丁紹武 張鵬 劉夢銘

摘要? ? 本文介紹了植物內生菌的種類，闡述了植物內生菌與宿主的關系，分析了生物防治劑（ZNC）對植物生長的促進作用，以期為植物內生菌的研究和利用提供參考。

關鍵詞? ? 植物內生菌;植物生長;生物防治劑

中圖分類號? ? Q93? ? ? ? 文獻標識碼? ? A

文章編號? ?1007-5739（2020）11-0132-03? ? ? ? ? ? ? ? 開放科學（資源服務）標識碼（OSID）

1? ? 植物內生菌的來源

植物內生菌主要有以下3種傳播方式。一是垂直傳播。同種植物之間通過種子進行傳播。二是水平傳播。即外界微生物通過植物細胞纖維素的降解進入到宿主植物細胞內的傳播途徑，該傳播途徑是最常見的傳播方式。三是植物內生菌可以通過植物根部的裂縫傳播到植物內部，植物細胞與內生菌之間互惠互利，合作共生，共同進化，從而提高植物的抗逆能力[1-4]。內生菌可以通過植物內部的纖維素提供自身生長的碳源，通過對植物表皮和細胞壁的分解進入到細胞內部也證實了很多內生菌將纖維素作為生長的唯一碳源。此外，還有研究表明，在長期協同進化過程中，植物通過不斷進化篩選保留了一些內生菌，這些內生菌具有重要的功能，通過種子傳播，使后代獲得優(yōu)良性狀，提高植物的存活能力和抗病抗逆水平[5]。

2? ? 植物內生菌的種類

植物內生菌在大多植物中都有分布，植物內生菌的種類多種多樣，主要包括內生放線菌、內生真菌、內生細菌[6-7]。由于內生真菌的種類多種多樣，其代謝物質也大不相同。研究表明，很多內生菌雖然在形態(tài)學上沒有較大差異，但是其內生菌的遺傳型卻不盡相同[8-10]，從而豐富了內生菌的多樣性。由于植物內生菌對植物具有專一性，目前地球上已知植物種類超過25萬種[11]，由此推算，地球上內生菌的種類應該在100萬左右，然而目前記載的植物內生菌尚不足1/10，植物內生菌的研究任重而道遠。

2.1? ? 內生細菌

依據宿主植物和植物內生細菌的關系，可以將植物內生細菌分為專性內生細菌和兼性內生細菌。由于大多數內生細菌既可以在植物根系和土壤中存活，也可以在不同植物體內存活，所以很多內生細菌屬于兼性內生細菌。目前，在植物體內已經發(fā)現逾120種內生細菌，分別隸屬于54個屬[12]。這些內生細菌大多為土壤微生物種類，除根瘤菌屬外，假單胞菌屬、歐文氏菌屬、泛菌屬、腸桿菌屬以及土壤桿菌屬等均為常見的屬[13]。

2.2? ? 內生真菌

植物內生真菌分布在目前已知的各種植物中，并且它們的類型、數量和在植物中的分布根據植物類型而變化。內生真菌包括擔子菌、卵菌、子囊菌及無孢菌類[14]。大多數藥用植物內都存在內生真菌，而且有些內生真菌在宿主科水平上具有專一性[15]。內生菌能夠抑制多種病原菌生長，可用于防治植物真菌病害。

2.3? ? 內生放線菌

植物的內生菌均可產生具有生物活性的代謝物質，其中內生放線菌產生的活性代謝物尤為突出。與非豆科植物根部形成根瘤并具有固氮能力的弗蘭克氏菌是最早發(fā)現的植物內生放線菌，也是被研究最多的菌[16]。近些年來，大量內生放線菌在植物中被發(fā)現。此外，還有鏈霉菌、諾卡氏菌、諾卡氏菌、微單孢菌、微孢子蟲、北足孢子蟲、Kineosporia、除草孢菌、平小孢子蟲、黃體球菌、微月球菌等[17-18]。

3? ? 植物內生菌與宿主的關系

3.1? ? 直接促進宿主植物生長

根據植物內生菌與植物的關系將植物內生菌分為3類，對植物的生長發(fā)育具有促進作用的一類有益內生菌、抑制植物生長發(fā)育的有害內生菌和與植物共生對植物生長沒有影響的中性內生菌。內生菌與宿主之間的關系會隨著根系環(huán)境、外界環(huán)境而發(fā)生變化。但是，總的來說，定殖于植物的內生菌對宿主植物的細胞分裂、根系發(fā)育、幼苗生長和抗病性等具有促進作用。此外，內生菌還具有2種作用方式來促進植物生長發(fā)育。間接促進主要體現在提高植物對于各種病害和病原菌的抵抗能力。直接作用包括提高植物體內生長素和分裂素的代謝，促進植物對環(huán)境中有益物質的吸收能力，還可以提高植物的固氮作用，產生鐵載體，提高植物對磷的溶解能力。

