慕麗琴 馮漢青

（西北師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 甘肅蘭州 730070）

酵母是植物中內(nèi)生微生物的獨(dú)特類群，與內(nèi)生細(xì)菌和絲狀真菌一起棲息在一個小而獨(dú)特的生態(tài)位中。內(nèi)生酵母生長過程中所產(chǎn)生的植物激素和其他因子可促進(jìn)寄主植物生長、維持寄主植物健康。不同于細(xì)菌在植物體內(nèi)的繁殖，酵母缺乏鞭毛，可能已開發(fā)出其獨(dú)特的植物繁殖方式。在改善作物生長及提高經(jīng)濟(jì)效益等方面，酵母菌的社會接受度比細(xì)菌高。內(nèi)生酵母在生物化學(xué)生產(chǎn)方面具有優(yōu)于工業(yè)酵母菌株的優(yōu)勢，因?yàn)樗鼈兏瞄L利用植物的己糖和戊糖，并且對植物化學(xué)物質(zhì)的耐受性更強(qiáng)。對內(nèi)生酵母的研究是一個新領(lǐng)域，可為植物微生物學(xué)及重要的農(nóng)業(yè)和工業(yè)應(yīng)用提供新的知識。本文對來自各種植物物種的內(nèi)生酵母分離的有限文獻(xiàn)進(jìn)行調(diào)查，并總結(jié)這些探索酵母分離物的應(yīng)用。

1 植物內(nèi)生酵母的多樣性

目前，有關(guān)內(nèi)生酵母的研究大部分都集中在對多年生木本植物的研究上，最早的相關(guān)報道是對黑云杉（Picea mariana）芽和針葉中內(nèi)生真菌的研究［1］。在該研究中，研究者對400 個黑云杉芽進(jìn)行檢測后，僅發(fā)現(xiàn)了1 種內(nèi)生真菌分離菌株，然而從針葉里卻分離出914 種。其中，大多數(shù)真菌分離菌株屬于少數(shù)分類群，只有11%是酵母菌，研究表明了內(nèi)生酵母在黑云杉中的定殖是發(fā)生在發(fā)芽之后。通過深入研究，研究者還發(fā)現(xiàn)內(nèi)生菌的數(shù)量與樹齡呈正相關(guān)。第1年從針葉樣本中分離的內(nèi)生菌中僅有4%為真菌樣本，而到第3年時達(dá)到了90%。

研究發(fā)現(xiàn)，北京油松松枝的內(nèi)生酵母菌株相對其他植物較少［2］。實(shí)驗(yàn)選取了30 棵不同的油松并制成小枝切片，用麥芽提取物平板僅分離出3個酵母菌落，未發(fā)現(xiàn)絲狀真菌。這些被分離的酵母菌株在最初被確定為Rhodotorula minuta，但隨著研究的推進(jìn)，研究者發(fā)現(xiàn)這些酵母菌株核苷酸的差異存在于一些核糖體基因區(qū)域中，并進(jìn)一步證明該菌株是一個新的物種Rhodotorula pinicola，與從南極分離出的一種酵母密切相關(guān)。

與北京油松一樣，在研究紅杉枝條時，研究者幾乎沒有發(fā)現(xiàn)內(nèi)生真菌［3］。但卻從紅杉的嫩枝中分離出4 種酵母菌種：包括2 種漢遜德巴利酵母（Debaryomyces hansenii）、出芽酵母菌（Trichosporon pullulans）和未知的紅色擔(dān)子菌（Basidiomycete）。隨后，研究者對紅杉老枝進(jìn)行研究時，從中分離出漢遜氏芽孢桿菌，同時指出紅木森林生物多樣性水平總體上低于相關(guān)的酵母多樣性水平。

在研究以橡樹和榆樹為主的溫帶森林時，研究人員用頂鶴從植物葉片中分離出多種內(nèi)生真菌［4］，并指出各種內(nèi)生真菌對于棲息地的偏好，其中包括對寄主物種的選擇、對光照的需求和對季節(jié)變化的適應(yīng)。在分離出的48 個真菌分類群的626 個分離物中，只有1 個是酵母物種Filobasidium uniguttulatum。

英國橡木的橡子中也分離出了內(nèi)生酵母［5］。發(fā)現(xiàn)在橡樹種子發(fā)芽之前，唯一存在的酵母菌種是Candida railenensis；而在其種子萌發(fā)過程中，內(nèi)生酵母的數(shù)量高達(dá)107 CFU／g。

同時，從楊樹（Cottonwood）中也分離出3 種粉紅色素的酵母。包括從俄勒岡州和華盛頓州的溫室中生長的雜交楊樹中分離到2 種不同的Rhodotorula mucilaginosa菌株；從俄羅斯河岸環(huán)境中生長的毛果楊中分離出的Rhodotorula graminis菌株。這3 種菌株均可產(chǎn)生高水平的植物激素吲哚乙酸，并且在普通植物糖（包括蔗糖、葡萄糖和木糖）上生長良好。

新疆大學(xué)研究者從胡楊樹干汁液中也分離出了內(nèi)生酵母［6］，經(jīng)形態(tài)學(xué)特征、生理生化特征等方面進(jìn)行對比分析，最終鑒定該菌株為Rhodotorula minuta近似種。

