植物內生真菌及其次生代謝物的農用研究進展

江愛兵，王開梅，張 鳳，楊自文

（湖北省農業(yè)科學院，湖北省生物農藥工程研究中心，湖北 武漢 430064）

藥物開發(fā)的成功主要取決于篩選模型的建立和盡快鑒定出先導化合物并通過構效關系研究來優(yōu)化先導結構。各種生物來源結構多樣的小分子天然產物是尋找先導化合物的重要源泉。其中真菌屬于“創(chuàng)造系數(shù)”特別高的生物，含有大盤結構多樣的次生代謝產物。自1993年，美國科學家Stierle A從短葉紅豆衫的韌皮部分離到一株產紫杉醇的內生真菌安德氏紫杉霉（Tax-omyces andreanae），從此掀起了人們對植物內生真菌及其活性物質開發(fā)的熱潮。從植物內生真菌中篩選獲得的各種生理活性物質陸續(xù)見有報道。近年來，植物內生真菌及其次生代謝物在醫(yī)學方面的研究較多，在農業(yè)上應用的研究也逐漸成為熱點。從微生物中尋找發(fā)現(xiàn)新型先導化合物，是新藥研制的重要途徑。內生真菌作為其中的重要類群，是較新的研究領域，從中有可能發(fā)現(xiàn)新型活性化合物或提供模板化合物。國外在這方面做了大量的工作，發(fā)現(xiàn)了許多新的化合物，但研究范圍主要集中在醫(yī)藥方面，農用方面的研究則相對較少.目前農用內生真菌的研究主要集中在內生真菌對農作物本身的影響和從植物內生真菌次生代謝產物中發(fā)現(xiàn)具有農用生物活性的新化合物兩個方面。我國具有非常豐富的生物資源，筆者對植物內生真菌在農藥上面應用情況及其產生的次生代謝物的研究進展進行了闡述。

1 內生真菌的農用研究進展

1.1 促進植物生長發(fā)育的內生真菌

促進植物生長的生理生化機制主要包括：①影響感染植物體內的物質代謝，提高植物的資源利用效率；②產生生長素等激素類物質，促進植物的生長。內生真菌對農作物的營養(yǎng)生長具有一定的促進作用，主要包括增加分孽數(shù)和生物量兩方面。感染內生真菌的高羊茅（Festuca arundinacea）植株經過10周生長后，分孽數(shù)和生物量明顯高于未感染植株。內生真菌對感染植株的氮代謝和氮積累有顯著的影響，感染植株葉片和葉鞘中的可溶性氨基酸總量、氨濃度增加，谷氨酞胺合成酶（GS）活性顯著提高，植物對土壤氮的利用效率大大增加。另外，內生真菌能夠改變植物體中碳水化合物源庫的關系，內生真菌作為碳水化合物的一個儲庫，能迅速地將蔗糖轉變成植物不能代謝的糖醇，從而減少或阻止對光合作用的反饋抑制，促進植物的光合作用。如生長在含有色氨酸的培養(yǎng)基上的一種瘤座菌（Balansia epichloe）的內生真菌可能通過改變植物體內的激素代謝，促進植物生長。

Mcleod等對內生真菌對黑麥草（Loliump erenne）、紫羊茅（Festucan tbra）、高羊茅（f.anutdinacea）、草甸羊茅（f.pratensis）等植物的生長調節(jié)作用進行了研究，發(fā)現(xiàn)這種內生真菌對高羊茅和紫羊茅葉的鮮重和干重都有顯著的影響，對草甸羊茅葉的鮮重有影響。張集慧等從蘭科金線蓮等藥用植物中分離出的內生真菌均能不同程度地產生一種或幾種植物激素。

