药用植物内生菌抑菌作用研究进展

李 军，李 白，高广春

(1.嘉兴市农业科学研究院，浙江 嘉兴 314016； 2.嘉兴学院 医学院，浙江 嘉兴 314001)

药用植物内生菌抑菌作用研究进展

李 军1，李 白1，高广春2

(1.嘉兴市农业科学研究院，浙江 嘉兴 314016； 2.嘉兴学院 医学院，浙江 嘉兴 314001)

植物内生菌是指在其全部或部分生活史中存活于健康植物组织内部，而不引发宿主植物表现出明显感染症状的微生物，主要包括细菌、真菌及放线菌。药用植物内生菌不仅可以产生与宿主植物相同或类似的产物，还能产生大量结构新颖的活性代谢产物。目前，从药用植物中分离筛选具有生防作用的内生菌并研发生物农药，成为植物抗病虫研究的新热点。本文综述了药用植物内生细菌、内生真菌以及内生放线菌的分离及其抑菌作用方面的最新研究进展，为药用植物内生菌在农业和医药业中的应用研究提供参考。

药用植物； 内生菌； 抑菌作用

植物内生菌(plant endophyte)是指在其全部或部分生活史中存活于健康植物组织内部，而不引发宿主植物表现出明显感染症状的微生物，主要包括细菌、真菌及放线菌。内生菌普遍存在于植物体内，现已在多种灌木、草本植物以及栽培作物、果树、藻类、苔藓和蕨类植物中发现[1]。植物内生菌及其次生代谢产物具有多种生物活性，如调节植物生长、杀虫、抑菌及抗肿瘤等[2-3]。围绕植物内生菌功能，现已在内生菌活性代谢物质、促进植物生长、他感作用、生物防治及环境修复等方面开展广泛研究[1]。

药用植物内生菌的研究始于1993年。Strobel等[4]首次从短叶红豆杉中分离得到1株能合成抗癌物质紫杉醇的内生真菌，证明植物内生菌可合成与宿主植物相同或相似的活性成分的能力，这一发现掀起了从药用植物中分离内生菌的热潮。据统计，已经开展内生菌研究的药用植物有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[5]。

近几年我国药用植物内生菌的研究得到迅速发展，已从玉米、枸杞、乌头、黄花蒿、石斛、金银花及人参等药用植物中分离到一批具有抑菌活性的内生菌[6-10]。研究表明，药用植物内生细菌、真菌及放线菌均具有一定的抑菌活性，3种内生菌都是不可忽视的筛选拮抗植物病原菌的重要资源[11]。本文综述了药用植物内生细菌、内生真菌、内生放线菌的分离及其抑菌作用方面的最新研究进展，为药用植物内生菌在农业和医药业中的应用研究提供参考。

1 内生细菌

国内关于植物内生细菌的研究报道始于1996年。刘云霞等[12]报道了水稻内生细菌巨大芽孢杆菌在水稻内分布情况，吴加志等[13]报道了Enterobacter、Pseudomonas和Bacillus三属植物内生细菌在植物病害生物防治潜力方面的研究。目前在植物不同部位中分离的内生细菌已超过80属129种，其中约2/3为革兰氏阴性杆状细菌，主要为假单胞属、芽孢杆菌属、肠杆菌属和土壤杆菌属4个属。通过对药用植物内生细菌抑菌作用的研究，发现芽孢杆菌属的内生细菌对植物病原菌多具有抑菌活性[7，10，14]。

