植物内生细菌3
植物内生细菌3
冯永君① 宋 未②
①博士生,首都师范大学生物系,北京100037
②研究员,博士生导师,首都师范大学生物系,北京100037
3国家自然科学基金资助项目(批准号:39770023)
关键词 植物内生细菌 植物微生态学 内共生固氮
植物内生细菌是指能定殖在健康植物组织内,并与植物建立了和谐联合关系的一类微生物,有生物防治、植物促生和内共生固氮作用.在农业生产过程中,由于农药和化肥的大量使用以及农田耕作的单一化,使植物和土壤中微生物的多样性大为减少.在人们日益重视人与自然和谐相处的今天,研究和利用植物内生细菌对于替代或减少农药和化肥的使用,改善农业生态系统,保持植物微生态系统的生物多样性以及维护农田生态平衡实现可持续发展都有重要意义.
一、引 言
植物内生细菌名称的由来是经历了几十年的发展才逐渐形成的.起初,人们对健康植物组织中存活的微生物并未引起重视,但后来越来越多的微生物(特别是细菌)从植物的根、茎、叶、穗中分离出来,人们才意识到这些从植物中分离的微生物可能与植物存在某种相互关系.随着对这类微生物研究的不断深入,1992年克洛珀[1]第一次提出了“植物内生细菌”(endophytic bacteria)的概念.植物内生细菌是指能定殖在健康植物组织内,并与植物建立了和谐联合关系的一类微生物.内生细菌在植物体内的定殖是一个主动过程,定殖细胞必须是活的和能增殖的;定殖后的内生细菌不会对植物造成实质性的危害症状[2].
虽然植物内生细菌概念提出的时间尚短,然而这一概念一经提出就立刻引起了微生物学家、植物学家和微生态学家以及作物学家的广泛关注.首先,这是因为内生细菌概念的提出完全打破了人们对植物组织的传统认识:传统的观念一直认为健康的植物组织内是无菌的.虽然在1992年克洛珀提出内生细菌的概念之前的几十年的发展时间里,已从植物组织内越来越多地分离了许多微生物,但人们还是认为这是一些潜在的植物病原菌,因而始终未引起广泛关注和高度重视.克洛珀总结了前人的工作将这些“内生细菌”作为一个概念提出后,才使人们意识到不得不抛弃以前的所谓“潜在的植物致病菌”的片面性见解,重新面对这个新鲜事物.因而可以说植物内生细菌概念的提出是植物微生物学学科发展的一次革命.内生细菌的研究已成为植物微生态学和微生物学学科交叉的新的生长点.
其次,人们不禁要问,为什么植物体内要含有这些细菌呢?它们的行为是怎样的,有何应用价值?一些初步的研究已经证实,内生细菌在植物体内不仅积极地生存着,而且还能产生多种生物学作用,如固氮作用,促进植物生长作用和对病虫害的防治作用等[3].这些研究结果的公布立即让生态学家和作物学家兴奋起来.人们注意到植物-内生细菌这种和谐共生,互利共栖的生命形式,可能是未来生态型农业发展的一条重要思路.所以,开展植物内生细菌的研究不仅对植物微生物学科的基础研究有重要的理论价值,而且对农业可持续发展也有重要的实践意义.
二、植物内生细菌和植物之间的关系
目前关于植物内生细菌和植物之间的关系的认识上,主要有两种观点.一种是传统的观点,认为植物内生细菌是潜在的植物致病菌.研究者从植物病理学的角度着手,研究重心是单个微生物及其致病性,目的在于分离内生细菌,鉴定致病性,阻止其进入周围环境.通过这方面的研究发现,多数植物内生细菌有潜在的植物致病性,它们在侵染健康植物时,不表现实质性的致病症状,但当无病症的健康植物偶然受到来源于生物的或非生物的胁迫条件的威胁,以及受到突然恶劣的环境变化的冲击而造成植物自身的防御功能严重削弱时,一部分内
生病原菌就会活跃地生长起来,引起植物的病害.
另一种观点认为,植物内生细菌与正常生长状态的植物之间是和谐共处的关系.研究者从植物体内的微生态学的角度着手,研究重心是植物与内生细菌群之间的相互关系,目的在于探索内生细菌在植物体内的生物特性,以及与植物的相互关系和生物学作用,研究这种和谐关系,以期将其应用于农业.持这一观点的人认为,传统的所谓“潜在的植物致病菌”的说法,只是在植物处于极端不正常的状态下才会出现,因而对通常处于健康生长的植物来说,不具有普遍意义.目前,后一种观点已为大多数人接受.
三、植物和内生细菌的微生态系统
植物体本身可以看作是一个复杂的微生态系统.在这个系统中,多种微生物能与植物形成营养和竞争的小社会.该系统中的栖息者就是各种各样的细菌,包括准备侵染的植物体外的外围细菌,也包括正在溶透植物组织和已经定殖的内部细菌.不同的内生细菌占据不同的生态位,在这个植物微生态系统中,各种不同的细菌之间能建立一种动态的平衡体系[4].生物多样性是构成生态系统的基本条件.就微生物的数量而言,可分为优势种和稀有种.它们有些是有益的,有些是中性的,有些是有潜在危害的.众多的稀有种和几个优势种是构成微生态系统的生物因素.内生细菌与内生细菌之间,内生细菌与宿主植物之间的充满和谐与竞争的微生态系统是在长期系统发育过程中共进化的结果.
除了来源于种子外,大部分内生细菌的定殖起源于种子发芽期.在幼苗期植物能产生许多能为各种微生物识别的信息分子,如类黄酮类物质等,尽管宿主相关性微生物、腐生细菌和寄生细菌等都能识别这些信息分子,但只有与宿主“亲合性”最强的微生物能占据根际位置,并阻止其他特异性较差的定殖者的进入.这就是用植物根际促生细菌(plant growth2prom oting rhizobacteria, PG PR)接种到作物上进行生物防治达到增产效果的原理.当内生细菌在植物根外附着后就开始侵入宿主:进入宿主是避免外部激烈竞争的一个行之有效的途径.最后进入宿主的才是侵染过程的真正胜利者.
需要指出的是,不同内生细菌进入植物体内后仍然存在种间竞争,直到重新创建一个相对稳定的平衡体系.这样一来,植物体就可以看作是一个由自身的活体组织和定殖在体内的内生细菌共同构成的生态体系.在植物生活史的整个过程中维持动态的平衡.因而,内生细菌生态学的研究内容不仅包括微生态环境的组成,而且要特别重视时空条件变化时它们之间的关系变化.微生物之间的关系有竞争关系,也有可能形成营养代谢链,但优势微生物可能会更好地利用营养物质.
四、内生细菌的侵染和定殖
一般说来,内生细菌一旦进入植物体内就寻找适于自己生存的植物组织(更确切地说是组织的细胞间隙或细胞内)定殖下来,而不是在整个植物体内的各种组织间到处扩散.内生细菌选择定居点的原则是:一是没有其他内生细菌的干扰;二是能满足自己的营养需要.内生细菌可以很容易地穿过植物皮层进入木质部导管中,随着植物的生长可以将内生细菌运送到植物上部营养器官或繁殖器官中.有些内生细菌定殖在植物种子内,称为“种生内生细菌”.它们成为下一代植物新植株内生细菌的重要来源.有些内生细菌可以再回到空气中,通过空气运动重新分布到植物叶茎等处,再通过气孔、水孔、皮孔等回到植物体内.内生细菌也可以通过介壳虫以及其他一些昆虫的协助进行传播和再分布.另外,植物内生细菌还可以由根际真菌的携带达到侵染和重新分布的目的.
因此不难看到,内生细菌侵染植物并建立微生态系统不是被动的偶然的过程,而是个主动的过程,只有那些经常(而不是偶然的)可以从某些宿主分离到的内生细菌,才是真正意义上的内生细菌.