1.2 有抗蟲作用的內生真菌

內生真菌感染能提高農作物的抗蟲性，這一觀點已經得到廣泛認同。在20世紀80年代早期，F(xiàn)unk等首次報道內生真菌可以控制害蟲的危害，發(fā)現(xiàn)長圓形擬莖點霉（Phomopsis oblonga）可以保護榆屬樹木免受美洲榆皮天牛（Physocnemum brevilineum）的危害。Kindler等的研究表明，黑麥草（Lollium perenne）的內生真菌對草地螟（Loxostegest icticalisL）有很好的控制作用，同時可以減輕阿根廷莖象甲（Lis tronotusbo nariens）的危害。蘭琪等從蘆葦草（Festucaa rundinacea）和黑麥草中分離出的內生真菌已達6個屬，其中枝頂抱屬（Acrmonium）菌類可以控制蚜蟲的危害。Funk等從膠冷杉（Abies balsaea）中分離到一株內生真菌，對極色卷葉蛾（Christoneurafun rana）的胃毒致死率分別為25%和32%，從北美落葉松（Iarix laridina）中分離到的一株內生真菌，其發(fā)酵液中分離到1種化合物，對極色卷葉蛾的胃毒致死率為90%。Joh等從冬青（Gaultheria procumbens）中分離到一株內生真菌，可致死云杉蚜蟲（Christoneura fumtferana Clem）。圓葉蔡的內生真菌Neotyphodium sp.可以產生N-甲酞黑麥草堿和覃青霉素的類似體，此兩種化合物對多種昆蟲具有很強的毒殺活性。Larry等從冷杉中分離的內生真菌葉點霉屬（Phyllosticta），在其液體發(fā)酵產物中分離到烯七醋酸，對蚜蟲致死效果較好。另外，感染內生真菌的植株對侵染植物根系的線蟲具有中等程度的抗性。

1.3 有抗病作用的內生真菌

高等真菌次生代謝物質抑制植物病原菌的研究開展較早且較為深入，從中發(fā)現(xiàn)的殺菌活性物質己被作為農藥先導化合物開發(fā)成了殺菌劑品種。枝頂抱屬的枝頂抱（Acrenmonium coemphilum）對多種體外培養(yǎng)的農作物病原真菌都有抑制作用。此外，從黑云杉（Pidea mariana BSP）中分離到一株內生真菌Conoplea eleganxala，其液體發(fā)酵產物中分離的2個新的苯并毗咯類活性成分，苯并毗咯類化合物對由絲核菌（Rhizoctonia spp.）和鐮刀菌（Fusarium spp.）引起的病害有極高防效，在水稻上應用能防治立枯病、惡苗病、徒長病等病害。Merrit等從Eucryphia cordifolia中分離的一種膠球菌（Gliocladiwn sp.）可產生一些揮發(fā)性的殺菌化合物，如1-丁醇，3-甲基-苯乙醇，醋酸和2-苯乙基AN都可對終極腐霉和輪枝菌（Yerticdlurn dahliae）等病原真菌起致死作用。Huang Y J等從南方紅豆杉和香框等藥用植物中分離的擬青霉菌屬（Paecilomyces sp.）內生真菌可作為殺菌劑，這種真菌發(fā)酵液對脈抱菌屬（Neurosporas p.）、鐮刀菌（Fusarium sp.）、木霉（Trichoderma sp.）等病原真菌具有生長抑制活性。Lu Hong等首次從黃花篙伽的莖中分離了刺盤抱（co lletotrichum sp.）內生真菌，該內生真菌能產生11種化合物，其中有9種化合物可抑制枯草芽抱桿菌、金黃色葡萄球菌、藤黃八疊球菌和假單胞菌等細菌的生長，有4種化合物在MICs達到50～100 mg/mL時，可防治白色念珠菌和黑曲霉等真菌的危害，而有5種化合物在MICs達到200 μg/mL時，能抑制小麥全蝕病菌（Gaeunlannomycesgr aniints var.tritict）、禾谷類絲核菌（Rhizoctoniac erealis）、麥根腐長蠕抱（Helrninthosporium sativum）和疫霉（Phytophthora capisici）等病原真菌。另外，李桂玲等從三尖杉、南方紅豆杉及香楹中分離出172株內生真菌，并對其進行了抗菌活性檢測，結果表明有90株內生真菌對多種農作物病原真菌，如紅色面抱霉、鐮刀菌等有抑制作用。來自三尖杉、南方紅豆杉和香框的內生真菌中，具有抗菌活性的菌株的比例分別為40%、54.2%及57.1%，其中平板抑菌圈直徑大于15 μm的高抗菌株有35株。Strobel等從雷公藤的莖中分離到內生真菌棟樹擬隱抱殼（Cryptosporiopsisqu ercina），該菌產生的一種物質Cryptocandin對菌核病菌（Sclerotiniasc lerotilrurr）和灰葡萄抱（Botrytisci nerea）等植物病原真菌有抑制作用。

