红树林内生真菌多样性及其应用潜能_高剑

红树林内生真菌多样性及其应用潜能

高　剑1

,李　赤1

,王　燕2

,于　莉

1

(1.广东海洋大学农学院,湛江524088;2.湛江红树林国家级自然保护区管理局,湛江524088)

摘　要:红树林是分布于热带和亚热带潮间带的湿地林,为多样化的生物群落提供了必要的栖息之所。内生真菌是指一类生活于健康宿主体内,而不引起宿主组织发生任何病变的真菌,它们不仅在维护整个生态系统的平衡中起着重要作用,而且还具有多样化的应用潜能。文中在总结了红树林内生真菌多样性的基础上,对红树林内生真菌在工业、农业和医药业上的应用潜能进行了探讨,旨在为后续红树林内生真菌的研究提供一定的参考依据。

关键词:红树林;生态系统;内生真菌;多样性;抗菌性;生物农药

中图分类号:Q939.5 文献标识码:A 文章编号:1672-3538(2013)03-0212-05

引文格式:高剑,李赤,王燕,等.红树林内生真菌多样性及其应用潜能[J ].菌物研究,2013,11(3):212-216.

Diversity and Application Potential of Endophytic Fungi

Associated with Mangroves

GAO Jian 1

,LI Chi 1

,W AN G Yan 2

,YU Li

1＊＊

(1.College of A gricultural Scie nces ,G uangdong O cean University ,Zhanjiang 524088,China ;2.G uangdong Zhanjiang M angrove National Nature Rese rve A dministration ,Zhanjiang 524088,Chi -na )

Abstract :Mangroves are forested wetlands which distribute at intertidal areas of tropical and subtropical zones ,and provide habitats for diversified biocommunity .Endophytic fungi refer to the type of fungi that reside inside the living plants without causing any apparent symptoms .They are the important micr obial resource of mangrove ,which not only play an essential role in maintaining the balance of the whole e -cosystem ,but also have different kinds of application potentials .Aiming to provide some refer ences for subsequent research of mangrove associated with endophytic fungi ,this paper reviews the diversity of en -dophytic fungi associated with mangroves and explore their application potentials in industry ,agriculture and medical sciences .

Key words :mangrove ;ecosystem ;endophytic fungi ;diversity ;antimicr obial ability ;biopesticide 红树林生态系统是一个广泛分布于热带和亚热带的特殊的潮间带生态系统,除了孕育多样的红树之外,还包含高度遗传多样的水生和陆生微生物群落,因此被誉为是连接大陆和海洋生态系统的动态枢纽[1]。全世界将近60%～70%的热

带和亚热带海岸线都被红树林所覆盖,主要分布在印度洋和大西洋的西海岸(如越南、泰国和马来西亚等),这两区域的红树林总面积占据世界红树

林总面积的20%;而世界上最大的红树林位于孟加拉国,其总面积为100万hm 2,红树林因其特殊

通讯作者:于莉,E -mail :yuli 2362@hot mail .com

基金项目:广东省科技厅项目(2009B060600008)

作者简介:高剑,男,硕士,研究方向:真菌资源及利用。收稿日期:2013-04-10

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Vol .11No .3 2013年9月Journal of Fungal Research Sep .2013　

的组成和分布形式一直被公认为是一个具有显著

生态价值的高产出的生态系统[2]。

红树林真菌是红树林生态系统中主要的降解者,是海洋真菌的第二大生态群落[1]

。自从Cribb 等[3]首次从澳大利亚红树的根部分离到真菌后,对于红树林真菌的研究逐渐成为真菌学研究的热点。在过去近一个半世纪的研究中,研究人员就红树林真菌多样性、群落结构动态变化、影响植物群落的演替以及促进整个生态系统中营养物质循环等方面进行了广泛研究,并取得了较大的进展。

1　红树林生态系统的组成及功能

红树林生态系统因为其特殊的生态环境和丰富的物质资源,为多样化的生物群落的生存和繁殖提供了必要的场所[3]

。红树是指一群耐盐和常绿的木本植物(乔木或灌木),在长期的生存和进化过程中,逐渐适应了潮间带区域高盐度、土壤缺氧和基质不稳定的生活环境,从而成为红树林生态系统中主要的生产者和维护者。红树的种类多样,在世界范围内,研究人员已经发现和记录了243种红树,隶属于62科30属[4];在分布上,红树主要被划分为两大群系,即分布于非洲和亚洲热带地区的东方红树林群系以及分布于美洲的西方红树林群系;在组成上,东方红树林群系较西方红树林群系复杂且物种丰富度高。我国有红树林植物37种,主要分布于广东、广西和海南[4]

