植物内生菌研究进展及应用展望

植物内生菌研究进展及应用展望

徐玲玲;单庆红;郭斌

【摘 要】Endophyte is a kind of microbes,which exists in plants and is

closely related to plant growth.Researches have been carried out and a lot

of new progresses have been made,and some results have been apphed in

agricultural production.The research progress of active substances of

endophyte and the relationship between endophytes and their host plants

in recent years were summarized.Moreover,the application prospect of the

endophytes in the future was forecasted.%植物内生菌是存在于植物内部与植物密不可分的一类微生物.随着研究的不断深入,人们在内生菌活性物质的研究、内生菌与宿主的关系等方面取得了新的进展,并已实现了内生菌在农业生产等领域的应用.该研究综述了近年来植物内生菌活性成分以及内生菌与宿主植物之间相互关系的研究进展,并对内生菌应用的前景进行了展望.

【期刊名称】《安徽农业科学》

【年(卷),期】2013(041)013

【总页数】4页(P5641-5643,5709)

【关键词】内生菌;活性物质;宿主植物;进展

【作 者】徐玲玲;单庆红;郭斌

【作者单位】西安文理学院生物技术学院,陕西西安710065;西北大学生命科学学院,陕西省生物技术重点实验室,西部资源生物与现代生物技术省部共建教育部重点实验室,陕西西安710069;西北大学生命科学学院,陕西省生物技术重点实验室,西部资源生物与现代生物技术省部共建教育部重点实验室,陕西西安710069

【正文语种】中 文

【中图分类】S182

植物内生菌泛指那些在其生活史中的某一阶段生活在植物组织内，对植物组织不引起明显病害症状的微生物，包括那些对宿主暂时没有伤害的潜伏性病原微生物和菌根菌［1］。对植物内生微生物的研究始于19世纪中叶，在地球已知的接近30种的高等植物中，每个物种都与多种内生菌共生［2］。在内生菌与宿主植物长期协同进化的过程中，二者形成了互利共生的关系。一方面，宿主植物产生的光合产物可为内生菌提供营养;另一方面，内生菌产生的代谢物常包含一些促生、抗菌的活性物质，能够促进植物生长发育，提高植物抗逆境、抗胁迫和抗病害的能力。从近10年的论文不难看出，内生菌是生物科学研究的热点之一（图1）。在内生菌方面的研究报告主要发表在《Fungal Biology》、《Microbial Ecology》、《Mycologia》、《Fungal Diversity》、《Applied and Environmental

Microbiology》、《European Journal of Plant Pathology》、《Symbiosis》、《Biological Control》和《Mycorrhiza》等外文期刊以及我国《微生物学杂志》、《微生物学通报》、《生态学报》、《菌物学报》和《西北植物学报》等期刊上。其研究内容主要涉及植物内生菌活性成分、植物内生菌与宿主关系、植物内生菌抗虫工程等方面。这些研究对阐明植物与微生物之间的作用机制有着非常重要的理论价值，同时对药用植物栽培、农作物生产等有着重要的应用价值。笔者重点论述了近几年在植物内生菌在活性成分及两者相互关系方面的研究进展，为植物内生菌资源的保护和利用提供参考。 1 植物内生菌活性成分研究进展

图1 从2003年至2012年在英文期刊上发表的内生菌研究方面的文章数目注:以“endophyte”为主题词在Web of Science上进行搜索并统计。

目前发现的植物内生细菌已超过129种，分别属于54个属，而内生真菌因为在植物体内普遍存在［3］，数量非常巨大，目前已研究几百种，其潜在的数量更是难以估算。作为植物内生放线菌，它一直被人们所忽视。作为微生物中非常重要的类群，植物内生放线菌在医学、农业和工业方面同样显示出非常广阔的应用前景［4］。这些内生菌可产生丰富多样的具有生物活性的天然产物，其应用主要集中在医用方面如紫杉醇、喜树碱、鬼臼毒素等，其功能主要有抗癌［5］、杀菌、细胞菌素和神经保护活性［6］等。植物内生菌的研究手段和方法也在不断改进［7］。

1.1 药用活性成分 药用植物资源的利用具有悠久的历史，有记载的药用植物就有10 000多种，其中大多数在其生活史中都伴随着内生菌［8］。我国学者对一些传统药用植物（如红豆杉、杜仲、滇重楼、半夏、葛根、天南星和麦冬等）等的内生菌进行了深入研究，发现了许多药用活性成分［9-15］。由于这些内生菌可以产生与宿主相同的活性物质，对药用植物内生菌的研究和开发将在一定程度上缓解药用植物资源匮乏的现状。最新的研究显示从长春花（Catharanthus roseus）中分离的一株内生细菌——微球菌菌（Micrococcus sp.）不仅能够提高宿主生长和生物量，而且能够提高其抗癌活性和vindoline，serpentine和 ajmalicine的产量［5］，具有极大的开发潜力。

有些内生菌在非药用植物体内也可以产生一些对病原菌有拮抗作用的活性成分。从澳大利亚北部的药用植物Kennedia nigriscans中分离到的一株链霉菌。它能产广谱抗生素Munumbicins A，B，C和D，对人体和植物的多种病原菌均有良好的杀灭作用［16］。从杜香（Rhododendron tomentosum）分离的内生真菌中有10%有产生抗菌活性物质，14%能产生抗氧化活性物质［17］。

