植物內(nèi)生真菌相關(guān)研究

陳倩 梧晗怡 鄧娟 張小燕 劉俊林

摘 要：植物內(nèi)生真菌是一個多樣性十分豐富的微生物類群，幾乎所有的植物都存在內(nèi)生真菌。植物內(nèi)生真菌在諸多方面有著重要的生物學(xué)作用，隨著研究領(lǐng)域的不斷拓寬和研究方法的不斷深入，植物內(nèi)生真菌的研究也日益增多。本文總結(jié)植物內(nèi)生真菌的部分作用及意義，為植物內(nèi)生菌的相關(guān)研究提供參考。

關(guān)鍵詞：內(nèi)生真菌;生物學(xué)作用;問題

內(nèi)生真菌（fungal endophyte）是指能寄生在植物體內(nèi)，且在其生長過程中不會使植物產(chǎn)生任何不良癥狀的一類真菌，也包括一些腐生菌、潛伏性病原真菌和菌根真菌。內(nèi)生真菌存在于植物體，在生長過程中會與其宿主植物相互影響、共同進(jìn)化，并逐漸穩(wěn)定了彼此之間的生態(tài)關(guān)系。對二者之間的關(guān)系目前主要有兩種觀點：互惠互利的共生關(guān)系和特殊的寄生關(guān)系。一方面，宿主植物可以為內(nèi)生真菌生長提供營養(yǎng)物質(zhì)，相應(yīng)地內(nèi)生真菌也能提高宿主植物對生物因素和非生物因素脅迫的適應(yīng)性和抗性，其存在也有利于宿主植物的生長繁殖。另一方面，內(nèi)生真菌和宿主植物是一種動態(tài)平衡的關(guān)系①，即一般情況下內(nèi)生真菌的寄生不會導(dǎo)致植物病癥，但當(dāng)植物處于某些不良狀態(tài)如衰老、脅迫環(huán)境時，內(nèi)生真菌引起植物病害。鑒于此，兩者關(guān)系有待進(jìn)一步研究。

內(nèi)生真菌物種豐富、數(shù)量龐大，是很多活性物質(zhì)的豐富來源。內(nèi)生真菌的次生代謝物十分豐富，已有運用于植物生長發(fā)育、適應(yīng)環(huán)境、病蟲害的防治、醫(yī)藥生產(chǎn)等方面的實例，與之相關(guān)的研究也越來越被重視，成為目前研究的熱點之一②。

1.植物內(nèi)生真菌的廣泛性和生物多樣性

首株內(nèi)生真菌是Vogl從黑麥草（Lolium temulentum L.）種子中分離出來的，開始了人類對內(nèi)生真菌的研究歷史①。但之后的相關(guān)研究研究較少，直到近些年來才逐漸被人們關(guān)注。從生態(tài)學(xué)角度來說，內(nèi)生真菌可廣泛存在于自然界的植物體內(nèi)，尤其普遍存在于陸生和水生植物中，因此其分布廣泛，種類繁多。單在沉香Aquilaria subintegra樹脂部位就發(fā)現(xiàn)內(nèi)生真菌33株，從新疆藥用植物紅景天根部織塊中也能分離19株內(nèi)生真菌

③-④，不同植物分離出的內(nèi)生真菌數(shù)量和類型也存在差異，少則十幾種，多則上百種，一定程度上體現(xiàn)了其生物多樣性。目前研究的關(guān)于微生態(tài)的植物涉及藻類、灌木和草本等多種類。內(nèi)生真菌生長過程中主要的傳播形式有兩種，一種是通過自身的菌絲生長進(jìn)入植物子房和胚珠，當(dāng)植物成熟時，內(nèi)生真菌便可以借助該植物種子進(jìn)行傳播;另一種是其本身可以產(chǎn)生孢子，在外力條件如風(fēng)力、雨水等作用下途徑傳播②。內(nèi)生真菌的數(shù)量和種類跟宿主間本身有一定關(guān)系，忽略植物中分離出大數(shù)量內(nèi)生真菌的情況，保守假設(shè)每種宿主體內(nèi)能分離大約4、5種專一性內(nèi)生真菌，以目前世界已知的植物數(shù)量2.5×105進(jìn)行計算，估算內(nèi)生真菌總數(shù)量將超過100萬種①。植物內(nèi)生真菌的廣泛性和生物多樣性促進(jìn)了植物內(nèi)生真菌研究的發(fā)展。

