木霉属richoderma真菌资源的开发利用

木霉属richoderma真菌资源的开发利用

木霉属天竺葵属和甲壳类动物。它是在森林、斜坡、耕地、草地和其他潮湿环境中传播的。土壤、枯枝落叶的腐烂木材和其他细菌的残体是其生长基质（巴特，1968；rollson，1970；刘培贵等人）。它的生物多样性是子带菌的一个重要群体。该属的有性阶段曾称为“肉座菌属”HypocreaEr.,它们的子座肉质,平展伏生,扁平垫状或半球形垫状,颜色多鲜亮,子囊壳完全包埋于子座内,罕为半裸露,子囊初期含8个子囊孢子,成熟时通常一分为二,形成分子囊孢子,子囊孢子为绿色或无色。1木霉属viren特性木霉属包括其有性阶段(“肉座菌属”)是一类重要的自然生物资源,具有较高的经济价值。该属部分种类对植物病原真菌具有较强的杀伤能力,因而作为生物防治制剂广泛使用;其中一些能够产生纤维素酶、半纤维素酶、木质素酶和果胶酶等酶类而倍受关注,目前比较广泛地应用于农业、工业、环境保护等相关领域。木霉属真菌能够产生多种次级代谢产物,自1932年Weindling发现胶霉毒素(gliotoxin)至今,从中分离到的代谢产物已超过180余种,主要包括:聚酮类(polyketides)、萜烯类(terpenes)、氨基酸及其衍生物等,其生物活性主要表现在:抗植物病原真菌活性、促进植物生长活性、抗酵母活性、抗细菌活性、抗病毒活性等,广泛应用于植物病害防治,并在生物及其医药领域有一定的应用价值(Inbaretal.1994;Yedidiaetal.2001;Degenkolbetal.2008;Mukherjeeetal.2012)。在农业领域,国际上已有50余种木霉生防制剂或菌肥产品注册登记,并进行商业化生产,利用哈茨木霉TrichodermaharzianumRifai和绿木霉T.virens(J.H.Mill.,Giddens&A.A.Foster)Arx生产的商业制剂TRICHODEXXTM和Soil‐GardTM被广泛用于各种植物真菌病害的防治,在农业生产中发挥着重要作用(Ricard1981;Harman1990;Harman&Lo1996)。哈茨木霉可抑制多种植物病原真菌,如引起玉米、大豆、黄瓜猝倒病的丝核菌属RhizoctoniaDC.(Lifshitzetal.1985;Dutta&Das1999;Mishraetal.2000;Huangetal.2011),引起灰霉病的灰葡萄孢BotrytiscinereaPers.(Kovachetal.2000;Hjeljordetal.2001;Chengetal.2012),引起枯萎病的齐整小菌核SclerotiumrolfsiiSacc.(El‐Katatnyetal.2000;Mishraetal.2000),以及侵染植物根部的草莓丝核菌RhizoctoniafragariaeS.S.Husain&W.E.McKeen(LaMondia&Cowles2002)等。然而,少数木霉能够引起蘑菇等真菌的病害,给食用菌栽培带来困难,曾使美国、英国、加拿大以及韩国的食用菌产业遭受上百万美元的经济损失(Samuelsetal.2002;Parketal.2006;Komon‐Zelazowskaetal.2007)。在工业上,木霉属真菌能够产生多种酶类,其中纤维素酶(cellulases)、葡聚糖酶(glucanases)、果胶酶(pectinases)和木聚糖酶(xylanases)可用于纺织业的纤维处理、去污剂的生产以及动物饲料加工等(Reese&Mandels1989;Nserekoetal.2002)。在环境保护方面,木霉属真菌可用于污水、淤泥的生物降解或转化,使其转变成为混合肥料供人们利用(Mollaetal.2002)。此外,个别种类还能有效治理由五氯苯酚、硫丹等杀虫剂引起的土壤污染(Katayama&Matsumura1993;Rigot&Matsumura2002)。木霉属的应用比较广泛,具有较高的经济价值。在理论研究方面,由于该类群的物种多样性丰富,成为探讨真菌系统演化规律的重要研究材料。因此,不断挖掘木霉属的新自然资源兼具理论意义和应用前景。2资源和分类研究2.1肉座菌属分类的研究根据第十版DictionaryoftheFungi(Kirketal.2008),木霉属成立于1794年,隶属于子囊菌门Ascomycota,粪壳菌纲Sordariomycetes,肉座菌目Hypocreales,肉座菌科Hypocreaceae。该属最初包含4个种,至今只有绿色木霉TrichodermaviridePers.一个种仍保留在该属,其余种均被转移至其他属。Tulasne&Tulasne(1860)首次揭示了绿色木霉与红棕肉座菌Hypocrearufa(Pers.)Fr.之间的关系,即红棕肉座菌的子囊孢子萌发后形成其无性阶段——绿色木霉,两者系同一种真菌生活史中的不同阶段,这一观点直至20世纪初才被人们所接受。1871年,Harz试图界定木霉属,强调微观特征,尤其是分生孢子梗分枝特征的分类学重要性。