淺析植物內(nèi)生菌的發(fā)展

孟凡佳++孟憲文++吳春艷

摘 要：內(nèi)生菌是一種存在于植物內(nèi)部的微生物，其同植物之間密不可分。人們通過不斷的研究，在內(nèi)生菌的活性以及其同宿主之間的關(guān)系上取得了新的進步，進展也十分之迅速，并逐步的在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及實用領(lǐng)域中應用內(nèi)生菌。近年來我國在植物宿主同內(nèi)生菌之間的關(guān)系研究的進展中，發(fā)現(xiàn)了內(nèi)生菌可以反作用于宿主。因此文章主要對內(nèi)生菌的活性及其對宿主的作用進行了綜述，并對其應用前景做出展望。

關(guān)鍵詞：植物 宿主 內(nèi)生菌

中圖分類號：S567.3 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）01（a）-0073-02

內(nèi)生菌主要指的是在其生長過程中有一段時間是生長在植物的組織內(nèi)，并不會對植物組織造成危害的微生物，內(nèi)生菌也包括暫時不會產(chǎn)生傷害性的菌根菌以及潛伏性的病原體。對內(nèi)生植物微生物的研究可以追溯到十九世紀的中期，當時已知的高等植物中，接近三十種植物都同多種內(nèi)生菌形成了共生關(guān)系。并且內(nèi)生菌具有極大的適應性，在宿主中生長的過程中，同宿主之間相互協(xié)調(diào)適應，逐漸形成了穩(wěn)定的互利共生形態(tài)。宿主通過光合作用可以產(chǎn)生內(nèi)生菌賴以生存的養(yǎng)分，用以生存。而內(nèi)生菌代寫產(chǎn)生的代謝物往往能夠提高宿主中抗菌以及促生物質(zhì)的產(chǎn)生，在促進植物生長以及提高抗逆性、抗病害以及抗脅迫上具有良好的作用。從各方的報道中可以看出，人們已經(jīng)開始意識到內(nèi)生菌在生物生長中的作用，并逐步的將其轉(zhuǎn)移到生物科學研究領(lǐng)域中，而研究的主要內(nèi)容為內(nèi)生菌的活性成分及其同宿主時間的關(guān)系，其中研究最為廣泛的則是內(nèi)生菌的抗蟲工程。這些研究在微生物同植物性能表現(xiàn)有著直接關(guān)系，因此在理論上具有重要價值，同時在農(nóng)作物的生產(chǎn)以及藥用植物的生長中也具有著及其可觀的應用價值。文章通過對近年來我國在內(nèi)生菌活性以及應用方面的研究進行了論述，以期能夠?qū)?nèi)生菌資源的利用以及保護提供幫助。

1 內(nèi)生菌的活性成分研究

目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的內(nèi)生菌存在于各種植物中，種類已經(jīng)超過129種，分屬于54個屬。其中ajmalicine，vindoline以及serpentine的產(chǎn)量較高，在開發(fā)潛力上前景較好。

很多內(nèi)生菌即便生長在非藥用植物內(nèi)也能夠產(chǎn)生相應的抗病原體活性成分，這些成分對病原菌有著拮抗作用。根據(jù)對澳大利亞的一種北部藥用植物進行分析研究，其植物體內(nèi)的一種鏈霉菌能夠產(chǎn)出光譜抗生素Munumbicins，該抗生素對人體以及植物體的很多病原菌都具有滅殺作用，且效果良好。另外值得我們關(guān)注的是杜香中也能夠分離出可以產(chǎn)生抗菌性的內(nèi)生菌，且比例達到了10%，其中14%的產(chǎn)出活性物質(zhì)具有抗氧化性。此外，海生植物才是內(nèi)生真菌資源的重要寶庫，馬來群島的植物以及海藻中，分離出的64株真菌提取物中有77%的內(nèi)生菌提取物具有抗癌作用，72%的內(nèi)生菌提取物具有抗菌作用，16%的內(nèi)生菌提取物具有真菌抗性。截止到去年，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)178種還剩植物的內(nèi)生菌地寫物具有良好的性能，其中包括新型化合物138種。主要功能為：抗感染、酶抑制、細胞毒性、自由基清除以及清除污染。

抗生素的主要來源便是內(nèi)生菌，并且主要是植物的內(nèi)生放線菌，其不僅為植物同時也為人類提供了不同種類的抗生素。隨著科技的發(fā)展，人們在植物放線菌中還發(fā)現(xiàn)了能夠抗感染、抗癌的化合物。比如在歐洲的紅豆杉植物中能夠得到北里胞菌，該種內(nèi)生菌能夠產(chǎn)生具有抗癌作用的紫杉醇。