2.植物內(nèi)生真菌的生物學(xué)作用

2.1促進(jìn)植物生長發(fā)育

內(nèi)生真菌能促進(jìn)宿主植物的生長發(fā)育，感染內(nèi)生菌的植物較一般植物生長快速，其促生作用的產(chǎn)生原因之一是內(nèi)生菌可產(chǎn)生IAA、赤霉素、細(xì)胞分裂素以及細(xì)胞激動素等植物生長激素促進(jìn)植物生長。另一方面，內(nèi)生菌可增進(jìn)宿主植物對氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素的吸收從而促進(jìn)植物生長⑤。早已有研究表明黃花蒿、紅樹、蘭科藥用植物中能產(chǎn)生對植物生長發(fā)育有較好的促進(jìn)作用的赤霉素（GA）、吲哚乙酸（IAA）、脫落酸（ABA）、玉米素、玉米核苷等物質(zhì)⑥。近來也有研究發(fā)現(xiàn)尼瓦拉野生稻、紫花苜蓿中的內(nèi)生菌能夠產(chǎn)生植物生長素，促進(jìn)植物生長。內(nèi)生真菌對宿主植物的促進(jìn)作用可能會影響種子發(fā)芽、種子飽滿程度、幼苗存活率、分蘗生長情況、花序、有機(jī)物質(zhì)量等多個方面。美國學(xué)者Clay研究黑麥草和高羊茅，發(fā)現(xiàn)內(nèi)生真菌的感染使其發(fā)芽率提高10%左右，且種子飽滿顆粒所占比例也較普通植物有所提高;在之后對高羊茅草場的3年的觀察研究證明感染內(nèi)生真菌植株的存活率比未感染植株高，且產(chǎn)生的分蘗、花序和植物的有機(jī)物質(zhì)量與未感染植株相比有不同程度的提高⑦。N、P、K元素對植物的生長發(fā)育有著主要意義，內(nèi)生菌可增強(qiáng)宿主植物對這幾種營養(yǎng)元素的吸收能力，同時，感染內(nèi)生真菌的牧草、玉米、高粱、水稻等對氮、磷的攝取能力也有所提高。內(nèi)生菌對病原菌有抑制作用，它們會與病原菌競爭營養(yǎng)物質(zhì)和生存空間，也會產(chǎn)生拮抗病原菌的物質(zhì)，這對植物的生長有間接促進(jìn)的作用。

2.2增強(qiáng)植物的抗逆性

內(nèi)生真菌也能增強(qiáng)植物的抗逆性，目前對于這一功能的研究也有許多深入和成果。內(nèi)生真菌增強(qiáng)宿主植物抗逆性的表現(xiàn)主要在提高其宿主植物對干旱、洪水、貧瘠土壤、生物脅迫（如昆蟲和食草動物的覓食受到阻礙、抵抗病蟲害等）、重金屬的毒害等的抵抗能力。就禾草一種植物來說，現(xiàn)有的研究表明感染內(nèi)生真菌的河草對干旱⑧、病蟲害具有更強(qiáng)抗性，更有研究表明感染內(nèi)生真菌的植株的滲透調(diào)節(jié)能力也有提高，也有利于植物抗旱。也有研究發(fā)現(xiàn)內(nèi)生真菌不僅可以提升高羊茅對逆性環(huán)境如洪水的抵抗能力，還能夠增強(qiáng)其在貧瘠土壤中吸收養(yǎng)分的能力。此外， 內(nèi)生真菌也能增強(qiáng)植物對一些病原真菌和腐生真菌的抗性，保護(hù)宿主免受危害。賈彤等在研究白羊草時發(fā)現(xiàn)Epichlo屬內(nèi)生真菌對Zn、Cu、Pb、Cd等重金屬有不同程度的耐受性。

2.3內(nèi)生真菌的生物防治作用

有內(nèi)生真菌寄生的植物能控制植物病害，主要有以下幾個原因：產(chǎn)生抗生素類物質(zhì)、水解酶、生物堿，與病原菌競爭營養(yǎng)物質(zhì)。在感染內(nèi)生菌的植物中能產(chǎn)生抗生素類物質(zhì)，能用于防植物病害。較常見的內(nèi)生真菌產(chǎn)生的抗生素類型有酚類、羧酸類、醌類、丁酰內(nèi)酯等⑨。水解酶中，幾丁質(zhì)酶和葡聚糖酶等水解酶原理都是通過破壞真菌的細(xì)胞壁、降解其它致病因子如毒素等來提高植物抗真菌的能力，從而達(dá)到防病效果。此外，禾本科植物感染的內(nèi)生真菌能產(chǎn)生多種生物堿如有機(jī)胺類物質(zhì)、吡咯里西啶類物質(zhì)、吲哚二萜衍生物類物質(zhì)、麥角堿類物質(zhì)等，這些生物堿對抗病原菌、線蟲等有明顯效果。張祖姣等發(fā)現(xiàn)抗姜青枯菌銀杏內(nèi)生真菌的代謝產(chǎn)物具有較強(qiáng)的抑菌活性，表明內(nèi)生真菌對病原菌存在對抗關(guān)系，對病原菌的正常生長有抑制作用。

2.4植物內(nèi)生真菌與醫(yī)藥開發(fā)

