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文献检索综述 中药1105班 张鹏宇 011141105041药用植物内生真菌及活性物质多样性研究进展张鹏宇摘要:药用植物具有丰富的物种多样性,是人类生存与发展的重要自然资源。内生真菌广泛存在于健康植物组织内部,是植物微生态系统的重要组成部分,各种药用植物中蕴藏着非常丰富的内生真菌。通过与药用植物的“协同进化”,某些内生真菌具有了产生与宿主植物相同或相似的生物活性物质的能力。内生真菌产生的各种活性物质,在生物制药、农业生产、工业发酵等方面都表现出美好的应用前景,受到世界各国专家的广泛关注。利用内生真菌发酵实现生物活性物质的工业化生产,可以提高产量、降低产品成本,满足人们日益增长的需求;同时有利于珍稀、濒危药用植物资源的保护,对减少野生药用植物多样性的破坏具有重要意义。本文从药用植物内生真菌物种多样性与产生生物活性物质多样性等方面总结近年最新的研究进展,提出了内生真菌及活性物质研究的未来发展方向。关键词:药用植物;内生真菌;生物活性物质;协同进化中图分类号:Q949.95文献标识码:AResearch Advances in the Diversities of Endophytic Fungi inMedicinal Plants and Their Bioactive IngredientsSUN Jian-qiu1,2,3,GUO Liang-dong2*,ZANG Wei1,3,CHI De-fu1(1 College of Forestry,Northeast Forestry University,Harbin 150040;2 Systematic Mycology and Lichenology Laboratory,Insti-tute of Microbiology,Chinese Academy of Sciences,Beijing 100080;3 College of Life Science and Engineering,Qiqihar University,Qiqihar 161006)Abstract:Medicinal plants,which are of rich species diversity,are important natural resources for humanexistence and development.Endophytic fungi,widely existing inside the tissues of healthy plants,are im-portant components of plant micro-ecosystems and various medicinal plants are rich in endophytic fungi.Co-evolving with medicinal plants,some endophytic fungi have developed the abilities to produce same orsimilar bioactive substances as or to what their host plants produce.Various bioactive substances that endo-phytic fungi have showed a bright prospect in biological pharmaceutical production,agricultural produc-tion,industrial fermentation thereby attracting extensive interest from experts of various countries in theworld.The industrial productions of bioactive substances that make use of endophytic fungi are capable ofincreasing their yields and lowering their productive costs and thus conducive to satisfying peoples ever-in-creasing demands.In the meantime,it is conducive to the conservation of precious and endangerd medicinalplants and of great importance in avoiding the damage to the diversity of wild medicinal plants.The papersummarizes latest research advances in terms of the diversity of endophytic fungi and their bioactive sub-内生真菌普遍存在于健康植物组织中,种类繁多,分布广泛。近十几年来,人们在药用植物内生真菌的次级代谢产物中陆续发现了紫杉醇等生物活性物质,其中某些产物与宿主的次级代谢产物相同或相似,这些发现,使内生真菌代谢产物中活性物质多样性的研究受到广泛关注。对于内生真菌来说,每一株药用植物都是一个资源库,不但可以从中筛选找到新的活性物质。人们已经认识到,丰富的药用植物资源中包含着更为丰富的内生真菌资源,对于药用植物内生菌及其活性物质的开发利用,具有重大的生态学意义和经济价值。本文总结了药用植物资源内生真菌及活性物质的研究概况,探讨了某些内生真菌可以产生与宿主相同或相似次级代谢产物的机制,提出了内生真菌及活性物质研究的未来发展方向,为今后的研究工作提供参考。1药用植物资源的多样性植物是全球生物多样性中至关重要的一部分,也是保障人类福祉的基本资源。药用植物是人们认识和利用的植物资源中,具有特殊的化学成分及生理功能,对人体疾患及动物病害具有保健、治疗作用,或者在农业生产中,具有杀虫、杀菌、除草等功效的各类植物的总称,比中草药的概念更为广泛。世界已知植物约有27万种。我国地域辽阔,从寒温带直到热带,地形复杂气候多样,是世界上植物生物多样性最丰富的国家之一,全国已知植物约有25 700种,其中很多植物具有药用价值。20世纪80年代,我国曾经进行过全面系统的资源调查,发现我国的药用植物资源种类包括383科,2 309属,11 146种,其中藻、菌、地衣类低等植物有459种,苔藓、蕨类、种子植物类高等植物有10 687种。