李 曄，田紅琳，張丕輝

（重慶市農(nóng)業(yè)科學(xué)院玉米研究所，重慶401329）

植物內(nèi)生菌是指其生活史中某一階段或整個階段生活在生長健康的植物組織或細(xì)胞內(nèi)，并對宿主植物沒有引起明顯病害癥狀的一類微生物群［1］。內(nèi)生菌在宿主抵抗植物病蟲害、抗非生物脅迫及促進(jìn)生長中起到重要作用［2］。內(nèi)生菌的研究已經(jīng)成為植物學(xué)、植物保護(hù)學(xué)、農(nóng)學(xué)、生物學(xué)和中藥學(xué)等學(xué)科領(lǐng)域的熱點(diǎn)，其在農(nóng)業(yè)、林業(yè)及醫(yī)藥領(lǐng)域具有重要的研究開發(fā)價值。目前，從玉米、水稻、棉花等多種作物體內(nèi)均獲得具有一定應(yīng)用潛能的內(nèi)生菌菌株［3～6］。

玉米是中國重要的糧食經(jīng)濟(jì)作物，在經(jīng)濟(jì)、生活中起著舉足輕重的作用，研究玉米及其內(nèi)生菌之間的關(guān)系、模式、機(jī)理，對防止病蟲害、增加玉米產(chǎn)量有著積極意義。近年來，在玉米中分離出許多有應(yīng)用潛力的內(nèi)生菌株，在生防、促生長、抗非生物脅迫方面有重要意義。本文就玉米內(nèi)生菌種群多樣性、生物學(xué)功能及其前景作簡要概述。

1 玉米內(nèi)生菌的種群多樣性及定殖分布

1.1 玉米內(nèi)生菌的種群多樣性

采用傳統(tǒng)的培養(yǎng)分離鑒定模式，研究人員對多個玉米品種進(jìn)行內(nèi)生菌的分離鑒定，其中內(nèi)生細(xì)菌主要包括芽孢桿菌屬（Bacillus）、腸桿菌屬（Enterobacter）、假單胞菌屬（Pseudomonas）、黃單胞菌屬（Xanthomonas）、微球菌屬（Micrococcus）、棒狀桿菌屬（Corynebacterium）等［7～10］。其中芽孢桿菌屬為主要優(yōu)勢種群，枯草芽孢桿菌為絕對優(yōu)勢種，對玉米常見病害有抑制作用的菌株大多來自該屬。對內(nèi)生真菌的研究發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)頻率最高的是木霉屬（Trichoderma）、青霉屬（Penicillium）、鏈格孢屬（Alternaria）、鐮刀霉（Fusarium）、曲霉屬（Aspergillus）、頭孢霉屬（Cephalosporium）等［11～13］。

而近些年，隨著測序技術(shù)的發(fā)展，研究人員開始通過非培養(yǎng)方法對玉米內(nèi)生菌的種群進(jìn)行研究。例如陳澤斌等［14］應(yīng)用Illumina MiSeq高通量測序技術(shù)分析發(fā)現(xiàn)，玉米內(nèi)生細(xì)菌分布于以下6個屬：鞘氨醇單胞菌屬（Sphingomonas）、鹽單胞菌屬（Halomonas）、假單胞菌屬（Pseudomonas）、希瓦氏菌屬（Shewanella）、甲基桿菌屬（Methylobacterium）、土地桿菌屬（Pedobacter）。其中優(yōu)勢菌屬為鞘氨醇單胞菌屬、鹽單胞菌屬，分別占37.78%、33.33%。喻江［15］采用LNA－PCR和454高通量測序方法研究玉米根內(nèi)生菌多樣性，發(fā)現(xiàn)異鏈霉菌屬（Streptomyces）和Niastella是玉米內(nèi)生放線菌的主要成員。而目前對于玉米內(nèi)生真菌采用非培養(yǎng)方法研究的較少。

