身藏寶藏的發(fā)霉種子

種子庫里的種子發(fā)霉了

現(xiàn)今，全球大約有1750個種子庫和基因庫，它們作為世界末日的最后希望被建造在極地、高山或地下等遠(yuǎn)離人群的地方。每一顆能進(jìn)入種子庫的種子都是精挑細(xì)選的，它們必須健康飽滿、生命力強(qiáng)，入庫前種子都經(jīng)過干燥、漂白和冷凍等處理，確保殺死其中可能攜帶的病蟲害。種子庫中常年用液氮保持-196℃的超低溫，低溫干燥的環(huán)境降低了種子的發(fā)芽率，這一切都是為了應(yīng)對地區(qū)性或全球性災(zāi)難造成的糧食短缺，保證人類在世界末日中仍有種可種、有糧可食。

位于英國皇家植物園的種子庫也有相同的目的，可是最近，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，這里的種子竟然發(fā)霉了。先不必著急，因為與種子庫里存放的近4萬種物種的23億顆種子相比，此次發(fā)霉的種子不過是九牛一毛。可是古怪的是，這里的種子明明經(jīng)過了挑選和消毒，為什么還會發(fā)霉呢？這些發(fā)霉的種子還能用嗎？種子庫里的其他種子也會發(fā)霉嗎？

英國倫敦瑪麗女王大學(xué)生物學(xué)家羅威娜·希爾帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊也許可以解答這些問題。研究人員將顯現(xiàn)出發(fā)霉跡象的6種種子收集在培養(yǎng)皿里，用消毒劑浸泡了1710小時，將種子中可能攜帶的病蟲害徹底殺死了，隨后在正常的環(huán)境繼續(xù)培養(yǎng)。沒過多久，科學(xué)家們就收獲了一個“真菌植物園”：堆疊的培養(yǎng)皿中長出了不同顏色、不同質(zhì)地和不同形狀的真菌，有的像一束滿天星，有的像一朵盛開的菊花，還有的像一簇簇薰衣草……

通過提取真菌的DNA和進(jìn)行比對，科學(xué)家終于知道這些真菌是什么——藏在種子體內(nèi)的內(nèi)生真菌。是種子將這些真菌帶到種子庫中來，也是種子在保護(hù)它們，使它們不被消毒劑和超低溫殺死，甚至在條件適宜的時候，以身飼“菌”，使得這些真菌得以萌發(fā)。為什么種子會對真菌這樣無私奉獻(xiàn)？

無所不在的內(nèi)生真菌

說起種子體內(nèi)攜帶真菌，其實沒什么值得大驚小怪。我們對根瘤菌非常熟悉，這是一類與豆類作物共生的細(xì)菌，它們?nèi)壕墼诙诡愖魑锏母?，一方面靠植物供養(yǎng)，另一方面將空氣中的氮氣轉(zhuǎn)化成氮肥供給植物，兩者合作親密無間，互利共生。與此相似，有一些真菌也與植物存在這樣的共生關(guān)系，在長久的合作中，真菌侵入到植物體內(nèi)，兩者成為更親密的合作伙伴。

幾乎所有的植物體內(nèi)都存在內(nèi)生真菌，單株植物身上能同時存在多株真菌，因此植物內(nèi)生真菌分布廣泛，數(shù)量眾多。比如，有科學(xué)家在沉香樹脂部位發(fā)現(xiàn)了33株內(nèi)生真菌，從新疆藥用植物紅景天根部中也分離出19株內(nèi)生真菌，前文提到的英國種子庫中的6種植物種子內(nèi)也發(fā)現(xiàn)了近200種內(nèi)生真菌。

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、雨水等作用下傳播。由于不同植物分離出的內(nèi)生真菌類型也存在差異，這樣內(nèi)生真菌就能像其他生物那樣，通過交叉感染和基因交流發(fā)展出越來越多的種類。