值得我们关注的是海生植物的内生真菌。它是我们人类正在打开的另一个资源宝库［18-19］。在马来群岛海生植物和海藻中分离到的64株内生真菌的提取物中，77%的真菌提取物能抑制癌细胞的生长，72%对细菌有抗菌活性，16%对真菌有抗菌活性［20］。截至2012年，已有178种海生植物内生真菌代谢物，包括138种新型化合物，其功能主要集中在细胞毒性、抗感染、自由基清除、酶抑制、清除污染等［18］。

内生放线菌是抗生素的主要来源。作为植物内生放线菌，它也为人们提供了大量的不用类型的抗生素。但最近几年，人们在植物内生放线菌中发现了具有抗癌、抗感染的化合物。比如，在意大利的欧洲红豆杉（Taxus baccata）中分离到的一株北里孢菌（Kitasatospora sp.）能够产生紫杉醇［21］。

许多天然产物是内生菌在特定的环境中才产生的。由于提取的工艺和操作等问题，它可能不被检测出来。因此，如何快速筛选出能够产生具有生物活性天然产物的内生菌就成为人们需要解决的问题。目前主要的方法有2种。一是通过基因水平检测天然产物合成途径关键酶。比如，多聚酮合酶（PKS）和非核糖体肽合成酶（NRPS）是分别负责微生物两类化合物生物合成途径的关键酶。2类酶的存在对微生物中是否存在这2类化合物的合成具有指示作用。PKS和NRPS基因片段已经作为重要的指示片段用于初步筛选具有潜在生物活性植物内生菌［7］。当然，这种方法会遗漏那些“隐密”和“孤儿”途径合成的有用的化合物［18］。事实上，真菌大多数抗生素、毒素或色素的合成途径在正常的实验室条件下是不表达的，需要激活。因此，真菌的次级代谢被大大地低估［22］。所以，第2种方法是促进内生菌天然产物的生物合成。比如，用DNA转甲基酶和组蛋白脱乙酰基酶抑制剂处理12种真菌，在11种真菌中发现了新的或水平上调的化合物［23-24］。

1.2 植物生长发育调节活性物质 植物内生菌产生的许多活性物质对植物具有生长发育调节作用。它主要表现为对幼苗存活、种子发芽、花序形成、分蘖生长等方面的促进作用［25］。研究表明，内生菌对宿主植物的生长促进作用是由于内生菌能产生调节植物生长物质，从而间接影响植物的生长发育［26］。这些物质包除各种植物激素如生长素（IAA）、赤霉素（GA）和细胞激动素（KT）等［26］，还包括其他物质。对从苦荞（Fagopyrum tataricum）中分离得到的2株内生菌提取物能诱导苦荞样品中苯丙氨酸氨解酶的活性升高，从而促进萌发［27］。对野生铁皮石斛（Dendrobium officinale）根、茎中分离获得内生细菌的菌液制剂内生细菌ZJSH1对铁皮石斛组培苗具有显著的促生作用，并且确定了促生的最适浓度［28］。对龙葵（Solanum nigrum）内生菌菌株LRE07能产吲哚乙酸、ACC（1-氨基环丙烷-1-羧酸）脱氨酶和铁载体，且具有溶解矿质磷酸盐能力和潜在的促进植物生长量的能力［29］。

2 内生菌与宿主植物之间相互关系

多数内生菌都可以对宿主产量有益的影响。除了产生促植物生长的活性物质外，很多植物内生细菌可以从空气中吸收氮气，并将其固定为化合态氮。固氮内生细菌能利用植物产生的多余的能量发挥固氮作用，且不形成特化结构，几乎可以在宿主植物的各种营养器官内发挥固氮作用。同时，内生菌还能通过增强植物吸收N、P、K等营养元素的能力，促进植物生长［30］。

有些内生菌与植物共生后可明显增强植株的防病抗病能力，进而促进植株的生长。从大叶桉的根部分离出的内生菌能够较明显地抑制青枯病致病菌［31］。辣椒内生细菌TmL 2-9对辣椒幼苗早疫病的防效可达84.4%，对番茄幼苗早疫病也有一定的防效［32］。通过研究DSE48、DSE49和Leptodontidium orchidicola 3种内生菌对番茄根部及芽的影响，发现它们可以有效地减少番茄的因病菌而发病的机率，同时使芽的生物量和番茄的糖含量增加［33］。锡兰肉桂中发现了一类可以产生含醇类、酸类、酯类、酮类和油脂等挥发性有机化合物的内生菌Muscodor albus的挥发性成分可以有效地抵抗植物和人类的致病菌［34］。

目前的研究主要集中在内生菌对宿主植物的作用，而植物对内生菌的研究报道的较少。植物组织在具有充足的水分和特定的分泌物的条件下，有利于内生菌黏附在一起形成在宿主内易于生存的生物薄膜结构，进而促进内生菌的生长［35］。滑桃树种子提取物对其内生菌的生长有促进作用［36］。由此可见，植物与内生菌之间是一种互惠互利的关系，两者的结合增加了各自的适应能力。

3 内生菌的应用

3.1 在活性物质生产方面的应用 利用植物内生菌尤其药用植物内生菌生产高活性物质，已经取得丰硕的成果［37］。今后，除了对药典药内生菌开发外，利用来源于民间草药的内生菌生产新型天然活性物质是一个值得重视的途径。

3.2 在经济作物种植方面的应用 内生菌在一定的浓度范围内可以影响宿主植物对外界环境［38］、病毒、致病菌［39］等的抗性反应。因此，利用内生菌植物间的相互作用，可以提高植物的抗逆性。