内生真菌及其意义.doc

内生真菌及其意义*摘 要 内生真菌是一大类未被充分研究过的真菌 它们生活在健康的植物体内不引起任何病害症状内生真菌具有丰富的多样性总数可超过一百万种许多内生真菌与植物寄主形成互惠共生体并有寄主专化性器官专化性和组织专化性内生真菌具有重要的生态学意义和经济意义内生真菌可以产生许多次生代谢产物在农业医学生物技术领域中有广泛的应用前景关键词 内生真茵 共生 多样性 专化性 代谢物1 前言真菌是吸收异养型的真核生物 种类繁多植物内生真菌是一大类尚未被充分认识的真菌许多真菌学家对此了解也不多从已有研究结果来看内生真菌具有重要的生态学意义和经济意义其物种多样性也是非常丰富的内生菌 Endophyte 的概念最早由De Bary 1886 是指生活在植物组织内的微生物用以区分那些生活在植物表面的表生菌Epiphyte 按此定义植物的寄生菌菌根菌也归属于内生真菌的概念范畴Carroll 1986 将内生菌的范畴仅限于植物体内那些不引起症状的有机体不包括寄生与兼性寄生的病原真菌和互惠共生的菌根菌Petrini 1991 则认为在生活史的某一阶段能够在植物体内生活而下对寄主植物明显有害就是内生茵这个定义包括一些在生活史中的某些阶段营表面生的内生菌和潜伏性病原菌Latent pathogen 寄生菌Parasite虽然也生活在寄主植物组织内但引起明显的病害症状因此不是内生真菌内生菌根菌生活在植物根部与植物互惠共生可以算是内生菌但通常意义上的内生菌不包括菌根菌内生菌中有内生细菌和内生真菌 Fisher 等1992 本文主要讨论的是植物内生真菌与其它普通真菌腐生菌寄生菌相比内生真菌的研究历史不长Lewis 1924 首先报道了禾本科植物叶片存在内生真菌但此后的研究工作一直很少直到最近20 年内生真菌的研究才开始比较活跃禾本科植物中内生真菌与寄主形成互惠共生关系内生真菌可增强寄主的抗病虫性及其它抗逆能力可望用于生物防治的广阔前景内生真菌种类繁多它们在其寄主植物组织内部的生长发育过程中其代谢产物不仅对植物体本身有着各种各样的影响而且对取食动物或其它生物也有各种不同的作用已有的研究表明某些内生真菌离体培养的代谢产物可对一些动物的消化系统繁殖系统神经系统和免疫系统等产生影响Clay 1989内生真菌有可能成为开发新型有用物质的重要生物资源最近已从紫杉中分离到一种内生真菌Taxomyces andreanae 该菌可以产生与寄主相同的抗癌代谢产物紫杉醇Stierle 等1993 引* 国家自然科学基金和科委基础重大项目PD85 31 03 资助生物多样性研究进展起了人们的极大关注 可以说植物内生真菌是真菌学中一个引人注目的重要研究领域2 研究方法从植物体内分离内生真菌 非常关键的一步是对植物组织表面消毒如果表面消毒得不彻底一些表生真菌就会先长出来影响了内生真菌的分离同样如果表面消毒时间过长还有可能杀死植物体内的内生真菌目前常用次氯酸钠作为消毒剂petrini,1986 其分离过程如下植物材料先用水冲洗然后在75 或96 的乙醇中浸泡1 分钟然后在次氯酸钠水溶液中1:2 5 浸泡3 5 分钟消毒剂浓度高低消毒时间长短取决于植物材料如果植物材料幼嫩如花嫩叶等所用次氯酸钠溶液浓度低一些浸泡时间也短一些反之对一些老硬的植物材料如树枝针叶等则用较浓的次氯酸钠溶液和需要较长的浸泡时间然后在75 或96酒精中浸泡30 秒钟后最后在无菌水中洗一下分离所用的培养基一般为1 一2 麦芽浸膏琼脂MEA 培养基为了防止细菌污染可在培养基中加用抗菌素如链霉素四环素等在温箱20 25 培养至一个月或更长并随时挑取长出的菌落进行纯化内生真菌的鉴定方法基本上与其它真菌相似 可以用1 麦芽浸膏培养基培养数周有的需要培养数月相当一部分内生真菌在人工培养基上下产孢因此用常规方法无法进行鉴定如果将其接种到灭菌的原寄主组织上或用近紫外灯光照射对某些内生真菌的产孢具有促进作用3 内生真菌的多样性内生真菌作为一类未被充分研究过的真菌人们对其多样性认识也是很肤浅的甚至在谈论真菌多样性时也未予以足够的重视Hawkswortb 