3.1.1? ? 提高磷、鉀元素利用率。因為磷酸鹽肥料易于形成磷酸鹽，所以施于土壤后難以被植物吸收和使用。同時，施入土壤中的鉀元素主要以含鉀礦物的鋁硅酸鹽形式存在，植物很難吸收，嚴重影響了肥料的利用率。植物內生菌能提高植物對于營養(yǎng)元素的吸收，極大地提高肥料利用效率。此外，內生菌在重金屬脅迫下，還可以通過改變植物根系環(huán)境的 pH 值，釋放胞外酸性磷酸酶，溶解磷酸鹽，螯合、離子交換、礦化有機磷，提高植物對于施入土壤肥料的吸收和利用，促進植物生長。

3.1.2? ? 固氮作用。植物的固氮作用主要是指固氮生物利用空氣中的氮氣轉化為氨氣，供寄主植物吸收利用，為植物生長提供營養(yǎng)物質。固氮微生物的種類主要包括自身具有固氮能力的固氮微生物、通過與植物共生而固氮的微生物和聯合固氮微生物。內生固氮菌廣泛存在于玉米、小麥、甘蔗等非豆科植物中。內生固氮菌對植物吸收氮素等營養(yǎng)成分有一定的促進作用，還在植株的各個器官組織中廣泛定殖并逐步發(fā)展成為優(yōu)勢菌[19]。

3.1.3? ? 促進鐵離子轉化。鐵是許多酶的組成部分，是大多數生物生長和發(fā)育必不可少的元素，諸如植物蒸騰和其他一系列酶促反應等生理活動需要鐵的參與。鐵在自然界中的主要存在形式是三價的氧化物或氫氧化物的固態(tài)形式，由于形態(tài)穩(wěn)定，不易電離，故生物利用效率較低，進而影響植物生長發(fā)育。微生物可以合成一些低分子量化合物，這些化合物主要被植物用來吸收鐵。該低分子量化合物稱為鐵載體。植物內生細菌能夠產生被植物利用的鐵載體，該載體能夠提高植物對于鐵元素的吸收利用效率，通過與土壤中的其他微生物爭奪營養(yǎng)物質而抑制有害微生物的生長和繁殖，達到生物防治的目的[20]。

3.1.4? ? 分泌植物生長調節(jié)激素。植物內生菌通過調節(jié)植物的激素分泌調節(jié)植物內部激素水平來促進植物生長，提升植物的抗病抗逆能力。植物在不利的環(huán)境條件下生產乙烯，尤其是在重金屬脅迫的誘導下，乙烯會嚴重影響植物生長并抑制植物根系發(fā)育。但是部分內生菌即使處于重金屬脅迫下仍能產生植物激素，內生菌通過調控氨基環(huán)丙烷羧酸脫氨酶來抑制乙烯合成和降低乙烯濃度，降低重金屬脅迫環(huán)境對于植物生長的影響，促進植物生長發(fā)育，促進植物營養(yǎng)物質積累，提高植物根系對營養(yǎng)物質的吸收利用效率。植物內生菌能夠促進植物體內生長素、細胞分裂素及赤霉素等激素的分泌。生長素能夠促進植物細胞的生長和伸長，能夠顯著促進植物生長。細胞分裂素能夠促進植物細胞的分裂和生長，特別是促進植物根系細胞的分裂，提高植物對于營養(yǎng)物質的吸收和利用。

3.1.5? ? 抗逆作用。微生物在生長過程中阻礙其他微生物的生長，或者殺死其他微生物的現象被稱為拮抗作用。拮抗作用主要包括重寄生、抗生、競爭作用。微生物之間的相互毒害作用被稱為是抗生。植物病原菌被其他生物通過各種作用寄生的作用為重寄生作用。微生物之間爭奪生長的空間、營養(yǎng)物質、氧氣等生存的物質被稱為微生物的競爭。研究表明，植物內生細菌具有提高植物重金屬抗性的作用、增加其吸收重金屬的潛力[21]，促進植物對土壤營養(yǎng)物質的吸收，提高肥料利用率，增強植物的抗病抗逆能力，促進植物生長發(fā)育。

