植物内生真菌及其次生代谢物的农用研究进展

江爱兵，王开梅，张 凤，杨自文

（湖北省农业科学院，湖北省生物农药工程研究中心，湖北 武汉 430064）

药物开发的成功主要取决于筛选模型的建立和尽快鉴定出先导化合物并通过构效关系研究来优化先导结构。各种生物来源结构多样的小分子天然产物是寻找先导化合物的重要源泉。其中真菌属于“创造系数”特别高的生物，含有大盘结构多样的次生代谢产物。自1993年，美国科学家Stierle A从短叶红豆衫的韧皮部分离到一株产紫杉醇的内生真菌安德氏紫杉霉（Tax-omyces andreanae），从此掀起了人们对植物内生真菌及其活性物质开发的热潮。从植物内生真菌中筛选获得的各种生理活性物质陆续见有报道。近年来，植物内生真菌及其次生代谢物在医学方面的研究较多，在农业上应用的研究也逐渐成为热点。从微生物中寻找发现新型先导化合物，是新药研制的重要途径。内生真菌作为其中的重要类群，是较新的研究领域，从中有可能发现新型活性化合物或提供模板化合物。国外在这方面做了大量的工作，发现了许多新的化合物，但研究范围主要集中在医药方面，农用方面的研究则相对较少.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。我国具有非常丰富的生物资源，笔者对植物内生真菌在农药上面应用情况及其产生的次生代谢物的研究进展进行了阐述。

1 内生真菌的农用研究进展

1.1 促进植物生长发育的内生真菌

促进植物生长的生理生化机制主要包括：①影响感染植物体内的物质代谢，提高植物的资源利用效率；②产生生长素等激素类物质，促进植物的生长。内生真菌对农作物的营养生长具有一定的促进作用，主要包括增加分孽数和生物量两方面。感染内生真菌的高羊茅（Festuca arundinacea）植株经过10周生长后，分孽数和生物量明显高于未感染植株。内生真菌对感染植株的氮代谢和氮积累有显著的影响，感染植株叶片和叶鞘中的可溶性氨基酸总量、氨浓度增加，谷氨酞胺合成酶（GS）活性显著提高，植物对土壤氮的利用效率大大增加。另外，内生真菌能够改变植物体中碳水化合物源库的关系，内生真菌作为碳水化合物的一个储库，能迅速地将蔗糖转变成植物不能代谢的糖醇，从而减少或阻止对光合作用的反馈抑制，促进植物的光合作用。如生长在含有色氨酸的培养基上的一种瘤座菌（Balansia epichloe）的内生真菌可能通过改变植物体内的激素代谢，促进植物生长。

Mcleod等对内生真菌对黑麦草（Loliump erenne）、紫羊茅（Festucan tbra）、高羊茅（f.anutdinacea）、草甸羊茅（f.pratensis）等植物的生长调节作用进行了研究，发现这种内生真菌对高羊茅和紫羊茅叶的鲜重和干重都有显著的影响，对草甸羊茅叶的鲜重有影响。张集慧等从兰科金线莲等药用植物中分离出的内生真菌均能不同程度地产生一种或几种植物激素。

1.2 有抗虫作用的内生真菌

内生真菌感染能提高农作物的抗虫性，这一观点已经得到广泛认同。在20世纪80年代早期，Funk等首次报道内生真菌可以控制害虫的危害，发现长圆形拟茎点霉（Phomopsis oblonga）可以保护榆属树木免受美洲榆皮天牛（Physocnemum brevilineum）的危害。Kindler等的研究表明，黑麦草（Lollium perenne）的内生真菌对草地螟（Loxostegest icticalisL）有很好的控制作用，同时可以减轻阿根廷茎象甲（Lis tronotusbo nariens）的危害。兰琪等从芦苇草（Festucaa rundinacea）和黑麦草中分离出的内生真菌已达6个属，其中枝顶抱属（Acrmonium）菌类可以控制蚜虫的危害。Funk等从胶冷杉（Abies balsaea）中分离到一株内生真菌，对极色卷叶蛾（Christoneurafun rana）的胃毒致死率分别为25%和32%，从北美落叶松（Iarix laridina）中分离到的一株内生真菌，其发酵液中分离到1种化合物，对极色卷叶蛾的胃毒致死率为90%。Joh等从冬青（Gaultheria procumbens）中分离到一株内生真菌，可致死云杉蚜虫（Christoneura fumtferana Clem）。圆叶蔡的内生真菌Neotyphodium sp.可以产生N-甲酞黑麦草碱和覃青霉素的类似体，此两种化合物对多种昆虫具有很强的毒杀活性。Larry等从冷杉中分离的内生真菌叶点霉属（Phyllosticta），在其液体发酵产物中分离到烯七醋酸，对蚜虫致死效果较好。另外，感染内生真菌的植株对侵染植物根系的线虫具有中等程度的抗性。

