植物內(nèi)生菌抗菌活性物質(zhì)的研究進(jìn)展

閻紫菲

(內(nèi)江師范學(xué)院，四川 內(nèi)江 641112)

早在100多年前植物內(nèi)生菌就被人們所發(fā)現(xiàn)，但當(dāng)時(shí)并未發(fā)現(xiàn)內(nèi)生菌對(duì)其宿主植物有明顯不良影響，所以其生物學(xué)功能研究一直被人們所忽視。直到20世紀(jì)30年代，一場(chǎng)大量牧畜中毒事件的發(fā)生引起了科學(xué)家的關(guān)注，研究發(fā)現(xiàn)，這些動(dòng)物是由于啃食了感染內(nèi)生真菌的牧草致死的[3]。這類微生物的危害性激發(fā)了科學(xué)家的研究興趣，同時(shí)也使植物內(nèi)生菌的研究越來越廣泛和深入。人們對(duì)各種植物內(nèi)生菌進(jìn)行了更加全面的研究，發(fā)現(xiàn)一些植物內(nèi)生菌的生物學(xué)功能和作用在醫(yī)學(xué)和生化等方面有著十分重要的地位。植物內(nèi)生菌發(fā)展至今，已經(jīng)成為當(dāng)今時(shí)代研究的熱點(diǎn)。

1 植物內(nèi)生菌的分類

蘇林娟研究認(rèn)為，植物內(nèi)生菌是普遍存在于低等水生植物和高等陸生植物的健康組織或器官中的一類正常菌群，可分為植物內(nèi)生真菌、植物內(nèi)生細(xì)菌和植物內(nèi)生放線菌3大類[5]。

1.1 內(nèi)生真菌

通過對(duì)不同植物中的植物內(nèi)生菌進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)的植物內(nèi)生真菌屬于子囊菌類和麥角菌科瘤座菌族的瘤座菌屬(Balansia)和香柱菌屬(Epichloe)[6]。馮水君等指出，在自然界中至少有幾百種禾本科植物可作為植物內(nèi)生菌的宿主植物[7]。內(nèi)生真菌一般在宿主植物的莖、葉等組織細(xì)胞中完成生活周期。對(duì)不同植物內(nèi)生真菌的進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)的植物內(nèi)生真菌一般不產(chǎn)生孢子，即使形成了孢子也不容易識(shí)別。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，植物內(nèi)生真菌對(duì)其本身的宿主不利影響基本可以忽略不計(jì)，其與宿主植物互惠共生。

1.2 內(nèi)生細(xì)菌

植物內(nèi)生細(xì)菌一般通過寄生在植物組織間隙中保護(hù)植物體免受外部細(xì)菌的入侵，與宿主植物互惠共生，植物內(nèi)生細(xì)菌可分為2大類：存活于植物體內(nèi)部的專性內(nèi)生細(xì)菌；既能在植物體內(nèi)部存活也能在土壤等生存的兼性內(nèi)生細(xì)菌[8]。

1.3 植物內(nèi)生放線菌

人們第1次發(fā)現(xiàn)植物內(nèi)生放線菌是在非豆科的根瘤中，由此植物內(nèi)生放線菌的研究得以展開。在自然界的大部分植物中都發(fā)現(xiàn)了內(nèi)生放線菌的存在，目前關(guān)于植物內(nèi)生放線菌的各種生物學(xué)研究運(yùn)用最多的是內(nèi)生鏈霉菌，其主要分布于宿主植物的根中[9]。目前發(fā)現(xiàn)的可供內(nèi)生放線菌生存的宿主植物已達(dá)100多種。

2 植物內(nèi)生菌的分離

植物內(nèi)生菌種類繁多，要研究清楚每種植物內(nèi)生菌所能發(fā)揮的作用關(guān)鍵在于宿主植物的選擇。了解到在相似環(huán)境中生長(zhǎng)的植物內(nèi)所含的同類微生物一般有著相似的作用，要想最大程度研究植物內(nèi)生菌的作用就必須對(duì)宿主植物進(jìn)行嚴(yán)格的挑選[10]。而對(duì)植物內(nèi)生菌的研究是屬于微觀世界的研究，必須將在植物中生存的內(nèi)生菌進(jìn)行分離研究。一般通過采樣、表面滅菌、組織研磨、分離及純培養(yǎng)等步驟來對(duì)宿主植物中的內(nèi)生菌進(jìn)行分離。