很多植物的內(nèi)生菌只有在特定的環(huán)境下才能夠產(chǎn)生相應的物質(zhì)，所以受到操作以及提取工藝的影響，有些內(nèi)生菌產(chǎn)物不會被檢測出來。因此目前人們在內(nèi)生菌的研究領(lǐng)域中，主要面對的問題就是高效篩選出具有活性的內(nèi)生菌天然產(chǎn)物。目前主要應用的方式有兩種：第一種通過對關(guān)鍵酶的檢測進行提取，主要采取基因檢測手段，對天然產(chǎn)物的合成中所需關(guān)鍵酶進行檢測。例如：在微生物化合物的生物合成中非核糖體肽的合成酶以及多聚酮合酶是其合成的關(guān)鍵酶。這兩種酶的存在指示了微生物中該種化合物是否合成。因此多聚酮合酶以及非核糖體肽的合成酶可以用于指示篩選植物體中活性內(nèi)生菌的重要基因片段。雖然該種方式具有一定的效果，但是會對非常態(tài)合成的化合物造成遺漏，而且根據(jù)實踐證明，很多真菌中毒素、抗生素以及色素不會在正常的實驗條件下予以表達，其合成途徑也會有所隱藏。所以，在實驗中往往會過分低估真菌次級代謝。第二種方式則是通過對內(nèi)生菌天然產(chǎn)物合成的促進予以提取。例如：用專業(yè)特殊的酶對特定種類的真菌進行處理，在其中大多數(shù)的真菌中其化合物水平普遍上調(diào)，有些甚至發(fā)現(xiàn)了新的化合物。

1.1 調(diào)節(jié)植物生長發(fā)育的活性物質(zhì)

植物的內(nèi)生菌之所以能夠和植物互利共生，主要是由于其代謝的物質(zhì)對植物的生長發(fā)育具有很好的調(diào)節(jié)作用。具體表現(xiàn)：促進幼苗的存活，促進種子的發(fā)芽，促進植物花序的形成一級促進植物的分蘗生長等。通過實驗研究，內(nèi)生菌對植物的生長影響主要是由于其能夠產(chǎn)生對植物生長具有調(diào)節(jié)作用的物質(zhì)，從而對植物的發(fā)育一級生長造成間接影響。這些物質(zhì)主要有細胞激動素、赤霉素以及生長素，當然還有一些其他的物質(zhì)。以苦蕎為例，從其中分離出的兩種內(nèi)生菌能夠產(chǎn)生一種物質(zhì)，該物質(zhì)能夠?qū)嗍w樣本中的氨解酶的活性造成影響，從而調(diào)整植物的萌發(fā)，產(chǎn)生一定的促進作用。而從野生的鐵皮石斛中分離出的內(nèi)生菌，能夠有效的促進鐵皮石斛根系以及莖的發(fā)育生長，并通過現(xiàn)有的實驗確定了促生的溶液最佳濃度。而龍葵中LREO7內(nèi)生菌能夠產(chǎn)生ACC以及吲哚乙酸和鐵載體，能有效對礦質(zhì)磷酸鹽進行溶解，且對植物的生長進行促進。

2 相互關(guān)系

多數(shù)內(nèi)生菌都會有益于宿主植物的生長，除了對植物生長進行促進之外，還能夠?qū)諝庵械牡獨膺M行吸收，這種內(nèi)生菌能夠有效的發(fā)揮固氮作用，固氮內(nèi)生菌的作用發(fā)揮主要依賴于宿主植物多余的能量，且不會形成特化結(jié)構(gòu)，能夠在宿主植物中的各種器官中發(fā)揮作用。另外有些內(nèi)生菌還能夠提供啊植物對于氮、磷、鉀等營養(yǎng)物質(zhì)的吸收，以此保證植物的有效生長。

有些植物的內(nèi)生菌不僅僅保證、促進了植物的生長，在植物體內(nèi)發(fā)揮其應有的固氮以及促營養(yǎng)物質(zhì)吸收的作用，而且還能夠有效提升植株的環(huán)境抗性，有些植物在同內(nèi)生菌共生后很多抗病性以及環(huán)境抗性都有了很大的改善。例如，從大葉桉中分離出其根部的內(nèi)生菌，通過研究發(fā)現(xiàn)，該內(nèi)生菌能夠有效的對大葉桉的青枯病的致病菌進行抑制，從而提高了大葉桉對于青枯病的抗性。而辣椒的TmL2-9內(nèi)生菌可以有效的預防早疫病發(fā)生在辣椒幼苗中，有效防止率高達84.4%，并且其也能對西紅柿的幼苗早疫病預防產(chǎn)生一定作用。另外，通過對西紅柿的三種內(nèi)生菌進行研究，發(fā)現(xiàn)其在西紅柿根部以及發(fā)芽的影響中能夠有效降低病菌性病害的產(chǎn)生，同時提高芽的生物量以及西紅柿中的含糖量。而在錫蘭肉桂中也發(fā)現(xiàn)了一種內(nèi)生菌，該種內(nèi)生菌能夠產(chǎn)生酸類、酮類、醇類、脂類以及油脂等有機物，而該類有機揮發(fā)物能夠?qū)χ虏【a(chǎn)生有效的抗性。endprint