3.2? ? 間接促生作用

內生菌間接促進植物生長的方式有影響植物的光合作用、調節(jié)植物體內抗氧化酶的濃度和活性、調整宿主植物的滲透壓等。內生菌在與植物互利共生的過程中，會產生非專一性毒害物質，會對破壞宿主植物細胞結構、影響植物生理功能以及對其敏感的非寄主生物造成毒害，從而促進其宿主生長或是獲取有利的生長空間和營養(yǎng)物質[22]。

3.3? ? 促進宿主植物次生代謝產物的產生

研究發(fā)現，有的植物內生菌能生成與宿主植物相同或相似的次生代謝產物，如從短葉紅豆杉中分離得到能合成抗癌物質紫杉醇的紫杉霉屬內生菌。隨后一些能分泌長春花堿、鳶尾堿、紫杉烷類化合物的菌株陸續(xù)從長春花、鳶尾、南方紅豆杉等植物中分離得到[23]。近年來，已從植物內生菌中分離出有機酸、生物堿類、萜類、甾體、肽類、酮類和醌類等活性產物[23]。由于內生菌和宿主植物在基因層面的變化產生了信息傳導通路，導致其與宿主產生相同或相似的次生代謝產物。

4? ? 生物防治劑（ZNC）對植物生長的促進作用

目前在我國廣泛應用的是從內生真菌中提取的一種生物防治劑ZhiNengCong（ZNC）。它既能促進植物對于營養(yǎng)物質的吸收利用，還能提高植物的抗病抗逆能力。但是該物質促進植物生長的作用機制尚不明確，其濃度對于其作用效果的影響也不明確。因此，在某種程度上影響了該產品的實際應用。路沖沖等[24]以擬南芥作為模型，研究它與ZNC的相互作用。結果表明，ZNC在低濃度下具有超高的促進植物生長的活性;而高濃度ZNC卻使植物產生了防御反應，影響了植物生長，包括活性氧的積累、愈傷組織的沉積以及致病相關基因的表達。ZNC介導的防御反應需要水楊酸的生物合成和信號轉導通路。此外，轉錄組分析顯示，ZNC增強了氮（N）和磷（P）營養(yǎng)吸收相關基因和生長素生物合成基因的表達。隨后試驗也表明，ZNC促進了植物N和P的積累，促進了根尖生長素的生物合成，這可以解釋ZNC促進植物生長的活性。這些結果將有助于優(yōu)化ZNC在作物生物防治中的應用。此外，低濃度的ZNC（1～10 ng/mL）促進植物根伸長和生物量積累，表明ZNC在促進植物生長方面具有與生長素或其類似物相似的功能。ZNC的有效濃度低于1 ng/mL，甚至低于生長素或其類似物的濃度。殼聚糖能夠促進植物細胞伸長和分裂，但其有效濃度為0.5‰（w/v），遠遠大于ZNC（10 ng/mL=0.000 01‰（w/v））。因此，ZNC可能含有新的和超高活性物質，以促進植物生長和抗病性提高，應進一步研究ZNC。

綜上所述，ZNC在促進植物生長方面具有超高的活性，并且是誘導抗病性的誘導劑。在促進植物生長方面，ZNC誘導生長素生物合成相關基因的表達，導致根尖生長素水平升高。同時，ZNC還促進了一些轉運體基因的轉錄，調節(jié)N和P的吸收;在誘導防御反應中，ZNC促進了SA生物合成相關基因的轉錄，而ZNC介導的防御反應需要SA-生物合成和信號轉導通路。該研究優(yōu)化了ZNC在提高植物的抗病能力和促進作物生長中的應用。

5? ? 展望

植物內生菌在促進植物生長、提高植物抗逆能力方面表現出巨大潛力，具有重要的醫(yī)藥應用潛力，植物內生菌的研究和開發(fā)具有廣闊的前景。從特殊的植物內生菌體內提取的次生代謝產物具有抗菌、促生長、抗病毒、抗氧化等很多功能，提取出的新型化合物解決了自然資源不足、促進了新型藥物的開發(fā)和研制。同時，植物內生菌通過生物固氮、調節(jié)植物激素等作用促進宿主植物的生長和產量增加，有利于病蟲害生物防治、污染土壤的生物修復，有利于減少化肥和化學藥劑的使用，有利于促進全球農業(yè)可持續(xù)發(fā)展。然而，相比發(fā)達國家，我國在植物內生菌方面的研究和應用還有一定的差距，尤其在植物內生菌的作用機制和應用技術方面還需進一步探討。

6? ? 參考文獻

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作者簡介? ?丁紹武（1970-），男，山東青島人，農藝師。研究方向：植物保護。

收稿日期? ?2020-02-26