1.2 玉米內(nèi)生菌的定殖規(guī)律

有研究表明，玉米品種的遺傳背景對內(nèi)生菌種群有明顯的影響。玉米內(nèi)生菌的種類及其數(shù)量在很大程度上受品種的遺傳背景控制，內(nèi)生菌的種類與玉米品種存在明顯的相關(guān)性［7］。親本中的優(yōu)勢菌在其后代中亦能夠發(fā)現(xiàn)，具有一定的繼承性，正反交得到的兩后代之間在第一優(yōu)勢菌及其比例、內(nèi)生細(xì)菌多樣性等方面保持一致，且后代的內(nèi)生菌種類比親本更加多樣［16］。

在玉米不同組織中，相同品種的玉米內(nèi)生菌種群分布大致相同，數(shù)量上以根部最多，種子次之，莖、葉最少［10，17，18］。在內(nèi)生菌種群多樣性上以莖最多，根次之，苞葉最低［12］。玉米內(nèi)生菌主要類群在整個生育期的分布也存在差異，隨著株齡的增大，內(nèi)生菌的種類和數(shù)量均增加，到花粒期玉米內(nèi)生菌的種類達(dá)到最多。在不同時期分離頻率有所不同，苗期以根莖最高，葉最少；而在穗期以葉最多，根莖次之，葉鞘最少；花粒期以葉最多，苞葉最少［12］。內(nèi)生菌在不同時期對不同組織有不同的種群分布，這可能與不同組織器官的生化特性及其侵染方式有關(guān)。

2 玉米內(nèi)生菌的生物學(xué)作用

主要研究方法為從玉米組織中分離出微生物，篩選出具有特定功能的菌株，通過回接玉米（如浸種或浸根），或體外模擬實(shí)驗(yàn)對其生物學(xué)性能進(jìn)行研究。

2.1 抗病害

目前已報(bào)道的玉米內(nèi)生菌對多種病原微生物有明顯防治或抑制作用。辜運(yùn)富等［8］及高增貴等［19］從玉米中篩選獲得對玉米紋枯病菌具有顯著拮抗作用的內(nèi)生細(xì)菌，具有良好的防治效果，防治效果高達(dá)67.9%。候美玲等［20］分離出拮抗玉米大斑病菌（Setosphaeria turcica）的內(nèi)生細(xì)菌，同時還對禾谷鐮刀菌（Fusarium graminearum）、灰霉病菌（Botrytis cinerea）、玉米彎孢霉葉斑病菌（Curvularia lunata）等7種植物病原真菌有較強(qiáng)的拮抗作用。沈玥［21］從玉米分離出內(nèi)生放線菌，對玉米大斑病菌和玉米小斑病菌、玉米彎孢菌葉斑病菌、玉米紋枯病菌4種病原菌都有抑制作用。趙晨晨等［22］分離的菌株對南方銹?。╯outhern corn rust，SCR）的平均防治效果達(dá)65.7%。另外，還有研究人員從野生的古玉米品種中分離出能抗幣斑病菌（Sclerotinia homoeocarpa）的內(nèi)生菌［23］，為玉米內(nèi)生菌資源的開發(fā)和利用提供了新的方向。

玉米內(nèi)生菌增強(qiáng)宿主對病害的抵抗能力的機(jī)制：一方面表現(xiàn)在部分內(nèi)生菌可以產(chǎn)生對病原微生物有拮抗作用的代謝產(chǎn)物；另一方面內(nèi)生菌激活玉米主要防御酶系，如苯丙氨酸解氨酶（PAL）、過氧化物酶（POD）和多酚氧化酶（PPO）［24］，這些酶被認(rèn)為與植物抵抗病原微生物侵染有重要關(guān)系［25］；三是占領(lǐng)生態(tài)位，產(chǎn)生直接生態(tài)競爭。內(nèi)生細(xì)菌作為病原拮抗菌具有許多優(yōu)勢：對玉米生長沒有抑制作用，并且能在體內(nèi)持續(xù)繁殖、轉(zhuǎn)移［26］。

