植物内生菌抗菌活性物质的研究进展

阎紫菲

(内江师范学院，四川 内江 641112)

早在100多年前植物内生菌就被人们所发现，但当时并未发现内生菌对其宿主植物有明显不良影响，所以其生物学功能研究一直被人们所忽视。直到20世纪30年代，一场大量牧畜中毒事件的发生引起了科学家的关注，研究发现，这些动物是由于啃食了感染内生真菌的牧草致死的[3]。这类微生物的危害性激发了科学家的研究兴趣，同时也使植物内生菌的研究越来越广泛和深入。人们对各种植物内生菌进行了更加全面的研究，发现一些植物内生菌的生物学功能和作用在医学和生化等方面有着十分重要的地位。植物内生菌发展至今，已经成为当今时代研究的热点。

1 植物内生菌的分类

苏林娟研究认为，植物内生菌是普遍存在于低等水生植物和高等陆生植物的健康组织或器官中的一类正常菌群，可分为植物内生真菌、植物内生细菌和植物内生放线菌3大类[5]。

1.1 内生真菌

通过对不同植物中的植物内生菌进行研究发现，大多数的植物内生真菌属于子囊菌类和麦角菌科瘤座菌族的瘤座菌属(Balansia)和香柱菌属(Epichloe)[6]。冯水君等指出，在自然界中至少有几百种禾本科植物可作为植物内生菌的宿主植物[7]。内生真菌一般在宿主植物的茎、叶等组织细胞中完成生活周期。对不同植物内生真菌的进行研究发现，大多数的植物内生真菌一般不产生孢子，即使形成了孢子也不容易识别。经研究发现，植物内生真菌对其本身的宿主不利影响基本可以忽略不计，其与宿主植物互惠共生。

1.2 内生细菌

植物内生细菌一般通过寄生在植物组织间隙中保护植物体免受外部细菌的入侵，与宿主植物互惠共生，植物内生细菌可分为2大类：存活于植物体内部的专性内生细菌；既能在植物体内部存活也能在土壤等生存的兼性内生细菌[8]。

1.3 植物内生放线菌

人们第1次发现植物内生放线菌是在非豆科的根瘤中，由此植物内生放线菌的研究得以展开。在自然界的大部分植物中都发现了内生放线菌的存在，目前关于植物内生放线菌的各种生物学研究运用最多的是内生链霉菌，其主要分布于宿主植物的根中[9]。目前发现的可供内生放线菌生存的宿主植物已达100多种。

2 植物内生菌的分离

植物内生菌种类繁多，要研究清楚每种植物内生菌所能发挥的作用关键在于宿主植物的选择。了解到在相似环境中生长的植物内所含的同类微生物一般有着相似的作用，要想最大程度研究植物内生菌的作用就必须对宿主植物进行严格的挑选[10]。而对植物内生菌的研究是属于微观世界的研究，必须将在植物中生存的内生菌进行分离研究。一般通过采样、表面灭菌、组织研磨、分离及纯培养等步骤来对宿主植物中的内生菌进行分离。

3 植物内生菌的抗菌活性成分研究

通过研究发现，几乎所有植物内生菌都具有抗菌活性[11]。何红等研究指出，宿主植物辣椒中有31株内生菌对黄瓜枯萎菌和香蕉枯萎菌有拮抗作用[12]。袁军等研究认为，宿主植物马铃薯块茎有占总数28.6%的内生菌对环腐病菌有拮抗作用[13]。从目前关于植物内生菌的抗菌研究成果来看，抗菌活性物质一般是从植物内生菌的次级代谢产物发现的，要寻找天然的抗菌活性物质，就必须从植物内生菌的研究入手，即大量的植物内生菌为寻找天然的抗菌活性物质提供了必要的实验材料。

3.1 植物内生真菌的抗菌活性研究进展

植物内生真菌占植物内生菌的大多数，在抗菌活性研究方面具有举足轻重的地位，马养民等研究表明，根据活性产物的生物学特性和物理结构可将从植物内生真菌中产生的抗菌活性物质分为生物碱类、肽类、甾体类、萜类等[14]。