Oudemans&Koning(1902)首次从土壤中分离得到木霉,并命名为康氏木霉T.koningiiOud.。结合前人的研究成果,Bisby(1939)研究了大量木霉菌株,提出了广义的木霉属概念,指出木霉属真菌的变异性,认为这些形态各异的木霉菌株都属于同一个种,即绿色木霉,其他种名应视为同物异名;此观点曾被不少真菌学家接受。在木霉属建立后的近一个半世纪中,分类研究并没有引起足够重视,主要是它们缺乏稳定的形态特征,至使其分类工作进展缓慢。20世纪30年代初期,Weindling(1932,1934)发现,在培养条件下木素木霉Trichodermalig‐norumTodeexHarz.可以寄生多种土传病害的病原菌,在土壤中增加其数量能够防治某些植物病害的发生,从而引起了人们的高度重视。20世纪50年代,研究者又发现木霉具有非凡的纤维素分解能力,这一发现加深了对木霉菌分类学重要性的认识(Sternberg&Dorval1979),使该属的分类研究步入快速发展阶段。Rifai(1969)提出第一个木霉属的分类系统,根据产孢结构、孢子梗的分枝及孢子特征将木霉菌划分为9个集合种(speciesaggre‐gate),该分类系统被普遍采纳。Domschetal.(1980)在Rifai分类系统的基础上,增加了李氏木霉TrichodermareeseiE.G.Simmons和丰孢木霉T.saturnisporumHammill,提供了该属11个种的分种检索表。Bissett(1984)认为Rifai的物种概念较宽,需要在形态学上进一步细化,综合了Doi以及其他学者在肉座菌属分类方面的观点,将木霉属分为5个组(section),即木霉组(sect.Trichoderma)、长枝木霉组(sect.Longibachiatum)、粗梗组(sect.Pachybasium)、肉座组(sect.Hypocreanum)及土孢木霉组(sect.Saturnisporum),并根据形态特征,将已描述的物种纳入不同的组,同时指定了各个组的模式种,表明它们的有性阶段均属于肉座菌属,但未建立生活史中无性阶段与有性阶段之间一一对应的关系。20世纪90年代末,Gams&Bissett(1998)对Bissett分类系统进行了修订,将木霉属土孢木霉组并入长枝木霉组,将Bissett的5个组处理为4个组,包含34个种,并对它们的有性阶段进行了阐述。虽然确立了有性阶段‐无性阶段关联的种类仅限于TrichodermacitrinovirideBissett[有性阶段:Hypocreaschweinitzii(Fr.)Sacc.]、T.reesei(有性阶段:H.jecorinaBerk.&Broome)和T.polysporum(Link)Rifai(有性阶段:H.pachybasioidesYoshim.Doi)等少数种,但为深入探讨该类群的分类和系统发育关系开辟了新思路和途径。近年来,在多基因系统发育分析基础上,Kullnig‐Gradingeretal.(2002)进一步研究了木霉属种间关系,认为肉座组和粗梗组难以区分,将前者并入后者,木霉属仅包括3个组。随后,分类研究进展加速,新物种不断发现。Bissettetal.(2003)描述了亚洲分布的7个种。Luetal.(2004)对粗梗组具有无色子囊孢子的6个种进行详细描述,序列分析的结果表明,TrichodermacroceumBissett和T.polysporumRifai的模式菌株聚类在一起,并在形态上不易区分,将前者处理为后者的同物异名。Chaverri&Samuels(2003)系统地研究了具有绿色子囊孢子的40个种,认为其中33个种为木霉属真菌;在形态学基础上,结合多基因系统发育分析,新命名了木霉属和肉座菌属20个种。Samuelsetal.(2012a)对T.stromaticum复合种进行清理,描述了7个种。Samuelsetal.(2012b)对长枝组进行了系统的研究,新描述了8个种,至此,该组包含21个种。Jaklitschetal.(2013)对T.viridescens(A.S.Horne&H.S.Will.)Jaklitsch&Samuels复合种进行了整理,描述了11个种。2.2hypocrea-saccrace.日本脑胶质属hs如前所述,原称为“肉座菌属”的真菌是木霉属的有性阶段,该属以Hypocrearufa为模式种建立(Fries1825),是肉座菌科Hypocreaceae的模式属。其主要特征为:子座颜色鲜艳,肉质,内部浅色;子囊壳埋生;子囊中8个具一个分隔的孢子在发育早期断裂为16个子囊孢子;子囊孢子无色、绿色至褐色,圆形、椭圆、楔形至矩形,表面具小刺,少有光滑。依据子实体形态,子囊孔口及子囊孢子的形态,Saccardo(1883)提出了6个亚属的分类系统。Theissen(1911)依据子实体形态和质地以及子囊壳的特征,建立了6个组。Petrak(1940)报道了2个种,即HypocreamoravicaPetr.和H.subalpinaPetr.。