候变化对高寒草甸生产力影响的研究报道少见,本文即对这方面的分析。 1 研究地域及资料概况 1.1 研究地域 研究地域是青藏高原东北隅的祁连山腹地青海省海北州大部。该地区处于青藏高原、黄土高原、蒙新荒漠三个不同自然植被区系的交汇处,具有典型的高寒草甸植被类型特征。该区常年处于北支西风带,北缘“极锋”活跃,属半湿润气候区。地形上是南有达坂山,北有河西走廊南山(其东端为冷龙岭),西部为半干旱的青海湖流域。 1.2 资料概况 文中使用的资料有浩门(37°37′N、101°17′E、海拔2708m)、祁连(38°11′N、100°15′E、海拔2787m)、刚察(37°20′N、100°18′E、海拔3300m)3个气象站的观测资料(1959～1994),海北州农牧业区划资料①,中国科学院海北高寒草甸生态系统定位站(37°37′N、101°19′E、海拔3200m)的气象观测资料和同期生物生产力资料(1980～1993),以及有关的零星野外考察记录。 2 祁连山区气候变化特征 2.1 温度状况 统计3站36年年平均气温动态变化和5年滑动平均(图1)可见,祁连山区年平均气温波动升高,波动值在-0.5(1962)～1.0℃(1987)之间,平均升温率为0.15℃ 10年,36年平均值为0.3℃。1987～1994年为年均气 ? 9 2 ? Ξ第一作者简介:李英年,男,1962年生,工程师 ①青海省海北藏族自治州农业区划大队,青海省海北藏族自治州农牧业区划办公室.海北藏族自治州综合农业区划. 1985 收稿日期:1996-05-06
药用植物资源研究与进展 教学大纲 学时：36学时考试方式：考试与综述 教学方式：讲授与实习考察主讲老师：王弘 课程类型：本科生选修课 授课对象：药学专业本科生；对中药、天然药物有兴趣的医学部学生 开设目的: 人类面对各种疾病危害、资源危机等严重问题，新的药用资源寻找和可持续开发利用具有非常重要的意义。近年来，随着人们回归自然的意识增强，天然药物在解除疾病危害和医疗保健等方面的优势日益被重视，需求量急剧增加。药用植物资源是自然界生物资源的重要组成部分，是天然药物的主要来源，但由于人们长期的过度采挖，造成生态破坏，致使多种野生资源濒临灭绝。因此如何科学保护利用药用植物资源是天然药物研究领域急待解决的问题。 药用植物资源学研究范围广泛，是采用多学科手段和方法研究植物资源的一门应用性科学。本课程是在介绍药用植物资源学基本概念和方法的同时，注重该领域研究新成果的介绍，并安排一定课时的实习考察，通过学习可以使学生熟悉药用植物资源研究的基本方法，了解该领域研究的新进展，拓宽知识，为今后的研究生学习和从事天然药物相关研究打好基础，因此对于药学院学生有必要学习药用植物资源研究的相关知识。作为一门选修课，也可以满足对中药和天然药物研究有兴趣的医学部学生的需要，广泛的指导人们有方向、有目的探寻新的药用资源，促进药用植物资源的可持续性发展利用。 课程内容 一、概论 4学时 植物资源基本概念 药用植物资源学的发展历史-本草学 药用植物资源的特点与分类 研究现状和存在的问题 二、药用植物资源的分布与优势资源 4 学时 药用植物学和生态学基础知识简介 药用植物资源分布与道地药材
三、药用植物资源的调查和保护 4学时 药用植物资源的调查 药用植物资源的保护 药用植物园和保护区介绍 中药材生产质量管理规范（GAP） 四、药用植物资源化学研究进展 2 学时 植物资源化学的基本知识 药用植物资源化学研究进展 五、药用植物资源的开发与可持续性发展 6学时 植物资源开发的基本原则 药用植物资源的三级开发研究 药用植物新资源的发现 药用植物资源的开发途经- 研究范例介绍 六、民族植物药和国外植物药的研究进展3学时 民族植物药的研究进展 国外植物药的研究进展 七、新技术在药用植物资源研究中的应用 3学时 生物技术、3S技术等在药用植物资源研究中的应用 八、参观与考察 10学时 药用植物园、栽培基地参观 药用植物资源科研及实际应用考察