根据植物与内生细菌的关系可以将内生细菌分为专性内生细菌和兼性内生细菌.大多数内生细菌属于兼性内生细菌.因为它们除了能在植物体内存活外,还可以在根际或土壤中存活.但也有些是专性内生细菌.如腐烂棒杆菌(Corynebacterium sepedonicum)是甜菜专性内生细菌,织片草螺菌(H erbaspirillum seropedicae)、红苍白假单胞菌(P seudomonas rubrisubalbicans)是玉米、甘蔗、高粱等植物的专性内生细菌.它们不能存活在植物组织外部,而只能在活植物组织或残体中存活,跟随植物的整个生活史而存活,并通过种子传播到下一代.内生细菌在植物体内存活的持久性如何,是长期居住还是短期居住,是存在于植物的整个生活史,还是生活史的某一阶段?这些特征的关键在于它们对宿主环境的适应性如何,适应性强则生存时间长.根据宿主专一性的不同,又可以将内生细菌划分为专一宿主内生细菌和多宿主内生细菌.虽然似乎可以从多种宿主上分离到同一种内生细菌,但并不是说内生细菌是无专一性的.因为宿主专一性的问题很大程度上是菌株水平上的专一性,而不是菌种水平上的专一性.宿主专一性的实质是内生细菌与
宿主和谐性的问题,是内生细菌应用研究中最重要的问题之一.
五、内生细菌在农业上的应用
植物内生细菌的应用价值可以归结为生物防治作用:促生作用和固氮作用.植物体转入一些内生细菌后,就能抵抗某些鳞翅目和线虫等的入侵.促生作用可以分为直接促进植物生长(通过产生植物激素或固氮作用)和间接促进植物生长(通过抗植物致病菌等)两种情况.
1.生物防治病原菌
从百慕大草中分离的木质棍状杆菌犬齿亚种(Clav2 ibacter xyli subsp.cynodontis)接种到一些植物上后可以很快侵染到整个植物体中.利用这一特点将苏云金杆菌(Bacillus thuringiensis)的伴胞晶体编码基因转移到这种内生细菌中,实现了对欧洲玉米螟的生物防治[5],减少了化学农药的使用.将苏云金杆菌基因转入蜡状芽孢杆菌(B.cereus)内,实现了对两种鳞翅目昆虫的防治[6].利用从棉花中分离的内生细菌对棉花枯萎病进行防治也有了成功的例子.克洛珀等[7]也用内生细菌防治了植物致病性线虫.我们利用从水稻中分离的几种内生细菌进行了研究,发现它们能很好地诱导水稻对白叶枯病的抗性[8].
用内生细菌进行生物防治的原理,主要是有些内生细菌在植物体内可以产生一些抗生素对病原菌有拮抗作用.有些内生细菌能产生杀菌蛋白,也能起到杀灭病原菌的作用;有些内生细菌能产生几丁质酶,可以裂解真菌性病原菌的细胞壁从而起到生防作用.除了上面提到的特异性抗生物质外,内生细菌的生物防治作用还有非特异性一方面,即内生细菌定殖在植物体内实际上是占据了植物上的生态位点.由于位点和生存空间的限制,就阻止了病原菌的入侵和定殖.内生细菌还可以与病原菌形成营养竞争的对抗关系,使病原菌因得不到正常的营养供给而消亡.
2.促生作用
研究表明,有些植物内生细菌能产生植物促生物质,如植物激素等.在这方面研究最多的是吲哚乙酸.假单胞菌属,芽孢杆菌属等都能产生分泌吲哚乙酸或赤霉素,草生欧文氏菌(Erwinia herbicola)不仅能产生吲哚乙酸,而且还能产生细胞分裂素.这些物质都能有效地促进植物的生长.从墨西哥分离的18株重氮营养醋杆菌(Acetobacter diazotrophicus)[9]都有产生生长素的能力.表明重氮营养醋杆菌在与植物相互作用过程中不仅能固氮,而且还可以通过生长素的调节作用影响植物的代谢,促进植物生长.最近,我们的一项研究表明,产酸克雷伯氏菌(K lebsiella oxytoca)产生的生长素对水稻植株的生长和发育起着重要的调节作用[10].
3.生物固氮作用
人们对内生细菌的生物学作用方面最感兴趣的莫过于其内共生固氮作用.目前关于非豆科作物的共生固氮问题的研究,主要有两种思路.其一,利用根瘤菌能够被一些非豆科作物的根毛吸附的特点,在人为条件下使之形成类似根瘤的结构,实现非豆科作物的共生固氮;其二,将固氮基因及相关基因引入禾本科作物使其能自主固氮.这两种思路虽然有一定的可行性,但都存在巨大的困难:经过这种对植物微生态系统和代谢系统的人为改造后,宿主植物需要将很大一部分能量用于固氮作用,从而严重破坏了植物对微生态系统和代谢系统正常的自我调节作用,结果是不但不能促进植物的生长,反而抑制了植物的生长.研究发现,很多植物内生细菌可以从空气中吸收氮气,并将其固定为化合态氮,这为人们研究非豆科作物共生固氮又提供了一条新思路.这是因为内生细菌与宿主植物之间的充满和谐与竞争的微生态系统,是在长期系统发育过程中共进化的结果,能在最大程度上受到植物整体水平上的调节.固氮内生细菌与植物之间无论在微生态学上还是在代谢上是一种和谐联合的关系.固氮内生细菌能利用植物产生的多余的能量发挥固氮作用,但又受到植物的这种长期共进化过程中形成的调控系统的宏观调节,植物能始终处于相对较为主动的地位.因而,有效地发挥非豆科作物内生细菌的共生固氮作用,在一定程度上可以取代或减少化肥的使用.在巴西和菲律宾,虽然连年不施氮肥,但甘蔗和水稻依然能获得较高的产量.研究认为,就是由于甘蔗和水稻体内的内生固氮细菌为其提供了氮素.这里需要强调的是,固氮内生细菌的内共生固氮与根瘤菌的共生固氮是不同的.前者不形成特化结构,几乎可以在宿主植物的各种营养器官内发挥固氮作用;而后者必须在宿主植物的特定器官上形成根瘤,才能发挥固氮作用.共生体的宿主特异性要强于前者.
固氮内生细菌可以划分为兼性固氮内生细菌和专性固氮内生细菌[11].前者无论在根表、根内还是在土壤中都表现出活跃的生存状态,而后者在根内或茎叶等部位定殖,但在土壤中存活困难.同兼性固氮内生细菌相比,专性固氮内生细菌不能在植物组织外部生存,但是可以随着宿主植物的生物循环通过种子、种子萌发产生
的新组织和植物新植株进行散播.另外,兼性固氮内生细菌可以侵入并定殖到植物内部组织,但与专性固氮内生细菌不同的是,它们能在植物组织外部存活一定的时间.从植物中分离的固氮螺菌属(Azospirillum)、草螺菌属、重氮营养醋杆菌和成团泛菌(Pantoea agglomerans)等,都有固氮活性,并已在温室或大田里进行了实验.我们对水稻“越富”品种的研究表明,仅在这一种水稻中分离的具有固氮活性的细菌就涉及到9个属的14个种[12].其分布是十分广泛与普遍的.有固氮活性的重氮营养醋杆菌能定殖在热带禾本科植物的体内,利用高蔗糖浓度的半固体培养基可从甘蔗根和茎中分离到重氮营养醋杆菌、虽然偶尔也能发现该菌在甘薯等其他植物上生长定殖,但是分离起来往往十分困难[13].织片草螺菌等几种草螺菌属于固氮内生细菌,织片草螺菌能在许多禾本科植物上定殖.重氮营养醋杆菌和草螺菌属的几种内生细菌却不能从没有耕种过这些作物的土壤中分离.这些细菌也不能较好地在土壤中存活.用高梁种子发芽培养的方法,可以在土壤样品中捕获到织片草螺菌.说明高粱苗释放的物质激活了土壤中那些活的但处于不可培养状态的细菌[14].用水稻进行的一项初步研究表明,水稻能产生一种分子结构类似于类黄酮(豆科作物根瘤形成时产生的信息分子)的化合物.与重氮营养醋杆菌相比,草螺菌属的细菌在环境中还有其他一些不同的传播方式.其中最重要的是后者可通过谷物的种子传播.但是两者在植物中的生长与增殖过程是相似的. 研究还发现,在不同基因型的甘蔗体内,同一固氮内生细菌的固氮活性明显不同.说明植物的遗传因子对内生细菌生物固氮过程的效率有影响,但是目前关于植物基因型与内生细菌相互作用的研究尚未深入展开.用免疫学方法进行的显微观察已证明,重氮营养醋杆菌和草螺菌属的几种内生细菌主要定殖在甘蔗根部和的其他地上部位.另外,用免疫金标记技术证明,在甘蔗的叶细胞间隙和高粱叶的原生木质部有草螺菌的固氮活性.在重氮营养醋杆菌PA L5侵染的甘蔗茎的基部检测到固氮酶的活性,但同时用固氮基因nif D缺失突变体侵染的甘蔗却没有检测到固氮酶活性.为了弄清植物的基因是如何受相关固氮内生细菌诱导表达的,最近用ddRT-PCR技术分离了一段基因[15].根据这段基因可以推出它所编码的蛋白质M isA2的序列.M isA2的序列与已知蛋白质数据库内的所有蛋白都不表现同源性,但M isA2富含脯氨酸.这个特点却与在根瘤菌侵染线内的植物细胞壁上与根瘤形成有关的泊位蛋白很相似.还分离到另一个基因,它所编码的蛋白称做AcA5,与酵母内体膜同源性较高,在草螺菌侵入到甘蔗体内后,总是要形成一层包围在菌体外的膜状结构叫做外周膜,AcA5可能与外周膜的形成有关.尽管根瘤菌-豆科作物,固氮内生细菌-甘蔗的共生过程形成的结构迥异,但是它们都能形成外周膜结构.可能有完全相似的侵染和定殖机制,关于这一问题需要进一步的研究证实.
