淺析植物內生菌的發展

孟凡佳++孟憲文++吳春艷

摘 要：內生菌是一種存在于植物內部的微生物，其同植物之間密不可分。人們通過不斷的研究，在內生菌的活性以及其同宿主之間的關系上取得了新的進步，進展也十分之迅速，并逐步的在農業生產以及實用領域中應用內生菌。近年來我國在植物宿主同內生菌之間的關系研究的進展中，發現了內生菌可以反作用于宿主。因此文章主要對內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。

關鍵詞：植物 宿主 內生菌

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，并不會對植物組織造成危害的微生物，內生菌也包括暫時不會產生傷害性的菌根菌以及潛伏性的病原體。對內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生菌形成了共生關系。并且內生菌具有極大的適應性，在宿主中生長的過程中，同宿主之間相互協調適應，逐漸形成了穩定的互利共生形態。宿主通過光合作用可以產生內生菌賴以生存的養分，用以生存。而內生菌代寫產生的代謝物往往能夠提高宿主中抗菌以及促生物質的產生，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，人們已經開始意識到內生菌在生物生長中的作用，并逐步的將其轉移到生物科學研究領域中，而研究的主要內容為內生菌的活性成分及其同宿主時間的關系，其中研究最為廣泛的則是內生菌的抗蟲工程。這些研究在微生物同植物性能表現有著直接關系，因此在理論上具有重要價值，同時在農作物的生產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生菌活性以及應用方面的研究進行了論述，以期能夠對內生菌資源的利用以及保護提供幫助。

1 內生菌的活性成分研究

目前已經發現的內生菌存在于各種植物中，種類已經超過129種，分屬于54個屬。其中ajmalicine，vindoline以及serpentine的產量較高，在開發潛力上前景較好。

很多內生菌即便生長在非藥用植物內也能夠產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，其植物體內的一種鏈霉菌能夠產出光譜抗生素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。另外值得我們關注的是杜香中也能夠分離出可以產生抗菌性的內生菌，且比例達到了10%，其中14%的產出活性物質具有抗氧化性。此外，海生植物才是內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%的內生菌提取物具有抗癌作用，72%的內生菌提取物具有抗菌作用，16%的內生菌提取物具有真菌抗性。截止到去年，已經發現178種還剩植物的內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生菌，并且主要是植物的內生放線菌，其不僅為植物同時也為人類提供了不同種類的抗生素。隨著科技的發展，人們在植物放線菌中還發現了能夠抗感染、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，該種內生菌能夠產生具有抗癌作用的紫杉醇。

很多植物的內生菌只有在特定的環境下才能夠產生相應的物質，所以受到操作以及提取工藝的影響，有些內生菌產物不會被檢測出來。因此目前人們在內生菌的研究領域中，主要面對的問題就是高效篩選出具有活性的內生菌天然產物。目前主要應用的方式有兩種：第一種通過對關鍵酶的檢測進行提取，主要采取基因檢測手段，對天然產物的合成中所需關鍵酶進行檢測。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，但是會對非常態合成的化合物造成遺漏，而且根據實踐證明，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生菌天然產物合成的促進予以提取。例如：用專業特殊的酶對特定種類的真菌進行處理，在其中大多數的真菌中其化合物水平普遍上調，有些甚至發現了新的化合物。

1.1 調節植物生長發育的活性物質

植物的內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對植物的生長發育具有很好的調節作用。具體表現：促進幼苗的存活，促進種子的發芽，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，內生菌對植物的生長影響主要是由于其能夠產生對植物生長具有調節作用的物質，從而對植物的發育一級生長造成間接影響。這些物質主要有細胞激動素、赤霉素以及生長素，當然還有一些其他的物質。以苦蕎為例，從其中分離出的兩種內生菌能夠產生一種物質，該物質能夠對苦蕎樣本中的氨解酶的活性造成影響，從而調整植物的萌發，產生一定的促進作用。而從野生的鐵皮石斛中分離出的內生菌，能夠有效的促進鐵皮石斛根系以及莖的發育生長，并通過現有的實驗確定了促生的溶液最佳濃度。而龍葵中LREO7內生菌能夠產生ACC以及吲哚乙酸和鐵載體，能有效對礦質磷酸鹽進行溶解，且對植物的生長進行促進。

2 相互關系

多數內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，還能夠對空氣中的氮氣進行吸收，這種內生菌能夠有效的發揮固氮作用，固氮內生菌的作用發揮主要依賴于宿主植物多余的能量，且不會形成特化結構，能夠在宿主植物中的各種器官中發揮作用。另外有些內生菌還能夠提供啊植物對于氮、磷、鉀等營養物質的吸收，以此保證植物的有效生長。

有些植物的內生菌不僅僅保證、促進了植物的生長，在植物體內發揮其應有的固氮以及促營養物質吸收的作用，而且還能夠有效提升植株的環境抗性，有些植物在同內生菌共生后很多抗病性以及環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生菌，通過研究發現，該內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內生菌可以有效的預防早疫病發生在辣椒幼苗中，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生一定作用。另外，通過對西紅柿的三種內生菌進行研究，發現其在西紅柿根部以及發芽的影響中能夠有效降低病菌性病害的產生，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現了一種內生菌，該種內生菌能夠產生酸類、酮類、醇類、脂類以及油脂等有機物，而該類有機揮發物能夠對致病菌產生有效的抗性。endprint

目前的研究主要集中在內生菌對宿主植物的作用，而植物對內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，有利于內生菌黏附在一起形成在宿主內易于生存的生物薄膜結構，進而促進內生菌的生長。滑桃樹種子提取物對其內生菌的生長有促進作用。由此可見，植物與內生菌之間是一種互惠互利的關系，兩者的結合增加了各自的適應能力。

3 內生菌的應用

3.1 在活性物質生產方面的應用

利用植物內生菌尤其藥用植物內生菌生產高活性物質，已經取得豐碩的成果。今后，除了對藥典藥內生菌開發外，利用來源于民間草藥的內生菌生產新型天然活性物質是一個值得重視的途徑。

3.2 在經濟作物種植方面的應用

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

3.3 在環境保護方面的應用

利用植物內生菌進行生物防是現在研究的熱點。它可以減少化學農藥的使用，減輕環境污染。土壤重金屬污染是當今面臨的一個全球性環境問題。利用對重金屬具有積累能力的內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 在衛生保健方面的應用

內生菌產生的活性物質除可以直接作為藥用成分外，還可以作為添加劑改善產品的品質。從云南烤煙組織中分離出一株內生菌株。將其發酵液添加到成品煙葉中，發現煙葉中煙堿和亞硝酸鹽含量都發生了變化。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亞硝胺（TSNA）的前體物。

4 展望

目前雖然關于內生菌的研究很多，但在實際生產實踐中的應用還不是很多，比如內生菌用于生物防治時，周圍環境（土壤、植株表面及根際分泌物等）及植物體內部的微生態環境都對內生菌的生長和作用的發揮存在著一定的影響（如：拮抗或競爭等），從而使得內生菌劑的防治效果不穩定，妨礙了內生菌的應用。目前，對許多內生菌產的活性物質研究不完全清楚，難以得到較為純凈的有效成份。這也影響了內生菌的實際應用。但從長遠角度看，內生菌的研究會給內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應用前景。

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

參考文獻

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