植物内生酵母研究简况*

慕丽琴 冯汉青

（西北师范大学生命科学学院 甘肃兰州 730070）

酵母是植物中内生微生物的独特类群，与内生细菌和丝状真菌一起栖息在一个小而独特的生态位中。内生酵母生长过程中所产生的植物激素和其他因子可促进寄主植物生长、维持寄主植物健康。不同于细菌在植物体内的繁殖，酵母缺乏鞭毛，可能已开发出其独特的植物繁殖方式。在改善作物生长及提高经济效益等方面，酵母菌的社会接受度比细菌高。内生酵母在生物化学生产方面具有优于工业酵母菌株的优势，因为它们更擅长利用植物的己糖和戊糖，并且对植物化学物质的耐受性更强。对内生酵母的研究是一个新领域，可为植物微生物学及重要的农业和工业应用提供新的知识。本文对来自各种植物物种的内生酵母分离的有限文献进行调查，并总结这些探索酵母分离物的应用。

1 植物内生酵母的多样性

目前，有关内生酵母的研究大部分都集中在对多年生木本植物的研究上，最早的相关报道是对黑云杉（Picea mariana）芽和针叶中内生真菌的研究［1］。在该研究中，研究者对400 个黑云杉芽进行检测后，仅发现了1 种内生真菌分离菌株，然而从针叶里却分离出914 种。其中，大多数真菌分离菌株属于少数分类群，只有11%是酵母菌，研究表明了内生酵母在黑云杉中的定殖是发生在发芽之后。通过深入研究，研究者还发现内生菌的数量与树龄呈正相关。第1年从针叶样本中分离的内生菌中仅有4%为真菌样本，而到第3年时达到了90%。

研究发现，北京油松松枝的内生酵母菌株相对其他植物较少［2］。实验选取了30 棵不同的油松并制成小枝切片，用麦芽提取物平板仅分离出3个酵母菌落，未发现丝状真菌。这些被分离的酵母菌株在最初被确定为Rhodotorula minuta，但随着研究的推进，研究者发现这些酵母菌株核苷酸的差异存在于一些核糖体基因区域中，并进一步证明该菌株是一个新的物种Rhodotorula pinicola，与从南极分离出的一种酵母密切相关。

与北京油松一样，在研究红杉枝条时，研究者几乎没有发现内生真菌［3］。但却从红杉的嫩枝中分离出4 种酵母菌种：包括2 种汉逊德巴利酵母（Debaryomyces hansenii）、出芽酵母菌（Trichosporon pullulans）和未知的红色担子菌（Basidiomycete）。随后，研究者对红杉老枝进行研究时，从中分离出汉逊氏芽孢杆菌，同时指出红木森林生物多样性水平总体上低于相关的酵母多样性水平。

在研究以橡树和榆树为主的温带森林时，研究人员用顶鹤从植物叶片中分离出多种内生真菌［4］，并指出各种内生真菌对于栖息地的偏好，其中包括对寄主物种的选择、对光照的需求和对季节变化的适应。在分离出的48 个真菌分类群的626 个分离物中，只有1 个是酵母物种Filobasidium uniguttulatum。

英国橡木的橡子中也分离出了内生酵母［5］。发现在橡树种子发芽之前，唯一存在的酵母菌种是Candida railenensis；而在其种子萌发过程中，内生酵母的数量高达107 CFU／g。

同时，从杨树（Cottonwood）中也分离出3 种粉红色素的酵母。包括从俄勒冈州和华盛顿州的温室中生长的杂交杨树中分离到2 种不同的Rhodotorula mucilaginosa菌株；从俄罗斯河岸环境中生长的毛果杨中分离出的Rhodotorula graminis菌株。这3 种菌株均可产生高水平的植物激素吲哚乙酸，并且在普通植物糖（包括蔗糖、葡萄糖和木糖）上生长良好。