3 植物內(nèi)生菌的抗菌活性成分研究

通過研究發(fā)現(xiàn)，幾乎所有植物內(nèi)生菌都具有抗菌活性[11]。何紅等研究指出，宿主植物辣椒中有31株內(nèi)生菌對(duì)黃瓜枯萎菌和香蕉枯萎菌有拮抗作用[12]。袁軍等研究認(rèn)為，宿主植物馬鈴薯塊莖有占總數(shù)28.6%的內(nèi)生菌對(duì)環(huán)腐病菌有拮抗作用[13]。從目前關(guān)于植物內(nèi)生菌的抗菌研究成果來看，抗菌活性物質(zhì)一般是從植物內(nèi)生菌的次級(jí)代謝產(chǎn)物發(fā)現(xiàn)的，要尋找天然的抗菌活性物質(zhì)，就必須從植物內(nèi)生菌的研究入手，即大量的植物內(nèi)生菌為尋找天然的抗菌活性物質(zhì)提供了必要的實(shí)驗(yàn)材料。

3.1 植物內(nèi)生真菌的抗菌活性研究進(jìn)展

植物內(nèi)生真菌占植物內(nèi)生菌的大多數(shù)，在抗菌活性研究方面具有舉足輕重的地位，馬養(yǎng)民等研究表明，根據(jù)活性產(chǎn)物的生物學(xué)特性和物理結(jié)構(gòu)可將從植物內(nèi)生真菌中產(chǎn)生的抗菌活性物質(zhì)分為生物堿類、肽類、甾體類、萜類等[14]。

3.1.1 生物堿類

對(duì)植物內(nèi)生真菌的次級(jí)代謝產(chǎn)物進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)其中具有抗菌活性的物質(zhì)有一部分存在生物堿的性質(zhì)，所以將其歸為生物堿類。如，由Hom W S等從楊柳科柳屬的細(xì)柱柳(Salix gracilistyla)中的內(nèi)生擬莖點(diǎn)霉分離到的細(xì)胞松弛素，對(duì)枯草芽孢桿菌、金黃色葡萄球菌、雞沙門氏菌、白色念珠菌具有明顯的抑制作用[15]。生存于雷公藤(Tripterygiumwilfordii Hook.f)莖中的一株特殊的內(nèi)生真菌現(xiàn)能產(chǎn)生cryptocandin和一種新酰胺生物堿(cryptocin)2種物質(zhì)，這2種物質(zhì)在抑制蘚菌及白色念珠菌等一些人類病原真菌或稻瘟菌病方面有強(qiáng)的抑殺活性[16，17]。

3.1.2 肽類

Strobel G A等從植物界中篩選出歐洲紅豆杉 (Taxusbaccata)作為研究材料，并對(duì)其中的微生物進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，生存于植物體內(nèi)部的1種內(nèi)生真菌Acremoniumsp能產(chǎn)生一種具肽類結(jié)構(gòu)的物質(zhì)leucinostatin A，這種物質(zhì)對(duì)造成植物疾病的終極腐霉(Pythiumultim um)有較強(qiáng)的抑制作用[18]。從歐洲赤松(Pinussylvestris)和歐洲水青崗(Fagussylvatoca)的內(nèi)生腐皮擬隱孢殼和無柄盤菌屬中分離到的4個(gè)環(huán)肽echinocandin A、echinocandin B、echinocandin D和echinocandin H具有抗菌活性[19]。

3.1.3 甾體類

從狗牙根的內(nèi)生曲霉和Dai J K等從加拿利刺柏的內(nèi)生真菌分離得到的5，8環(huán)二氧麥角甾醇和麥角甾醇，均對(duì)幽門螺桿菌有很強(qiáng)的抑制作用[20，21]。

3.1.4 萜類

Singh M P等以Daphnopsisamericana為研究材料，發(fā)現(xiàn)在其體內(nèi)存在1種內(nèi)生真菌CR115，其能生成1種新的二萜化合物guanacasterpene，這種化合物對(duì)盤尼西林抗藥性金黃色和萬古霉素抗藥性屎腸球菌具有明顯的抑制活性[22]。Kosh等利用薄層層析生物自顯影檢測(cè)技術(shù)對(duì)從梯牧草(Phleumpratense L)內(nèi)生柱香菌中分離得到的7個(gè)倍半萜類化合物進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)這些倍半萜類化合物均對(duì)草本枝孢有較強(qiáng)的抑制作用[23]。