六、结束语
由于农药和化肥的使用以及农田耕作的单一化,使植物和土壤中微生物的多样性大为减少.研究植物内生细菌对于重新建立植物体内细菌的多样性,保护植物减少来自环境和虫害的压力,为植物提供氮肥和植物促生有重要作用.在人们日益重视人与自然和谐相处的今天,植物-内生细菌这种和谐联合的生命形式,为未来生态型农业发展提供了一条重要思路.它对于替代或减少化肥和农药的使用,改善农业生态系统,保持植物微生态系统的生物多样性,以及维护农田生态平衡实现农业可持续性发展将起到重要作用.(2001年3月20日收到)
1 K loepper J.W.,Beaucham p C.J.Can.J.Microbio L,1992;38:12192 i232
2 M ishagi I.J.,D onndelinger C.R.Phytopathol.,1990;80:8082811
3 Fiore S.D.,G allo M.DE L.Endophytic bacteria:their possible role in the host plant.In:Fendrik,I.eds.Azospirillum VI and related microor2 ganisms.Berlin:S pringel2Vefiag,1995:1692187
4 Fisher P.J.,Petrini O.,Lappin Scott H.M.New Phytol.,1992;122: 2992305
5 M iller P.D.,K itt D.G.Mirobiol Releases,1993;2:81284
6 M ahaffee W.F.,M oar W.J.,K loepper J.W.Bacteria endophytes genet2 ically engineered to express the CryllAδ2endotoxin from Bacillus thringiensis subsp kurstaki.In:Ryder,M.H.eds.Improving Plant Pro2 ductivity with rhizosphere Bacteria,Australia:CSIRO,1994:2452246
7 K loepper J.W.,et al.Plant and Soil,1991;136:952102
8 杨海莲等.植物病理学报.1999;29(3):2862287
9 D obereiner J.Symbiosis,1992;13:1213
10 吕泽勋,宋未.分析测试学报.1999;18(5):42244
11 Baldani V.L.D.,et al.Symbiosis,1992;13:65-73
12 杨海莲等.植物学报.1999;41(9);9272931
13 Cavalcante V A.,D obereiner J.Plant and Soil,1988;108:23231
14 Olivares,F.L.,et al.Biol.Fertil.Soils,1996;21:1972200
15 Baldani,J.I.,et al.Nitrogen2fixing endophytes:recent advances in the ass ociation with graminaceous plants grown in the tropics.In:E lmerich,
C.Des.Biological Nitrogen Fixation for the21th https://www.360docs.net/doc/634591683.html,herlands:
K luwer Academic Publishers,1998:2032206
E ndophytic B acteria
Feng Y ong2jun①,S ong Wei②
①Ph.D.Candidate and②Pro fessor,Supervisor o f Ph.D.Candidates, Department o f Biology,Capital Normal University,Beijing100037
K ey w ords endophytic bacteria,plant microecology,endosymbiosis nitro2 gen fixation
植物内生菌的研究
植物内生菌的研究 摘要：植物内生菌是植物微生态系统的重要组成部分，在长期的协同进化过程中，与植物形成了互惠互利的关系。植物内生菌能够产生活性物质，可作为生物防治资源、外源基因的载体和新药的来源，在农业、医药卫生领域有着巨大的应用潜力。但是虽然经过几十年的研究，目前植物内生菌的研究仍处于起步阶段，对其开发和应用刚刚展开。 关键词：植物内生菌，发展，应用，问题 植物体内普遍存在着内生菌，由于其生活在没有外在感染症状的健康植物组织内部，因此植物内生菌的存在和作用长期以来未被发现。直到20世纪30年代，由于牲畜食了感染内生真菌的牧草，给畜牧业造成重大损失，才开始对植物内生菌有了初步认识。内生菌一词“endophyte”最早是由德国科学家yDeBerr于1886年提出。1986年，Carrol将植物内生菌定义为生活在地上部分、活的植物组织内不引起明显症状的微生物。1991年，Petrini提出植物内生菌是指生活史的一定阶段生活在活体植物组织内不引起植物明显病害的微生物。1992年，K1eopper等认为植物内生菌是指能够定殖在植物细胞间隙或细胞内，并与寄主植物建立和谐联合关系的一类微生物，并首次提出了“植物理内生细菌”的概念，他认为能在植物体内定殖的致病菌和菌根菌不属于内生菌。 目前，植物内生菌较被公认的定义是指那些在其生活史的一定阶段或者全部阶段生活于健康植物的各种组织和器官内部的真菌或者细菌，被感染的宿主植物(至少是暂时)不表现出外在症状，是一个生态学概念，而非分类学单位。 植物内生菌的研究现状 1. 植物内生菌的生物多样性 植物内生菌的生物多样性主要包括寄主植物种类多样性、内生菌在寄主植物不同部位分布多样性和内生菌自身种类多样性。研究发现植物内生菌广泛存在，地球上300000种植物中都有内生菌的存在。农业上对内生菌研究较多的植物有水稻、小麦、棉花、高粱、牧草、马铃薯、玉米、甘蔗、甜菜、黄瓜、柠檬等。研究发现植物内生菌几乎存在于植物的所有组织中，不仅存在于植物的根、茎、叶、花、果、胚、种子中，在植物的根瘤中也分离到了内生菌。 植物内生菌的种类也十分繁多，主要包括内生细菌、内生真菌和内生放线菌三大类。目前已报道在各种农作物及经济作物中发现的植物内生细菌已超过129种，分属于54个属，主要为假单胞菌属(Pseudomonas)、肠杆菌属(Enterobacter)、芽孢杆菌属(Bacillus)、土壤杆菌属(Agrobacterium)、克雷伯氏菌属(Klebsiella)、泛菌属(Pantoea)、甲基杆菌属(Methylobacterium)等。植物内生真菌主要在药用植物、羊茅属植物、热带树木中研究较多，现在发现的内生真菌主要为子囊菌类(As comycet)及其无性型，包括核菌纲(Pyrenomyetes)、盘菌纲(Discomyetes）和腔菌纲(Loculoascomyetes)等。植物内生放线菌主要在红树林、热带多年生树木及一些药用作物中研究较多，主要为链霉菌属(Streptomyces)、链轮丝菌属(Streptoverticillum)、游动放线菌属(Antinoplanes)、诺氏卡菌属(Nocardia)、小单胞菌属(Micromono sp.ora)。 2. 植物内生菌的动力学研究 植物内生菌的动力学主要指内生菌在植物体内的定殖、分布和运动。内生菌一旦进入植物体内就寻找适合自已生存的组织定殖下来，而不是在各组织间到处扩散。Posada和Vega 认为植物内生细菌主要定殖在细胞间隙。刘忠梅等采用链霉素和利福平抗性标记B946菌株发现B946向茎基部和叶内转移。植物内生菌可以定殖于植物的根毛、叶片、维管组织、木质部的表皮细胞、细胞间隙、细胞质中等。内生菌可以很容易地穿过植物皮层进入木质部导管中，随着植物的生长可以将内生菌运送到植物上部营养器官或繁殖器官中。而有些内生菌定殖在植物种子内，成为“种生内生菌”，成为下一代植物新植株内生菌的重要来源。