新疆大学研究者从胡杨树干汁液中也分离出了内生酵母［6］，经形态学特征、生理生化特征等方面进行对比分析，最终鉴定该菌株为Rhodotorula minuta近似种。

另一些研究人员从柳树中分离出了内生酵母［7］。在叶表面上分离出3 种 酵母菌种：隐球菌属、粘帚菌属和胞囊线虫属。但在植物内部却主要以新种Ogataea cecidiorum为主。与毕赤酵母种类最接近的菌株在延迟几天后能发酵葡萄糖（具体菌株尚不明确），但不能发酵植物糖、蔗糖、半乳糖和木糖。

在对巴西热带生态系统中的植物进行研究时，研究人员共收集了54 种兰科植物作为主要研究对象，共分离出10 多株丝状真菌［8］，子囊菌（念珠菌属）和担子菌属（R.mucilaginosa）酵母菌在植物体内也被发现。

评估印度药用植物Alstonia scholaris内生真菌的抗菌活性时，研究人员对印度西孟加拉邦7个不同地点选取的1 002 个植物样本的3 种组织（叶柄、树皮和叶片）进行了植物内生菌的分离，分离出的真菌属于19 属，包括4 种不明真菌和酵母，共计分离出1 152 个内生真菌。同时，研究者还发现3 种植物组织（叶柄、树皮和叶片）的内生真菌定殖率有较明显的差异。此发现为内生真菌的组织具有特异性提供了有力的证据。

2012年，研究人员对被称为万年青（Solanum cernuum）的巴西药用植物进行了内生真菌多样性及抗菌活性的研究，最终共得到246 株内生真菌，其中包括21 种酵母及225 种丝状真菌［9］。随着研究的推进，研究者还发现分离出的酵母菌数量有随季节变化而变化的趋势，在冬季共分离得到18种酵母，而在夏季仅分离到3 种。

内生植物酵母的存在已被证明是一个广泛的自然现象。研究发现，植物贮藏组织很有可能是内生酵母的最佳定殖环境。该研究共筛选了29 种森林和草地植物中的内生酵母，包括最常见的白色隐球酵母（22 株）、汉逊酵母（34 株）、Metschnikowia pulcherrima（11 株）、Rhodotorulaspp.（4 株），此外，还有其他19 种较低频率的物种。通过进一步的研究发现，不同植物器官中有不同的优势酵母菌属，例如，红酵母属是地下植物贮藏器官中最普遍的属，而在肉质果实的组织中内生酵母主要为Hanseniaspora和Metschnikowia属。

对玉米根内生酵母的筛选中，研究者共分离出24 株内生真菌，并且发现一些菌株能产生植物激素（IAA 或IPYA），Williopsis saturnus激素产量最高，而那些不产生植物激素的菌株最终被鉴定为粘红酵母（Rhodotorula glutinis）。

研究者从巴西的甜橙植物（Citrus sinensis）中也分离出内生酵母。根据形态特征，研究者将分离出的24 株菌分为3 组：A 组包括念珠菌属、毕赤酵母属和短柄亚种。B 组由隐球菌属（Cryptococcusspp.）组成。在所有样品中都检测到C 组包含的粘液菌，而蒙古毕赤酵母主要存在于感染了病原体Xylella fastidiosa的植物中。未感染植物中的内生酵母菌浓度最高，以隐球菌为优势种。当3 组加入到无菌苗的根中时，45 d 苗龄的幼苗内的内生菌浓度为106～109 CFU／g。酵母主要在植物根、茎和叶中定殖，部分酵母则是在气孔中被观察到，植物表面并未发现有酵母的存在。为了研究毕赤酵母与疾病的相关性，研究人员分别将毕赤酵母培养物的无细胞提取物和隐球菌培养物添加到病原体的体外培养物中。隐球菌提取物无效，但毕赤酵母提取物促进了Xylella的生长。