1.3 有抗病作用的内生真菌

高等真菌次生代谢物质抑制植物病原菌的研究开展较早且较为深入，从中发现的杀菌活性物质己被作为农药先导化合物开发成了杀菌剂品种。枝顶抱属的枝顶抱（Acrenmonium coemphilum）对多种体外培养的农作物病原真菌都有抑制作用。此外，从黑云杉（Pidea mariana BSP）中分离到一株内生真菌Conoplea eleganxala，其液体发酵产物中分离的2个新的苯并毗咯类活性成分，苯并毗咯类化合物对由丝核菌（Rhizoctonia spp.）和镰刀菌（Fusarium spp.）引起的病害有极高防效，在水稻上应用能防治立枯病、恶苗病、徒长病等病害。Merrit等从Eucryphia cordifolia中分离的一种胶球菌（Gliocladiwn sp.）可产生一些挥发性的杀菌化合物，如1-丁醇，3-甲基-苯乙醇，醋酸和2-苯乙基AN都可对终极腐霉和轮枝菌（Yerticdlurn dahliae）等病原真菌起致死作用。Huang Y J等从南方红豆杉和香框等药用植物中分离的拟青霉菌属（Paecilomyces sp.）内生真菌可作为杀菌剂，这种真菌发酵液对脉抱菌属（Neurosporas p.）、镰刀菌（Fusarium sp.）、木霉（Trichoderma sp.）等病原真菌具有生长抑制活性。Lu Hong等首次从黄花篙伽的茎中分离了刺盘抱（co lletotrichum sp.）内生真菌，该内生真菌能产生11种化合物，其中有9种化合物可抑制枯草芽抱杆菌、金黄色葡萄球菌、藤黄八叠球菌和假单胞菌等细菌的生长，有4种化合物在MICs达到50～100 mg/mL时，可防治白色念珠菌和黑曲霉等真菌的危害，而有5种化合物在MICs达到200 μg/mL时，能抑制小麦全蚀病菌（Gaeunlannomycesgr aniints var.tritict）、禾谷类丝核菌（Rhizoctoniac erealis）、麦根腐长蠕抱（Helrninthosporium sativum）和疫霉（Phytophthora capisici）等病原真菌。另外，李桂玲等从三尖杉、南方红豆杉及香楹中分离出172株内生真菌，并对其进行了抗菌活性检测，结果表明有90株内生真菌对多种农作物病原真菌，如红色面抱霉、镰刀菌等有抑制作用。来自三尖杉、南方红豆杉和香框的内生真菌中，具有抗菌活性的菌株的比例分别为40%、54.2%及57.1%，其中平板抑菌圈直径大于15 μm的高抗菌株有35株。Strobel等从雷公藤的茎中分离到内生真菌栋树拟隐抱壳（Cryptosporiopsisqu ercina），该菌产生的一种物质Cryptocandin对菌核病菌（Sclerotiniasc lerotilrurr）和灰葡萄抱（Botrytisci nerea）等植物病原真菌有抑制作用。

现今发现的内生真菌主要属于子囊菌和半知菌，少数为担子菌，包括核菌纲，盘菌纲，腔菌和接合菌。

2 植物内生真菌产生的农用活性代谢产物

微生物因其种类繁多，次生代谢产物多样化。内生真菌作为主要的微生物物种，其代谢产物必然具有多样性。从内生真菌中得到的生物活性物质有51%是前所未知的。这比起从土壤微生物中得到的38%的活性物质是多之又多的。

目前发现的内生真菌产生的农用活性代谢物按其活性类型可分为：（1）杀虫剂类。该类包括吲哚二帖类、萘、杀蚜虫及抗菌物质3-hydroxypropionic acid、香豆酮衍生物等；（2）植物生长调节剂。包括黑麦震颤素 B、IAA、GA、ABA、Z、ZR 等；（3）抗菌剂。包括麦角甾类、炭疽菌酸、球毛壳甲素A等。

按其化学结构可分为：（1）生物碱类化合物。Peramine，对昆虫有毒，对哺乳动物没有毒性。吲哚类生物碱，具有促进植物生长的作用。6-Isoprenylindole-3-carboxylic acid是-种新发现的吲哚类生物碱，其对革兰氏阳性细菌枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）、金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）、藤黄八叠球菌（Sarcina lutea）和革兰氏阴性细菌假单胞菌（Pseudomonas sp.）均具有抑制作用，此外，该化合物对-些植物病原真菌有抑制作用。（2）甾体类化合物。3β-Hy-droxyergosta-5-ene，3-Oxoergosta-4.6.8，22-tetraene 3β.5α-Dihydroxy-6β-ace-toxyergosta-7.22-diene和 3β.5a-Dihydroxy-6β-phenyl-caetoxyergosta-7.22-diend等 4种甾体化合物，均对植物病原菌禾顶囊壳小麦变种（Gaeumannomyces graminis var.tritici）、禾谷丝核菌（Rhizoctonia cerealis）、 麦 根 腐 长 蠕 孢 菌（Helminthosporium sativum）和辣椒疫霉（Phytophthora capisici）表现出抗菌活性。（3）萜类化合物。Heptelidic acid和Hydroheptelidic acid半萜类化合物，对云杉蚜虫幼虫具有毒性。

3 展望

随着天然药物的开发研究，微生物药物的研究也越来越受到国内外的重视。微生物的易培养、易控制、生长快等特点使其前景十分广阔。自然界中微生物及其代谢产物的多样性，也为发现新药提供了不竭动力。地球上植物种类繁多，还有许多内生真菌尚未被研究，植物内生真菌在合成具有生物活性的代谢产物方面将具有巨大的潜力。植物内生真菌含有大量结构独特的次生代谢产物，这些次生代谢产物可以作为先导化合物库，从中可能发现具有新的分子结构或对有害生物有新的作用靶标的化合物，从而开发出新的植物保护产品。且高等真菌可通过发酵定向生产所需的次生代谢产物，发酵产物可以直接用于有害生物防治。而发酵技术具有缩短生产周期、提高次生代谢产物的产量等优点，便于工业化生产。内生真菌及其次生代谢物的研究将会在农业生产、环境保护、人类健康上发挥越来越重要的作用。

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