植物内生菌
植物内生菌是指那些在其生活史的一定阶段或全部阶段生活于健康植物的各种组织和 器官内部的微生物，被感染的宿主植物不表现出外在病症，可通过组织学方法或从严格表面消毒的植物组织中分离或从植物组织内直接扩增出微生物DNA的方法来证明其内生。它不仅包括互惠共利的和中性的内共生微生物，也包括那些潜伏在宿主体内的病原微生物，这些微生物有细菌、真菌、放线菌等。自1898年Vogl从黑麦草种子内分离出第一株内生真菌以来，植物内生菌作为一种新的微生物资源受到了广泛的关注，从内生菌中寻找和发现新的活性化合物已成为国内外研究的又一热点。近年来，该领域的研究已取得一定进展，发现了一些有医用、农用价值的菌株和化合物。 1. 内生真菌 从牧草中分离得到的内生真菌香柱菌，所产生的波胺碱和黑麦草碱类物质对昆虫具有杀伤作用，对牲畜等脊椎动物无毒。Strobel等从雷公藤的茎中分离得到一株内生真菌，能产生一种肽类抗生素Cryptocandin，它能抑制灰葡萄孢）等一些植物病原真菌，分离自同一内生真菌的一种新酰胺生物碱cryptocin对稻瘟病菌（及其他多种植物病原真菌有强的抑杀作用。纪丽莲等人从黄海海岸低盐药用植物芦竹中分离得到一株木霉属的内生真菌，它对黄瓜灰霉病菌有较强的抑菌活性。 2. 内生细菌 从辣椒中分离出的一株内生枯草芽孢杆菌，该菌株分泌的抗菌多肽对热稳定，在中性PH范围较稳定，并抗紫外线照射，对植物炭疽病菌和番茄青枯病菌等多种植物病原真菌和细菌有强的抑制作用。 3. 内生放线菌 链霉菌属于放线菌，它占具有生物活性的植物内生放线菌的绝大部分。澳大利亚Coombs研究小组从小麦根部分离的60多株放线菌中筛选到防治小麦全蚀病的菌株，在温室试验中可使小麦全蚀病的危害降低70%。Strobel等在蛇藤中分离到一株新的链霉菌，它能产生4种新的广谱抗生素Munumbicins A、B、C和D，这些抗生素对多种人体和植物致病霉菌、细菌及疟原虫具有广泛的抑杀活性。最近，Strobel等又从一种有叶蕨类植物中分离到一株新内生链霉菌，它能产生一种被称为kakadumycins的新型抗菌素，对炭疽芽孢杆菌和疟原虫均具有抑杀活性，其生物活性比棘霉素强。从卫矛科植物分离的内生链霉菌产生的新chloropyrrol抗生素对多种耐药性细菌和分枝杆菌有抑制活性。从杜鹃花植物中分离的链霉菌产生新的抗真菌物质fistupyrone，对植物病原真菌甘蓝黑斑交链格孢有抑制作用。李萌等从油菜和芹菜的茎和叶中分离得到215株内生菌，18株对蔬菜立枯丝核菌、直啄镰刀菌、苹果黑腐皮壳有很好的拮抗作用，其中有8株为放线菌；从油菜茎中分离出的内生放线菌CHSH19A经鉴定为一株链霉菌Streptomyces sp．，活性筛选结果证明其具有极强的抗立枯丝核菌活性。 植物内生菌是一类次生代谢产物丰富、应用前景广阔的资源微生物。近年来，植物内生菌由于能够产生丰富多样的具有农药活性的次生代谢产物，在自然界中具有重要的生态学作用，引起了人们广泛的关注并取得很大进展。从微生物中寻找发现新型先导化合物，是新农药研制的重要途径。内生菌作为微生物中的重要类群，其物种丰富，数量庞大，这为新农药的研究和开发提供了巨大的资源库。最近一个全面的研究显示，51%的从植物内生菌分离的生物活性物质是以前没有发现的化合物，而从土壤微生物发现的新物质仅为38%。由此
植物内生细菌研究进展
植物内生细菌研究进展 摘要:植物内生细菌是植物微生态系统的重要组成部分，具有广阔的理论研究价值和开发应用前景。本文从植物内生细菌的概念、生物学作用及其应用等方面对近年来植物内生细菌的研究现状进行了综述,并展望其应用前景，以便为进一步研究和应用这类微生物提供信息。 关键词: 植物内生细菌，固氮作用，绿色菌肥 引言: 植物内生细菌系统地分布于植物体内，与植物在长期系统发育共进化过程中建立了一种和谙联合的关系。植物内生细菌有丰 富的种群多样性，对宿主植物具有内生固氮、生物防治以及促 进生长等多种生物学作用，可应用于防治植物病害、植物内生 细菌联合的生物修复以及作为外源基因的载体等具有广泛的 开发和应用价值，已成为国内外研究的热点。在人们日益重视 人与自然和谐相处的今天,研究和利用植物内生细菌对于替代 或减少农药和化肥的使用,改善农业生态系统,保持植物微生 态系统的生物多样性以及维护农田生态平衡实现可持续发展 都有重要意义。 正文: 1.植物内生菌的发展及概念 植物内生细菌名称的由来是经历了几十年的发展才逐渐形成的。1876 年, Pasteur 从无菌葡萄果汁中提取出内生细菌, 内生细菌由
此逐渐引起了人们的关注[1], 传统观念曾认为健康植物体内不含细菌,从健康植物体内分离获得的细菌是由于消毒不严而受污染引起。直至上世纪20～50 年代, 人们陆续从 30 多种健康植物体内分离到多种内生细菌, 植物体内含有细菌的事实才被肯定。1866 年 De Bary 为将植物组织内生活的微生物与植物表面生长的表生菌(Epiphyte)区别开来, 首先提出了内生菌的概念[2]。1992年Kloeooer 首次提出了“植物内生细菌”(endophytic bacteria)的概念[3]。1995年Wilson将植物内生菌的概念概括为: 植物内生菌是指能在整个或部分生活周期中侵染活植物体, 但对植物组织不引起明显症状的微生物, 包括真菌和细菌[4], 1997 年 Hallmann 等又对植物内生细菌的概念进行了补充, 认为植物内生菌可从植物表面或从植物内部获得, 且它们的存在未使植物的表型特征和功能有任何改变[5]。.综上所述,植物内生细菌至今尚无统一的定义.但普遍认可它应具有如下特征:一是能在活体植物内定殖;二是不引起寄主植物组织结构发生明显变化;三是在正常情况下，一般不引起寄主植物出现病害症状.符合这3个特征的微生物基本上属于内生菌的范畴[6]。 2.内生细菌的种类 内生细菌具有丰富的物种多样性。通过对棉花、水稻、玉米、甘蔗、马铃薯、柑橘等50多种农作物以及果树、蔬菜、杂草中的内生细菌进行的研究[7一15]，发现了包括革兰氏阳性和阴性菌共计54个属。各种农作物及果树等经济作物中发现的内生细菌已超过120种,
植物根围促生细菌的研究进展及在林业上的应用
2010年6月第39卷 第2期 山西林业科技 SHA NX I FO REST RY SCI ENCE A N D T ECHN OL O GY Jun.2010V ol .39 N o .2 植物根围促生细菌的研究进展及在林业上的应用 陈 春 (山西省林业科学研究院,山西 太原 030012) 摘 要:植物根围促生细菌(P GPR )通过一种或多种不同的作用机制对植物产生直接或间接的作用从而促进植物生长。综述了PG PR 的国内外研究概况以及PG PR 的特征,从P GP R 促生长作用、PG PR 生防功能两方面论述了PG PR 在林业上的应用,最后简要介绍了PG PR 应用于林业的现实意义。