另一些研究人員從柳樹中分離出了內(nèi)生酵母［7］。在葉表面上分離出3 種 酵母菌種：隱球菌屬、粘帚菌屬和胞囊線蟲屬。但在植物內(nèi)部卻主要以新種Ogataea cecidiorum為主。與畢赤酵母種類最接近的菌株在延遲幾天后能發(fā)酵葡萄糖（具體菌株尚不明確），但不能發(fā)酵植物糖、蔗糖、半乳糖和木糖。

在對巴西熱帶生態(tài)系統(tǒng)中的植物進(jìn)行研究時，研究人員共收集了54 種蘭科植物作為主要研究對象，共分離出10 多株絲狀真菌［8］，子囊菌（念珠菌屬）和擔(dān)子菌屬（R.mucilaginosa）酵母菌在植物體內(nèi)也被發(fā)現(xiàn)。

評估印度藥用植物Alstonia scholaris內(nèi)生真菌的抗菌活性時，研究人員對印度西孟加拉邦7個不同地點(diǎn)選取的1 002 個植物樣本的3 種組織（葉柄、樹皮和葉片）進(jìn)行了植物內(nèi)生菌的分離，分離出的真菌屬于19 屬，包括4 種不明真菌和酵母，共計(jì)分離出1 152 個內(nèi)生真菌。同時，研究者還發(fā)現(xiàn)3 種植物組織（葉柄、樹皮和葉片）的內(nèi)生真菌定殖率有較明顯的差異。此發(fā)現(xiàn)為內(nèi)生真菌的組織具有特異性提供了有力的證據(jù)。

2012年，研究人員對被稱為萬年青（Solanum cernuum）的巴西藥用植物進(jìn)行了內(nèi)生真菌多樣性及抗菌活性的研究，最終共得到246 株內(nèi)生真菌，其中包括21 種酵母及225 種絲狀真菌［9］。隨著研究的推進(jìn)，研究者還發(fā)現(xiàn)分離出的酵母菌數(shù)量有隨季節(jié)變化而變化的趨勢，在冬季共分離得到18種酵母，而在夏季僅分離到3 種。

內(nèi)生植物酵母的存在已被證明是一個廣泛的自然現(xiàn)象。研究發(fā)現(xiàn)，植物貯藏組織很有可能是內(nèi)生酵母的最佳定殖環(huán)境。該研究共篩選了29 種森林和草地植物中的內(nèi)生酵母，包括最常見的白色隱球酵母（22 株）、漢遜酵母（34 株）、Metschnikowia pulcherrima（11 株）、Rhodotorulaspp.（4 株），此外，還有其他19 種較低頻率的物種。通過進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，不同植物器官中有不同的優(yōu)勢酵母菌屬，例如，紅酵母屬是地下植物貯藏器官中最普遍的屬，而在肉質(zhì)果實(shí)的組織中內(nèi)生酵母主要為Hanseniaspora和Metschnikowia屬。

對玉米根內(nèi)生酵母的篩選中，研究者共分離出24 株內(nèi)生真菌，并且發(fā)現(xiàn)一些菌株能產(chǎn)生植物激素（IAA 或IPYA），Williopsis saturnus激素產(chǎn)量最高，而那些不產(chǎn)生植物激素的菌株最終被鑒定為粘紅酵母（Rhodotorula glutinis）。

研究者從巴西的甜橙植物（Citrus sinensis）中也分離出內(nèi)生酵母。根據(jù)形態(tài)特征，研究者將分離出的24 株菌分為3 組：A 組包括念珠菌屬、畢赤酵母屬和短柄亞種。B 組由隱球菌屬（Cryptococcusspp.）組成。在所有樣品中都檢測到C 組包含的粘液菌，而蒙古畢赤酵母主要存在于感染了病原體Xylella fastidiosa的植物中。未感染植物中的內(nèi)生酵母菌濃度最高，以隱球菌為優(yōu)勢種。當(dāng)3 組加入到無菌苗的根中時，45 d 苗齡的幼苗內(nèi)的內(nèi)生菌濃度為106～109 CFU／g。酵母主要在植物根、莖和葉中定殖，部分酵母則是在氣孔中被觀察到，植物表面并未發(fā)現(xiàn)有酵母的存在。為了研究畢赤酵母與疾病的相關(guān)性，研究人員分別將畢赤酵母培養(yǎng)物的無細(xì)胞提取物和隱球菌培養(yǎng)物添加到病原體的體外培養(yǎng)物中。隱球菌提取物無效，但畢赤酵母提取物促進(jìn)了Xylella的生長。

