内生真菌多样性研究现状综述魏洁摘要:随着研究的发现,内生真菌的在自然界的作用被越来越重要。
本文章主要分析了内生真菌生物多样性的现状、内生真菌多样性检测技术和方法及其影响因素分析。
从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, 提出了现阶段植物内生真菌及活性物质研究的存在的问题及其未来发展方向。
关键词:内生真菌;多样性;研究技术;影响因素;展望Research of endophytic fungi diversityAbstract:With the findings of the study, endophytic fungi are an increasingly important role in nature. This article mainly analyzes the status quo of endophytic fungi biodiversity, the detection techniques and methods of endophytic fungi diversity and its influencing factors. From the latest Endophytic fungal species diversity and produce biologically active substances diversity summarizes research progress in recent years, we dish the stage of plant endophytic fungi and active substances research problems and their future development direction.Keywords:endophytic fungi; diversity; research techniques; influencing factors; prospect1.引言真菌是吸收异养型的真核生物,种类繁多的植物内生真菌是一大类尚未被充分认识的真菌。
随着近二十年来的研究的发现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。
内生真菌(内生菌)(Fungal endophyte)[1]是指一类在其部分或全部生活史中存活于健康植物组织内部, 而不使宿主植物表现出明显感染症状的微生物。
在植物体特殊环境中,内生真菌与寄主之间协同进化,在生活演变过程中形成一种互利共生的关系。
内生真菌可以促进植物的生长发育[2], 提高宿主植物的抗逆性[3]。
近年来,由于内生真菌的次生代谢物在病虫害的生物防治、医药工业上的用途和范围逐渐增大,因此有关内生真菌的研究逐渐受到重视[4]。
内生真菌由于其物种丰富,数量庞大,而且与其它生物之间具有紧密的生态关系,使其成为天然活性物质的丰富来源,因而引起人们的广泛关注,成为目前国内外研究的热点之一.2研究现状近年来对内生菌的研究逐渐进入了一个新的阶段,内生真菌的研究日益受到了全球性的广泛关注,在其侵入机制每年有数百篇论文报道新发现的内生菌。
从内生真菌寻找活性成分日益成为研究的热点。
2.1 植物内生真菌的生物多样性植物内生真菌多数属于双核菌门子囊菌亚门中的核菌纲( Pyrenomyetes )、盘菌纲(Discomycetes) 和腔菌纲(Loculoascomycetes) 及其无性态的多种真菌,主要分布于植物的叶鞘、种子、花、茎、叶片和根等细胞间,多数情况下,在叶鞘和种子中分布量最多,而叶片和根含量极微[5]。
通过研究,内生真菌从一些重要的经济林木如针叶类的各种冷杉、云杉、红杉、紫杉、松柏等以及阔叶的栎树、桦树、桤木、桉树等植物的树皮、枝叶内相继被分离和鉴定。
在多种草本植物、栽培作物、果树、苔鲜和蕨类植物中也发现了内生真菌。
研究还发现,从不同植物的体内分离的内生真菌数量不同,少则几十种,多则达到几百种。
内生真菌大多数是广泛分布的,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10万种,还不包括苔藓、蕨类中的内生真菌[6]。
但截止目前所发现的内生真菌数量并不多,大概有数百种。
因此内生真菌仍有很大的研究发展空间,会是人类未来重要的资源宝库。
2.2 内生真菌在药用植物的概况自人们从分离的某些抗癌药用植物的内生真菌能产生与寄主植物相同或相似的抗癌活性物质后,寻找能够高效生产抗癌药物的内生真菌便成为研究的主要目标之一,也为抗癌药物的研究开发和生产开辟了新的途径。
现已经发现的具有药用价值的内生真菌主要包括: 产长春新碱的内生真菌、产鬼臼毒素的内生真菌、产异香豆素的内生真菌、产球毛壳素的内生真菌、产白灰制菌素A 的内生真菌等[5]。
2.2内生真菌在农作物的研究概况对农作物内生真菌的研究晚于药用植物中的,但也逐渐成为了研究热点。
目前农用内生真菌的研究主要集中在内生真菌对农作物本身的影响和从植物内生真菌次生代谢产物中发现具有农用生物活性的新化合物两个方面.研究发现内生真菌对农作物的营养生长具有一定的促进作用,提高了植株的物质代谢。
具有抗性作用的内生菌提高了植株的抗逆性,如有抗虫作用的内生真菌提高农作物的抗虫性。
3内生真菌多样性检测技术内生真菌的生物多样性检测技术包括:分离技术,鉴定技术,活性检测技术3.1 内生真菌的分离培养内生真菌培养是菌株鉴定及其活性物质研究的基础。
由于环境等因素的不同,内生真菌的生长和次级代谢产物的数量,种类都会受到影响。
因此在分离工程种,因充分考虑到培养基的组成成分,气候条件,温度控制等方面的因素。
就我国而言,内生真菌的分离研究近几年来也有较多的成果报道,如何佳等[7]植物内生真菌分离方法的研究,及陈立军等[8]油菜内生真菌的分离鉴定等。
培养基是分离过程中必不可少的组成部分。