关键词:植物根围促生细菌;特征;林业;作用 中图分类号:S 718.89 文献标识码:A 文章编号:1007-726X (2010)02-0033-02 Research Progress of Plant Growth Promoting Rhizobacteria (PGPR )and Its Application in the Forestry Chen Chun (Shanx i A cad emy of Forestry sciences ,030012T aiyuan ,China ) Abstract :P lant gr ow th pr omo ting rhizo ba ct er ia (P GP R )can stimulate the g r ow th o f plants by one o r mor e o f a number o f different mechanisms indir ectly o r directly.T he paper summarize resear th pro gr ess of PG PR at ho me and a br oad,and the character istics of P GPR.PG PR can also r esist harmful patho gens o f plants a nd pr omo te plant gr ow th.In recent year s,P GP R have been applying to the for estry gr adually.Key words :plant g ro wt h pr omo ting rhizobacter ia ;char acter istic fo restr y ;effect 收稿日期:2010-03-22 作者简介:陈 春(1981- ),女,山西忻州人,太原理工大学在读硕士研究生,助理工程师。 近年来,随着工业的高速发展,环境污染进一步加剧,人们的环保意识日益加强,渴望找到一种不仅能降低农药和化肥的使用量,同时还能够不影响甚至促进植物生长的有效方式[1]。在这样的现实背景下,对植物根围促生细菌PGPR (Plant Grow th Pro moting Rhizobacteria)的研究越来越受到关注。美国、日本、澳大利亚等国均展开了对PGPR 的专项研究,PGPR 逐渐成为国际上的研究热点[2]。我国在研究和应用PGPR 方面也取得了一些成果,已分离得到多种PGPR,并在农业和林业上展开了应用。 1 PGPR 的研究概况 “植物根围”(rhizo sphere)这一概念是由德国微生物学家Lorenz Hiltner 在1904年提出的,用于描 述豆科植物的生长与其根部细菌的关系,在我国有“根际”、“根圈”、“根域”等不同译称。PGPR [3]是指生存在植物根围区域,对植物生长有促进作用或 对病原菌有拮抗作用的有益细菌的统称。最早报道的PGPR 是1978年由Burr 和Schroth 发现的马铃薯根围促生细菌,之后发现的PGPR 主要集中于假 单胞菌属(Pseudo monas )和芽孢杆菌属(Bacillus )的细菌。近年来研究发现原核微生物的某些放线菌以及真核微生物的许多真菌也具有促生作用,但仍沿用PGPR 来泛指他们,可见PGPR 在研究发展进程中,其内涵和外延都不断得以丰富和扩展[4]。 当前对PGPR 的认识已经深入到基因组学、蛋白质组学、细胞以及“植物—环境”关系[5] 等研究水平。随着各项研究的不断深入,对PGPR 的作用机制也有了新的发现。例如:已应用于实践的“植物共生菌”,其促生机制包括诱导植物产生生长激素、嗜铁素、溶磷菌,可以提高土壤Fe 活性、土壤可溶性磷含量[6] 和植物对环境的耐受力等。而近年来,PGPR 能够帮助植物忍受重金属、干旱、盐分和肥力过盛或不足的能力正成为研究的新热点。
植物内生细菌3
植物内生细菌3 冯永君① 宋 未② ①博士生,首都师范大学生物系,北京100037 ②研究员,博士生导师,首都师范大学生物系,北京100037 3国家自然科学基金资助项目(批准号:39770023) 关键词 植物内生细菌 植物微生态学 内共生固氮 植物内生细菌是指能定殖在健康植物组织内,并与植物建立了和谐联合关系的一类微生物,有生物防治、植物促生和内共生固氮作用.在农业生产过程中,由于农药和化肥的大量使用以及农田耕作的单一化,使植物和土壤中微生物的多样性大为减少.在人们日益重视人与自然和谐相处的今天,研究和利用植物内生细菌对于替代或减少农药和化肥的使用,改善农业生态系统,保持植物微生态系统的生物多样性以及维护农田生态平衡实现可持续发展都有重要意义. 一、引 言 植物内生细菌名称的由来是经历了几十年的发展才逐渐形成的.起初,人们对健康植物组织中存活的微生物并未引起重视,但后来越来越多的微生物(特别是细菌)从植物的根、茎、叶、穗中分离出来,人们才意识到这些从植物中分离的微生物可能与植物存在某种相互关系.随着对这类微生物研究的不断深入,1992年克洛珀[1]第一次提出了“植物内生细菌”(endophytic bacteria)的概念.植物内生细菌是指能定殖在健康植物组织内,并与植物建立了和谐联合关系的一类微生物.内生细菌在植物体内的定殖是一个主动过程,定殖细胞必须是活的和能增殖的;定殖后的内生细菌不会对植物造成实质性的危害症状[2]. 虽然植物内生细菌概念提出的时间尚短,然而这一概念一经提出就立刻引起了微生物学家、植物学家和微生态学家以及作物学家的广泛关注.首先,这是因为内生细菌概念的提出完全打破了人们对植物组织的传统认识:传统的观念一直认为健康的植物组织内是无菌的.虽然在1992年克洛珀提出内生细菌的概念之前的几十年的发展时间里,已从植物组织内越来越多地分离了许多微生物,但人们还是认为这是一些潜在的植物病原菌,因而始终未引起广泛关注和高度重视.克洛珀总结了前人的工作将这些“内生细菌”作为一个概念提出后,才使人们意识到不得不抛弃以前的所谓“潜在的植物致病菌”的片面性见解,重新面对这个新鲜事物.因而可以说植物内生细菌概念的提出是植物微生物学学科发展的一次革命.内生细菌的研究已成为植物微生态学和微生物学学科交叉的新的生长点. 其次,人们不禁要问,为什么植物体内要含有这些细菌呢?它们的行为是怎样的,有何应用价值?一些初步的研究已经证实,内生细菌在植物体内不仅积极地生存着,而且还能产生多种生物学作用,如固氮作用,促进植物生长作用和对病虫害的防治作用等[3].这些研究结果的公布立即让生态学家和作物学家兴奋起来.人们注意到植物-内生细菌这种和谐共生,互利共栖的生命形式,可能是未来生态型农业发展的一条重要思路.所以,开展植物内生细菌的研究不仅对植物微生物学科的基础研究有重要的理论价值,而且对农业可持续发展也有重要的实践意义. 二、植物内生细菌和植物之间的关系 目前关于植物内生细菌和植物之间的关系的认识上,主要有两种观点.一种是传统的观点,认为植物内生细菌是潜在的植物致病菌.研究者从植物病理学的角度着手,研究重心是单个微生物及其致病性,目的在于分离内生细菌,鉴定致病性,阻止其进入周围环境.通过这方面的研究发现,多数植物内生细菌有潜在的植物致病性,它们在侵染健康植物时,不表现实质性的致病症状,但当无病症的健康植物偶然受到来源于生物的或非生物的胁迫条件的威胁,以及受到突然恶劣的环境变化的冲击而造成植物自身的防御功能严重削弱时,一部分内
植物内生真菌的分离
植物内生真菌的分离 一、实验目的 1．理解内生真菌存在的普遍性和多样性 2.掌握常规的微生物分离纯化方法 3.掌握分菌过程中的一些基本操作技能 二、实验原理 植物内生真菌( Ｅnｄophｙte) 是指那些在其生活史的一定阶段或全部阶段生活于健康植物的各种组织和器官内部的真菌或细菌，而宿主植物一般不表现出外在的症状。所有植物中几乎都存在内生菌. 由于植物内生真菌与宿主在长期的进化过程中形成了特殊的生态关系,因而内生真菌能产生与宿主相同或相似的具有生理活性的次生代谢产物，从内生菌中寻找和发现新的活性化合物越来越成为微生物次生代谢产物的研究热点之一。 采用微生物学常规的组织分离法从植物中分离内生真菌 三、实验材料 板蓝根新鲜健康的叶片 试剂:次氯酸钠、无水乙醇、葡萄糖、琼脂、青霉素、链霉素 培养基：PDA培养基、分离培养基 四、实验步骤 （一)、配制PDA培养基 10月27号晚上：
(1）配置ＰDA培养基,用电子称称取去皮的土豆10０g，煮沸30min，4层纱布过滤，滤液加热,加入琼脂７.5克，琼脂完全融化后加入葡萄糖10g，待稍冷却后加水至5０0毫升。 (2)准备1０瓶无菌水，每瓶150ml左右。 (3)包好烧杯,培养皿，涂布棒等实验仪器，等待消毒。 (二)、配制分离培养基 28号中午： （1）配置分离培养基，将PDA培养液均分成两份，一份备用,另一份待高温灭菌后,加入青霉素１0０mg／L、链霉素200mg/L的混合液20mｌ，即得到分离培养基。 （2）用消毒后的培养皿在通风橱中倒平板,注意在整个过程中保证无菌操作。 (三)、采集新鲜板蓝根叶片 ２8号晚上到实验室外采集新鲜健康叶片完整的板蓝根叶片。(四)、植物组织表面消毒 2８号晚上将新鲜、健康的板蓝根叶片于自来水下冲洗干净，用吸水纸吸干表面水分后剪成小段(片）做如下表面消毒处理:75%酒精漂洗3ｍin，无菌水冲洗4~5次,5％次氯酸钠溶液漂洗叶3ｍin,无菌水冲洗4~5次，无菌滤纸吸干水分。 （五）、接种并培养 28号晚上: (1）将上述表面消毒后的材料剪切成0.５ｃm 2 小块,放入含