現(xiàn)今發(fā)現(xiàn)的內生真菌主要屬于子囊菌和半知菌，少數(shù)為擔子菌，包括核菌綱，盤菌綱，腔菌和接合菌。

2 植物內生真菌產生的農用活性代謝產物

微生物因其種類繁多，次生代謝產物多樣化。內生真菌作為主要的微生物物種，其代謝產物必然具有多樣性。從內生真菌中得到的生物活性物質有51%是前所未知的。這比起從土壤微生物中得到的38%的活性物質是多之又多的。

目前發(fā)現(xiàn)的內生真菌產生的農用活性代謝物按其活性類型可分為：（1）殺蟲劑類。該類包括吲哚二帖類、萘、殺蚜蟲及抗菌物質3-hydroxypropionic acid、香豆酮衍生物等；（2）植物生長調節(jié)劑。包括黑麥震顫素 B、IAA、GA、ABA、Z、ZR 等；（3）抗菌劑。包括麥角甾類、炭疽菌酸、球毛殼甲素A等。

按其化學結構可分為：（1）生物堿類化合物。Peramine，對昆蟲有毒，對哺乳動物沒有毒性。吲哚類生物堿，具有促進植物生長的作用。6-Isoprenylindole-3-carboxylic acid是-種新發(fā)現(xiàn)的吲哚類生物堿，其對革蘭氏陽性細菌枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis）、金黃色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）、藤黃八疊球菌（Sarcina lutea）和革蘭氏陰性細菌假單胞菌（Pseudomonas sp.）均具有抑制作用，此外，該化合物對-些植物病原真菌有抑制作用。（2）甾體類化合物。3β-Hy-droxyergosta-5-ene，3-Oxoergosta-4.6.8，22-tetraene 3β.5α-Dihydroxy-6β-ace-toxyergosta-7.22-diene和 3β.5a-Dihydroxy-6β-phenyl-caetoxyergosta-7.22-diend等 4種甾體化合物，均對植物病原菌禾頂囊殼小麥變種（Gaeumannomyces graminis var.tritici）、禾谷絲核菌（Rhizoctonia cerealis）、 麥 根 腐 長 蠕 孢 菌（Helminthosporium sativum）和辣椒疫霉（Phytophthora capisici）表現(xiàn)出抗菌活性。（3）萜類化合物。Heptelidic acid和Hydroheptelidic acid半萜類化合物，對云杉蚜蟲幼蟲具有毒性。

3 展望

隨著天然藥物的開發(fā)研究，微生物藥物的研究也越來越受到國內外的重視。微生物的易培養(yǎng)、易控制、生長快等特點使其前景十分廣闊。自然界中微生物及其代謝產物的多樣性，也為發(fā)現(xiàn)新藥提供了不竭動力。地球上植物種類繁多，還有許多內生真菌尚未被研究，植物內生真菌在合成具有生物活性的代謝產物方面將具有巨大的潛力。植物內生真菌含有大量結構獨特的次生代謝產物，這些次生代謝產物可以作為先導化合物庫，從中可能發(fā)現(xiàn)具有新的分子結構或對有害生物有新的作用靶標的化合物，從而開發(fā)出新的植物保護產品。且高等真菌可通過發(fā)酵定向生產所需的次生代謝產物，發(fā)酵產物可以直接用于有害生物防治。而發(fā)酵技術具有縮短生產周期、提高次生代謝產物的產量等優(yōu)點，便于工業(yè)化生產。內生真菌及其次生代謝物的研究將會在農業(yè)生產、環(huán)境保護、人類健康上發(fā)揮越來越重要的作用。

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