在这些药用植物中,临床常用的植物药材有700多种,其中300多种以人工栽培为主,传统中药材的80%为野生资源1。有些药用植物为我国所特有,如人参、杜仲、银杏等。虽然我国药用植物的生物多样性非常丰富,但是由于对生物资源保护和可持续利用的意识薄弱,在开发应用方面,已经出现野生资源严重减少、栽培药材质下降等诸多问题。例如长白山是我国“天然药用植物资源宝库”,可是1992的中国植物红皮书中记载的长白山区24种珍稀濒危植物中,药用植物就占了20种。目前,关于药用植物资源保护的研究中,药用植物的内生真菌已经成为药用植物资源研究的一个新热点。药用植物内生真菌是植物微生态系统中的重要组成部分,其次级代谢中产生的生物活性物质具有很好的开发利用价值,而且某些药用植物内生真菌具备合成宿主某些代谢产物的能力,说明利用药用植物内生真菌开发新药源具有极大的可能性。虽然内生真菌研究已有一百多年的历史,但是只有近二十几年才受到国内外真菌学家的关注。据不完全统计全世界已经研究过内生真菌的植物大约只有几百种2,而就药用植物而言,内生真菌的研究就更少一些。我们对近十多年来发表的关于药用植物内生真菌的研究情况进行了不完全统计(表1),涉及到的药用植物有47科81属114种3变种,包括藻类植物、蕨类植物、裸子植物和草本、藤本、木本的被子植物;而我国研究过内生真菌的药用植物只有21科44属62种2变种,相对于我国丰富的药用植物资源,内生真菌多样性的研究还远远不够。2内生真菌的多样性内生菌(endophyte)最早由De Bary3提出,是指生活在植物体内的微生物,用于区别生活在植物组织表面的表生菌(epiphyte),包括内生细菌和内生真菌4,但是在以往的研究中涉及更多的是关于植物内生真菌的报道。内生真菌(endophytic fun-gi)是指在生活史中的某一个阶段存在于健康植物组织内部,不会引起宿主明显病症或者对宿主造成明显伤害的真菌5,包括一些在生活史的某一阶段表面生的腐生菌、潜伏性病原菌和菌根菌。早在1898年Vogl6就从黑麦草(Lolium te-mulentum)的种子中分离到内生真菌。但是从内生真菌的研究历史来看,在相当长的时间内,其存在和作用并没有受到真菌学家的重视,直到最近的二十几年,植物内生真菌的研究才相对活跃。从目前研究过内生真菌的植物来看,植物内生真菌类群的分布受地域、树龄、空气湿度、季节变化、植株高度、气候条件等各种环境因素的影响2,7。Hawksworth8认为自然界中有150万种真1506西北植物学报26卷菌,但是在他的估算中并没有包括内生菌,Petrini等5推测,自然界中内生真菌总数可超过100万种,Dreyfuss和Chapela9也估计内生真菌至少有100万种。Gamboa等10在研究内生真菌时认为,由于目前我们对内生真菌了解的很少,对植物内生真菌种类的估计可能还比较保守。近十多年来,人们从47科81属114种3变种药用植物中分离到的内生真菌达到171属,涉及到子囊菌、担子菌、接合菌、卵菌、有丝分裂孢子真菌(Mitosporic fungi)及其无孢菌类(Mycelia sterile)等真菌类群,其中子囊菌40属、担子菌3属、接合菌3属、卵菌3属;其余122属为有丝分裂孢子真菌,包括丝孢菌(Hyphomycetes)82属、腔孢菌(Coelo-mycetes)32属和其它类群(Stromatic和Sclerotial)8属,具有丰富的物种多样性(表1)。已有的研究表明,不同类的植物中,内生真菌的种类和数量不同。韦继光等11在研究内生拟盘多毛孢时也发现,不同宿主植物内生真菌的物种多样性是有差别的,从罗汉松(Podocarpus macrophyllus)分离到的盘多毛孢种类多达16种,从茶梅分离到8种,从金花茶(Camellia nitidissima)、茶和竹柏(Podocar-pus nagi)中各分离到5种,从山茶(Camellia ja-ponica)分离到4种,从油茶(C.oleifera)、云南红豆杉、南方红豆杉各分离到3种,从南山茶(C.reticu-lata)分离到2种,而且拟盘多毛孢的分离率与植物内生拟盘多毛孢的物种多样性不呈正比。从目前的研究结果来看,没有发现药用植物体内不存在内生真菌的现象。药用植物内生真菌不但物种多样性丰富,还包含着大量的没有认知的新物种。Bussaban等12在研究药用植物Amomum siamense的叶、假茎、地下茎中的内生真菌时,发现2种新的子囊菌,从叶中分离到4种Pyricularia中有3个是新种。韦继光等11在分离罗汉松、竹柏、山茶、金花茶、油茶、茶梅、南山茶、云南红豆杉及豆杉等植物的内生真菌时,仅拟盘多毛孢属就获得865株,包括3个新种、1个新记录种、4个新组合,15个种是首次报道为内生拟盘多毛孢。可以说,自然界的药用植物中有大量的内生真菌资源有待进一步的研究发现。表1药用植物内生真菌的多样性Table 1Diversity of endophytic fungi in medicinal plants宿主植物Host plants内生真菌Endophytic fungi参考文献Reference红豆杉科短叶红豆杉Taxus brevifolia Taxomyces andreanaeStierle,199314Taxaceae苏门答腊红豆杉T.sumatrana Pithomycessp. Strobel,1996a15西藏红豆杉T.wallachiana SeimatoantleriumnepalenseBashyal,199966西藏红豆杉T.wallachiana小孢拟盘多毛孢PestalotiopsismicrosporaStrobel,1996b17西藏红豆杉T.wallachiana小荚孢腔菌SporormiaminimaShrestha,200167欧洲红豆杉T.baccata Monochaetiasp.,砖红镰孢等进行全面、系统的研究,促进微生物资源的保护、开发、利用。参考文献:1郑汉臣,蔡少青.药用植物学与生药学M.