2 植物內(nèi)生酵母的應(yīng)用研究

目前，對內(nèi)生酵母的研究主要集中在生態(tài)學(xué)方向，植物內(nèi)生酵母還有許多潛在價值并未得到充分開發(fā)。內(nèi)生酵母可生產(chǎn)一定價值的生物化學(xué)品，還可作為抗菌劑和生物催化劑，并在促進(jìn)植物生長方面也有一定的用途，例如，普通釀酒酵母僅能發(fā)酵六碳糖，這是由于高含量的半纖維素是由五碳糖組成，故使木質(zhì)纖維素發(fā)酵無效。而研究者采用從楊樹中分離的紅酵母分別發(fā)酵木糖和葡萄糖，最終得到了木糖醇和乙醇［10］。糖尿病患者食用木糖醇（甜味劑的替代品）后，血糖水平不會升高。楊樹內(nèi)生酵母菌株的遺傳分析表明，與其他酵母菌的木糖基因相比，楊樹內(nèi)生酵母菌株的木糖代謝基因具有獨(dú)特和復(fù)雜的多內(nèi)含子結(jié)構(gòu)。而2 種楊樹內(nèi)生酵母木糖基因表達(dá)水平的比較表明，較好的木糖發(fā)酵劑具有較高的基因表達(dá)，此項(xiàng)研究為進(jìn)一步改良菌株提供了一定的途徑。楊樹內(nèi)生酵母也顯示出對一些常見的發(fā)酵抑制劑具有抗性［11］。

一些內(nèi)生酵母菌株具有可應(yīng)用于制藥的抗菌特性。Vaz 等［8］對巴西蘭花內(nèi)生真菌的研究表明，13 株酵母菌中有3 株具有抗菌活性。這3 種酵母的粘液提取物對粘紅霉、貝辛氏菌和近平滑念珠菌這3 種致病性菌株呈現(xiàn)>1 mg／mL 的最小抑制濃度值。盡管酵母提取物的活性比其他一些內(nèi)生真菌提取物的活性弱，但多項(xiàng)研究指出內(nèi)生酵母菌具有很好的開發(fā)潛力。另一種巴西植物的內(nèi)生菌，也顯示了其作為抗菌素來源的潛力［12］。在這2項(xiàng)研究中，目標(biāo)微生物都是人類病原體，對于分析內(nèi)生酵母保護(hù)植物宿主免受病原體侵害的潛在能力提供了一定的依據(jù)。

內(nèi)生酵母也具有工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)治療劑的潛力。對于植物中的各種碳源，由于其能很好地適應(yīng)，因而可利用低成本的物質(zhì)將內(nèi)生酵母從環(huán)境中分離出，相比于傳統(tǒng)的工業(yè)酵母菌株，內(nèi)生酵母可能會具有更耐寒、更耐用的優(yōu)勢。

一些內(nèi)生酵母菌株會產(chǎn)生植物激素，進(jìn)而促進(jìn)了植物的生長，例如，玉米內(nèi)生酵母菌株中有8株產(chǎn)生生長素IAA 和IPYA［13］。3 株楊樹內(nèi)生酵母Rhodotorula graminis和2 株R.mucilaginosa也 產(chǎn)生IAA，其中一部分的玉米內(nèi)生菌菌株和所有的楊樹菌株需要L-色氨酸作為IAA 生產(chǎn)的前體。玉米內(nèi)生菌對于玉米的生長起著促進(jìn)作用，一定程度增加了干重及根和芽的長度，內(nèi)生酵母促進(jìn)了宿主植物及其他植物的生長。來自楊樹的內(nèi)生酵母菌株WP1 強(qiáng)烈地促進(jìn)了甜椒的生長，根和芽質(zhì)量均增加了60%，開花和結(jié)實(shí)提早，并且顯著增加了果實(shí)產(chǎn)量［13］。在一項(xiàng)有關(guān)測試楊樹內(nèi)生菌對甜玉米影響的研究中，接種了WP1 的玉米增加了84%的根質(zhì)量和41%的地上部分質(zhì)量，并且增加玉米葉的面積。在目前的大田試驗(yàn)中，與未接種的對照組相比，用內(nèi)生酵母接種楊樹也增加了植株高度，這些研究表明，通過內(nèi)生酵母的使用可促進(jìn)植物生長。

3 結(jié)論

對于植物內(nèi)生酵母的研究，當(dāng)前階段報道較少。Pirttila 等［14］明確指出低估了植物樣品內(nèi)的內(nèi)生酵母的作用，對于植物內(nèi)生酵母種群的精準(zhǔn)評估，最必需重視的就是內(nèi)生酵母的分離方法。

內(nèi)生酵母資源十分有價值，卻利用不足，目前研究的重點(diǎn)在于內(nèi)生細(xì)菌和絲狀真菌在生物合成、生物轉(zhuǎn)化和生物降解等方面的應(yīng)用，而內(nèi)生酵母在工業(yè)生產(chǎn)中，生物化學(xué)方向上所具有的重要潛在用途卻沒有得到相應(yīng)的重視。酵母比絲狀真菌更容易培養(yǎng)，因此，內(nèi)生酵母在各種生物合成應(yīng)用中存在著巨大的潛力。內(nèi)生酵母在植物病原體生物防治中的應(yīng)用尚未得到很好的探索。研究證明內(nèi)生酵母對植物生長具有顯著的影響，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，利用這些天然酵母以改善農(nóng)業(yè)和生物能源的生物質(zhì)生產(chǎn)，也是植物內(nèi)生酵母的重要研究方向。