植物與內(nèi)生真菌的關(guān)系和豆科植物與根瘤菌的相似，兩者是互利共生的。植物通過光合作用為內(nèi)生真菌提供有機(jī)營養(yǎng)物，內(nèi)生真菌能促進(jìn)宿主植物的生長發(fā)育，還有增強(qiáng)植物的抗逆性、控制植物病蟲害等作用，可謂是宿主植物的“保護(hù)神”。不過，內(nèi)生真菌也不是不求回報的，如果宿主植物健康強(qiáng)壯，它就能通過光合作用為真菌提供足夠的營養(yǎng)，但如果植株本身有問題，或是在生長過程中意外受傷甚至死亡，真菌就會把植株當(dāng)作食物一樣吃掉！這也是種子庫中那些沒能萌發(fā)的種子發(fā)霉的真正原因。

種子庫中的隱藏寶藏

目前，科學(xué)家對植物內(nèi)生真菌的了解并不多，對內(nèi)生真菌的研究主要集中在一些經(jīng)濟(jì)植物上。但即使是為數(shù)不多的研究，內(nèi)生真菌也展現(xiàn)了巨大的潛在價值。紫杉醇是第一個從植物中提取的天然化療藥物，至今仍然是腫瘤化療藥物中常見的藥物之一，它對包括卵巢癌、乳腺癌、子宮癌等多種癌癥都有顯著的療效，而且?guī)缀鯖]有副作用?？墒?，這樣一種神奇的藥物卻并非人人都能用得上，因為紫杉醇來自一種稀有的樹種：紅豆杉。紅豆杉是來自第四紀(jì)冰川時期的“活化石”，在地球上分布范圍小，數(shù)量少，是公認(rèn)的天然珍稀抗癌植物，紫杉醇最初就是從紅豆杉的樹皮和枝葉中提取出來，運(yùn)用這種方法提取過紫杉醇后，紅豆杉就會死去。更困難的是，紫杉醇在植物體中的含量相當(dāng)?shù)?，大約13.6千克的樹皮才能提出1克的紫杉醇，治療一個卵巢癌患者需要3～12棵百年以上的紅豆杉，這讓紫杉醇變得更加稀少難得。

不過，這個困境最近有了轉(zhuǎn)機(jī)：1993年，人們首次從短葉紅豆杉中分離得到一株能合成紫杉醇的內(nèi)生真菌，后來科學(xué)家又陸續(xù)從云南紅豆杉、西藏紅豆杉、南方紅豆杉等多種紅豆杉樹種體內(nèi)分離出了相關(guān)內(nèi)生真菌，這表明內(nèi)生真菌很可能具有合成和宿主植物相同或相似的活性成分的能力。近年來，越來越多的研究表明內(nèi)生真菌確實可能具有這一能力：銀杏的內(nèi)生真菌裂褶菌發(fā)酵液和菌絲體能生產(chǎn)槲皮素；長春花分離得到的尖孢鐮刀菌可培養(yǎng)產(chǎn)生長春新堿等，這些都是潛在的抗癌藥物。

對于醫(yī)藥行業(yè)，這無疑是一個重大利好，因為內(nèi)生真菌雖然以植物作為宿主，但它們同樣可以離體培養(yǎng)，如果將這些內(nèi)生真菌大規(guī)模工業(yè)化培養(yǎng)，我們還愁不能獲取足夠的藥用化合物嗎？未來，內(nèi)生真菌很可能成為一個巨大的藥物寶庫。

在農(nóng)業(yè)方面，內(nèi)生真菌也能發(fā)揮重大作用。我們已經(jīng)知道，內(nèi)生真菌有抗病蟲害的作用，其原因可能為產(chǎn)生抗生素類物質(zhì)、水解酶、生物堿等物質(zhì)殺滅病原菌，與病原菌競爭營養(yǎng)物質(zhì)等。換句話說，當(dāng)經(jīng)濟(jì)作物遭遇嚴(yán)重的病蟲害時，內(nèi)生真菌可以作為一種環(huán)保無害的“農(nóng)藥”幫助作物抵御病菌、害蟲的侵?jǐn)_。

這一切美好的前景都建立在對內(nèi)生真菌更深入、更全面的研究之上，而種子庫則可能滿足這一需求。種子庫儲存著地球上幾乎全部的植物物種的種子，其中所包含的內(nèi)生真菌種類前所未有的豐富，其中絕大部分都還未被人類所認(rèn)識，誰知道未來我們能從這個寶庫中挖掘出什么寶藏呢？

（六月的雨摘自《大科技》2024年第5期）