植物內生菌及其次生代謝活性物質多樣性的研究進展

王莉衡

(西安文理學院生物技術學院，陜西 西安 710065)

內生菌(Endophyte)是一類在其部分或全部生活史中存活于健康植物組織內部，而不使宿主植物表現出明顯感染癥狀的微生物，它是植物微生態系統的天然組成部分。自1898 年Vogl等從黑麥草(Loliumtumelentum)的種子中分離出第1 株內生真菌以來，內生菌的研究已有百余年的歷史。研究表明，一些植物組織中存在大量有益的內生菌，這些內生菌與宿主發生關系時，在植物體內能產生多種生物學作用，可以提供植物所需要的營養物質如氮源(內共生固氮)及一些激素，參與植物的防衛功能，促進植物快速生長，提高植物抗逆境、抗病害、抗動物危害的能力[1,2]。因此，合理利用植物內生菌具有重大的理論意義和實用價值[3～7]。作者在此對植物內生菌及其次生代謝活性物質多樣性的研究進展進行了綜述，以期為進一步開發利用植物內生菌及其次生代謝活性物質提供幫助。

1 植物內生菌的多樣性

植物內生菌是一個多樣性的生物類群，種類極其豐富，廣泛分布于各種陸生及水生植物中。目前，已從藻類、苔蘚類、蕨類、裸子植物和被子植物中分離得到了內生菌,且系統地分布于植物的根、莖、葉、花、果實和種子等器官和組織的細胞或細胞間隙。

植物內生菌的多樣性主要包括以下三方面：寄主植物種類多樣性、內生菌在寄主植物不同部位分布多樣性和內生菌自身種類多樣性。植物內生菌包括植物內生真菌、內生細菌和內生放線菌[8～10]。研究表明，多數內生真菌屬于子囊孢子類，包括核菌綱、盤菌綱和腔菌綱，其中分布廣泛的是半殼霉屬、擬隱孢霉屬、擬莖點霉屬和葉點霉屬等[11]。內生細菌多為假單胞菌屬、腸桿菌屬、土壤桿菌屬、志賀氏菌屬、檸檬酸細菌屬、黃色單胞菌屬等[12]。絕大多數內生放線菌為鏈霉菌屬、小雙孢菌屬、諾卡氏菌屬、小單孢菌屬、鏈孢囊菌屬等[13]。總體而言，內生菌分布情況取決于宿主植物本身以及內生菌的種類，在宿主植物不同器官的分布存在差異，不同的內生菌占據不同的生態位。同時，內生菌的分布還受到地理位置、氣候條件等諸多環境因素的影響。

2 植物內生菌次生代謝活性物質的多樣性

1993年,美國蒙大拿州立大學Strobel等[14]從短葉紅豆杉(Taxusbrevifolia)的韌皮部分離到1株產新型抗癌物質紫杉醇的內生真菌，從而啟發了人們可以從植物內生菌尋找植物產生的相同或相似的活性化合物。據不完全統計,近10年來至少從植物內生菌中發現了幾十種具有抗菌活性的次生代謝物質，主要有萜類、生物堿類、芳香類、肽類等化合物,具有較強的抑菌、殺菌活性。

2.1 抗腫瘤活性物質[15]

2.1.1 紫杉醇(Taxol)

紫杉醇是一種具有紫杉烷骨架的二萜類化合物，對卵巢癌、乳腺癌、肺癌、食道癌、前列腺癌以及直腸癌等均有療效，是目前從植物中發現的最重要的抗癌活性物質之一。現已發現紅豆杉屬中的許多種如短葉紅豆杉、云南紅豆杉(Taxusyunnanensis)、南方紅豆杉(Taxusmairei)等植物內生菌都能產生紫杉醇[16,17]。此外，許多植物分離出的某些內生真菌也能產紫杉醇，如從落羽松(Taxodiumdistchum)[18]、榧樹(Torreyagrandifolia)[19]、銀杏(Ginkgobiloba)[20]以及松樹(Wollemiamobilis)[21]中均分離到能產紫杉醇的內生菌。

盡管目前發現的產紫杉醇的內生真菌種類較多,但在人工培養中,內生真菌產紫杉醇的量是很低的,每升培養基中僅達到微克甚至更低的水平,這也是通過微生物發酵途徑生產紫杉醇的主要限制因素。

2.1.2 其它抗腫瘤活性物質[22]

鬼臼毒素(Podophyllotoxin)是一種存在于鬼臼類植物中的天然木脂素(Lignans)，能抑制微管蛋白的解聚、阻斷中期相細胞的分裂，并具有抑制DNA 拓撲異構酶的活性，是合成多種抗癌藥物的前體。研究者分別從桃兒七(Sinopodophyllumemodi)、南方山荷葉(Diphylleiasinensis)、川八角蓮(Dysosmaveitchii)中分離到了產鬼臼毒素的內生真菌[23～25]，對小細胞肺癌、淋巴癌等多種腫瘤疾病均有很好的療效。