北京:人民卫生出版社,2003.2GUO L D(郭良栋).Advances of researches on endophytic fungiJ.Mycosystema(菌物系统),2001,20(1):148-152(in Chinese).3DE BARY A.Morphologie und physiologie der pilzeJ.Flenchten und Myxomyceten.Engelmann,Leipzig,1866:1-316.4FISHER P J,PETRINI O.The distribution of some fungal and bacterial endophytes in maizeJ.New Phytol.,1992,122:299-305.5PETRINI O.Fungal endophytes of tree leavesA.In:Microbial Ecology of Leaves(eds Andrews JH,Hirano SS)M.New York:Spring-Verlag,1991:179-197.6VOGL A E.Mehl und die anderen mehlprodukte der cerealien und leguminosenJ.Nahrungsm Unters Hyg.Warenk,1898,12:25-29.7RAVIRAJA N S.Fungal endophytes in five medicinal plant species from Kudremukh Range,Western Ghats of IndiaJ.J.Basic Microbi-ol.,2005,45(3):230-235.8HAWKSWORTH D L.The fungal dimension of biodiversity:magnitude,significance and conservationJ.Mycol.Res.,1991,95:641-655.9DREYFUSS M M,CHAPELA I H.Potential of fungi in the discovery of novel,low-molecular weight pharmaceuticalsA.In:The discov-ery of natural products with therapeutic potential(ed Gullo VP)M.London:Butter-Worth-Heinemann,1994:49-80.10GAMBOA M A,LAUREANOL S,BAYMAN P.Measuring diversity of endophytic fungi in leaf fragments:Does size matter? J.My-copathologia,2002,156:41-45.11韦继光.罗汉松科、山茶科和红豆杉科植物内生拟盘多毛孢的多样性及拟盘多毛孢属分子系统学研究D.杭州:浙江大学博士学位论文,2004.12BUSSABAN B,LUMYONG S,LUMYONG P,et al.Endophytic fungi fromAmomum siamenseJ.Can.J.Microbiol.,2001,47:943-948.13WANI M C,TAYLOR H L,WALL M E,et al.Plant antitumor agent VI:The isolation and structure of taxol,a noval antileukemic andantitumor agent fromTaxus brevifoliaJ.J.Am.Chem.Soc.,1971,93:2 325-2 327.14STIERLE A,STROBEL G,STIERLE D.Taxol and taxane production byTaxomycesandreanae,an endophytic fungus of Pacific yewJ.Science,1993,260:214-216.15STROBEL G,HESS W M,FORD E,etal.Taxol from fungal endophytes and the issue of biodiversityJ.Journalof Industrial Microbi-ology,1996,17:417-423.16LI J Y,SIDHU R,FORD E J,et al.The induction of production in the endophytic fungusPericoniasp. fromTorreya grandifoliaJ.Journal of Industrial Microbiology and Biotechnology,1998,20:259-264.17STROBEL G,FORD E,LI J Y,etal.SeimatoantleriumtepuienseGen.nov.a unique epiphytic fungus producing taxol from the Venezue-lan-GuayanaJ.System Appl.Microbiol.,1996,22:426-433.18QIU D Y(邱德有),HUANG M J(黄美娟),FANG X H(方晓华),et al.Isolation of an endophytic fungus associated withTaxus yun-nanensisJ.Acta Mycologica Sinica(真菌学报),1994,13(4):314-316(in Chinese).19ZHANG L M(张理珉),LU H SH(陆和生),YOU H Y(游洪云),et al.Isolation and fermentation of endophytic fungus associated withTaxusJ.Journal of Yunnan University(云南大学学报),1998,20(5):385-387(in Chinese).20MA T Y(马天有),DONG ZH L(董兆麟).The study of isolating endophytic fungus synthesizing Taxol from plantJ.Journal North-west University(西北大学学报),1999,29(1):47-49(in Chinese).21WANG J F(王建锋),L H Y(吕华鹰),HUANG Y J(黄耀坚),etal.A Taxol-producing endophytic fungus isolated fromTaxus maireiand its antitum or activityJ.Journal of Xiamen University(厦门大学学报),1999,38(4):485-487(in Chinese).22WAN B,LI A M,WANG X L.Separation of a fungus pr