Dingley(1952,1956,1957)在对新西兰肉座菌目真菌进行研究时,对8个种有性阶段的解剖结构进行了描述,并在培养中获得了它们的无性阶段,尽管Dingley发现无性阶段中存在差异,但仍视为同一个种,即绿色木霉。随后,Webster和Rifai(Webster1964;Rifai&Webster1966a,b;Webster&Rifai1968)对该属部分种进行了修订,描述了H.piluliferaJ.Webster&Rifai和H.psychrophilaE.Müll.,Aebi&J.Webster。根据子囊壳着生方式、子座表层细胞的类型以及无性阶段等特征,Doi(1969,1972)提出了木霉属2亚属2组4亚组的分类系统,将有性阶段与无性阶段的特征相结合进行综合研究,描述了50余种(Doi1966,1968,1969,1971,1972,1973a,1973b,1975,1976,1978,2001,2006;Doi&Doi1980;Doi&Yamatoya1989;Doietal.2001)。Samuelsetal.(1998)在对Hypocreaschweinitzii复合种进行处理时,认为当有性阶段特征不足以区分相似种时,无性阶段特征和分子数据成为重要的分种依据。Chaverri等学者(Chaverrietal.2001a,2001b,2003;Chaverri&Samuels2002,2003)详细描述了40个具有绿色子囊孢子的种;在属的概念上,通过多基因序列分析,将ChromocreaSeaver和CreopusLink处理为肉座菌属的同物异名。根据模式种的无性阶段特征和序列分析的结果,Chamberlainetal.(2004)进一步将PodostromaP.Karst.和Podocrea(Sacc.)Lindau也处理为肉座菌属的异名。Jaklitschetal.(2008a)的研究结果支持了Chamberlain的观点,即以子座柱状作为分属的依据不合理。Jaklitschetal.(2005,2006a,2006b,2008b)和Jaklitsch(2009,2011)系统地描述了分布在欧洲的75个种,提供每个种的详细描述以及该属的分种检索表。Jaklitschetal.(2012)及Jaklitsch&Voglmayr(2012)又在欧洲发现了5个种。我国对肉座菌属的早期记载可追随到19世纪90年代,Patouillard(1895)以四川康定的标本为模式发表了Hypocreacornu‐damaePat.,系我国该类群的首次报道。其后,Sawada(1919)在台湾省报道了H.lenta(Tode)Berk,由于模式标本丢失,无从查证,Jaklitsch(2011)将其处理为可疑名称。我国真菌学先驱邓叔群先生先后报道过肉座菌属10个种(Teng1934,1935,1936;邓叔群1963)。此后对该类群的研究间断,于上世纪80年代重启,日本学者Doietal.(1984)报道了来自台湾省的1个变种H.rufavar.formosanaYoshim.Doi(Doietal.1984);刘培贵等学者(Liu&Doi1995;刘培贵等2000;Liuetal.2002,2003)对我国西南地区(云南、贵州等)的肉座菌属真菌进行了比较系统的研究,发现了2个新种H.fomitopsisP.G.Liu&Yoshim.Doi和H.tropicosinensisP.G.Liu,报道了5个中国新记录种;又以吉林长白山的材料为模式发表了H.corrugataYoshim.Doi,P.G.Liu&M.Tamura(Doietal.2001);Samuelsetal.(1998)以云南西双版纳的材料为模式发表了H.orientalisSamuels&Petrini.。近年来,中国已知木霉属真菌的数量迅速增长。以我国材料为模式发表了中国木霉TrichodermasinensisBissett,Kubicek&Szakacs(Bissettetal.2003)、台湾木霉T.taiwanenseSamuels&M.L.Wu(Samuelsetal.2006)、红豆杉木霉T.taxiC.L.Zhang,F.C.Lin&C.P.Ku‐bicek(Zhangetal.2007)、致密木霉T.com‐pactumZ.F.Yu&K.Q.Zhang、云南木霉T.yun‐nanenseZ.F.Yu&K.Q.Zhang(Yuetal.2007)、贵州木霉T.guizhouenseQ.R.Li,E.H.CMckenzie&YongWangbis(Lietal.2013)和新中国木霉T.neosinenseSamuels&Jaklitsch(Jaklitschetal.2013)。