。除植物群落外,微生物群落也是红树林生态系统中的一个重要的生物群落。由于红树林沉积物中含有丰富的营养物质,红树林为一大群适应了高盐度和定期潮汐冲刷等生存环境的微生物提供了必要的栖息之地。在热带的红树林中,细菌和真菌占微生物总量的91%,而藻类和原生动物分别占7%和2%[5]

。这些微生物在整个生态系统中营养物质,如C 、N 、P 和S 等的循环中起着重要的作用,调控着整个生态系统的化学环境[6],如一些能够自由活动的真菌、细菌和酵母能将死亡的植物体及时地分解成碎屑,以便进行下一步降解和能量循环[7];具有不同功能的细菌群落,如光合作用菌、固氮菌和甲烷固定菌等能为生态系统中其他成员的生存提供额外的营养来源[8]

;而含有特殊微生物群落的红树林沉积物也在很大程度上协助了整个生态系统对于污染物的净化处理和营养物

质的循环[9]。最后,红树林生态系统也为鸟、鱼和

蟹等多种海洋生物提供了栖息之所和充足的食

物。因而,红树林生态系统在自给自足的基础上也与其他生态系统紧密地联系在一起,从而实现平衡和统一[10]

。

红树林生态系统是世界上生产力最高的生态系统之一,除了具有丰富的生态资源外,也在一定程度上避免了潮水直接冲刷和侵蚀海岸,从而加固了海岸线;与此同时,作为一个“缓冲带”,还滞留了海水带来的绝大部分的泥沙,久而久之也在一定程度上延长了海岸线。生活于红树林沉积物中的多样化的微生物群落在一定程度上净化了从陆地流入大海的生活污水或工业废水,从而有效地避免了海洋生态系统被重度污染[11]。

2　红树林内生真菌及其多样性

红树林真菌种类多样、分布广泛,按生活方式可分为腐生真菌、致病真菌以及内生真菌[12]。其中,内生真菌是指那些生活于健康的宿主体内,而至少在一定时期内不引起宿主组织发生任何病变的真菌[13]。真菌和光合生物之间的这种共生关系是一种古老的、普遍存在的栖身关系[14]。与红树林植物共生的内生真菌的种类繁多,它们的存在在一定程度上确保了其宿主免受外界各种不良因素的影响。目前,我们已经从红树林中分离和鉴定的内生真菌总数超过了200种,它们主要分属于以下几大真菌属:Alternaria ,A spergillus ,Cla -dosporium ,Clolletotric hum ,Fusarium ,Pae cilamyc es ,Penic illium ,Pestalotiopsis ,Phoma ,Phomopsis ,Phyl -losticta 和Trichode ma [14]。

内生真菌群落结构的多样性随着外界环境,如地域、季节变更、宿主、宿主年龄和组织差异等的变化而动态变化着,而红树林多样化的生态环境也为红树林内生真菌的多样性提供了保证。如Nakagiri 等[15]

调查了多种红树林植物根际的内生真菌群落结构,发现Pe stalotiopsis spp .和Trichode -ma harzianum 是常见的内生真菌;Sur yanara yanan 等[16]调查了印度南部泰米尔纳德邦红树林中的2种典型的红树林植物正红树和红茄叶片中的内生真菌群落结构,结果发现在这两种红树中,丝孢菌和无性真菌的定殖率要高于子囊菌和腔孢菌;Sridhar 等[17]调查了印度西海岸红树林植物老鼠和卤蕨中内生真菌的群落结构,发现老鼠枝条和卤蕨根部的内生真菌种群丰度和物种多样性

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　第11卷　第3期高剑等:红树林内生真菌多样性及其应用潜能

都很高,其中,Cladosporium spp.和Sacc haromyc es

spp.在2种宿主中都比较常见,老鼠

主要受到

Clolletotrichum spp.的侵染,卤蕨主要受Cladospori-um spp.,Pe nicillium spp.和酵母菌的侵染,在老鼠的支柱根中定殖率最高的内生真菌是Trichode-ma spp.,而在卤蕨块茎中,酵母和Cumulospora marina是主要的内生真菌;Yang等[18]调查了福建红树林主要树种秋茄和木榄中的内生真菌群落,发现秋茄中主要的内生真菌类群为Penicillium spp.,Alternaria spp.,Dothiorell spp.和无孢菌目真菌,而木榄中的内生真菌主要类群为Paec ilamyc es spp.,A lternaria spp.和Penicillium spp.。