3.1.1 生物碱类

对植物内生真菌的次级代谢产物进行研究，发现其中具有抗菌活性的物质有一部分存在生物碱的性质，所以将其归为生物碱类。如，由Hom W S等从杨柳科柳属的细柱柳(Salix gracilistyla)中的内生拟茎点霉分离到的细胞松弛素，对枯草芽孢杆菌、金黄色葡萄球菌、鸡沙门氏菌、白色念珠菌具有明显的抑制作用[15]。生存于雷公藤(Tripterygiumwilfordii Hook.f)茎中的一株特殊的内生真菌现能产生cryptocandin和一种新酰胺生物碱(cryptocin)2种物质，这2种物质在抑制藓菌及白色念珠菌等一些人类病原真菌或稻瘟菌病方面有强的抑杀活性[16，17]。

3.1.2 肽类

Strobel G A等从植物界中筛选出欧洲红豆杉 (Taxusbaccata)作为研究材料，并对其中的微生物进行研究发现，生存于植物体内部的1种内生真菌Acremoniumsp能产生一种具肽类结构的物质leucinostatin A，这种物质对造成植物疾病的终极腐霉(Pythiumultim um)有较强的抑制作用[18]。从欧洲赤松(Pinussylvestris)和欧洲水青岗(Fagussylvatoca)的内生腐皮拟隐孢壳和无柄盘菌属中分离到的4个环肽echinocandin A、echinocandin B、echinocandin D和echinocandin H具有抗菌活性[19]。

3.1.3 甾体类

从狗牙根的内生曲霉和Dai J K等从加拿利刺柏的内生真菌分离得到的5，8环二氧麦角甾醇和麦角甾醇，均对幽门螺杆菌有很强的抑制作用[20，21]。

3.1.4 萜类

Singh M P等以Daphnopsisamericana为研究材料，发现在其体内存在1种内生真菌CR115，其能生成1种新的二萜化合物guanacasterpene，这种化合物对盘尼西林抗药性金黄色和万古霉素抗药性屎肠球菌具有明显的抑制活性[22]。Kosh等利用薄层层析生物自显影检测技术对从梯牧草(Phleumpratense L)内生柱香菌中分离得到的7个倍半萜类化合物进行检测，发现这些倍半萜类化合物均对草本枝孢有较强的抑制作用[23]。

3.1.5 其他类

Li J Y等以Fragraeabowdenii中的内生真菌Pestalotipsisjesteri为试验材料进行研究，所得到的2种环己烯酮环氧化物jesterone和hydroxyjesterone，均对能引起植物疾病的终极腐霉有较强的抑制作用[24]。在1994年，人们通过对从茎点霉分离到的化合物进行研究发现，其化合物本身具有抑菌活性，如2-羟基-6甲基苯甲酸[25]。Schulz等以无柄盘菌为实验材料进行实验，可得到一种异香豆素化合物(R)mullein，这种产物对抗植物病原真菌瓜枝孢的活性[26]。

3.2 植物内生放线菌产生的抗菌活性物质研究

植物内生放线菌的种类相对较少，一般可在植物体内部对植物内的病原菌起作用。人们对烟草体内的各种微生物进行研究，发现存在一种能对烟草青枯病的病原菌起拮抗作用的内生放线菌，这种内生放线菌对生物学的研究发展有十分重要的作用[27]。植物内生放线菌多用于各类抗生素的生产，换句话说，世界上绝大多数的抗生素以植物内生放线菌为原料生产出来的。要获得新颖的抗菌化合物，就必须加大对植物内生菌的研究力度[28]。

2000年Strobel研究小组从宿主植物蛇藤(Kenne dianigriscans)中发现了1株能产抗生素的内生链霉菌NRRL-30562，这种链霉菌所产生的抗生素对多种人类和植物致病霉菌、细菌及疟原虫(Plasmodium sp.)具有广范围的抑杀活性。可利用植物内生放线菌的抗菌活性解决一些如病原菌感染等的生物学问题。

3.3 植物内生细菌的抗菌活性物质研究进展

几乎所有的植物内生菌都具有抗菌活性[29]。存在于草本植物的叶子表面或组织内的黄绿假单孢菌(Pseudomonas viridiflava)，能产生1种抗菌物质ecomycins对植物病原菌微荚膜新隐球酵母(Cryptococcus neoformans)和白色念珠菌(Candida albicans)具有抑制作用[30]。欧雄常等从红树中分离得到的143株内生细菌中的13%对辣椒疫病菌有较强的拮抗作用[31]。