最近,朱兆香和庄文颖(Zhu&Zhuang2014a,b,c;朱兆香和庄文颖2014)按照现代分类学观点,对我国木霉属有性阶段及相关材料进行全面清理,发现10个新种(扁平木霉T.applanatumZ.X.Zhu&W.Y.Zhuang、寡孢木霉T.oligosporumZ.X.Zhu&W.Y.Zhuang、莲座木霉T.rosulatumZ.X.Zhu&W.Y.Zhuang、褐红木霉T.rufobrunneumZ.X.Zhu&W.Y.Zhuang、南方木霉T.sino‐australeZ.X.Zhu&W.Y.Zhuang、中国黄木霉T.sinoluteumZ.X.Zhu&W.Y.Zhuang、柄座木霉T.stipitatumZ.X.Zhu&W.Y.Zhuang、天堂寨木霉T.tiantangzhaienseZ.X.Zhu&W.Y.Zhuang、绿黄木霉T.viridi‐flavumZ.X.Zhu&W.Y.Zhuang和余氏木霉T.yuiZ.X.Zhu&W.Y.Zhuang),充分展示了我国该类群丰富的物种多样性。迄今为止,我国已知木霉属真菌91种(表1)。3肉座菌属系统发育研究20世纪90年代末,Samules等学者将DNA序列分析引入木霉属/肉座菌属的研究(Samuelsetal.1998;Doddetal.2002,2003)。对肉座菌目系统发育研究最初是基于18SrDNA序列分析,结果建立了生赤壳属BionectriaSpeg.,表明生赤壳属、丛赤壳属Nectria(Fr.)Fr.、麦角菌属ClavicepsTul.和肉座菌属分别形成了单系群(Spatafora&Blackwell1993;Rehner&Samuels1994,1995)。通过rDNAITS基因序列分析,Kuhlsetal.(1996)指出,Trichodermareesei的有性阶段为Hypocreajecorina;Lieckfeldt&Seifert(2000)强调了该片段序列分析在肉座菌目分类中的重要性。Lieckfeldtetal.(1998a)对肉座菌目的研究进展进行了综述,尤其关注肉座菌属和木霉属的系统发育研究。Lieckfeldtetal.(1998b)和Doddetal.(2000)深入探讨了肉座菌属的种间关系。其他相关工作还包括:Kuhlsetal.(1997)和Kindermannetal.(1998)对长枝组和粗梗组的研究;Samuelsetal.(1998)处理了H.schweinitzii复合种,并对有性阶段‐无性阶段的关联进行探讨,发现H.pseudokoningiiSamuels&Petrini对应T.pseudokoningiiRifai、H.schweinitzii对应T.citrinoviride、H.jecorina对应T.reesei;Samuelsetal.(2000)报道了T.stromaticumSamuels&Pardo‐Schulth,并阐明它与哈茨木霉和绿木霉的系统发育关系;Lieckfeldtetal.(2001)对H.aureoviridisPlowr.&Cooke/T.aureovirideRifai进行了分类和系统发育分析。随着木霉属系统发育研究的深入,参与分析的基因片段逐步增加,新的成果不断涌现。基于内切几丁质酶基因(ECH42)序列分析,Lieckfeldtetal.(2000)研究了木霉组中各个种之间的系统发育关系;基于ITS和延长因子(EF‐1α)基因序列分析,Doddetal.(2002)确定了形态相似种HypocreapatellaCooke&Peck和H.neorufaPat.的系统发育位置;通过28SrDNA、ITS、18SrDNA、EF‐1α和ECH42多基因序列分析,Kullnig‐Gradingeretal.(2002)探讨了肉座菌属的种间系统演化;Jaklitschetal.(2013)首次将基因acl1(largersubunitofATPcitratelyase)用于木霉属研究,理清了Trichodermaviridescens复合种的问题。采用RPB2和EF‐1α基因序列相结合的方法,Jaklitsch(2009,2011)对木霉属进行系统发育研究表明,具有绿色子囊孢子和无色子囊孢子的种分别形成2个独立分支,从而表明子囊孢子的颜色携带系统发育信息;最近,Zhu&Zhuang(2014a,b)采用相似的方法,进一步探讨木霉属的种间系统发育关系,结果表明产生绿色子囊孢子的成员聚类在一起,形成10个分支,即Ceramica、Chlorospora、Harzianum、Phyllostachydis、Semiorbis、Spinulosa、Strictipilosa、Stipitatum、Virescentiflava和Virens分支;产生无色子囊孢子的种聚类在一起,形成9个主要分支,即Brevicompactum、Hypocreanum、Longibrachiatum、Lutea、Polysporum、Psychrophila、Semiorbis、Stromaticum和Viride。4微生物物种的命名过去真菌命名遵循《国际植物命名法规》(McNeilletal.2006),即维也纳法规,该法规允许子囊菌和担子菌的无性阶段拥有独立的名称,并制定了第59条规则(Article59)来规范复型真菌的命名。目前真菌命名遵循《国际藻类、真菌及植物命名法规》