我国植物根围促生细菌研究进展_刘丹丹
我国植物根围促生细菌研究进展 刘丹丹 李 敏 刘润进 * （青岛农业大学菌根生物技术研究所，山东青岛266109） 摘要根围（rhizosphere ）和植物根围促生细菌（PGPＲ）是重要的生物学概念，已成为当 今土壤微生物学和微生态学研究热点之一。我国已从粮食作物、 经济作物和其他植物上分离到27属53种（株）PGPＲ，其中芽孢杆菌属（Bacillus ）、假单胞菌属（Pseudomonas ）、肠杆菌属（Enterobacter ）和伯克霍尔德氏菌属（Burkholderia ）是常见的PGPＲ的种群。研究表明，PGPＲ通过直接合成一些激素和抗生素等次生代谢物质、调控植物相关基因表达和调节根围土壤中其他生物的群落结构等作用机制，来活化土壤养分、改善土壤理化特性、增加土壤肥力、拮抗病原物、降低植物病害、提高抗病性、增强耐盐性、耐寒性、耐重金属毒性、促进作 物生长发育、 增加作物产量和改善品质。PGPＲ这些生理生态效应受到包括PGPＲ菌种在内的其他生物、土壤条件和农艺措施的影响。所研发的数个PGPＲ制剂已经商品化生产并且广泛用于促进植物生长及防控土传病害，效果明显。此外，我国已完成多个PGPＲ菌种（株）全基因组测序分析工作。这些均表明，我国PGPＲ应用基础研究取得了丰硕成果，为进一步实现PGPＲ的产业化及其应用奠定了坚实的基础；PGPＲ在解决作物生产中的一些难题和促进农林牧业可持续发展具有广阔的应用前景。关键词 植物根围促生细菌；培养基；生理生态；作用机制 山东省科技发展计划项目（2012GNC11010）、青岛市科技计划基础研究项目（12-1-4-5-（14）-jch ）、“泰山学者”建设工程专项经费资助。 收稿日期：2015-06-01接受日期：2015-10-15*通讯作者E-mail ：liurj@qau．edu．cn Ｒecent advances in the study of plant growth-promoting rhizobacteria in China．LIU Dan-dan ，LI Min ，LIU Ｒun-jin * （Institute of Mycorrhizal Biotechnology ，Qingdao Agricultural Uni-versity ，Qingdaog 266109，Shandong ，China ）． Abstract ：The rhizosphere and plant growth-promoting rhizobacteria （PGPＲ）are important con-cepts in biology ，and become one of research hotspots in soil microbiology and microecology．To-tal 53species （isolates ）belonging to 27genera of PGPＲwere isolated from food crops ，econo-mic crops and other plants grown in China ，of which isolates in Bacillus ，Pseudomonas ，Enter-obacter and Burkholderia are common and widely distributed PGPＲ．It is well documented that PGPＲcan activate soil nutrients ，improve soil physical and chemical characteristics ，increase soil fertility ，antagonize pathogens ，decrease plant diseases ，enhance plant resistance to disea-ses ，salt stress ，coldness and heavy metal toxicity ，improve crop growth ，development ，yield and quality through directly synthesizing hormones ，antibiotics and other secondary metabolites ，and by regulating plant related gene expressions and other living organisms community structure in rhizosphere．All of these effects are influenced by PGPＲspecies or isolates ，other living organ-isms ，soil conditions and agricultural measures．Several PGPＲagents developed have been com-mercialized ，produced and applied for enhancing plant growth and controlling soil-born diseases with superior effects．In addition ，whole genome sequencing analysis of several species and iso-lates of PGPＲwere finished in China．It is concluded that great achievements have been obtained in basic application research ，and a solid foundation for realizing the industrialization and appli-cation of PGPＲhas been laid in China．There are broad application prospects for PGPＲsolving some difficult problems in crop production and promoting the sustainable development of agricul-ture ，forestry and animal husbandry． Key words ：plant growth-promoting rhizobacteria （PGPＲ）；media ；eco-physiology ；functioning mechanism． 生态学杂志Chinese Journal of Ecology 2016，35（3）：815－824DOI ：10．13292/j．1000－4890．201603．033
(完整word版)植物内生菌DNA提取方法