內(nèi)生真菌不僅有利于生物防治，還能產(chǎn)生一些有治療意義的物質(zhì)，可用于人類疾病治療藥物的生產(chǎn)，具有很高的研究開發(fā)利用價值。紫杉醇就是一種常見且重要的抗腫瘤物質(zhì)，它對治療卵巢癌、乳腺癌、子宮癌等多種惡性腫瘤有突出療效，目前已有實例證明能從短葉紅豆杉、云南紅豆杉、西藏紅豆杉、南方紅豆杉、喜馬拉雅紅豆杉、歐洲紅豆杉、落羽杉、榧樹等分離到相關(guān)內(nèi)生真菌，內(nèi)生真菌發(fā)酵能產(chǎn)生紫杉醇或者形成紫杉醇類似次生代謝產(chǎn)物。元超等在地衣內(nèi)生真菌的次生代謝產(chǎn)物中發(fā)現(xiàn)了具有抗腫瘤活性的化合物，謝少朵等也在雷公藤內(nèi)生真菌中發(fā)現(xiàn)具有抗菌抗腫瘤作用的物質(zhì)。此外，長春新堿、鬼臼毒素類似物和毛殼甲素也是常見的抗腫瘤藥物。長春新堿最開始是從長春花中發(fā)現(xiàn)的，也是一種應(yīng)用廣泛的抗腫瘤藥物，是治療何杰金氏病、惡性淋巴腫瘤等疾病的常用藥物。鬼臼毒素作為一類天然木質(zhì)素，具有顯著的抗腫瘤活性，王婷等在桃兒七根內(nèi)生真菌產(chǎn)物中發(fā)現(xiàn)鬼臼毒素類成分。

3.植物內(nèi)生真菌研究的問題

植物內(nèi)生真菌資源豐富，關(guān)于內(nèi)生真菌及其代謝產(chǎn)物的研究取得了較豐碩的成果，但也存在不少問題。首先，從植物分離內(nèi)生真菌的過程中諸多因素，不能保證將植物內(nèi)的真菌全部分離出來。在分離前期也因為有的真菌長勢較好，覆蓋生長較慢的真菌，也會影響生長慢的真菌的分離，這就導(dǎo)致很多內(nèi)生真菌不能被分離研究，如何有效地將植物的內(nèi)生菌全部分離程序出來值得研究。其次，植物內(nèi)生真菌所具有的生防作用在轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的過程中并沒有很好地效果，不能很好地產(chǎn)品化和推廣，因此，對于其生防作用的商業(yè)化應(yīng)用有待一步研究。此外，利用植物內(nèi)生真菌生產(chǎn)抗腫瘤等藥物也存在一定的限制，比如菌株產(chǎn)紫杉醇等物質(zhì)能力不高，導(dǎo)致相關(guān)藥物成本高，如果單純只靠從植物內(nèi)生真菌提取這類物質(zhì)，毫無疑問相關(guān)產(chǎn)業(yè)只會止步不前，此時對于植物內(nèi)生真菌產(chǎn)紫杉醇的機(jī)制包括內(nèi)生真菌的生理特性、生長調(diào)節(jié)機(jī)制、紫杉醇合成機(jī)制等應(yīng)有更深入的研究。

[注釋]

①郭順星.藥用植物內(nèi)生真菌研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J].2018，37（1）：1-13.

②任愛梅，張麗珂，孟憲剛.植物內(nèi)生真菌研究進(jìn)展與存在問題[J].廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，2（11）：103-106.

③Monggoot S， Popluechai S， Gentekaki E， et al. Fungal endophytes： an alternative source for production of volatile compounds from agarwood oil of Aquilaria subintegra[J].Microbial Ecology，2017，74（1）：54-61.

④陳娟，朱軍，閻波，等.新疆藥用植物天山雪蓮及紅景天內(nèi)生真菌的分離與初步鑒定[J].菌物學(xué)報，2018，37（1）：110-119.

⑤鄒文欣，譚仁祥.植物內(nèi)生菌研究新進(jìn)展[J].植物學(xué)報.2001，43（9）：881-892.

⑥石晶盈，陳維信，劉愛媛.植物內(nèi)生菌及其防治植物病害的研究進(jìn)展[J].生態(tài)學(xué)報，2006，26（7）：2395-2401.

⑦任安芝，高玉葆.植物內(nèi)生真菌———一類應(yīng)用前景廣闊的資源微生物[J].微生物學(xué)通報.2001，28（6）：90-93.

⑧李秀璋，姚祥，李春杰，等.禾草內(nèi)生真菌作為生防因子的潛力分析[J].植物生態(tài)學(xué)，2015，39（6）：621-634.

⑨石晶盈，陳維信，劉愛媛.植物內(nèi)生菌及其防治植物病害的研究進(jìn)展[J].生態(tài)學(xué)報，2006，26（7）：2395-2401.

（作者單位：西北民族大學(xué)生命科學(xué)與工程學(xué)院，甘肅蘭州730124）