2.2 抗脅迫

內(nèi)生菌能夠增強(qiáng)宿主植物在不利的外界環(huán)境中的抗性，主要表現(xiàn)在抗旱、耐熱、耐鹽堿等非生物脅迫方面。

張文英等［27］初步研究了內(nèi)生真菌印度梨形孢（Piriformospora indica）誘導(dǎo)提高玉米抗旱性的效應(yīng)。結(jié)果顯示，在自然干旱脅迫下，根長、根鮮重、根干重、葉片數(shù)、葉面積、葉綠素含量等指標(biāo)比未接種的玉米幼苗明顯增加，差異達(dá)到顯著、極顯著水平。劉茂軍［28］通過盆栽試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，其分離的一株真菌能增強(qiáng)玉米對重金屬的耐性，降低玉米對重金屬的吸收，把重金屬主要固持在玉米根部從而減輕玉米受重金屬毒害的作用。宋艷雨等［29］從植物內(nèi)生真菌菌絲中分離出多糖物質(zhì)對玉米種子進(jìn)行浸種處理，在氯化鈉鹽水中進(jìn)行催芽實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明浸種處理組的根長明顯優(yōu)于對照組。

目前對內(nèi)生菌誘導(dǎo)植物產(chǎn)生環(huán)境耐受性的機(jī)制研究較少，但已有研究人員開始嘗試。王娜等［30］利用基因芯片技術(shù)對滲透脅迫下植物內(nèi)生菌次生代謝產(chǎn)物處理的玉米進(jìn)行差異基因表達(dá)譜分析，檢測到的差異表達(dá)基因共計(jì)441個，參與21條代謝通路。表明在滲透脅迫下內(nèi)生菌次生代謝產(chǎn)物對玉米的影響是一個多基因參與、多個生物途徑協(xié)同調(diào)控的過程。

2.3 促生作用

內(nèi)生菌有促進(jìn)植物生長作用，一是因?yàn)樵S多內(nèi)生菌可以產(chǎn)生生長素、赤霉素等植物生長激素；二是內(nèi)生菌能夠增加植物的固氮能力和對鉀、鈣、磷等營養(yǎng)元素的吸收。

傅曉方等［5］從玉米植株中分離到固氮酶活性和產(chǎn)IAA能力的菌株，接種至小麥后，其苗高、根長、鮮質(zhì)量、干質(zhì)量和葉綠素含量均高于對照組。韓梅等［31］從玉米中分離得到2株固氮酶活性較高的內(nèi)生固氮菌，均為克雷伯氏菌屬（Klebsiella trevisan），將其接回玉米植株，較對照植株株高、地上部分干重及根干重差異均達(dá)到顯著水平，對玉米苗期生長有明顯的促進(jìn)作用。另外，一些從玉米中分離出的溶磷菌株（PSB，phosphate－solubilizing bacteria），能將固體磷酸鹽溶解出來，供植物吸收利用［32］。

2.4 其它作用

另外，還有學(xué)者從玉米中分離出能抗食源致病菌的內(nèi)生細(xì)菌，能有效抵抗如大腸桿菌、李斯特菌、沙門氏菌、產(chǎn)氣莢膜梭菌等菌。還有些內(nèi)生菌能產(chǎn)生具有抗菌活性物質(zhì)多粘菌素［33］，為生物醫(yī)藥提供了新的資源。

3 結(jié)束語

內(nèi)生菌在與植物長期共同進(jìn)化的過程中形成了一種共生關(guān)系，在植物宿主、食草動物生態(tài)系統(tǒng)中，植物內(nèi)生菌起著重要的生態(tài)學(xué)作用，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及制藥等行業(yè)中具有重要的應(yīng)用潛力。

目前已分離篩選出許多有價值的菌種資源，并通過盆栽等實(shí)驗(yàn)初步驗(yàn)證了其在生防、促生長及抗環(huán)境脅迫等方面的應(yīng)用價值。但對于內(nèi)生菌與宿主的作用機(jī)制的理論研究仍然較少，后續(xù)研究需要從作用機(jī)理上解釋內(nèi)生菌與宿主的相互關(guān)系以充分了解和利用內(nèi)生菌。同時，對影響其內(nèi)生菌種群分布及定殖效果的因素仍不明了，影響今后內(nèi)生菌在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。希望通過對玉米內(nèi)生菌的系統(tǒng)研究，為我國玉米的發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)和實(shí)際指導(dǎo)作用。

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