植物内生真菌的分离 一、实验目的 1．理解内生真菌存在的普遍性和多样性 2.掌握常规的微生物分离纯化方法 3.掌握分菌过程中的一些基本操作技能 二、实验原理 植物内生真菌( Ｅnｄophｙte) 是指那些在其生活史的一定阶段或全部阶段生活于健康植物的各种组织和器官内部的真菌或细菌，而宿主植物一般不表现出外在的症状。所有植物中几乎都存在内生菌. 由于植物内生真菌与宿主在长期的进化过程中形成了特殊的生态关系,因而内生真菌能产生与宿主相同或相似的具有生理活性的次生代谢产物，从内生菌中寻找和发现新的活性化合物越来越成为微生物次生代谢产物的研究热点之一。 采用微生物学常规的组织分离法从植物中分离内生真菌 三、实验材料 板蓝根新鲜健康的叶片 试剂:次氯酸钠、无水乙醇、葡萄糖、琼脂、青霉素、链霉素 培养基：PDA培养基、分离培养基 四、实验步骤 （一)、配制PDA培养基 10月27号晚上：
(1）配置ＰDA培养基,用电子称称取去皮的土豆10０g，煮沸30min，4层纱布过滤，滤液加热,加入琼脂７.5克，琼脂完全融化后加入葡萄糖10g，待稍冷却后加水至5０0毫升。 (2)准备1０瓶无菌水，每瓶150ml左右。 (3)包好烧杯,培养皿，涂布棒等实验仪器，等待消毒。 (二)、配制分离培养基 28号中午： （1）配置分离培养基，将PDA培养液均分成两份，一份备用,另一份待高温灭菌后,加入青霉素１0０mg／L、链霉素200mg/L的混合液20mｌ，即得到分离培养基。 （2）用消毒后的培养皿在通风橱中倒平板,注意在整个过程中保证无菌操作。 (三)、采集新鲜板蓝根叶片 ２8号晚上到实验室外采集新鲜健康叶片完整的板蓝根叶片。(四)、植物组织表面消毒 2８号晚上将新鲜、健康的板蓝根叶片于自来水下冲洗干净，用吸水纸吸干表面水分后剪成小段(片）做如下表面消毒处理:75%酒精漂洗3ｍin，无菌水冲洗4~5次,5％次氯酸钠溶液漂洗叶3ｍin,无菌水冲洗4~5次，无菌滤纸吸干水分。 （五）、接种并培养 28号晚上: (1）将上述表面消毒后的材料剪切成0.５ｃm 2 小块,放入含
植物内生细菌3 冯永君① 宋 未② ①博士生,首都师范大学生物系,北京100037 ②研究员,博士生导师,首都师范大学生物系,北京100037 3国家自然科学基金资助项目(批准号:39770023) 关键词 植物内生细菌 植物微生态学 内共生固氮 植物内生细菌是指能定殖在健康植物组织内,并与植物建立了和谐联合关系的一类微生物,有生物防治、植物促生和内共生固氮作用.在农业生产过程中,由于农药和化肥的大量使用以及农田耕作的单一化,使植物和土壤中微生物的多样性大为减少.在人们日益重视人与自然和谐相处的今天,研究和利用植物内生细菌对于替代或减少农药和化肥的使用,改善农业生态系统,保持植物微生态系统的生物多样性以及维护农田生态平衡实现可持续发展都有重要意义. 一、引 言 植物内生细菌名称的由来是经历了几十年的发展才逐渐形成的.起初,人们对健康植物组织中存活的微生物并未引起重视,但后来越来越多的微生物(特别是细菌)从植物的根、茎、叶、穗中分离出来,人们才意识到这些从植物中分离的微生物可能与植物存在某种相互关系.随着对这类微生物研究的不断深入,1992年克洛珀[1]第一次提出了“植物内生细菌”(endophytic bacteria)的概念.植物内生细菌是指能定殖在健康植物组织内,并与植物建立了和谐联合关系的一类微生物.内生细菌在植物体内的定殖是一个主动过程,定殖细胞必须是活的和能增殖的;定殖后的内生细菌不会对植物造成实质性的危害症状[2]. 