3.1.5 其他類

Li J Y等以Fragraeabowdenii中的內(nèi)生真菌Pestalotipsisjesteri為試驗(yàn)材料進(jìn)行研究，所得到的2種環(huán)己烯酮環(huán)氧化物jesterone和hydroxyjesterone，均對(duì)能引起植物疾病的終極腐霉有較強(qiáng)的抑制作用[24]。在1994年，人們通過對(duì)從莖點(diǎn)霉分離到的化合物進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，其化合物本身具有抑菌活性，如2-羥基-6甲基苯甲酸[25]。Schulz等以無柄盤菌為實(shí)驗(yàn)材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，可得到一種異香豆素化合物(R)mullein，這種產(chǎn)物對(duì)抗植物病原真菌瓜枝孢的活性[26]。

3.2 植物內(nèi)生放線菌產(chǎn)生的抗菌活性物質(zhì)研究

植物內(nèi)生放線菌的種類相對(duì)較少，一般可在植物體內(nèi)部對(duì)植物內(nèi)的病原菌起作用。人們對(duì)煙草體內(nèi)的各種微生物進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)存在一種能對(duì)煙草青枯病的病原菌起拮抗作用的內(nèi)生放線菌，這種內(nèi)生放線菌對(duì)生物學(xué)的研究發(fā)展有十分重要的作用[27]。植物內(nèi)生放線菌多用于各類抗生素的生產(chǎn)，換句話說，世界上絕大多數(shù)的抗生素以植物內(nèi)生放線菌為原料生產(chǎn)出來的。要獲得新穎的抗菌化合物，就必須加大對(duì)植物內(nèi)生菌的研究力度[28]。

2000年Strobel研究小組從宿主植物蛇藤(Kenne dianigriscans)中發(fā)現(xiàn)了1株能產(chǎn)抗生素的內(nèi)生鏈霉菌NRRL-30562，這種鏈霉菌所產(chǎn)生的抗生素對(duì)多種人類和植物致病霉菌、細(xì)菌及瘧原蟲(Plasmodium sp.)具有廣范圍的抑殺活性?？衫弥参飪?nèi)生放線菌的抗菌活性解決一些如病原菌感染等的生物學(xué)問題。

3.3 植物內(nèi)生細(xì)菌的抗菌活性物質(zhì)研究進(jìn)展

幾乎所有的植物內(nèi)生菌都具有抗菌活性[29]。存在于草本植物的葉子表面或組織內(nèi)的黃綠假單孢菌(Pseudomonas viridiflava)，能產(chǎn)生1種抗菌物質(zhì)ecomycins對(duì)植物病原菌微莢膜新隱球酵母(Cryptococcus neoformans)和白色念珠菌(Candida albicans)具有抑制作用[30]。歐雄常等從紅樹中分離得到的143株內(nèi)生細(xì)菌中的13%對(duì)辣椒疫病菌有較強(qiáng)的拮抗作用[31]。

4 植物內(nèi)生菌的其他藥用價(jià)值研究

4.1 植物內(nèi)生菌的抗癌活性研究

迄今為止，紫杉醇被認(rèn)為是世界上最有效的天然抗癌物質(zhì)，其遍及于瀕危植物紅豆杉內(nèi)，由于自然資源非常珍貴，無法獲得大量的紫杉醇。從而造成紫杉醇價(jià)格昂貴。不能高效進(jìn)行抗癌研究?？茖W(xué)家一直致力于在其他屬種植物中尋找能合成紫杉醇的物質(zhì)，但一直都未有突破。直到1種從宿主植物短葉紅豆杉中提取出的特殊能產(chǎn)紫杉醇的內(nèi)生真菌的出現(xiàn)，才解決了這個(gè)問題。這類真菌的出現(xiàn)為人類的抗癌研究提供了更多的實(shí)驗(yàn)材料。李萬奎等研究指出，目前人們已從宿主植物榧樹、銀杏等體內(nèi)成功發(fā)現(xiàn)了能產(chǎn)生紫杉醇及其衍生物的內(nèi)生菌[32]。此外，通過研究還發(fā)現(xiàn)，可以從一些常見的植物中取得能產(chǎn)紫杉醇的內(nèi)生菌。如，對(duì)宿主植物松樹(Wollemianobilis)和茜草科植物(Maguireothamnusspeciosus)體內(nèi)可得到2種能產(chǎn)紫杉醇的內(nèi)生真菌[33，34]。這些能分離出紫杉醇及其衍生物的內(nèi)生菌的發(fā)現(xiàn)為紫杉醇的來源提供了更好的研究方向，為人類攻克醫(yī)學(xué)難題提供了重要的實(shí)驗(yàn)材料。

