植物内生真菌相关研究

陈倩 梧晗怡 邓娟 张小燕 刘俊林

摘 要：植物内生真菌是一个多样性十分丰富的微生物类群，几乎所有的植物都存在内生真菌。植物内生真菌在诸多方面有着重要的生物学作用，随着研究领域的不断拓宽和研究方法的不断深入，植物内生真菌的研究也日益增多。本文总结植物内生真菌的部分作用及意义，为植物内生菌的相关研究提供参考。

关键词：内生真菌;生物学作用;问题

内生真菌（fungal endophyte）是指能寄生在植物体内，且在其生长过程中不会使植物产生任何不良症状的一类真菌，也包括一些腐生菌、潜伏性病原真菌和菌根真菌。内生真菌存在于植物体，在生长过程中会与其宿主植物相互影响、共同进化，并逐渐稳定了彼此之间的生态关系。对二者之间的关系目前主要有两种观点：互惠互利的共生关系和特殊的寄生关系。一方面，宿主植物可以为内生真菌生长提供营养物质，相应地内生真菌也能提高宿主植物对生物因素和非生物因素胁迫的适应性和抗性，其存在也有利于宿主植物的生长繁殖。另一方面，内生真菌和宿主植物是一种动态平衡的关系①，即一般情况下内生真菌的寄生不会导致植物病症，但当植物处于某些不良状态如衰老、胁迫环境时，内生真菌引起植物病害。鉴于此，两者关系有待进一步研究。

内生真菌物种丰富、数量庞大，是很多活性物质的丰富来源。内生真菌的次生代谢物十分丰富，已有运用于植物生长发育、适应环境、病虫害的防治、医药生产等方面的实例，与之相关的研究也越来越被重视，成为目前研究的热点之一②。

1.植物内生真菌的广泛性和生物多样性

首株内生真菌是Vogl从黑麦草（Lolium temulentum L.）种子中分离出来的，开始了人类对内生真菌的研究历史①。但之后的相关研究研究较少，直到近些年来才逐渐被人们关注。从生态学角度来说，内生真菌可广泛存在于自然界的植物体内，尤其普遍存在于陆生和水生植物中，因此其分布广泛，种类繁多。单在沉香Aquilaria subintegra树脂部位就发现内生真菌33株，从新疆药用植物红景天根部织块中也能分离19株内生真菌

③-④，不同植物分离出的内生真菌数量和类型也存在差异，少则十几种，多则上百种，一定程度上体现了其生物多样性。目前研究的关于微生态的植物涉及藻类、灌木和草本等多种类。内生真菌生长过程中主要的传播形式有两种，一种是通过自身的菌丝生长进入植物子房和胚珠，当植物成熟时，内生真菌便可以借助该植物种子进行传播;另一种是其本身可以产生孢子，在外力条件如风力、雨水等作用下途径传播②。内生真菌的数量和种类跟宿主间本身有一定关系，忽略植物中分离出大数量内生真菌的情况，保守假设每种宿主体内能分离大约4、5种专一性内生真菌，以目前世界已知的植物数量2.5×105进行计算，估算内生真菌总数量将超过100万种①。植物内生真菌的广泛性和生物多样性促进了植物内生真菌研究的发展。

2.植物內生真菌的生物学作用

2.1促进植物生长发育

内生真菌能促进宿主植物的生长发育，感染内生菌的植物较一般植物生长快速，其促生作用的产生原因之一是内生菌可产生IAA、赤霉素、细胞分裂素以及细胞激动素等植物生长激素促进植物生长。另一方面，内生菌可增进宿主植物对氮、磷、钾等营养元素的吸收从而促进植物生长⑤。早已有研究表明黄花蒿、红树、兰科药用植物中能产生对植物生长发育有较好的促进作用的赤霉素（GA）、吲哚乙酸（IAA）、脱落酸（ABA）、玉米素、玉米核苷等物质⑥。近来也有研究发现尼瓦拉野生稻、紫花苜蓿中的内生菌能够产生植物生长素，促进植物生长。内生真菌对宿主植物的促进作用可能会影响种子发芽、种子饱满程度、幼苗存活率、分蘖生长情况、花序、有机物质量等多个方面。美国学者Clay研究黑麦草和高羊茅，发现内生真菌的感染使其发芽率提高10%左右，且种子饱满颗粒所占比例也较普通植物有所提高;在之后对高羊茅草场的3年的观察研究证明感染内生真菌植株的存活率比未感染植株高，且产生的分蘖、花序和植物的有机物质量与未感染植株相比有不同程度的提高⑦。N、P、K元素对植物的生长发育有着主要意义，内生菌可增强宿主植物对这几种营养元素的吸收能力，同时，感染内生真菌的牧草、玉米、高粱、水稻等对氮、磷的摄取能力也有所提高。内生菌对病原菌有抑制作用，它们会与病原菌竞争营养物质和生存空间，也会产生拮抗病原菌的物质，这对植物的生长有间接促进的作用。

2.2增强植物的抗逆性

内生真菌也能增强植物的抗逆性，目前对于这一功能的研究也有许多深入和成果。内生真菌增强宿主植物抗逆性的表现主要在提高其宿主植物对干旱、洪水、贫瘠土壤、生物胁迫（如昆虫和食草动物的觅食受到阻碍、抵抗病虫害等）、重金属的毒害等的抵抗能力。就禾草一种植物来说，现有的研究表明感染内生真菌的河草对干旱⑧、病虫害具有更强抗性，更有研究表明感染内生真菌的植株的渗透调节能力也有提高，也有利于植物抗旱。也有研究发现内生真菌不仅可以提升高羊茅对逆性环境如洪水的抵抗能力，还能够增强其在贫瘠土壤中吸收养分的能力。此外， 内生真菌也能增强植物对一些病原真菌和腐生真菌的抗性，保护宿主免受危害。贾彤等在研究白羊草时发现Epichlo属内生真菌对Zn、Cu、Pb、Cd等重金属有不同程度的耐受性。

