植物內生菌抗菌活性物質的研究進展

閻紫菲

(內江師范學院，四川 內江 641112)

早在100多年前植物內生菌就被人們所發現，但當時并未發現內生菌對其宿主植物有明顯不良影響，所以其生物學功能研究一直被人們所忽視。直到20世紀30年代，一場大量牧畜中毒事件的發生引起了科學家的關注，研究發現，這些動物是由于啃食了感染內生真菌的牧草致死的[3]。這類微生物的危害性激發了科學家的研究興趣，同時也使植物內生菌的研究越來越廣泛和深入。人們對各種植物內生菌進行了更加全面的研究，發現一些植物內生菌的生物學功能和作用在醫學和生化等方面有著十分重要的地位。植物內生菌發展至今，已經成為當今時代研究的熱點。

1 植物內生菌的分類

蘇林娟研究認為，植物內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，可分為植物內生真菌、植物內生細菌和植物內生放線菌3大類[5]。

1.1 內生真菌

通過對不同植物中的植物內生菌進行研究發現，大多數的植物內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生菌的宿主植物[7]。內生真菌一般在宿主植物的莖、葉等組織細胞中完成生活周期。對不同植物內生真菌的進行研究發現，大多數的植物內生真菌一般不產生孢子，即使形成了孢子也不容易識別。經研究發現，植物內生真菌對其本身的宿主不利影響基本可以忽略不計，其與宿主植物互惠共生。

1.2 內生細菌

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

1.3 植物內生放線菌

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

2 植物內生菌的分離

植物內生菌種類繁多，要研究清楚每種植物內生菌所能發揮的作用關鍵在于宿主植物的選擇。了解到在相似環境中生長的植物內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生菌的作用就必須對宿主植物進行嚴格的挑選[10]。而對植物內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生菌進行分離研究。一般通過采樣、表面滅菌、組織研磨、分離及純培養等步驟來對宿主植物中的內生菌進行分離。

3 植物內生菌的抗菌活性成分研究

通過研究發現，幾乎所有植物內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株內生菌對黃瓜枯萎菌和香蕉枯萎菌有拮抗作用[12]。袁軍等研究認為，宿主植物馬鈴薯塊莖有占總數28.6%的內生菌對環腐病菌有拮抗作用[13]。從目前關于植物內生菌的抗菌研究成果來看，抗菌活性物質一般是從植物內生菌的次級代謝產物發現的，要尋找天然的抗菌活性物質，就必須從植物內生菌的研究入手，即大量的植物內生菌為尋找天然的抗菌活性物質提供了必要的實驗材料。

3.1 植物內生真菌的抗菌活性研究進展

植物內生真菌占植物內生菌的大多數，在抗菌活性研究方面具有舉足輕重的地位，馬養民等研究表明，根據活性產物的生物學特性和物理結構可將從植物內生真菌中產生的抗菌活性物質分為生物堿類、肽類、甾體類、萜類等[14]。

3.1.1 生物堿類

對植物內生真菌的次級代謝產物進行研究，發現其中具有抗菌活性的物質有一部分存在生物堿的性質，所以將其歸為生物堿類。如，由Hom W S等從楊柳科柳屬的細柱柳(Salix gracilistyla)中的內生擬莖點霉分離到的細胞松弛素，對枯草芽孢桿菌、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生真菌現能產生cryptocandin和一種新酰胺生物堿(cryptocin)2種物質，這2種物質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，并對其中的微生物進行研究發現，生存于植物體內部的1種內生真菌Acremoniumsp能產生一種具肽類結構的物質leucinostatin A，這種物質對造成植物疾病的終極腐霉(Pythiumultim um)有較強的抑制作用[18]。從歐洲赤松(Pinussylvestris)和歐洲水青崗(Fagussylvatoca)的內生腐皮擬隱孢殼和無柄盤菌屬中分離到的4個環肽echinocandin A、echinocandin B、echinocandin D和echinocandin H具有抗菌活性[19]。

3.1.3 甾體類

從狗牙根的內生曲霉和Dai J K等從加拿利刺柏的內生真菌分離得到的5，8環二氧麥角甾醇和麥角甾醇，均對幽門螺桿菌有很強的抑制作用[20，21]。

3.1.4 萜類

Singh M P等以Daphnopsisamericana為研究材料，發現在其體內存在1種內生真菌CR115，其能生成1種新的二萜化合物guanacasterpene，這種化合物對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技術對從梯牧草(Phleumpratense L)內生柱香菌中分離得到的7個倍半萜類化合物進行檢測，發現這些倍半萜類化合物均對草本枝孢有較強的抑制作用[23]。