在提取植物内生菌之前，植物需要表面灭菌，其具体操作为将植物浸泡在添加了0.02%的Tween-20的质量分数为1%的次氯酸钠溶液中1 min，再将植物浸泡在70%酒精中1 min，然后用硫代硫酸盐/Ringer’s（林格氏液）清洗3次，每.次1 min。根和茎（土表面以上1 cm处）都要灭菌处理，将根茎切成片状。为了更好地分析细菌的位置，灭菌后茎表皮撕下，茎内部按照之前的方法灭菌。表皮组织和根最后一次淋洗液中的细胞都用来提取DNA。 植物不同组织的内生菌群落DNA提取通过直接研磨植物组织，步骤为溶解、提取和纯化步骤（方案一），或者在DNA提取前从片状植物组织中淋洗出细胞（方案二）。 东南景天表面灭菌方法：整株植物用自来水冲洗30 min，用蒸馏水洗3次，每次3 min。用吸水纸吸去植物表面水分，用无菌剪刀在根基部将根系剪下，与植物地上部分开。将根系用70 %酒精浸泡2 min，无菌水洗3次，3 % NaClO浸泡2次，每次1 min，然后用无菌水冲洗3次，每次2 min，最后一次清洗液涂LB平板。 1. 将2 g左右消毒后植物组织于无菌研钵中，加5 mL磷酸钠缓冲液（19.9 g Na2HPO4·H2O，1.27 g NaH2PO4·2H2O，H2O 定容到1 L）研磨至匀浆。 2. 将植物匀浆转移至50 mL无菌离心管中，摇床200 rpm振荡1-2 h，使细菌细胞尽可能的从植物组织中释放出来。 3. 取4 mL悬液于新的无菌离心管中，12 000×g离心10 min收集菌体细胞。 4. 弃上清，将收集的菌体细胞重新溶于550μL 1×TE buffer（Tris-EDTA；pH8）中加入10 mg mL-1溶菌酶10μL，37℃水浴1-4h。 5. 加入50μL 20% SDS和8μL 20 mg mL-1蛋白酶K，混匀，65℃水浴3h，期间轻轻上下颠倒混匀数次。 6. 加入200μL 5 M NaCl，涡旋振荡15 s，12000×g离心10 min。 7．取上清液，并向上清液中加入等体积的氯仿-异戊醇（24:1），彻底混匀，12000×g离心10 min。 8. 上清液转移至新的无菌离心管中，重复步骤7一次。 9. 上清液转移至新的无菌离心管中，加入0.6倍体积（0.6 vol）的冰冷的异丙醇，4℃放置1 h。 10. 4℃，12000×g离心10 min，弃上清。 11. 沉淀用70 %冰乙醇清洗，离心，弃上清。 12. DNA沉淀室温风干后，用无菌超纯水溶解。 13. DNA纯化采用TIANquick Midi Purification Kit。
植物内生菌作用
植物内生菌的作用 摘要植物内生菌近年来已成为微生物学领域研究的热点，其潜在的可开发利用价值越来越深受重视，尤其在对植物内生菌对宿主的作用关系方面已出现许多相关的成功报道。根据研究和掌握的资料就植物内生菌的作用作出初步评述和前景展望，希望能对内生菌的进一步开发探究提供参考。 关键词植物内生菌；对宿主作用；开发利用 植物内生细菌指其生活史的一定阶段生活在活体植物组织内、又不引起植物明显病害的 微生物[1] ，广泛分布于低等植物和高等植物中，常见的有假单胞菌属（Pseudomonas）、芽 孢杆菌属（Bacillus）、微杆菌属（Microbacterium）以及土壤杆菌属(Agrobacterium)等[2]。 虽然内生细菌的概念自从1886年Bary提出至今已有百余年的时间，然而在这期间并没引起相应的重视，研究进展缓慢，直到上世纪末期终于受到微生物学家、植物学家和微生态学家以及作物学家的广泛关注，成为植物微生物学学科发展的一次革命，目前内生细菌的研究已成为植物微生态学和微生物学学科交叉的新的生长点[3]，也是我国当前微生物研究领域的热点[4] ，当前植物内生菌的研究无论从深度还是广度上都有很大进展，特别是关于植物内生细菌的作用研究上更是日新月异，近年来，一些研究结果表明内生细菌能够作为外源基因的载体，又具有促进植物生长，抗逆境，抗病害，增加宿主植物的他感作用[5]以及对病虫害的防治作用等[6]。 1植物内生菌的作用 1.1促进宿主植物生长 感染内生菌的植物一般具有比未感染植株生长快速的特点，人工接种某些内生菌还能提高植物的存活率，促进发芽[1]，已有相关报道内生菌的这种促植物生长作用可从两方面来理解:一方面，许多内生菌可产生生长素(IAA) 、细胞激动素等植物生长激素，从黄花篙中分离到的一株内生真菌在发酵液中也能积累IAA。另一方面，内生菌可增进宿主植物对氮、磷等营养元素的吸收，禾本科农作物如水稻、甘蔗、玉米上的内生细菌具有很强的固氮能力。感染内生真菌的牧草对氮、磷的摄取能力也有所提高[7]。1991年Mcinroy等从玉米、棉花上分离到具有促进植物生长作用的内生细菌[8]。 1.2增加宿主植物的他感作用 他感作用（alleloparthy）的概念是德国学者H．Molisch于1937年提出的，他认为植物的他感作用就是一种植物通过向体外分泌代谢过程中的化学物质，对其他植物产
药用植物内生真菌研究现状及其应用前景
药用植物内生真菌研究现状及其应用前景 摘要：随着对药用植物内生真菌研究的深入，从药用植物内生真菌中寻找新的 生物活性成分已成为研究热点。内生真菌对药用植物的生长及活性成分的形成都 有影响，内生真菌活性成分已成为发现新颖结构化合物及新药物的潜在资源。简 要综述了近年来在内生真菌的分离鉴定、发酵、次生代谢产物、与宿主的关系等 方面的研究进展。 关键词：内生真菌；分离鉴定；发酵；代谢产物；药用价值 1 药用植物内生真菌研究现状 内生真菌（endophytic fungi）是指生活在健康植物的各种组织和器官内部的 真菌，被感染的植物不表现明显的外在病症，可通过组织学方法、从严格表面消 毒的植物组织中分离的方法，以及从植物组织内直接扩增微生物 DNA 的方法来证 明其内生性。内生真菌不但可以自身合成药物活性成分，还具有促进宿主植物合 成活性成分的能力[1]。药用植物内生真菌代谢产物的多样性和新颖性，将为利用 其进行工业发酵，生产新型活性化合物开辟新的途径。 2 药用植物内生真菌的多样性 内生真菌的分离培养是菌株鉴定及其活性物质研究的基础。由于环境的改变，内生真菌的生长及次生代谢产物的数量、种类等都会受到影响[2]。通过形态学观 察和繁琐的生理生化实验，以及分子生物学鉴定方法进行分类鉴定。 3 内生真菌的次生代谢产物及生物活性 3.1抗肿瘤活性物质 某些抗肿瘤药用植物中部分内生真菌能够产生与宿主相同或相似的生理活性 成分，已有不少学者从具有抗肿瘤作用的药用植物中寻找能产生抗肿瘤成分的内 生真菌，并从中发现了一些具有潜在应用前景的抗肿瘤化合物。1993 年 Stierle 等[11]首次从短叶红豆杉（Taxus brevifolio）的韧皮部分离到一株能产紫杉醇的内生 真菌，随后许多学者从不同种红豆杉中也分离得到产紫杉醇的内生真菌。除紫杉 醇外，人们还研究了可以产其他抗肿瘤活性物质的内生真菌，陆续从长春花（Catharanthus roseus）、桃儿七（Sinopodophyllum hexandrum Ying）、美登木（Maytenus hookeri）等药用植物中分离出了能产生抗肿瘤活性物质的内生真菌菌株。这为药用植物内真菌发酵生产抗肿瘤药物奠定了基础。 3.2抗生素类活性物质 药用植物内生真菌可产多种抗生素，能抑制病原体、细菌、真菌、病毒等。 李雅等发现，杜仲内生真菌对植物病原真菌有抑制作用。Castillo 等从蛇藤（Kennedia nigriscans）中分离到一株能抑制多种致病霉菌的内生真菌。Thongchai 等从 Zingiber officinale Rosc 中分离到的内生真菌能够产生明显的抑菌活性，并得 到了具有该抑菌活性的单体化合物[3]。 3.3其他活性物质 研究发现内生真菌还能产生其他活性物质，如降血糖活性物质、免疫抑制剂、抗氧化剂等。Salituro 等从非洲热带雨林植物的内生真菌 Pseudomassaria sp.中分 离到一种非肽类代谢物，可使人的胰岛素受体酪氨酸β- 亚基磷酸化，并使胰岛素 受体的作用底物也磷酸化，从而激活蛋白激酶 B，具有模拟胰岛素的作用，能明 显降低血糖浓度。周生亮发现4株薯蓣（Dioscorea zingiberensis）菌丝和发酵液
植物内生菌的作用