饶小莉等[15]从乌拉尔甘草中分离到98株内生细菌，采用平板对峙法，从中筛选到6株对植物病原菌有明显体外拮抗活性的菌株。杨绍周等[14]从鼓槌石斛组织中分离到33株内生细菌，进一步通过抑菌试验获得5株生防菌株，其中GB8(芽孢杆菌)及GB16(链霉菌)具有较广的抑菌谱。另外研究发现，虎杖内生细菌对致病真菌、致病细菌具有抑制作用。从虎杖中分离到的244株内生细菌中有59株分别对黑曲霉、烟曲霉、金黄色葡萄球菌及枯草杆菌等具有不同程度的抑菌作用[6]。卢占慧[10]从人参221株内生细菌中分离到3株生防细菌Psn52、Psn61及Psn214。毕江涛等[16]从药用植物沙冬青中分离出内生细菌32株，通过拮抗活性试验，发现有23株菌对枸杞黑果病菌具有明显拮抗活性，18株菌对小麦全蚀病菌具有拮抗活性。杜晓宁等[7，17]从宁夏枸杞中分离到34株内生细菌并发现至少有26株菌对指示菌表现出不同程度的抑菌活性，占测定菌株的76.5%，其中12株对常见植物病原菌具有抑菌活性。

通过内生细菌对宿主植物的影响，可将植物内生细菌分为有益内生细菌、中性内生细菌和有害内生细菌，其中中性内生细菌最多。有益内生细菌能增强植物对病虫害的防御能力，是具有抑菌活性的内生细菌菌株分离的主要来源。

2 内生真菌

近十几年，从药用植物中分离到的内生真菌达171属，包括子囊菌、担子菌、接合菌、卵菌、有丝分裂孢子真菌及其无孢菌类[5]。内生真菌在药用植物内普遍存在，而且有些内生真菌在宿主科水平上具有专一性[18]。

李治滢等[8]从乌头(A.carmichaeli)中分离得到164株内生真菌，通过抗菌筛选试验发现42株具有高抗菌活性的内生真菌。虎杖具有抗菌、抗病毒、镇咳平喘等作用，虎杖中分离到的3株内生真菌对枯草芽孢杆菌、绿脓杆菌、白色念珠菌等8种菌具有明显的抑制作用[19-20]。卢占慧[10]从人参97株内生细菌中分离到2株生防真菌Psn86及Psn87。赵帅[21]从32株平贝母内生菌中筛选到5株对大肠杆菌、铜绿假单胞菌及金黄色葡萄球菌具有不同程度拮抗活性的内生菌，其中3株是镰刀菌。田小曼[22]从菊科植物青蒿中分离出16株内生真菌，以棉花枯萎病菌、小麦赤霉病菌及番茄叶霉病菌等8种植物病原菌为靶标菌，筛选出1株抗菌活性较高的内生真菌，对8种植物病原真菌的抑菌率均在50%以上。杨本寿等[23]从药用植物飞龙斩血中分离到82株内生真菌，通过对30株病原指示菌的抑菌活性检测，发现有16株内生菌对多种指示菌有明显的抑制作用，其中5株内生真菌具有较广的抑菌活性。毕江涛等[24]从药用植物甘草中分离到20株内生真菌，以小麦全蚀病菌、枸杞黑果病菌、番茄灰霉病菌、黄瓜枯萎病菌、黄瓜立枯病菌等5种植物病原真菌及枯草芽孢杆菌、大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、铜绿假单胞菌等4种细菌为指示菌，筛选到15株菌对供试植物病原真菌有抑菌作用，19株菌对供试细菌有抑制作用。

药用植物内生真菌是药用植物中具有抑菌活性内生菌的一类主要来源，一些内生真菌能够抑制1种或多种病原菌生长，在植物真菌病害的防治方面具有重要用途。

3 内生放线菌

放线菌是产生生物活性物质最多的一类微生物，也是抗生素的主要生产菌，在已知的人畜用抗生素中，有2/3以上的抗生素是由放线菌产生的[6，25]。从土壤放线菌中发现的生物活性物质至少有11 000多种，植物内生放线菌种类较多，是发掘新的生物活性物质的重要来源。常见的植物内生放线菌有链霉菌属、小双孢菌属、小单胞菌属、诺卡氏菌属、拟诺卡氏菌属和链孢囊菌属。研究发现，药用植物内生放线菌抑菌效果较好的菌株大多属于链霉菌属[7，26-28]。