2 植物内生酵母的应用研究

目前，对内生酵母的研究主要集中在生态学方向，植物内生酵母还有许多潜在价值并未得到充分开发。内生酵母可生产一定价值的生物化学品，还可作为抗菌剂和生物催化剂，并在促进植物生长方面也有一定的用途，例如，普通酿酒酵母仅能发酵六碳糖，这是由于高含量的半纤维素是由五碳糖组成，故使木质纤维素发酵无效。而研究者采用从杨树中分离的红酵母分别发酵木糖和葡萄糖，最终得到了木糖醇和乙醇［10］。糖尿病患者食用木糖醇（甜味剂的替代品）后，血糖水平不会升高。杨树内生酵母菌株的遗传分析表明，与其他酵母菌的木糖基因相比，杨树内生酵母菌株的木糖代谢基因具有独特和复杂的多内含子结构。而2 种杨树内生酵母木糖基因表达水平的比较表明，较好的木糖发酵剂具有较高的基因表达，此项研究为进一步改良菌株提供了一定的途径。杨树内生酵母也显示出对一些常见的发酵抑制剂具有抗性［11］。

一些内生酵母菌株具有可应用于制药的抗菌特性。Vaz 等［8］对巴西兰花内生真菌的研究表明，13 株酵母菌中有3 株具有抗菌活性。这3 种酵母的粘液提取物对粘红霉、贝辛氏菌和近平滑念珠菌这3 种致病性菌株呈现>1 mg／mL 的最小抑制浓度值。尽管酵母提取物的活性比其他一些内生真菌提取物的活性弱，但多项研究指出内生酵母菌具有很好的开发潜力。另一种巴西植物的内生菌，也显示了其作为抗菌素来源的潜力［12］。在这2项研究中，目标微生物都是人类病原体，对于分析内生酵母保护植物宿主免受病原体侵害的潜在能力提供了一定的依据。

内生酵母也具有工业规模生产治疗剂的潜力。对于植物中的各种碳源，由于其能很好地适应，因而可利用低成本的物质将内生酵母从环境中分离出，相比于传统的工业酵母菌株，内生酵母可能会具有更耐寒、更耐用的优势。

一些内生酵母菌株会产生植物激素，进而促进了植物的生长，例如，玉米内生酵母菌株中有8株产生生长素IAA 和IPYA［13］。3 株杨树内生酵母Rhodotorula graminis和2 株R.mucilaginosa也 产生IAA，其中一部分的玉米内生菌菌株和所有的杨树菌株需要L-色氨酸作为IAA 生产的前体。玉米内生菌对于玉米的生长起着促进作用，一定程度增加了干重及根和芽的长度，内生酵母促进了宿主植物及其他植物的生长。来自杨树的内生酵母菌株WP1 强烈地促进了甜椒的生长，根和芽质量均增加了60%，开花和结实提早，并且显著增加了果实产量［13］。在一项有关测试杨树内生菌对甜玉米影响的研究中，接种了WP1 的玉米增加了84%的根质量和41%的地上部分质量，并且增加玉米叶的面积。在目前的大田试验中，与未接种的对照组相比，用内生酵母接种杨树也增加了植株高度，这些研究表明，通过内生酵母的使用可促进植物生长。

3 结论

对于植物内生酵母的研究，当前阶段报道较少。Pirttila 等［14］明确指出低估了植物样品内的内生酵母的作用，对于植物内生酵母种群的精准评估，最必需重视的就是内生酵母的分离方法。

内生酵母资源十分有价值，却利用不足，目前研究的重点在于内生细菌和丝状真菌在生物合成、生物转化和生物降解等方面的应用，而内生酵母在工业生产中，生物化学方向上所具有的重要潜在用途却没有得到相应的重视。酵母比丝状真菌更容易培养，因此，内生酵母在各种生物合成应用中存在着巨大的潜力。内生酵母在植物病原体生物防治中的应用尚未得到很好的探索。研究证明内生酵母对植物生长具有显著的影响，在农业生产中，利用这些天然酵母以改善农业和生物能源的生物质生产，也是植物内生酵母的重要研究方向。