检验检测与微生物技术生物技术 世界关于植物内生菌的研究王金鉴 徐海冬(辽宁工程技术大学理学院 辽宁阜新 123000)摘要:本文从植物内生菌的起源、定义以及分布特点进行分析。依据现阶段内生菌的多样性和分布、运动性、功能、植物修复的研究成果,分析其代谢产物和本身的活性物质在医药领域、农业领域和基因工程领域具有广泛的发展前景。关键词:植物内生菌 多样性 活性物质 代谢产物 发展前景中图分类号:S182文献标识码:A文章编号:1674-2060(2015)03-0008-01人类经过漫长岁月的研究探索,仅仅敲开了形形色色植物体中内生菌的一扇小门。内生菌依靠其丰富的种类,在植物微生态系统的重要位置,极大的发展潜力,在各个领域都能应用发展。而在现阶段内生菌研究的热点趋势为:内生菌的生理生化机制对宿主植物的保护、内生菌多样性的分析、次生代谢活性产物的开发利用等。1 浅析植物内生菌的起源、定义及分布特点目前对于内生菌的起源学说,现阶段大致分为两种即内生说和外生说。内生说现阶段研究认为即宿主植物与内生菌在具有相同或相似的遗传背景,内生菌传递给下一代是依靠其产生的种子。外生说即受外部环境的影响较多,在宿主的植物体表、根际上的自然性孔口或通过诱导植物形成相应的通道进入体内,在长时间与宿主植物共生中协同和分化达到一定的谐点[1]。内生菌的定义首先是一个生态学概念,在微生态系统属于天然组成部分。植物内生菌较被公认的定义是指那些在其生活史的一定阶段或者全部阶段生活于健康植物的各种组织和器官内部,宿主植物在短期内不会由于这种菌类的感染而表现出外在症状。内生菌的种类主要包括:真菌、细菌和放线菌等。其生长的位置是在植物的皮下组织。内生菌广泛存在于植物体内部中,数量和种类受多种因素的影响,造成内生菌种类如此繁多、复杂、多样化的原因是菌体受到地区和宿主植物种类的的影响。生长环境、生长状况和生长时间等因素都能造成植物体内生菌的种类和数量的差异,举例来说:寒冷、干燥地区温度低、水分少、营养不足,不适应内生菌的产生,所以植物所含有的内生菌的种类和数量少于温热、湿润的地区;胁迫条件下生长的植株由于其自身所获得营养少,造成的结果是所含内生菌种类、数目少于健康植株比;就同一植株来说,随着时间与植株内所含内生菌种类和数目成正比关系[2]。2 植物内生菌的研究概述2.1 植物内生菌的多样性以及分布情况植物内生菌的多样性体现在:宿主植物的多样性、宿主植物被寄生的组织和器官分布多样性和内生菌种类多样性。研究发现植物内生菌的分布范围广,目前发现有分属个属种的超过129种植物内生菌寄生于超过300000种的植物中。2.2 植物内生菌的研究方法采用高效的分离方法和技术是现阶段有关内生菌资源的开发利用的关键所在。首先,不同植物不同部位的内生菌进行分离的过程中要进行消毒;采用乙醇、升汞、次氯酸钠或次氯酸钙为消毒剂最为恰当[3]。其次一般采用涂布法、组织印记对照法和消毒剂换无菌水法来检验表面消毒的彻底度;一定确保菌株不受到外界杂菌的感染。最后,要补充加入抑制菌,尽可能的抑制其它菌的生长。2.3 植物内生菌在植物修复中的作用内生细菌存在于植物组织内部,对宿主植物并没有不良的影响。内生细菌修复植物细胞具有以下优势。内生细菌通过增加植物内部的生物量来促进宿主植物生长,让植物体的修复能力显著提高;对于有机物污染的植物可以加快其分解从而间接地修复宿主植物;可转运重金属到地上部位,提高宿主植物对重金属的抗性;通过基因工程的手段,提高其辅助的植物修复能力。8生物技术世界 BIOTECHWORLD3 现阶段植物内生菌的发展分析3.1 内生菌在生物制药方面的研究发展现阶段研究表明在抗肿瘤、抗菌,抗病毒等药物制取上内生菌具有很好的应用。从短叶红豆杉分离的紫杉醇中可以提取的一种二萜类生物碱,通过其抑制微管解聚和稳定微管的作用,已经广泛应用于卵巢癌、乳腺癌、肺癌、食道癌、前列腺癌以及直肠癌的药物制造,已经成为了最重要的抗癌药物之一。具有抗生素类内生菌分泌产生的抗生素对病原体起杀灭作用,还抑制其它的细菌、真菌、病毒和一些原生生物。通过对大量产抗生素内生菌的研究发现[4],其抗菌的活性成分和次生代谢产生抗生素来保护宿主植物免受病源菌侵害,使宿主植物表现出抗病、虫害的能力已经成为抗生素药物研制的重要依托。3.2 内生菌降解环境污染物的研究发展浅析现阶段,外源基因载体研究发展是选取作为外源基因的载体的植物的内生菌。内生菌成为绝佳的载体是因为内生菌长期生活在植物体内, 能够在植物体内稳定的生长和进行代谢活动。其工作机理内生菌作为构建植物内生防病或杀虫工程菌的受体,再进行引入。结果是让植物能够防病杀虫,从而达到生物防治目标。目前防治植物病虫害的研究手段是构建工程菌株让其能够表达外源杀虫防病的基因。3.3 在农业生产上的应用农业生产的保护机理是:具有生态位相同的植物内生菌与病原菌, 在植物体内发生了激烈的竞争,但是病原菌缺乏竞争优势,所以得不到正常的营养的供给而死亡,而内生菌得获得营养却对农作物没有不良的影响,农作物正常生长,从而间接保护农作物免受病原菌的侵害。另外由于内生菌还产生和分泌代谢物质,如抗生素、毒素等能够诱导植物产生系统抗性(ISR),对病原菌具有抑制和杀灭作用[5]。因此,现阶段研制的可以对植物施用的植物内生菌化学试剂已经投入生产,它能有效的提高植物的抗逆性。而且内生菌化学试剂是生物类试剂,相比化学农药试剂减少对环境的污染,同时又保证了植物的产量品质。目前内生菌在分子生物学的领域的研究已经悄然起步,借助内生细菌的基因组学、蛋白质组学以及代谢组学研究的飞速发展,内生细菌将在各个学科领域的舞台上有所展现。这个巨大的、复杂的微生物新资源,应用面之广让每一位研究者都满怀期望,通过内生菌的研究发展,完全可以解决自然资源不足等问题。参考文献[1]禹乐乐.玉米内生真菌多样性及其与宿主关系研究[D].郑州:郑州大学,2012.[2]张旗,周志娟,杨冬月,朱姝宾,闫锁.植物内生菌的作用研究[J].现代农业科技,2010(09).[3]文才艺,吴元华,田秀玲.植物内生菌研究进展及其存在的问题[J].生态学杂志,2004(02).[4]李强,刘军,周东坡,朱婧.植物内生菌的开发与研究进展[J].生物技术通报,2006,(3):33-37.[5]黎万奎,胡之璧.内生菌与天然药物[J].中国天然药物,2005,3(4).