2.3内生真菌的生物防治作用

有内生真菌寄生的植物能控制植物病害，主要有以下几个原因：产生抗生素类物质、水解酶、生物碱，与病原菌竞争营养物质。在感染内生菌的植物中能产生抗生素类物质，能用于防植物病害。较常见的内生真菌产生的抗生素类型有酚类、羧酸类、醌类、丁酰内酯等⑨。水解酶中，几丁质酶和葡聚糖酶等水解酶原理都是通过破坏真菌的细胞壁、降解其它致病因子如毒素等来提高植物抗真菌的能力，从而达到防病效果。此外，禾本科植物感染的内生真菌能产生多种生物碱如有机胺类物质、吡咯里西啶类物质、吲哚二萜衍生物类物质、麦角碱类物质等，这些生物碱对抗病原菌、线虫等有明显效果。张祖姣等发现抗姜青枯菌银杏内生真菌的代谢产物具有较强的抑菌活性，表明内生真菌对病原菌存在对抗关系，对病原菌的正常生长有抑制作用。

2.4植物内生真菌与医药开发

内生真菌不仅有利于生物防治，还能产生一些有治疗意义的物质，可用于人类疾病治疗药物的生产，具有很高的研究开发利用价值。紫杉醇就是一种常见且重要的抗肿瘤物质，它对治疗卵巢癌、乳腺癌、子宫癌等多种恶性肿瘤有突出疗效，目前已有实例证明能从短叶红豆杉、云南红豆杉、西藏红豆杉、南方红豆杉、喜马拉雅红豆杉、欧洲红豆杉、落羽杉、榧树等分离到相关内生真菌，内生真菌发酵能产生紫杉醇或者形成紫杉醇类似次生代谢产物。元超等在地衣内生真菌的次生代谢产物中发现了具有抗肿瘤活性的化合物，谢少朵等也在雷公藤内生真菌中发现具有抗菌抗肿瘤作用的物质。此外，长春新碱、鬼臼毒素类似物和毛壳甲素也是常见的抗肿瘤药物。长春新碱最开始是从长春花中发现的，也是一种应用广泛的抗肿瘤药物，是治疗何杰金氏病、恶性淋巴肿瘤等疾病的常用药物。鬼臼毒素作为一类天然木质素，具有显著的抗肿瘤活性，王婷等在桃儿七根内生真菌产物中发现鬼臼毒素类成分。

3.植物内生真菌研究的问题

植物内生真菌资源丰富，关于内生真菌及其代谢产物的研究取得了较丰硕的成果，但也存在不少问题。首先，从植物分离内生真菌的过程中诸多因素，不能保证将植物内的真菌全部分离出来。在分离前期也因为有的真菌长势较好，覆盖生长较慢的真菌，也会影响生长慢的真菌的分离，这就导致很多内生真菌不能被分离研究，如何有效地将植物的内生菌全部分离程序出来值得研究。其次，植物内生真菌所具有的生防作用在转化为产品的过程中并没有很好地效果，不能很好地产品化和推广，因此，对于其生防作用的商业化应用有待一步研究。此外，利用植物内生真菌生产抗肿瘤等药物也存在一定的限制，比如菌株产紫杉醇等物质能力不高，导致相关药物成本高，如果单纯只靠从植物内生真菌提取这类物质，毫无疑问相關产业只会止步不前，此时对于植物内生真菌产紫杉醇的机制包括内生真菌的生理特性、生长调节机制、紫杉醇合成机制等应有更深入的研究。

[注释]

①郭顺星.药用植物内生真菌研究现状和发展趋势[J].2018，37（1）：1-13.

②任爱梅，张丽珂，孟宪刚.植物内生真菌研究进展与存在问题[J].广东农业科学，2010，2（11）：103-106.

③Monggoot S， Popluechai S， Gentekaki E， et al. Fungal endophytes： an alternative source for production of volatile compounds from agarwood oil of Aquilaria subintegra[J].Microbial Ecology，2017，74（1）：54-61.

④陈娟，朱军，阎波，等.新疆药用植物天山雪莲及红景天内生真菌的分离与初步鉴定[J].菌物学报，2018，37（1）：110-119.

⑤邹文欣，谭仁祥.植物内生菌研究新进展[J].植物学报.2001，43（9）：881-892.

⑥石晶盈，陈维信，刘爱媛.植物内生菌及其防治植物病害的研究进展[J].生态学报，2006，26（7）：2395-2401.

⑦任安芝，高玉葆.植物内生真菌———一类应用前景广阔的资源微生物[J].微生物学通报.2001，28（6）：90-93.

⑧李秀璋，姚祥，李春杰，等.禾草内生真菌作为生防因子的潜力分析[J].植物生态学，2015，39（6）：621-634.

⑨石晶盈，陈维信，刘爱媛.植物内生菌及其防治植物病害的研究进展[J].生态学报，2006，26（7）：2395-2401.

（作者单位：西北民族大学生命科学与工程学院，甘肃兰州730124）