長春堿(Vinblastine)和長春新堿(Vincristine)是有效的抗癌藥物，一般用于治療白血病和惡性淋巴瘤等疾病。張玲琪等[26]、郭波等[27]均從長春花(Catharanthusroseus)莖皮中分離到了產長春新堿的內生真菌。

生物堿類細胞分裂抑制素(Cytochalasins)既具有抗腫瘤活性，又具有抗菌活性。生物堿類物質在內生真菌中普遍存在，內生真菌如炭角屬(Xylaria)、莖點霉屬(Phoma)、炭團菌屬(Hypoxylon)等都是產生物堿特別是細胞分裂抑制素的代表屬真菌。

2.2 抗菌活性物質

研究發現，一些來源于植物內生真菌、內生放線菌和內生細菌的天然產物不僅對病原微生物有抑制和殺滅作用，還對其它的細菌、真菌、病毒和一些原生生物有抑制作用。

2.2.1 多肽類

Strobel等[28]從雷公藤(Tripterygeumwilfordii)中分離到的內生真菌Cryptosporiopsiscf.quercinaPetr能產生一種具有抗霉菌活性的新型環肽抗生素Cryptocandin。Castillo等[29]從藥用植物蛇藤(Snakevine)中分離到的StreptomycesNRRL30562能產生多肽化合物Mununabicins A、B、C、D，它們對多種人體和植物致病霉菌、細菌及瘧原蟲(Plasmodiumsp1)具有廣譜抑殺活性。Guo等[30]從分離到的內生真菌Cytonaecmasp.中獲得了三縮酚酸異構體Cytonic acid A 和B，它們對人細胞巨化病毒蛋白酶具有抑制作用。何紅等[31]從辣椒中分離到1株內生枯草芽孢桿菌(Bacillussubtilis)，該菌株產生的抗菌蛋白為環脂抗菌多肽，它對植物炭疽病菌和番茄青枯病菌等多種植物病原真菌和細菌有強烈的抑制作用。

2.2.2 生物堿類

Castillo等[29]從藥用植物蛇藤(Snakevine)中分離到的StreptomycesNRRL30562能產生一 種對稻瘟病菌(Pyriculariaoryzae)及其它多種植物病原真菌有強抑殺作用的新酰胺生物堿Cryptocin。王巍等[32]從金雀根植物內生菌HB1代謝物中分離到了具有抑制霍亂弧菌活性的吲哚類生物堿Neoechinulin A。

2.2.3 萜類

Strobel[33]發現Muscodoralbus可以產生一系列萜類物質，如Bulnesene、Valencene 等，它們對許多人體致病菌都具有很強的抑制活性。Singh等[34]從1 株未鑒定的內生真菌CR115 的發酵液中分離到一種對多種革蘭氏陽性和陰性細菌以及白色念珠菌(Candidaalbicans)有抑制活性的二萜化合物Guanacastepene。Brady等[35]從來源于Selaginellapallescens植物莖的內生真菌鐮刀菌(Fusariumsp.)CR377的培養物中分離到一種對白色念珠菌有較強活性的新型酮內酯化合物Pentaketide。

3 結語

植物內生菌具有多種生物學功能，能產生多種次生代謝活性物質，這些活性物質包括多肽、萜類等,其產生菌也不僅僅局限于內生真菌,內生放線菌和內生細菌也偶有出現,充分說明了植物內生菌及其次生代謝活性物質的多樣性。特別是在尋找新的天然藥物以及防治植物病蟲害的藥物方面，植物內生菌將是一個新的資源庫，在農業、醫藥、食品工業等領域具有潛在的應用價值。

參考文獻：

[1] Stone J K，Bacon C W，White J F.An Overview of Endophytic Microbes：Endophytism Defined[M].New York：Marcel Dekker,2000：3-29.

[2] Sturz A V，Christie B R，Nowak J.Bacterial endophytes：Potential role in developing sustainable systems of crop production[J].Critical Reviews in Plant Sciences，2000，19(1):1-30.

[3] Bird L S，Liverman C,Thaxton P，et al.Evidence that Microorganisms in and on Tissues have a Role in a Mechanism of Multi-adversity Resistance in Cotton[M].Proc Beltwide Cotton Prod Res Conf，National Cotton Council of America，Memphis，TN,1980:283-285.

[4] Elzik K M.Symbiotic organism associated with plant part of MAR and no-MAR cottons[J].Phytopathology,1985，75：1344-1347.

[5] Schipper B.Molecular Aspects of Plant Growth AffectingPseudomonasspecies in Reorganization in Micro Plant Symbiotic and Pathogen Interaction[M].Berlin Heidelbery：Spring-Verlay，1986：238-241.

[6] Cook C G，El-Zik K M,Bird L S,et al.Effect of treatment withBacillusspecies on cotton root traits，yield，and phymatotrichum root rot[J].Proceedings-Beltwide Cotton Production Research Conferences,1987，47：235-239.

[7] 劉淑芬,韓寶坤.植物內生菌研究綜述[J].邯鄲農業高等專科學校學報，2000，17(2):15-20.

[8] Azevedo J L，Maccheroni J W，Pereira J O，et al.Endophytic microorganisms：A review on insect control and recent advances on tropical plants[J].J Biotech，2000，3(1)：40-65.