喜樹是我國南方特有樹種，研究表明，喜樹的抗癌有效成分喜樹堿、次喜樹堿、10-羥基喜樹堿、甲基喜樹堿等生物堿類物質(zhì)，均是從喜樹的皮和果實(shí)中提取出的，其抗癌作用機(jī)理是抑制致癌瘤因子NO的產(chǎn)生，具有一氧化氮抑制活性，可被用來治療腫瘤。長(zhǎng)春花，別名金盞草，是一種草本植物，可用于急性淋巴細(xì)胞性白血病、淋巴肉瘤、巨濾泡性淋巴瘤等疾病的治療。主要是從長(zhǎng)春花全草中分離出70余種生物堿中的6種生物堿(長(zhǎng)春堿、長(zhǎng)春新堿、環(huán)氧長(zhǎng)春新堿、長(zhǎng)春贊定、長(zhǎng)春文堿、羅威定堿)發(fā)揮抗腫瘤作用。

4.2 植物內(nèi)生菌的抗病毒活性研究進(jìn)展

植物內(nèi)生菌能夠產(chǎn)生許多活性代謝產(chǎn)物，通過對(duì)其產(chǎn)生的活性代謝物質(zhì)進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，其中一些活性代謝產(chǎn)物具有抗病毒活性[35]?，F(xiàn)今社會(huì)乙型肝炎病毒、H7N9禽流感病毒和HIV等引起的疾病傳播對(duì)人類的健康產(chǎn)生了巨大影響。為了預(yù)防和治療一些流行疾病的傳播，需研發(fā)出更安全有效的抗病毒藥物。目前已從內(nèi)生真菌Cytortaemasp和巨大戟烷型二萜酯中發(fā)現(xiàn)了能夠有效抑制HIV病毒的物質(zhì)[36]。植物內(nèi)生菌的活性代謝產(chǎn)物可分為羧酸類化合物、酮類化合物、醌類化合物、雜環(huán)化合物、肽類化合物、生物堿類化合物、萜類化合物、芳香烴類化合物、苷類化合物等，是可以重復(fù)利用的資源，通?？梢越?jīng)過菌種誘變、培養(yǎng)條件改變以及代謝調(diào)控等手段進(jìn)行目標(biāo)產(chǎn)物的優(yōu)化，對(duì)藥物的研發(fā)有非常重要的作用。

4.3 植物內(nèi)生菌的抗氧化活性研究進(jìn)展

通過對(duì)植物的抗氧化作用進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)這種抗氧化性對(duì)高等動(dòng)物疾病有很好的防治作用，目前發(fā)現(xiàn)的天然抗氧化劑可用于醫(yī)學(xué)、食品、保養(yǎng)品等方面[37]?？茖W(xué)家希望通過對(duì)在植物中生存的各類微生物的相關(guān)生物學(xué)功能進(jìn)行研究，以找到天然的抗氧化物質(zhì)。而在植物組織中較為普遍的是內(nèi)生菌[38]，活性氧是由是活動(dòng)植物對(duì)內(nèi)生菌的防御反應(yīng)造成的，對(duì)細(xì)胞的一些正常生命活動(dòng)有一定的影響[39]。經(jīng)研究表明，對(duì)植物內(nèi)生真菌、細(xì)菌和放線菌進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，不管是哪種內(nèi)生菌都能產(chǎn)生抗菌活性物質(zhì)，植物內(nèi)生真菌和內(nèi)生放線菌產(chǎn)生的更多。

5 展望

植物內(nèi)生菌遍及自然界各類植物中，其所產(chǎn)生的次級(jí)代謝產(chǎn)物種類繁多，每種產(chǎn)物都具有十分廣泛的應(yīng)用前景。在當(dāng)前自然界中植物內(nèi)生菌資源如此豐富的情況下，如何提取出所需的代謝物質(zhì)，成為了當(dāng)今時(shí)代需要關(guān)注的內(nèi)容[40]。通過研究發(fā)現(xiàn)，不同植物體內(nèi)定居的內(nèi)生菌區(qū)系往往具有不同的特點(diǎn)，在地球上確定種屬的植物超過了30萬種，所以，可以從大量的植物內(nèi)生菌中獲取需要的新資源，來幫助攻克醫(yī)學(xué)界的難題以及人類生存的難題。