3.1.5 其他類

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

3.2 植物內生放線菌產生的抗菌活性物質研究

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

2000年Strobel研究小組從宿主植物蛇藤(Kenne dianigriscans)中發現了1株能產抗生素的內生鏈霉菌NRRL-30562，這種鏈霉菌所產生的抗生素對多種人類和植物致病霉菌、細菌及瘧原蟲(Plasmodium sp.)具有廣范圍的抑殺活性。可利用植物內生放線菌的抗菌活性解決一些如病原菌感染等的生物學問題。

3.3 植物內生細菌的抗菌活性物質研究進展

幾乎所有的植物內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的黃綠假單孢菌(Pseudomonas viridiflava)，能產生1種抗菌物質ecomycins對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株內生細菌中的13%對辣椒疫病菌有較強的拮抗作用[31]。

4 植物內生菌的其他藥用價值研究

4.1 植物內生菌的抗癌活性研究

迄今為止，紫杉醇被認為是世界上最有效的天然抗癌物質，其遍及于瀕危植物紅豆杉內，由于自然資源非常珍貴，無法獲得大量的紫杉醇。從而造成紫杉醇價格昂貴。不能高效進行抗癌研究。科學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，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紫杉醇的內生真菌的出現，才解決了這個問題。這類真菌的出現為人類的抗癌研究提供了更多的實驗材料。李萬奎等研究指出，目前人們已從宿主植物榧樹、銀杏等體內成功發現了能產生紫杉醇及其衍生物的內生菌[32]。此外，通過研究還發現，可以從一些常見的植物中取得能產紫杉醇的內生菌。如，對宿主植物松樹(Wollemianobilis)和茜草科植物(Maguireothamnusspeciosus)體內可得到2種能產紫杉醇的內生真菌[33，34]。這些能分離出紫杉醇及其衍生物的內生菌的發現為紫杉醇的來源提供了更好的研究方向，為人類攻克醫學難題提供了重要的實驗材料。

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，均是從喜樹的皮和果實中提取出的，其抗癌作用機理是抑制致癌瘤因子NO的產生，具有一氧化氮抑制活性，可被用來治療腫瘤。長春花，別名金盞草，是一種草本植物，可用于急性淋巴細胞性白血病、淋巴肉瘤、巨濾泡性淋巴瘤等疾病的治療。主要是從長春花全草中分離出70余種生物堿中的6種生物堿(長春堿、長春新堿、環氧長春新堿、長春贊定、長春文堿、羅威定堿)發揮抗腫瘤作用。

4.2 植物內生菌的抗病毒活性研究進展

植物內生菌能夠產生許多活性代謝產物，通過對其產生的活性代謝物質進行研究發現，其中一些活性代謝產物具有抗病毒活性[35]。現今社會乙型肝炎病毒、H7N9禽流感病毒和HIV等引起的疾病傳播對人類的健康產生了巨大影響。為了預防和治療一些流行疾病的傳播，需研發出更安全有效的抗病毒藥物。目前已從內生真菌Cytortaemasp和巨大戟烷型二萜酯中發現了能夠有效抑制HIV病毒的物質[36]。植物內生菌的活性代謝產物可分為羧酸類化合物、酮類化合物、醌類化合物、雜環化合物、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，是可以重復利用的資源，通常可以經過菌種誘變、培養條件改變以及代謝調控等手段進行目標產物的優化，對藥物的研發有非常重要的作用。

4.3 植物內生菌的抗氧化活性研究進展

通過對植物的抗氧化作用進行研究，發現這種抗氧化性對高等動物疾病有很好的防治作用，目前發現的天然抗氧化劑可用于醫學、食品、保養品等方面[37]。科學家希望通過對在植物中生存的各類微生物的相關生物學功能進行研究，以找到天然的抗氧化物質。而在植物組織中較為普遍的是內生菌[38]，活性氧是由是活動植物對內生菌的防御反應造成的，對細胞的一些正常生命活動有一定的影響[39]。經研究表明，對植物內生真菌、細菌和放線菌進行研究發現，不管是哪種內生菌都能產生抗菌活性物質，植物內生真菌和內生放線菌產生的更多。

5 展望

植物內生菌遍及自然界各類植物中，其所產生的次級代謝產物種類繁多，每種產物都具有十分廣泛的應用前景。在當前自然界中植物內生菌資源如此豐富的情況下，如何提取出所需的代謝物質，成為了當今時代需要關注的內容[40]。通過研究發現，不同植物體內定居的內生菌區系往往具有不同的特點，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生菌中獲取需要的新資源，來幫助攻克醫學界的難題以及人類生存的難題。