在红树林生态系统中,多样化的内生真菌群落也在一定程度上影响和调控着植物的群落结构,从而影响整个生态系统的功能[19]。然而,迄今为止,这一研究方向尚未得到广泛的关注。Jones等[20]调查了红树林植物中的内生真菌群落,并讨论了它们在均一化植物群落的过程中可能存在的作用;Walther等[21]的研究讨论了红树林植物黄槿和内生真菌拟茎点霉之间的代谢联系,发现内生拟茎点霉主要通过分泌三萜类化合物与宿主黄槿发生作用,并推测内生真菌拟茎点霉在长期进化的过程中可能从宿主身上获得了三萜类化合物的生物合成机制,同时这种三萜类化合物在保护宿主植物免受外界环境干扰的过程中可能起着重要的作用。

截至目前,研究最为透彻的红树林内生真菌是丛枝菌根真菌(AMF),它们以多样化的形式,如卷曲并延长的内生菌丝、菌泡和胞间菌丝等,与红树林植物的根发生相互作用并形成AM结构,协助宿主抵抗外界的不利环境。如Puente等[22]首次从红树林植物黑皮红树的根际分离到一株Glomus属AMF真菌,并发现它能够产生一种有机酸从而来协助黑皮红树溶解和利用不溶性的磷酸盐;Chaudhuri等[11]在调查印度恒河入口处的4种红树林中的植物根际内生真菌群落时,发现了23种溶磷性AMF真菌;Wang等[23]对钦州湾区域红树林中的AMF进行了系统的调查研究,发现其在海漆根中定殖率最高,其次是秋茄和桐花的根中。由于在海洋中可溶性的无机盐只能以正离子的形式存在,而带有负电的离子在黏土风化和碎石颗粒化后迅速被吸收,形成不能被红树林植物利用的不可溶性盐,这造成了某些红树林生态系统营养物质,尤其是氮和磷这些生命活动必要元素的极度缺乏[23]。此时红树林植物只能依靠AMF真菌来利用这些不溶性的盐类,才能得以正常生长和繁殖。

3　红树林内生真菌的应用潜能

内生真菌的多样性不仅影响着生态系统中的其他生物,而且它们能够通过自身一系列的代谢活动为人类提供很多有用的活性物质,给工业、农业和医疗行业带来新的突破和提高,从而优化人类的生活。根据相关的研究报道,内生真菌的功能主要体现为以下3个方面:

3.1　内生真菌分泌的酶类

红树林内生真菌是工业木聚糖酶的主要来源,同时它们在工业上的用处还有很多,如造纸、生产动物饲料、生产面包、酿酒、生产果汁以及木糖醇。在多样化的红树林内生真菌中,很多内生真菌能够通过分泌一些特殊的酶类来确保它们能够更好地适应红树林特殊的温度、压力、pH和盐度等环境特征,如Wu等[24]对从台北淡水河口红树林中分离到的内生真菌进行研究时,发现其中大部分的子囊菌能够分泌多种酶类用于降解红树林植物的叶片组织;Ryuichir o等[25]从红树林植物根部分离到一种具有较高的木质素降解能力的耐盐型内生真菌,它对甘蔗渣中木质素的降解量超过了50%,而对纤维素的降解量却不到10%,如果将这种菌利用到生物制浆中,那么所有的甘蔗渣都有望被用作动物饲料;Muraleedharan等[26]对一株内生型的黑曲霉进行了研究,发现它能够分泌一些具有降解纤维素功能且耐高温的木聚糖酶,并将其成功应用到了生物漂白纸浆的技术中。Tiwari等[27]通过研究发现了一株内生型的担子菌能够分泌可用于脱色有色废水和合成染料的漆酶,并成功地将其应用到各种污水的脱色净化处理中,而且研究还发现这种内生真菌在高温强酸等极端环境中仍能保持较高的活性,这表明它具有工业废水生物修复的潜能。

3.2　内生真菌分泌的抗菌性物质

在现代医学中,不同种类的真菌、细菌和放线菌分泌的抗菌活性物质的滥用,使得微生物的抗药性普遍增强,从而引起很多疾病失控,这已成为21世纪急于解决的医学问题之一。而红树林内生真菌作为新型抗菌活性物质的筛选宝库,得到