4 植物内生菌的其他药用价值研究

4.1 植物内生菌的抗癌活性研究

迄今为止，紫杉醇被认为是世界上最有效的天然抗癌物质，其遍及于濒危植物红豆杉内，由于自然资源非常珍贵，无法获得大量的紫杉醇。从而造成紫杉醇价格昂贵。不能高效进行抗癌研究。科学家一直致力于在其他属种植物中寻找能合成紫杉醇的物质，但一直都未有突破。直到1种从宿主植物短叶红豆杉中提取出的特殊能产紫杉醇的内生真菌的出现，才解决了这个问题。这类真菌的出现为人类的抗癌研究提供了更多的实验材料。李万奎等研究指出，目前人们已从宿主植物榧树、银杏等体内成功发现了能产生紫杉醇及其衍生物的内生菌[32]。此外，通过研究还发现，可以从一些常见的植物中取得能产紫杉醇的内生菌。如，对宿主植物松树(Wollemianobilis)和茜草科植物(Maguireothamnusspeciosus)体内可得到2种能产紫杉醇的内生真菌[33，34]。这些能分离出紫杉醇及其衍生物的内生菌的发现为紫杉醇的来源提供了更好的研究方向，为人类攻克医学难题提供了重要的实验材料。

喜树是我国南方特有树种，研究表明，喜树的抗癌有效成分喜树碱、次喜树碱、10-羟基喜树碱、甲基喜树碱等生物碱类物质，均是从喜树的皮和果实中提取出的，其抗癌作用机理是抑制致癌瘤因子NO的产生，具有一氧化氮抑制活性，可被用来治疗肿瘤。长春花，别名金盏草，是一种草本植物，可用于急性淋巴细胞性白血病、淋巴肉瘤、巨滤泡性淋巴瘤等疾病的治疗。主要是从长春花全草中分离出70余种生物碱中的6种生物碱(长春碱、长春新碱、环氧长春新碱、长春赞定、长春文碱、罗威定碱)发挥抗肿瘤作用。

4.2 植物内生菌的抗病毒活性研究进展

植物内生菌能够产生许多活性代谢产物，通过对其产生的活性代谢物质进行研究发现，其中一些活性代谢产物具有抗病毒活性[35]。现今社会乙型肝炎病毒、H7N9禽流感病毒和HIV等引起的疾病传播对人类的健康产生了巨大影响。为了预防和治疗一些流行疾病的传播，需研发出更安全有效的抗病毒药物。目前已从内生真菌Cytortaemasp和巨大戟烷型二萜酯中发现了能够有效抑制HIV病毒的物质[36]。植物内生菌的活性代谢产物可分为羧酸类化合物、酮类化合物、醌类化合物、杂环化合物、肽类化合物、生物碱类化合物、萜类化合物、芳香烃类化合物、苷类化合物等，是可以重复利用的资源，通常可以经过菌种诱变、培养条件改变以及代谢调控等手段进行目标产物的优化，对药物的研发有非常重要的作用。

4.3 植物内生菌的抗氧化活性研究进展

通过对植物的抗氧化作用进行研究，发现这种抗氧化性对高等动物疾病有很好的防治作用，目前发现的天然抗氧化剂可用于医学、食品、保养品等方面[37]。科学家希望通过对在植物中生存的各类微生物的相关生物学功能进行研究，以找到天然的抗氧化物质。而在植物组织中较为普遍的是内生菌[38]，活性氧是由是活动植物对内生菌的防御反应造成的，对细胞的一些正常生命活动有一定的影响[39]。经研究表明，对植物内生真菌、细菌和放线菌进行研究发现，不管是哪种内生菌都能产生抗菌活性物质，植物内生真菌和内生放线菌产生的更多。

5 展望

植物内生菌遍及自然界各类植物中，其所产生的次级代谢产物种类繁多，每种产物都具有十分广泛的应用前景。在当前自然界中植物内生菌资源如此丰富的情况下，如何提取出所需的代谢物质，成为了当今时代需要关注的内容[40]。通过研究发现，不同植物体内定居的内生菌区系往往具有不同的特点，在地球上确定种属的植物超过了30万种，所以，可以从大量的植物内生菌中获取需要的新资源，来帮助攻克医学界的难题以及人类生存的难题。