虽然植物内生细菌概念提出的时间尚短,然而这一概念一经提出就立刻引起了微生物学家、植物学家和微生态学家以及作物学家的广泛关注.首先,这是因为内生细菌概念的提出完全打破了人们对植物组织的传统认识:传统的观念一直认为健康的植物组织内是无菌的.虽然在1992年克洛珀提出内生细菌的概念之前的几十年的发展时间里,已从植物组织内越来越多地分离了许多微生物,但人们还是认为这是一些潜在的植物病原菌,因而始终未引起广泛关注和高度重视.克洛珀总结了前人的工作将这些“内生细菌”作为一个概念提出后,才使人们意识到不得不抛弃以前的所谓“潜在的植物致病菌”的片面性见解,重新面对这个新鲜事物.因而可以说植物内生细菌概念的提出是植物微生物学学科发展的一次革命.内生细菌的研究已成为植物微生态学和微生物学学科交叉的新的生长点. 其次,人们不禁要问,为什么植物体内要含有这些细菌呢?它们的行为是怎样的,有何应用价值?一些初步的研究已经证实,内生细菌在植物体内不仅积极地生存着,而且还能产生多种生物学作用,如固氮作用,促进植物生长作用和对病虫害的防治作用等[3].这些研究结果的公布立即让生态学家和作物学家兴奋起来.人们注意到植物-内生细菌这种和谐共生,互利共栖的生命形式,可能是未来生态型农业发展的一条重要思路.所以,开展植物内生细菌的研究不仅对植物微生物学科的基础研究有重要的理论价值,而且对农业可持续发展也有重要的实践意义. 二、植物内生细菌和植物之间的关系 目前关于植物内生细菌和植物之间的关系的认识上,主要有两种观点.一种是传统的观点,认为植物内生细菌是潜在的植物致病菌.研究者从植物病理学的角度着手,研究重心是单个微生物及其致病性,目的在于分离内生细菌,鉴定致病性,阻止其进入周围环境.通过这方面的研究发现,多数植物内生细菌有潜在的植物致病性,它们在侵染健康植物时,不表现实质性的致病症状,但当无病症的健康植物偶然受到来源于生物的或非生物的胁迫条件的威胁,以及受到突然恶劣的环境变化的冲击而造成植物自身的防御功能严重削弱时,一部分内
植物内生真菌研究进展 植物内生真菌（Endophytic fungus）是指在生活史中某一阶段或整个阶段存在于健康植物组织内部，对植物组织没有引起明显病症或对宿主没有造成明显伤害的真菌。内生真菌在植物组织中普遍存在，具有丰富的物种多样性。它是生活在植物组织内的一类微生物, 是植物微生态系统中的天然组成成分，且长期生活在植物体内的特殊环境中, 与寄主协同进化, 根据内共生理论, 内生真菌可能产生与宿主相同或相似的具有生物活性的次生代谢产物。1898年，Vogl等人从黑麦草Lolium temulentum L. 种子内分离出第一株内生真菌，引起了人们对植物内生真菌的注意。特别是美国学者从短叶红豆杉Taxus brevifolia的韧皮部分离到一株产抗癌物质紫杉醇的内生真菌，更是掀起了各国学者对内生真菌的研究热潮。 1 植物内生真菌的研究方向 内生真菌活性成分的筛选有两条思路。一是根据部分内生真菌具有合成和宿主植物相同或相似活性成分的能力这一特点，从药用植物中寻找具有合成确定化合物的内生真菌，常用方法是对分离得到的内生真菌培养液提取物通过色谱技术、单克隆抗体免疫检测等手段来确定该内生菌是否有产生目的化合物的能力。这一思路目标明确、针对性强、工作量相对较小，是目前从内生真菌中筛选活性物质的主要方法，采用这种方法已从多种资源缺乏的药用植物的内生菌中分离得到了和宿主植物相同或相似的活性物质。这种思路具有一定的偶然性，因为不能证实所有的植物中都存活着具有合成和宿主植物相同或相似活性物质的内生真菌。二是按照传统的化合物分离纯化鉴定的思路，寻找未知但具有特定活性的化合物。首先是按照目的选择不同的筛选模型进行活性菌株的筛选。其次是对筛选出的活性菌株发酵培养、分离纯化活性物质，再对活性物质进行理化研究及结构鉴定。 