彭浩等[6]从虎杖中分离得到的47株内生放线菌中有17株对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、铜绿假单胞菌等具有抗菌活性。Li等[9]分析了228株黄花蒿内生放线菌的抗菌活性，结果发现，至少有1种抗菌活性的菌株占51.3%，其中有31个菌株有较强的广谱抗菌活性。颜霞等[29]发现菊科植物假橐吾的26株内生放线菌对枯草芽孢杆菌、金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、假丝酵母及苹果腐烂病菌具有一定的抑制效果。赵珂等[26]从7种野生药用植物麦冬、红牛膝、青蒿、夏枯草、银杏、茴香及马鞭草中分离到106株内生放线菌，通过对42株内生放线菌的抑菌活性分析发现链霉菌属的内生放线菌抑菌活性较好，90%的菌株对玉米小斑病抑菌效果最佳，最大抑菌圈达到15 mm。胡美娟等[27]从宁夏地区药用植物苦豆子中分离到158株内生放线菌，菌株鉴定结果发现，内生放线菌主要为链霉菌属和诺卡氏菌属，对126株内生放线菌进行了抗菌活性筛选后发现，15株菌具有较高的抑菌活性(占11.9%)，其中有3株链霉菌属的内生放线菌的抑菌活性最好。Song等[28]从药用植物三七中分离到18株内生放线菌，从药用植物重楼中分离到8株内生放线菌，以9种植物病原菌和2种细菌为病原指示菌进行抑菌活性筛选发现，菌株KIB0 365具有较好的抑菌活性，其对番茄灰霉病菌、稻瘟病病菌及玉米大斑病菌都具有很好的抑菌活性。杜晓宁等[7，17]从宁夏枸杞中分离到7株内生放线菌，从中筛选出2株对常见植物病原菌具有抑菌活性的菌株。

植物内生放线菌主要分布于植物的根、茎、叶等组织中，其中根中的含量最多[30]，在内生放线菌的分离方面，要采取有效的分离方法，保证分离到的放线菌来自于植物内部，而不是根际土壤及表面附生菌。

4 内生菌抑菌活性成分

植物内生菌可通过刺激宿主或自身分泌一些特殊的次生代谢产物来提高宿主的抗病能力[31]。目前，从植物内生真菌中分离到160多个具有抗肿瘤活性的成分，包括挥发油类、萜类、生物碱、醌类、黄酮类、异香豆素及木脂素类、酯及内酯类、多肽及其他类化合物[32-33]。

田小曼等[22]从药用植物黄花蒿中分离到一株抑菌活性较高的内生真菌G2，对其发酵液及菌丝体提取物的各相萃取物的抑菌活性进行分析发现，发酵液具有较好的抑菌作用，菌丝提取物正丁醇相的抑菌活性最好。在G2内生真菌代谢产物中，主要抑菌活性成分可能是生物碱、内酯、香豆素和有机酸，其中内酯和香豆素的抑菌活性可能最强。曹艳等[34]对内生放线菌G1的菌丝提取物进行抑菌活性分析，分离到2个活性化合物phencomycin (G13)和4’-deacetyl-(-)-griseusins A (G19)，抑菌活性分析发现G19化合物对供试病原细菌均有明显的抑制作用，化合物G13对油菜菌核病菌和苹果腐烂病菌有强烈的抑制作用，G19对苹果腐烂病菌、小麦赤霉病菌和玉米弯孢病菌具有明显的抑制效果。对内生真菌W1的菌丝提取物抑菌活性进行分析，发现1个活性酚类化合物Ascochlorin (W1-4)，其对供试病原真菌均具有一定的抑制作用，对苹果腐烂病菌的抑制作用最强。乔云明等[35]从山豆根种子中分离到1株内生真菌Penicilliumcirtinum，该菌株对田七根腐病病菌、田七炭疽病病菌及田七黑斑病病菌的抑制率均达到50%以上，从其发酵液提取物中分离到6个单体化合物可能与其抑菌活性有关，分别是大黄素、coniochaetones B、penicitrinol A、麦角甾-5，7，22-三烯-3β-醇、肉豆蔻酸和软脂酸。Wang等[32-33]从天南星内生真菌茎点霉Phoma sp. ZJWCF006的次生代谢产物中分离到化合物尾孢酰胺，对10种植物病原菌均有较强的抑制作用；从多花黄精内生真菌变灰青霉Penicilliumcanescenszjqy610的次生代谢产物中分离到化合物灰黄霉素对14种植物病原菌都有抑制活性；从银杏内生真菌团青霉PenicilliumcommuneTMSF169中分离并鉴定了1个化合物圆弧菌醛酸对12种植物病原真菌有抑制活性；从无花果内生真菌炭角菌Xylariasp. ZJWCF255中分离到化合物细胞松弛素Q对15种植物病原真菌具有抑制活性。Li等[36]从雷公藤茎中分离到1株内生真菌，该菌株能产生1种新型环肽类抗生素，该化合物对灰葡萄孢和核盘菌等一些植物病原真菌具有抑制作用。

