梁振霆 唐婷，2

（1. 湖南科技大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，湘潭 411201；2. 湖南科技大學(xué)重金屬污染土壤生態(tài)修復(fù)與安全利用實(shí)驗(yàn)室，湘潭 411201）

植物次生代謝產(chǎn)物包括萜類、酚類、生物堿、肽類、固醇類、甾體類和醌類等，具有抗菌和抗病毒等藥理活性，對(duì)植物本身而言，具有調(diào)節(jié)植物生長(zhǎng)，生物防御，抗害蟲(chóng)，抗非生物脅迫等生理功能［1-4］。青蒿素、紫杉醇、人參皂苷、番茄紅素和白藜蘆醇是眾所周知的用作藥物或膳食補(bǔ)充劑的天然植物次生代謝產(chǎn)物，其藥用價(jià)值和生物合成途徑已成為目前研究焦點(diǎn)。然而，從植物中獲得次生代謝物的產(chǎn)量非常有限，無(wú)法滿足人類逐漸增長(zhǎng)的需求，尋找提高植物次生代謝產(chǎn)物生物合成的途徑勢(shì)在必行。例如，芐基異喹啉類生物堿（BIAs）有重要藥用價(jià)值，由于生產(chǎn)水平低，結(jié)構(gòu)復(fù)雜和化學(xué)合成昂貴，導(dǎo)致供應(yīng)數(shù)量非常有限，而目前使用微生物合成網(wǎng)織蛋白從而生產(chǎn)BIAs是一種比較理想的選擇［5］。植物內(nèi)生菌是長(zhǎng)期共生或寄生在宿主內(nèi)部組織中，而不對(duì)植物引發(fā)致病反應(yīng)的微生物［6］。自然界中，植物和內(nèi)生菌落的相互作用具有高度動(dòng)態(tài)性和復(fù)雜性［7］。有益的內(nèi)生菌能夠維持植物的生長(zhǎng)健康和產(chǎn)生理想的次生代謝產(chǎn)物［8］。內(nèi)生菌通過(guò)與植物共生誘導(dǎo)產(chǎn)生與植物體相類似的次生代謝產(chǎn)物，具有重要的藥用和經(jīng)濟(jì)價(jià)值［9］。例如，紫錐菊（Echinacea purpurea）莖和葉中分離的內(nèi)生細(xì)菌可以影響植物揮發(fā)性化合物，苯丙類和生物堿等次生代謝產(chǎn)物的合成［10］。另外，內(nèi)生菌影響和調(diào)控植物眾多代謝和生理活動(dòng)，例如暗隔內(nèi)生菌（dark septate，DSEs）在促進(jìn)水稻（Oryza sativa）生長(zhǎng)、提高水稻對(duì)礦物質(zhì)的吸收、防治生物病害、增強(qiáng)水稻抗逆性等方面發(fā)揮著重要作用［11］。髭脈榿葉樹(shù)（Clethra barbinervis）與根系內(nèi)生真菌的相互作用，能夠增強(qiáng)對(duì)重金屬脅迫的耐受性以及增強(qiáng)對(duì)礦物營(yíng)養(yǎng)的吸收［12］。本文綜述了內(nèi)生菌對(duì)萜類，黃酮類，生物堿等植物次生代謝產(chǎn)物的生物合成和植物在不同環(huán)境脅迫下的抗性的影響，顯示了內(nèi)生菌促進(jìn)植物次生代謝物合成和植物抗逆作用中的巨大潛力，如表1、2所示，并初步探討了尋找合適的內(nèi)生菌資源可能是促進(jìn)植物次生代謝產(chǎn)物生物合成和增強(qiáng)植物對(duì)不良環(huán)境條件適應(yīng)性的有效途徑。

表1 內(nèi)生菌對(duì)植物次生代謝產(chǎn)物合成的影響Table1 Effects of endophytes on the biosynthesis of secondary metabolites in plants

1 植物內(nèi)生菌影響萜類化合物的生物合成

萜類化合物是天然植物次生代謝物中數(shù)量最多、種類最多的一類。所有萜類化合物均由兩個(gè)通用異戊二烯單元：異戊烯基二磷酸（IPP）和二甲基烯丙基二磷酸（DMAPP）合成。這兩個(gè)前體由兩個(gè)不同的途徑產(chǎn)生：甲羥戊酸途徑（MVA）和非甲羥戊酸途徑（MEP）。MVA通路主要存在于細(xì)菌、植物、動(dòng)物和真菌的細(xì)胞質(zhì)和線粒體中，而MEP通路主要存在于真細(xì)菌、藍(lán)藻和綠藻［5，13］。近年來(lái)，研究者們發(fā)現(xiàn)植物內(nèi)生菌對(duì)萜類化合物包括倍半萜，二萜和三萜的生物合成產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。