1991 从目前已研究过数百种植物中包括苔藓蕨类还没有发现没有内生真菌的植物因此可以说内生真菌在植物体内是普遍存在的一般来说可以从植物体内分离到大量内生真菌每种植物有数十种之多Fisher 等1993报道了Eucalyptus nitens 上的内生菌有60 种Bills 和Polishook 1992 发现Chamaecyparisthyotdes 上的内生真菌有88 种之多虽然大部分内生真菌种类分布是广泛性的但也有不少内生真菌具有某种程度上的寄主专化性如按每种植物大约只有4 5 种真菌是寄主专化性的按地球目前已知25 万种植物计算内生真菌总数可以超过100 万种Petrini 1991 还不包括苔藓蕨类中的内生真菌内生真菌主要属于子囊菌和半知菌少数为担子菌比较常见的种类有Cryptocline Cryptosporiopsis leptostroma Phyllosticta Xylaria 等最近报道从植物体内分离到了接合菌Petrini 等19924 内生真菌与寄主植物的关系根据已有的研究结果表明 对禾本科植物的内生真菌来说其与寄主的关系多为互惠共生的然而在其它植物中其内生真菌与其寄主植物作用的关系是非常复杂的到目前为止还有许多尚不清楚内生真菌生活在植物体内 利用植物体的营养物质而生长发育但它们又下对寄主植物造成损害Bernstein 和Carroll 1977 证明在不同生长时期的Pseudotsuga menziesii 针叶中各自生活着数种内生真菌但对寄主无明显影响有些研究表明禾本科植物内生真菌能够增加寄主植物抗逆性以及对病虫害的抵抗力原因是禾本科的一些内生真菌产生的生物碱对某些昆虫和食草动物有害使寄主植物增强了防御能力Clay,l989 禾本科植物中常见的内生菌Acremonium 系活体营养与寄主植物形成了互惠共生体并不破坏植物的组织或细胞使植物与真菌之间的代谢或营养循环相互关联还促使感染内生真菌的植物增强光合作用延长植生物多样性研究进展物的生长期 Peirini 1991 一些内生真菌如Acremonium spp 能产生对植物病原菌如Colletotrichum graminicola Drechslera erthrospila 具有拮抗作用的物质Wicklow 等1988的研究表明玉米上的内生茵Fusariummoniliforme 可阻止Aspergillus flavus 在寄主植株上的扩展其有可能产生一种对A. flavus 有抗性的物质然 而 许 多 内 生 菌 与 寄 主 植 物 未 见 明 显 的 互 惠 共 生 关 系 如内生性腐生菌Endophyticsaprobes 潜伏性生长在植物体内和木栓生菌Phellophyte Kowalski 等1992有人推测这类真菌可能被迫生活在植物体内而一旦植物组织开始衰老就首先定殖于濒死的组织上并优先开始分解利用其有机物对内生真菌来说进入植物体可以在植物体内生存 同时可以促进真菌的生长和传播内生真菌有可能产生刺激植物生长的物质可以促进植物的生长但对感染内生真菌的植物来说其生理状况以及生长类型的改变是非常复杂的难以预料有人报道牛尾草感染了A.coenophialum 后对于重生物产量并没有影响Siegel 等 1984 同时也有不同的报道牛尾草感染内生真菌后可以增加产量对马唐侵入以及夏天干旱中恢复都有好处Funk 等1985 尽管这些报道相互不同很难判断但感染内生真菌的牛尾草和多年生的黑麦草具有明显的对食草动物的抗性Siegel 等 1987 在实验室研究表明有些昆虫喜欢吃没有感染内生菌的植株总的来说感染了内生真菌的植株比没有感染的植株对外界环境有更好的适应性如感染了内生菌的植株对水分的利用比没有感染内生菌的植株更有效有人研究感染A. lolii 的多年生黑麦草总的叶面积分孽数叶片的生长量都有所增加Latch 等 1985 Acremonium感染的植株可以增强对昆虫的抗性这些植株产生一系列有广泛生物活性的化学物质如感染A.lolli 