目前的研究主要集中在內(nèi)生菌對宿主植物的作用，而植物對內(nèi)生菌的研究報道的較少。植物組織在具有充足的水分和特定的分泌物的條件下，有利于內(nèi)生菌黏附在一起形成在宿主內(nèi)易于生存的生物薄膜結(jié)構(gòu)，進而促進內(nèi)生菌的生長?；覙浞N子提取物對其內(nèi)生菌的生長有促進作用。由此可見，植物與內(nèi)生菌之間是一種互惠互利的關(guān)系，兩者的結(jié)合增加了各自的適應能力。

3 內(nèi)生菌的應用

3.1 在活性物質(zhì)生產(chǎn)方面的應用

利用植物內(nèi)生菌尤其藥用植物內(nèi)生菌生產(chǎn)高活性物質(zhì)，已經(jīng)取得豐碩的成果。今后，除了對藥典藥內(nèi)生菌開發(fā)外，利用來源于民間草藥的內(nèi)生菌生產(chǎn)新型天然活性物質(zhì)是一個值得重視的途徑。

3.2 在經(jīng)濟作物種植方面的應用

內(nèi)生菌在一定的濃度范圍內(nèi)可以影響宿主植物對外界環(huán)境、病毒、致病菌等的抗性反應。因此，利用內(nèi)生菌植物間的相互作用，可以提高植物的抗逆性。

3.3 在環(huán)境保護方面的應用

利用植物內(nèi)生菌進行生物防是現(xiàn)在研究的熱點。它可以減少化學農(nóng)藥的使用，減輕環(huán)境污染。土壤重金屬污染是當今面臨的一個全球性環(huán)境問題。利用對重金屬具有積累能力的內(nèi)生菌及植物共生體可為土壤重金屬污染的植物修復提供可能。

3.4 在衛(wèi)生保健方面的應用

內(nèi)生菌產(chǎn)生的活性物質(zhì)除可以直接作為藥用成分外，還可以作為添加劑改善產(chǎn)品的品質(zhì)。從云南烤煙組織中分離出一株內(nèi)生菌株。將其發(fā)酵液添加到成品煙葉中，發(fā)現(xiàn)煙葉中煙堿和亞硝酸鹽含量都發(fā)生了變化。煙草葉片中的硝酸鹽、亞硝酸鹽正是煙草特有的強致癌物質(zhì)亞硝胺（TSNA）的前體物。

4 展望

目前雖然關(guān)于內(nèi)生菌的研究很多，但在實際生產(chǎn)實踐中的應用還不是很多，比如內(nèi)生菌用于生物防治時，周圍環(huán)境（土壤、植株表面及根際分泌物等）及植物體內(nèi)部的微生態(tài)環(huán)境都對內(nèi)生菌的生長和作用的發(fā)揮存在著一定的影響（如：拮抗或競爭等），從而使得內(nèi)生菌劑的防治效果不穩(wěn)定，妨礙了內(nèi)生菌的應用。目前，對許多內(nèi)生菌產(chǎn)的活性物質(zhì)研究不完全清楚，難以得到較為純凈的有效成份。這也影響了內(nèi)生菌的實際應用。但從長遠角度看，內(nèi)生菌的研究會給內(nèi)生菌的應用帶來新的契機，必將給人類的生活帶來更大的利益，具有重要和廣闊的開發(fā)應用前景。

由于內(nèi)生菌的研究涉及植物與微生物相互作用的系統(tǒng)，要研究兩者的關(guān)系就需要先建立一個共培養(yǎng)系統(tǒng)。在以后的研究中，還需要借助先進的科學技術(shù)平臺，包括：進化、比較和群落基因組、蛋白質(zhì)組、代謝組、分泌組學、轉(zhuǎn)錄組學、高能量下一代測序（NGS）技術(shù)和生物信息學等，使得植物內(nèi)生菌這一資源能夠更好地造福人類。

參考文獻

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