2 内生真菌药用活性物质及其生物学作用 2.1 抗肿瘤活性物质 2.1.1萜类化合物 紫杉醇是存在于各种紫杉属植物树皮和树叶中的萜类化合物, 被当今世界上认为是广谱、活性最强的抗癌药物。由于紫杉属植物中紫杉醇含量极低，加之紫杉属植物生长极其缓慢，自然资源非常缺乏。1993 年美国学者Stierle 等首次从短叶紫杉( Taxus brevifolia) 的韧皮部中分离出一种新的内生真菌( Taxomyces an2dreanae)，可在半合成培养液中产生紫杉醇和紫杉烷类化合物。这一发现为用微生物发酵法生产紫杉醇以解决紫杉醇药源危机提供了一条新途径，并成为从药用植物中分离内生菌热潮的开端。2006年, 田仁鹏等从生长在
生物技术在药用植物中的应用及研究进展 摘要：参阅大量文献资料对近年来生物技术在我国药用植物研究中的应用进展进行了综述。从组织培养技术在药用植物中的应用、细胞培养的研究概况、基因工程和分子生物学在药用植物中的应用等内容出发，指明了生物技术在我国药用植物中的应用前景。 关键词：中草药；生物技术；组织培养；基因工程 我国野生药用植物种质资源非常丰富，已发现11 000多种药用植物，种类和数量均居世界首位，为我国研制新的天然药物奠定了良好的资源基础。但传统的中草药获取方法是以采集和消耗大量的野生植物资源为代价的，当采集和消耗量超过自然资源的再生能力时，必然会导致物种濒危甚至灭绝。为了解决药用植物的供需矛盾，人们多采用人工栽培的方法扩大药源，但在人工栽培药用植物时又面临着花费时间长、繁殖系数小、耗种量大、种子带病与农药残留等问题，严重影响了产量和品质。近年来，生物技术的兴起，为我国药用植物的研究和发展提供了良机和手段。 1植物组织培养 1.1历史与现状 近40年来，植物组织培养已成为生物学科研究的重要技术手段，并在农业、林业、医药业等行业中被广泛应用，产生了巨大的经济效益和社会效益。而我国药用植物组织培养的研究，可以追溯到20世纪60年代。1964年。中国科学院上海植物生理研究所罗士韦教授等首先报道了人参组织培养获得成功的研究成果。到目前为止，已有100多种药用植物通过离体培养获得试管植株，其中大多数为珍贵的药用植物。其中有的还利用试管繁殖技术用于生产栽培种植药材，如苦丁茶、芦荟、怀地黄、枸杞、金钱莲等。宁夏农林科学院枸杞研究所利用试管繁殖与嫩枝扦插相结合的方法繁殖新品种宁杞1号和宁杞2号苗木100多万株，加速了该品种的推广。 1.2组织培养技术在药用植物中的应用 1.2.1药用植物种苗的快速繁殖利用植物组织培养技术进行药用植株无性繁殖来解决药用植物天然资源不足这一棘手问题，具有成本低、效率高、生产周
植物内生菌研究进展 李能章,彭远义 3 (西南农业大学动物科技学院,重庆400716) 摘要:就近年来在环境因子对内生菌的影响,代谢物质的多样性,基因工程在植物内生菌方面的应用,宿主-内生菌-内生菌间的关系等方面的研究作一简要综述。 关键词:植物内生菌;环境因子;代谢物质;基因工程;相互关系 中图分类号:Q935,Q945117 文献标识码:A 文章编号:1004-311X (2004)02-0069-03 收稿日期:2003-06-27;修回日期:2003-09-30 作者简介:李能章(1975-),男,硕士生,专业方向:分子微生物学;3联系人:彭远义(1965-),男,博士,硕士生导师。 植物内生菌的研究起始于19世纪中叶,De Bary (1886)首先提出植物内生菌一词“endophyte ”,在其后的几十年中,先后在几种牧草植物中发现了内生真菌,对植物内生菌并没有进行更深入的研究,直到1977年Bacon 等人发现高羊茅内生真菌与牛的中毒症状相关后,才引起广泛关注,在其后的十几年时间,侧重于草本植物内生菌研究,特别是对感染内生菌的牧草对草食动物的影响以及对食叶虫的影响方面研究。