的牧草可产生peramine 生物碱感染A. coenophialum 的植株可以产生麦角生物碱Siegel等19875 内生真菌寄主专化性和组织专化性内生真菌要经过识别寄主 孢子萌发然后才定殖于合适的植物组织内内生真菌具有不同程度的专化性有些内生真菌的寄主专化性不高只有表现在植物科的水平上在同一地点同科不同种的植物上的内生真菌有可能是相似的不同器官的内生真菌群落可能显著不同表现出了器官专化性Sieber 1988 发现Lophodermium piceae 和 Tiarosporella parca 在云杉Piceaabies 的针叶上较多而在嫩枝上则几乎没有Carroll 等1977 首先报道的组织专化性从针叶叶柄上分离的许多内生真菌极少在针叶的其它部位发现Stone 1986 发现两种真菌Rhabdocline parkeri 和Phyllosticta sp 共同存在于Pseudotsuga menziesii 针叶上 但它们分别存在于不同部位Rhabdocline parkeri 在针叶上表皮和皮下组织中而Phyllosticta sp.存在于针叶的叶肉的细胞内Rodrigues 1994发现内生真菌在Euterpe oleracea 叶子的叶脉和叶肉组织显著不同推测一些内生真菌可能只利用特定的营养物质内生真菌器官和组织专化性 吸收不同的营养物质这可能是一种防止内生真菌的小生境重叠在相同环境相互竞争的一种机理也有一种可能就是某些真菌对它生存环境的一种适应Petrini 19916 内生真菌的分布特点从一个寄主植物上可以分离到大量的内生真菌形成自身特定的真菌群落在迄今所有研究过的数百种植物上的只有一种或少数几种内生真菌在一种植物上占优势在Picea abies生物多样性研究进展上 Lophodermium piceae 是最常见分离到的内生真菌Butin 1986 Sieber 1988 而Abiesbalsamea 上最常分离到的是Phyllosticta multicorniculata 一般来说植物上内生真菌的群落与采集地点有关Sieber-Canavesi 等1988 研究表明欧洲白冷杉Abies alba 在相同地点采集的样品内生真菌组成与它们在田间的相对位置有关Petrini 1987 观察到高山植物上的内生真菌很大程度上取决于生存的外界内生真菌的定殖率与冰雪覆盖期寄主植物弱营养供给成正相关在极端环境条件下内生真菌的定殖率是比较低的如沙漠中的Opunta stricta 只有23 种内生真菌比其它地区的植物要少得多Fisher 等1994在同种植物上同一地区的内生真菌群落是相似的 但不同年龄上的植株内生真菌的种类和分布显著不同一般来说成年植物上的内生真菌种类比幼龄植株要丰富内生真菌可以通过空气雨水传播成年植株有更多的机会接触真菌加上植株生理状况改变次生代谢物的产生都有可能促进某些真菌的生长Fisher 等1993 不过也有报道成年植株比幼龄植株的内生真菌要少Rodrigues 1994 这可能由于植株生长在不良的环境中内生真菌不适应恶劣的环境条件而逐渐被淘汰不同内生真菌种类对不同树龄的反应也有差异在Euterpe oleracea上的内生真菌如分生节孢子种类在老树中比幼龄植株要多而其它真菌如Hypoxylon sppLentendraeopsis sp 等则在幼龄植株中较多Rodrigues 19947 内生真菌的应用内生真菌生活在植物体内的特殊环境中 有可能产生对人体有用的代谢产物许多真菌产生对人体动植物病原菌有抗性的物质Fisher 等1993 与普通其它真菌相比内生真菌产生的抗菌活性普遍较高从紫杉中分离到的一种内生真菌Taxomyces andreanae 能够产生与紫杉内相同的紫杉醇Stierle 等1993 内生真菌要进入植物组织需要破坏细胞壁的溶解酶以克服植物防护的自然屏障有的研究表明从不同寄主上分离的不同内生菌可以产生果胶酶酯酶纤维素酶