浅谈作者：张旗周志娟杨冬月朱姝宾闫锁摘要植物内生菌近年来已成为微生物学领域研究的热点,其潜在的可开发利用价值越来越受重视,尤其在对植物内生菌对宿主的作用关系方面已出现许多相关的成功报道。评述了植物内生菌的作用并作出展望,以期为内生菌的进一步开发探究提供参考。 关键词植物内生菌;宿主;作用 植物内生细菌指其生活史的一定阶段生活在活体植物组织内、又不引起植物明显病害的微生物1,广泛分布于低等植物和高等植物中,常见的有假单胞菌属(pseudomonas)、芽孢杆菌属(bacillus)、微杆菌属(microbacterium)以及土壤杆菌属(agrobacterium)等2。虽然内生细菌的概念自从1886年bary提出至今已有100余年的时间,然而在这期间并没引起相应的重视,研究进展缓慢,直到20世纪末期才受到微生物学家、植物学家和微生态学家以及作物学家的广泛关注,成为植物微生物学学
科发展的一次革命,目前内生细菌的研究已成为植物微生态学和微生物学学科交叉的新的生长点3,也是我国当前微生物研究领域的热点4。当前植物内生菌的研究无论从深度还是广度上都有很大进展,特别是关于植物内生细菌的作用研究上更是日新月异。近年来,一些研究结果表明,内生细菌能够作为外源基因的载体,又具有促进植物生长、抗逆境、抗病害、增加宿主植物的他感作用5以及对病虫害的防治作用等6。 1植物内生菌的作用 1.1促进宿主植物生长 感染内生菌的植物一般具有比未感染植株生长快速的特点,人工接种某些内生菌还能提高植物的存活率,促进发芽1。已有相关报道内生菌的这种促植物生长作用可从2方面来理解:一方面,许多内生菌可产生生长素(iaa)、细胞激动素等植物生长激素,从黄花篙中分离到的1株内生真菌在发酵液中也能积累iaa;另一方面,内生菌可增进宿主植物对氮、磷等营养元素的吸收,禾本科农作物如水稻、甘蔗、玉米上的内生细菌具有很
植物内生真菌
植物内生真菌 一、内生真菌的概念 内生真菌是在宿主植物的茎和叶内生存并完成生活周期的真菌。这类真菌中，有许多种类很少形成孢子，或者在宿生植物上形成的孢子（或者孢子果）不容易识别。真菌感染植物组织，菌丝存在于细胞内和细胞间。与病原菌不同，这些真菌对宿主植物几乎没有害处，它们和植物之间或者是相互依存的共生关系，或者是不太密切的共生关系。 草本植物内生真菌侵染种子内部，播种后，真菌随着幼苗的生长和植株的发育成熟而生长，这些真菌没有吸器，出现在茎、叶、花序组织，而不出现在根内，这一点与菌根真菌不同。受侵染的植株在营养生长阶段不表现出被内生真菌侵染的特点，但是，当植物开花的时候，就可以观察到浸染的真菌。 与内生真菌容易混淆的一个概念是内生菌根，菌根是高等植物的根与真菌形成的共生联合体，内生苗根是菌根当中的一种类型，内生菌根的共同特征是根的表面不产生菌套，仅有稀疏的外生菌丝，菌丝在根部皮层组织的细胞间延伸，但不产生哈蒂氏网，菌丝体可侵入细胞内部，并形成不同形状的吸器，而宿主植物的根一般无形态及颜色的变化。故内生菌根用肉眼很难识别。 二、内生真菌的一般特征 内生真菌存在于根以外的植物组织细胞，可以用显微镜观察，也可以通过纯培养把它们分离出来进行研究。分离内生真菌时要对植物组织进行表面消毒，然后切成小片放在培养基上培养3～5天，内生真菌就生长在培养基上，可根据孢子和菌丝的特征，对它们进行分类鉴定。 可以按常规方法把内生真菌从多种植物上分离出来，已经发现的内生真菌包括许多子囊菌和半知菌、一些担子菌及少量的卵菌。主要的内生真菌包括药用Chloroscypha和Lophodermium（散斑壳属）中的一些种类以及Cryptoxline、Cryptosporriopsis（拟隐孢菌属）、Phomopsis（拟茎点霉属）和 Phyllosticta（叶点霉属）中的一些种类。其中许多可以从植物组织中偶然分离到。这类真菌的共生生活方式与其占主导地位的腐生生活方式来讲，似乎是次要的。比如说，担子菌中有许多种类生长在木头上或粪堆上，但有时也可在植物细胞内发现。 苔鲜植物、蕨类植物、裸子植物和被子植物中都发现有内生真菌。Petrini（1986）在对热带、温带和阿尔卑斯山地区的200多种植物调查之后发现，几乎所有生活的植物体内均有内生真菌的存在。在内生真菌中，宿主的专一性变化很大，一些真菌能够从生长在不同的生态和地理条件下的属于不同科属的多种宿主植物内分离出来，但是其它一些内生真菌仅限于某一特殊种属的几种宿主植物，仅有少数几种内生真菌专一地出现在某一种特定的植物中。 内生真菌在一些植物及农作物中广泛传播具有重要意义，农业科学家对牧草的内生真菌有特别的兴趣，因为这些真菌会产生真菌毒素，从而对动物产生毒性。此外这些真菌也有潜在的应用价值，例如利用抗、感品种的植株或器官对病原真菌毒素的敏感性反应上的差异，人们可以应用毒素进行快速、准确地鉴定大批的品种资源，一则可以直接发现抗病材料，在生产上推广应用；二则可以选出一些农艺性状虽然不太理想，但具有抗病性的材料，作为今后常规育种的亲本材料。 三、草本植物的内生真菌 l．草本植物内生真菌的形成许多草本植物的内生真菌都是属于麦角菌科（Clavicipitaceae）的真菌，其中传播最广的可能是香柱菌（Epichloe typhina），它寄生在禾本科牧草上，在70多种草坪植物中均存在，它的无性世代是半知菌类的顶孢霉属（Acremonium）。香柱菌属真菌子座淡色，平铺状，包围在禾本科植物茎和叶上，像一个套子；子囊壳理生在子座内，子囊细长，单膜；顶端加厚，具有折光性的顶帽；子囊孢子丝状，无色，有隔膜。 麦角菌属（ Claviceps）内生真菌，寄生在禾本科植物的子房内，后期在子房内形成圆形到香蕉形的黑色或白色的菌核，菌核越冬后，产生子座；子座直立，有柄，可孕头部近球形，子囊壳埋在整个可孕头部的表层内；子囊孢子无色，丝状，无隔膜。麦角菌（C．purpurea）寄生的患病植物在种子上形成紫色、弯曲的菌核，即表角；麦角内含有生
植物内生菌抗菌杀虫活性总结
摘要:本文综述了植物内生菌次级代谢产物的抗菌、杀虫等活性，以便寻找到植物源新的具有农药活性的先导化合物。 关键词：内生菌；次级代谢产物；抗菌活性；杀虫活性 植物内生真菌(Plant endophytic fungi)是指生活在健康植物组织内部但不引起植物体病害的真菌。这类真菌资源十分丰富，它们可能产生在微生物一宿主关系中发挥作用的生理活性物质，其次生代谢产物在生物制药、农业生产、工业发酵等领域越来越受到人们的关注。目前，微生物源生物化学农药的研究和开发在我国十分活跃，但微生物资源及其应用潜力尚没有得到充分的发挥，而植物内生真菌即是这样一类有待开发的新兴微生物资源，本文对植物内生菌次级代谢产物的生物活性进行总结，为进一步研究内生菌的生物活性提供依据。 1 抗菌活性的内生真菌代谢产物 1.1生物碱类 IFB-Lactam-1 (1)是来自白菜内生真菌Trichoderma sp.的1个大环内酰胺生物碱，其可以很好地抑制柿子炭疽病[1]。6-isoprenylindole-3-carboxylic acid (2)是从黄花蒿（Artemisiaannua）内生真菌Colletotrichum sp.分离的吲哚生物碱。生物活性测试，在浓度200 μg/mL时，其对Gaeumannomyces graminis var. tritici、Rhizoctonia cerealis、Helminthosporiumsativum有抑制作用[2]。 内生真菌E99401的发酵液中产生的cerulenin (3)，在5 μg/disk时对C.glabrata、Candida albicans、C. krusei、C. parapsilosis、Microsporum canis、Cryptococcus neoformans、Mucor miehe、Nematospora coryli、Rhizomucor pusillus、Paecilomyces variotii的抑菌圈分别为17、16、14、28、40、30、40、42、36、38 mm，而对应的阳性对照制霉菌素在20 μg/disk 时，抑菌圈在10-20 mm[3]。从Garcinia dulcis的内生真菌PSU-D15中，分离到phomoenamide (4)对Mycobacterium tuberculosis H37Ra具有中等的抑制活性，其MIC为6.25 μg/mL[4]。