[9] 郭良棟.內生真菌研究進展[J].菌物系統，2001，20(1):148-152.

[10] 曹理想,周世寧.植物內生放線菌研究[J].微生物學通報，2004,31(4)：93-96.

[11] Carroll G.Fungal endophytes in stems and leaves：From latent pathogen to mutualistic symbiont[J].Ecology,1988，69(1):2-9.

[12] 姜怡,楊穎,陳華紅，等.植物內生菌資源[J].微生物學通報,2005,32(6)：146-147.

[13] 陳華紅,楊穎,姜怡，等.植物內生放線菌的分離方法[J].微生物學通報,2006，33(4)：182-185.

[14] Strobel G，Stierle A，Stierle D.Taxomyces andreana：A proposed new taxon for a bulbilliferous by phomycete associated with pacific yew(Taxusbrevifolia)[J].Mycotoxon，1993，40(7)：71-81.

[15] 江曙,陳代杰,陶金華，等.植物內生菌及其代謝產物的藥學研究進展[J].中國生化藥物雜志，2008，29(6)：424-426.

[16] Shrestha K，Strobel G A，Shirvastava S P，et al.Evidence for paclitaxel from three new endophytic fungi ofHimalayanyewof Nepal[J].Planta Medica，2001，67(4)：374-376.

[17] Wang J F，Li G L，Lu H Y，et al.Taxol fromTuberculariasp.strain TF5，an endophytic fungus ofTaxusmairei[J].FEMS Microbiol Lett,2000,193(2)：249-253.

[18] Li J Y，Strobel G，Sidhu R，et al.Endophytic taxol-producing fungi from bald cypress，Taxodiumdistichum[J].Microbiology，1996，142(8)：2223-2226.

[19] Li J Y，Sidhu R S，Ford E J，et al.The induction of taxol production in the endophytic fungusPericoniasp.fromTorreyagrandifolia[J].J Ind Micribiol Biotechnol，1998，20(5)：259-264.

[20] Kim S U，Strobel G A，Ford E.Screening of taxol-producing endophytic fungi fromGinkgobilobaandTaxuscuspidatein Korea[J].Agric Chem Biotech，1999，42(2)：97-99.

[21] Strobel G A，Hess W M，Li J Y,et al.Pestalotiopsis guepinii，a taxol-producing endophyte of theWollemipine，Wollemianobilis[J].Aust J Biotech，1997，45(6)：1073-1082.

[22] 黎萬奎,胡之璧.內生菌與天然藥物[J].中國天然藥物，2005，3(4):193-199.

[23] 李海燕，王志軍,張玲琪，等.一種桃兒七內生真菌的分離初報[J].云南大學學報(自然科學版)，1999，21(3)：243.

[24] 曾松榮,邵華,張玲琪.從南方山荷葉分離出一株產鬼臼毒素類似物的內生真菌[J].微生物學雜志，2004，24(4)：1-2.

[25] 郭仕平，蔣斌,蘇瑩珍，等.川八角蓮內生真菌產鬼臼毒素類似物的初步研究[J].生物技術，2004，14(2)：55-57.

[26] 張玲琪,郭波,李海燕，等.長春花內生真菌的分離及其發酵產生藥用成分的初步研究[J].中草藥，2000，31(11)：805-807.

[27] 郭波,李海燕,張玲琪.一種產長春堿真菌的分離[J].云南大學學報(自然科學版)，1998，20(3)：214-215.

[28] Strobel G A，Miller R V，Martinez-Miller C，et al.Cryptocandin，a potent antimycotic from the endophytic fungusCryptosporiopsiscf.quercina[J].Microbiology，1999，145(8):1919-1926.

[29] Castillo U F，Strobel G A，Ford E J,et al.Munumbicins，wide-spectrum antibiotics produced byStreptomycesNRRL30562，endophytic onKennedianigriscans[J].Microbiology，2002，148(9)：2675-2685.

[30] Guo B，Dai J R，Ng S，et al.Cytonic acids A and B：Novel tridepside inhibitors of hCMV protease from the endophytic fungusCytonaemaspecies[J].J Nat Prod，2000，63(5)：602-604.

[31] 何紅,蔡學清.內生菌BS-2 菌株的抗菌蛋白及其防病作用[J].植物病理學報,2003，33(4)：373-378.

[32] 王巍,陳超,楊君,等.植物內生真菌代謝物吲哚生物堿Neoechinulin A[J].天然產物研究與開發，2007，19(1)：48-50.

[33] Strobel G. Harnessing endophytes for industrial microbiology[J].Curr Opin Microbiol，2006，9(3)：240-244.

[34] Singh M P，Janso J E，Luckman S W，et al.Biological activity of guanacastepene，a novel diterpenoid antibiotic produced by an unidentified fungus CR115[J].J Antibiot，2000，53(3)：256-261.

[35] Brady S F，Clardy J.CR377，a new pentaketide antifungal agent isolated from an endophytic fungus[J].J Nat Prod，2000，63(10)：1447-1448.