随着研究发展,培养基的种类越来越繁多。
现在培养基主要分固体培养基、半固体培养基、液体培养基。
培养基的选择直接关系到接种真菌的生长发育。
现阶段实验班室最常用的选择培养基有牛肉膏蛋白胨培养基等。
无菌技术也是分离培养过程中重要技术之一,只要是确保研究结果的准确性及科学性。
近几年无菌技术发展迅速,主要是无菌室的设备不断提高。
灭菌技术主要有高温灭菌、辐射灭菌、过滤除菌、高渗除菌。
3.2内生真菌的鉴定真菌的分类也和其它生物一样繁乱复杂。
曾应用过的真菌分类系统就有De Bary系统、Gaumann系统、Martin系统、Whittaker系统、Ainsworth系统、Alcxopnlos系统等多个,各系统设置的基本出发点和依据各有特色, 难以统一。
如何建立一个符合客观实际的自然分类系统, 是关系到人们对真菌的正确认识、归类定秩、鉴定、命名以及指导开发利用、控制感染等一系列问题。
现阶段主要是通过形态观察法进行鉴定,即依据菌落的形态特征, 孢子的形态结构和产孢方式进行鉴定[9]。
观察菌落的大小、形态、颜色、光泽、透明度、质地、隆起、边缘特征以及运动性,根据菌株的菌丝体和孢子的形态特征,对照真菌鉴定手册进行初步鉴定。
如果单纯依靠形态学、生理生化、抗原构造等特征事实上这些也正是传统真菌分类学指标则常会得出似是而非的结果, 因为丝状真菌的个体多态性相当明显图。
这也是丝状真菌分类混乱和复杂的关键所在。
近年来多门新兴学科和技术的发展,尤其是分子生物学技术的兴起为真菌分类学发展提供了很好的机遇。
一些已经或即将用于真菌分类研究的分子生物学技术指标日渐显示出重要的分类学潜能[10]。
但近年主要还是通过形态观察法进行鉴定。
3.3 内生真菌抗菌活性的鉴定真菌抗菌活性鉴定是对真菌种别进行深一步鉴别,是对其次级产物的抑菌活性进行研究,意在筛选出能产生抗菌活性物质的内生真菌。
目前,抗菌活性的鉴定研究取得了可惜的成果:何佳等[8]微量稀释法筛选金钱松内生真菌抗菌活性的研究、赵江林等[11]TLC-生物自显影-MTT法检测滇重楼内生真菌中抗菌活性成分的研究等。
4 内生真菌的影响因素植物与内生真菌的关系为互惠共生,一方面植物为内生真菌提供光合产物和矿物质,另一方面内生真菌的代谢物能刺激植物生长发育,提高寄主植物对生物胁迫和非生物胁迫的抵抗能力。
因此,影响植物生长发育的因素均能对内生真菌产生一定的作用。
由于内生真菌在植物或动物体内,所以影响内生真菌的因素与植物的生长环境有着密切的关系。
但是由于对影响内生真菌的影响因素研究尚少,因此成为未来研究的内生真菌的另一个研究重点。
5存在问题与展望目前,短短几年的快速发展使内生真菌及其代谢产物的研究虽然取得了较丰硕的成果,但其中也发现不少问题。
主要表现在[5]:(1)内生真菌具有丰富的多样性,就算在相同的生境下的相同植株中得种类仍存在一定微小的差异,因此运用不同的培养基有无法将所有生活在植株中内生菌分离出来;(2)有些分离出来的真菌在人工培养基上培养时不产孢子,导致这些无法通过传统的形态学方法进行鉴定。
;(3)内生真菌的次生代谢产物数量极少,加大了新化合物的分离的难度,容易出现漏失现象,即使分离到新化合物,又往往因为量太少,不足以完成结构鉴定和活性测定的所有程序[14]。
这些原因导致内生真菌的研究发展存在一定的不足,还需要进一步的系统深入的探讨。
但如今内生真菌的研究仍在初级阶段,因此,内生真菌的分子检测和鉴定、植物内生真菌的多样性、植物内生真菌与寄主植物间专一性的机理和分布等生态学问题、植物内生真菌在寄主中的种群组成和相互关系、植物内生真菌产生与寄主相同或相似的生物活性物质的遗传机制,以及对植物内生真菌有工业生产、医药价值的代谢产物的开发与利用会成为以后一段时间内生真菌的只要研究方向[13]。
现阶段对内生真菌生长发育的影响因素的研究仍较少,此成为未来研究的内生真菌的另一个研究重点。
参考文献[1]梁宇, 高玉葆. 内生真菌对植物生长发育及抗逆性的影响. 植物学通报, 2000, 17(1): 52−59.[2] Arnold AE, Lewis LC. Evolution of fungal endophytes and their roles against insects. In Ecological and evolutionary advances in insect-fungus associations. Edited by F. Vegan and M. Blackwell. Oxford: Oxford University Press, 2005,pp.74−96.[3] Herre EA, Mejía LC, Kyllo DA, et al. Ecological implications of anti-pathogen effects of tropical fungal endophytes and mycorrhizae. Ecology, 2007, 88(3): 550−558[4] 官珊, 钟国华,孙之潭,胡美英.植物内生真菌的研究进展. 仲恺农业技术学院报,18 (1) :61~66 ,2005[5] 陈法军,黄永青,叶万辉. 内生真菌及其意义.物多样性研究进展.[6] 何佳,刘笑洁,赵启美,陈钧. 植物内生真菌分离方法的研究.2009, 30(15):180-180.[7]陈立军,孙广宇, 张 荣, 郭井泉.油菜内生真菌的分离鉴定. 石河子大学学报( 自然科学版).2004,7,22,66-68[8]何佳,陈钧,赵启美,祁红兵.微量稀释法筛选金钱松内生真菌抗菌活性的研究.食品科学. 2007,4[9] 赵江林,徐利剑,黄永富,周立刚.TLC-生物自显影-MTT法检测滇重楼内生真菌中抗菌活性成分. 天然产物研究与开发2008,01[10]胡谷平,佘志刚,吴耀文.南海海洋红树林内生真菌胞外多糖的研究[J].中山大学学报(自然科学版),2002,41(1):121-122.。