214菌　物　研　究2013年

了广大研究者的青睐和普遍关注。如Poch等[28]从内生真菌中分离到一种新型的抗菌性缩酚酸醚类化合物;Crescente等[29]深入研究了从委内瑞拉水域红树林分离到的内生型Penicillium citrinum 和Penicillium stec kii,结果发现Penicillium citrinum 具有抗细菌活性,而Penicillium steckii对霍乱弧菌有抑制作用[29];Kowalchuk等[30]从分离自泰国红树林的内生真菌镰刀菌的代谢产物中分离到一种具有环己缩肽结构的新型化合物,其对于肝癌细胞具有很高的抗性;D.Maifeld[31]利用生物测定引导性的色谱分离技术从分离自加拿大爱德华王子岛的沿海红树林的内生真菌的发酵液中分离到了多种抗细菌性的甾醇;Huang等[32]从红树林内生真菌小穴壳菌的代谢产物中分离到了生物活性物质Cytosporone B,同时发现这种活性物质的抗真菌谱非常广,它对黑曲霉、木霉和镰刀菌的抗性分别为(MIC值)0.125mg/mL,62.5μg/mL和62.5μg/mL,同时它对于人类口腔表皮癌细胞、凯拉细胞系等也具有一定的抗性;Cheng等[33]从内生镰刀菌的代谢产物中分离到的5种蒽醌类化合物和1种灰黄霉素都具有较强的抗菌活性。

3.3　内生真菌作为生物农药

随着现代生物农药的不断推广、绿色无污染环保理念的不断贯彻以及内生真菌生物学研究的不断突破,内生真菌及其代谢产物将有望在未来取代传统的化学杀虫剂用来治理农业病虫害、促进农作物的生长和提高农作物产量[31]。其中最好的例子就是内生型食线虫真菌,由于在植物体内,内生型的食线虫真菌和内生线虫有相同的生态位,从而更方便食线虫真菌杀灭线虫并且防止其他线虫再次侵染。现有有关于红树林内生真菌分泌的杀虫性生物活性物质的报道也同样反映出内生真菌作为生防试剂的潜能。如Huang等[32]从红树林内生炭角菌代谢产物中分离到的炭角菌酸A是乙酰胆碱酯酶的有效抑制剂,在浓度为1.5×10-6mmol/L时就能有效地抑制乙酰胆碱酯酶活性;Wu等[24]在对从福建红树林中分离到的内生真菌的代谢产物进行研究时,发现内生真菌Penic illium steckii代谢产物的乙酸乙酯提取液对线虫具有很强的灭杀作用;内生镰刀菌的代谢产物对于生物体乙酰胆碱酯酶的活性有强烈的抑制作用;Cheng等[33]通过研究发现从红树林植物秋茄中分离到的内生碳角菌的代谢产物对乙酰胆碱酯酶的活性具有很强的抑制作用。

4　展　望

红树林内生真菌资源丰富,种类多样,但目前只有5%的内生真菌得到了充分的描述和研究,这主要是因为绝大部分内生真菌在离开了原来的生境后就停止产孢,甚至无法在人工培养基上生长,这在很长的一段时间内阻碍了内生真菌的研究。现代分子生物学的发展,尤其是宏基因组学、高通量测序以及DNA指纹技术的出现给内生真菌的研究带来了新的曙光。与此同时,这些新兴技术也在一定程度上促进了对红树林内生真菌代谢产物的研究,为工业、农业和医疗行业提供更多高效的天然活性物质。红树林内生真菌与宿主之间相互作用关系的研究也在一定程度上揭示了真菌和植物的遗传进化关系,从而更方便人们利用内生真菌代替化学农药用于农业病害的防治和促进植物的生长。然而,这些新兴的研究技术仍不能满足人们对于红树林内生真菌资源的深度研究和开发,因此,我们应不断地改善和更新现有的研究技术,以求能对这个资源宝库进行更深入的研究。

我国有辽阔的海域和丰富的红树林资源,加强对红树林内生真菌的研究不仅能够在一定程度上丰富我国真菌资源宝库,而且有助于研究人员增强对红树林的了解,从而更好地维护红树林的生物多样性和自然生态环境以及合理地开发和利用红树林资源。

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(责任编辑:李艳双)

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