随着对内生菌代谢产物研究的日益广泛,植物内生菌作为一个巨大的微生物资源,在农业和医药方面有着很大的应用潜力,特别是在天然药物的开发和应用研究方面。长期生活在药用植物体内的内生菌,根据“协同进化”机制,其产生的次生代谢产物也将具有良好的开发利用价值,并且已有研究发现一些药用植物的内生菌能够合成与宿主相同或相似的代谢产物。目前研究较多的药用植物有杉科、夹竹桃科、大戟科、額声科、卫矛科、山茶科、小檗科、桑科和红树科等植物,并且这些植物的内生真菌中都发现了各种有用的活性物质。
什么是内生菌?
植物内生菌(endophyticfungi)的定义最早被DeBary在年提出来,植物内生菌是一类能在植物内部各组织中生活的微生物,用来与植物表面的表面菌进行区别,分为内生细菌(endophyticbacteria)、内生真菌(endophyticfungi)及内生放线菌(endophyticactinomyces)三种。年,学者Stone等更进一步充实了内生菌的定义,认为内生菌既包括某一阶段能在健康植物组织内生活的细菌或真菌,也包括那些整个生活史都能在健康植物组织中生活的细菌或者真菌,这些内生菌的共同特点是暂时不会让植株出现病害症状,但能被用严格表面消毒的方法或者是组织学方法从植物组织中分离出来,或者利用DNA扩增技术能从植物组织中直接扩增其DNA,以此来证明与宿主植物的内生关系。内生菌的分布:
内生菌系统分布于植物的根、茎、叶、花、果实、种子等器官、组织的细胞或细胞间隙。其分布情况取决于宿主植物本身以及内生菌的种类,在宿主植物不同器官的分布存在差异,不同内生菌种属占据不同的生态位。在不同植物的不同部位、不同生长时期以及不同的生态环境下,内生菌的种类和数量存在较大的差别。
内生菌与植物的关系:
内生菌与植物体没有精确的物理关系,通过电子显微镜很难找到植物组织内生菌,因此说,内生微生物生活在组织细胞间隙,可能发生细胞的渗透作用,但在自然条件下也不易被观察到。植物内生菌是植物体内微生态系统中的天然组成成分,其长期生活在植物体内这种特殊环境中,不会导致植物患病,反而与宿主植物协同进化,并在演化过程中逐渐形成互惠共生的关系,主要表现在:首先内生菌可以利用寄主植物吸取养料(包括光合产物和矿物质)供自己生命活动所需;其次内生菌对宿主植物体内法的生长发育及演化过程起着关键的促进作用。
内生菌的活性成分及可能的作用机制:
内生菌可自身合成的抗生素、激素、酶抑制剂、诱导物等多种活性物质,也可通过诱导物胁迫宿主植物合成萜类、生物碱、皂苷、黄酮、酚类和多炔类等次生代谢产物。内生细菌和内生放线菌是原核生物,其基因结构、染色体结构、及复制系统与植物有很大的不同,可能在进化水平上影响植物的化学成分。而内生真菌可产生与宿主植物相同或相似活性物质的机制,目前主要有两种解释:一是“基因传递理论”即内生真菌长期生活在宿主植物体内,可能发生基因的交换或传递,使其带有与宿主相同或部分相同的遗传信息,从而拥有与宿主相同或相似的生理生化途径。另一种是“内共生理论”:Margulis的内共生理论认为在共生系统中,若出现了有利的生化途径,就会被共生的生物利用,进而表现出它们之间的相互作用和协同进化。
内生菌抑菌作用的研究:
大量内生菌次生代谢产物体外抗菌试验表明,约有30%的内生真菌能够产生具有抑菌活性的物质,可以保护宿主植物免受其它的细菌、真菌、病毒等的侵害。Brady在分离卷柏内生菌的实验中,分离到一株能产酮内酯的内生真菌,经鉴定为镰刀菌,该化合物有抗真菌活性,对白色念珠菌表现很强的抑制效果。GondSK.从印度药用植物Nyctanthesarbor-tristis中提取出28株内生真菌,对16种病原菌进行抑菌实验,结果显示对病原真菌抑制率为56.25%,病原细菌的抑制率为75%。
毕江涛以柽柳为材料从中分离获得18株内生真菌,经过抑菌实验发现,其中8株对金黄色葡萄球菌表现抑菌作用。曾松荣等从虎杖的根状茎中分离出24株内生真菌,分别对其液体发酵液进行活性检测,结果筛选出3株内生真菌具有抑菌活性,它们分别属于曲霉属、青霉属和无孢菌类。大量研究证明了产抑菌活性次生代谢产物的内生菌普遍存在,也体现了内生菌与宿主植物的互利共生的关系。内生菌的研究在内生菌资源、种群及动态分布、植物内生菌生物学作用、内生菌的生防意义及特殊药用成分等多个方面展开,这对内生菌资源的开发利用提供了重要依据。
(图片来自网络)
供稿:庞文悦
图文编辑:胡志洁
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