20世纪90年代以后,在植物内生菌方面的研究范围扩大了,不仅仅局限于牧草植物内生菌的研究,也从其他不同植物中分离内生菌,研究其生物多样性,生物学作用,侵染途径以及与宿主之间的关系等,特别是1993年S trobel 首次报道了从短叶紫杉(Taxus brevifo 2lia )的树皮中分离出一株内生真菌(Taxomyces andreanae )能产生紫杉醇(tax ol )[1],对植物内生菌又有了更深的了解,掀起了从植物内生菌中寻找新物质的热潮,一些新的抗肿瘤、抗菌、抗虫物质先后从内生菌中分离出来,在研究植物内生菌的过程中引入了现代分子生物技术,从而使对内生菌的研究进入了分子水平。植物内生菌来源于外界环境微生物,以不同方式进入植物组织中,通过水平和垂直方式进行传播,其遗传与代谢都由于与宿主在长期共同进化过程中相互作用而有别于外界环境微生物。几乎所有的植物中都有生活的内生菌,现仅仅对极少数植物内生菌进行了完全的研究,因此从植物内生菌中寻找到新物质几率是很大的,并且植物内生菌本身作为新的微生物资源也具有广泛的研究价值。 1 环境因子对植物内生菌的影响 植物内生菌生活在活体植物组织中,其生长代谢受多方面因素制约,不仅受到宿主植物的影响,外界环境因子也是其重要影响因素,外界环境变化影响植物生长代谢,间接影响到内生菌生物多样性与生长代谢。1.1 对其生物多样性的影响:自然环境因素如季节温度变化、光照、雨水、空气湿度等都会影响到植物内生菌的多样性,M o 2 cali S (2003)等[2] 人调查研究两株榆树不同季节内生菌的动态变化,以4、6、9、12月作为调查时间,通过植物器官和植物的纤维蛋白酶的变化参数,揭示了其内生菌的波动变化是受温度(冷热)的影响。环境污染物质同样会影响植物内生菌的生物多样性,Danti R (2002)[3]在研究植物Fagus sylvatia L 的枝梢暴露于S DBS 浮质中其内生真菌的多样性和数量的变化时,发现枝梢中内生真菌的多样性和数量随其暴露时间的延长而减少,S DBS 作为一种人工合成的阴离子去垢剂,可能是被S DBS 处理的植物其叶的蜡质层被降解,同化能力和叶片水分蒸腾作用的变化导致内生菌的减少,这是环境作用于植物而影响其内生菌的多样性,还有一些化学物质并不影响植物的生长代谢,但却直接影响内生菌的数量和多样性,如一些人工合成的杀虫剂、杀菌剂。现今工业污染物不仅对动物植物造成极大的伤害,同时也对植物内生菌资源造成极大的破坏,一种植物的灭绝就意味着大量的内生菌的消失。1.2 对内生菌生长代谢的影响:环境因子影响植物内生菌的多样性的同时影响着内生菌的生长代谢,Maccheroni Jr W (1998)等[4]研究了植物内生菌刺盘孢霉在营养缺陷时其磷酸酶的合成与分泌状况,研究表明,pH5.0酸性磷酸酶和Mg 2+-depen 2dent pH7.5磷酸二酯酶在任何生长状况下都恒量表达,在磷饥饿时,pH6.0酸性磷酸酶表达分泌胞外,而碱性磷酸酶的表达为另一独特模式,在磷丰富或氮饥饿时,表达pH 10.0胞内碱性磷 酸酶,但在又缺氧或硫源时,其表达就会被阻。T ejera NA (2003)[5]等调查了一些非生命因素如干燥、热、盐等对内生菌G luconacetobacter diazotrophicus 的生长和生物学活性影响,结果表明,这株菌可以忍耐热处理和耐盐,但其固氮酶活性和碳代谢酶类活性会受到高NaCl 浓度的影响。环境除对内生菌酶的产生极其活性的影响之外,还影响着内生菌的次生代谢,如降低对感染内生真菌的高酥油草和多年生黑麦草的收割次数和增加其牧草的高度会使内生真菌生物碱代谢增加(Salminen S O ,et al .2002,2003)[6] 。 