植物内生菌不仅可以产生与宿主植物相同或类似的产物，还能产生大量结构新颖的活性代谢产物，从内生菌中发现，新活性化合物的比例为51%，超过土壤微生物的38%[37]，这些新活性化合物在作为活性先导化合物在医药和农业领域有着广阔的应用前景。

5 小结与展望

由于化学农药在使用过程中存在农药残留、致病菌易产生抗性及再猖獗等问题，近年来从植物尤其是药用植物中分离筛选具有生防作用的内生菌，并研发生物农药成为研究热点[38]。我国药用植物种类繁多，有385科2 312属11 118种，包括藻类、菌类、地衣类、苔藓类、蕨类及种子植物等，其中种子植物是中国药用植物资源的主体[39]，丰富的药用植物资源为药用植物内生菌研究提供了研究材料。

虽然药用植物内生菌的研究近年来发展较快，但仍存在许多有待解决的问题，如内生菌的分离技术、内生菌的鉴定及内生菌产生活性成分的培养条件等；许多药用植物内生菌自身产生活性成分或促进植物活性成分产生的过程还不明确，研究并明确药用植物内生菌抑菌活性成分对于药用植物内生菌的应用具有重要意义。另外，内生菌抑菌活性研究中多用植物病原真菌作为指示菌，常用的植物病原真菌包括玉米大斑病菌、小麦赤霉病菌及番茄灰霉病菌等，同时也涉及部分动物病原细菌，包括大肠杆菌、金黄色葡萄球菌及铜绿假单胞菌(表1)。植物病原真菌种类繁多，在已知的真菌种类中有8 000种以上的真菌能在植物上引起病害，抑菌试验中设定的指示菌也多种多样。因此，根据常见的致病菌，规范和统一抑菌试验指示菌对评价内生菌的抑菌活性具有重要意义。

表1 抑菌试验常用指示菌

药用植物内生菌在植物抗病虫方面具有较大开发利用价值。首先，可通过人工接种的方法将具有抑菌活性的内生菌接种到植物体内，也可以直接利用内生菌的代谢产物控制植物病害，通过植物内生菌发酵的方式获得活性化合物，还能够避免对植物资源的过度开发。另外，由于内生菌具有在植物体内定殖、繁殖和转移的特点，可将其作为外源基因的载体，将某些抗病虫基因导入到内生菌中，提高植物的抗病虫能力。随着对具有抗菌作用药用植物内生菌研究的深入，药用植物内生菌可能会成为未来筛选新型抗生素的重要资源之一，为研制农业生物菌剂、解决化学农药残留问题提供了良好的途径和方法。

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(责任编辑：张瑞麟)

2017-09-06

嘉兴市科技计划项目(2016BY26005)

李 军(1981—)，副研究员，博士，研究方向为植物生物技术，E-mail：lijunjx1@163.com。

文献著录格式：李军，李白，高广春. 药用植物内生菌抑菌作用研究进展[J].浙江农业科学，2017，58(11)：1989-1992，1996.

10.16178/j.issn.0528-9017.20171137

S567

A

0528-9017(2017)11-1989-04