2 代谢物质的多样性 植物内生菌的生物多样性决定其代谢物质的多样性。现有研究表明,从植物中分离出的内生菌能代谢多种活性物质,其中一些是新物质,具有特殊生物活性。2.1 抗癌类物质:从某些植物中分离出的某些内生菌能代谢具有抗肿瘤活性的物质,美国的S trobel (1993)等首次从短叶紫杉(Taxus brevifolia )的树皮中分离出能产生紫杉醇(tax ol )的内生真菌(Taxomyces andreanae ),其后,其他学者又从其它植物中分离到内生菌能产生不同作用机理的抗癌新物质。2.1.1 引起癌细胞凋亡类物质:从植物Pinus species 的针叶活组织中分离出的内生真菌Hormonema dematioides 产生一种新的真菌物质horm onmate (1),能诱导结肠癌细胞系C O LO -320程序化细胞死亡,同时对结肠癌细胞系D LD -1和HT -29和五种其它的人的癌细胞系H L -60、JURK AT 、HEP -G 2、MCF -7、HeLaS 2 都有毒作用(Filip P ,et al ,2003)[7] 。2.1.2 破坏癌细胞微丝物质:从植物Ficus Microcarpa L 的树皮中分离到的内生真菌产生一种新的生物碱nom ofungin ,能破坏哺乳动物细胞的微纤丝(Ratnayaka As ,et al ,2001)[8]。2.1.3 癌细胞分裂抑素:Wagenaar M M (2000)等[9]从来源于传统药用植物雷公藤的内生真菌Rhinocladiella sp.的培养液中分离出3种新的生物碱(cytochalasins ),是具有细胞毒作用的细胞分裂抑素,实验结果表明它们对多种人肿瘤细胞有很强的抑制作用。2.1.4 酶抑制剂:从内生菌中分离的物质具有抑制引起细胞产生癌变的病毒的酶的活性,从而起到防止癌症,G uo B (2000)等人[10]就从内生菌Cytonama sp.的固态发酵中分离出两种新的人细胞巨化病毒蛋白酶抑制剂cytonic acidA (1)和B (2)。 2.1.5其它类抗癌物质:S tierle DB (1999,2003)等[11] 从北美红杉中分离的内生真菌寄生曲霉(Aspergillus parasiticus )产生系列抗肿瘤活性物质sequoiatone A -F 和另一类新的C 架系列物质se 2 quoiam onascinsA -D 。Wagenaar M M (2001)等[12] 从濒临灭绝的薄荷Dicerandra frutescens 中分离出的内生菌Phomopsis longicolla 产生3种新的具有抗肿瘤活性的二聚物dicerandrolsA 、B 和C 。 Brady SF (2000)等[13] 从一种内生真菌中分离出二种新物质cy 2toskyrinsA 和B ,破坏DNA 和抑制DNA 合成,具有在抗癌方面应用的潜力。张玲琪等分别从植物长春花(Catharanthus roseus )、桃儿七(Sinopodophyllum hexandrum )等植物中分离到产抗癌药物长春新碱和鬼臼毒素类似物的内生菌,从美登木叶中分离到1株球毛壳菌,从该菌的发酵产物中提取出抗癌活性物质球毛壳甲素A 。 从以上可以看出,植物内生菌代谢多种抗肿瘤物质,它为寻找新的抗肿瘤物质提供了新的微生物资源,具有广阔应用前景。2.2 产生抗菌类物质:作为产生抗菌类物质的微生物,植物内生菌是一大类群,能产生多种具有不同抗菌活性的物质,对植物、人和动物病原菌有抑制活性。产生抗植物病原菌物质的内生菌由于产生的抗生素类物质存在于植物体内,所以更有利于 第14卷第2期:692004年4月 生 物 技 术BI OTECH NO LOGY V ol 114,N o 12:69 Apr 12004