1.1 倍半萜

倍半萜是由3個(gè)類異戊二烯單元形成的萜類化合物，主要存在于高等植物中，具有抗寄生蟲(chóng)活性，抗癌活性，抗氧化活性和抗菌等生物防御功能，倍半萜及其衍生物因具有眾多藥理活性而成為豐富的藥用候選化合物庫(kù)［14］。例如，青蒿素是從青蒿（Artemisia carvifolia）植物中分離得到的一種倍半萜內(nèi)酯化合物，對(duì)耐多藥的惡性瘧原蟲(chóng)具有較強(qiáng)的抗瘧活性。然而，青蒿素從天然植物中獲得量較低，化學(xué)全合成成本較高且效率較低。因此，從一種容易獲得的微生物資源中合成青蒿素是一種提供批量的青蒿素的有效方法［13］。青蒿酸是合成青蒿素的前體物質(zhì)，其藥用功能遠(yuǎn)不如青蒿素，而在青蒿中青蒿酸含量比青蒿素高出8-10倍，有效利用含量豐富的青蒿酸尤為重要。研究者們從青蒿新鮮的莖中分離了一種內(nèi)生真菌草青霉（Penicillium oxalicum），該菌能促進(jìn)青蒿素的生物合成，同時(shí)將草青霉與青蒿酸共培養(yǎng)10 d后，發(fā)現(xiàn)該菌通過(guò)對(duì)青蒿酸進(jìn)行選擇性羥基化、羰基化和酮化作用，結(jié)果將青蒿酸生物轉(zhuǎn)化成8種具有生物活性的衍生物，其中3種衍生物對(duì)人結(jié)腸癌細(xì)胞系（ls174t）和早幼粒細(xì)胞白血病蛋白細(xì)胞系（hl-60）比青蒿酸具有更強(qiáng)的細(xì)胞毒活性［15］。另外，假諾卡氏菌屬（Pseudonocardia sp. strain YIM 63111），印度梨形孢（Piriformospora indica）和嗜鉻固氮菌（Azotobacter chroococcum）共同作用，都可以促進(jìn)青蒿素合成酶基因表達(dá)，最終使青蒿中青蒿素產(chǎn)量增加［16］。石斛（Dendrobium nobile Lindl.）受到菌根真菌MF23（Mycena sp.）侵染后，通過(guò)轉(zhuǎn)錄組測(cè)序發(fā)現(xiàn)，30個(gè)跟枝蔓堿（Dendrobine）倍半萜骨架生物合成酶相關(guān)基因的表達(dá)顯著上調(diào)，推測(cè)MF23可能通過(guò)MVA途徑調(diào)控石斛倍半萜生物合成［17］。熒光假單胞菌（Pseudomonas fluorescens ALEB7B）是從中國(guó)茅山地區(qū)蒼術(shù)（Atractylodes lancea）中分離的內(nèi)生細(xì)菌，研究發(fā)現(xiàn)該內(nèi)生菌通過(guò)誘導(dǎo)龍舌蘭（Agave americana L）幼芽種的內(nèi)源激素吲哚乙酸的生物合成，以促進(jìn)無(wú)氧和含氧倍半萜類化合物的積累［18］。在山根豆（Sophora tonkinensis）中分離得到的內(nèi)生真菌木聚糖菌GDG-102（Xylaria sp. GDG-102），可以產(chǎn)生艾里莫芬烷倍半萜，具有抗炎、抗微生物、細(xì)胞毒性和抗艾滋病毒特性［19］。

1.2 二萜

二萜是含有4個(gè)異戊二烯單元的萜類化合物，其豐富的活性體現(xiàn)在抗瘧疾，抗炎癥，神經(jīng)保護(hù)，殺滅錐蟲(chóng)，抵御病蟲(chóng)害的生物防御功能等多方面，廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、植保、營(yíng)養(yǎng)、保健和化妝品業(yè)［20］。例如，紫杉醇是一種從紅豆杉（Taxus chinensis）中提取分離獲得的復(fù)雜二萜化合物，其衍生物多西紫杉醇（商品名紫杉醇）是治療癌癥的明星藥物。紫杉醇的前體紫杉烯可以通過(guò)基因工程技術(shù)利用酵母和大腸桿菌等工程菌生物合成［21-23］。然而，其產(chǎn)量仍無(wú)法滿足醫(yī)藥行業(yè)對(duì)紫杉醇的巨大需求。內(nèi)生真菌的快速生長(zhǎng)、低成本高效益、不依賴氣候變化的穩(wěn)定性以及基因操作的可行性給紫杉醇生產(chǎn)帶來(lái)了希望。研究表明，來(lái)自不同紅豆杉屬植物的內(nèi)生真菌與紫杉醇產(chǎn)量、植物生長(zhǎng)促進(jìn)因子和其他次生代謝產(chǎn)物的產(chǎn)量具有很強(qiáng)的相關(guān)性［24］。例如，內(nèi)生菌擬盾殼霉屬（Paraconiothyrium sp）誘導(dǎo)紫杉醇生物合成酶基因在紅豆杉屬植物中表達(dá)，使植物能抵御特定病原菌［25］。在紅豆杉中，內(nèi)生鐮刀菌（Fusarium mairei）懸浮細(xì)胞侵染所產(chǎn)生的紫杉醇濃度比未受侵染的懸浮細(xì)胞高出38倍，并能刺激紅豆杉生長(zhǎng)［21］。研究者們通常以紫杉二烯合酶（TS）為分子標(biāo)記，從紅豆杉所分離的38株內(nèi)生菌中篩選到12株為TS陽(yáng)性，最終只有3株內(nèi)生菌能檢測(cè)到一定含量的紫杉醇，其中，子囊菌屬（Ascomycetes）和德特羅霉菌屬（Deutromycetes）被認(rèn)為是很有前景的紫杉醇生產(chǎn)者［21］。另外，從長(zhǎng)蒴黃麻（Corchorus olitorius）中分離出一種內(nèi)生擔(dān)子菌線淺孔（Grammothele lineata），也能夠產(chǎn)生具有細(xì)胞毒性的紫杉醇［26］。然而，內(nèi)生真菌在紫杉醇工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用前景同時(shí)也遇到了挑戰(zhàn)，例如，內(nèi)生菌細(xì)胞內(nèi)的代謝重組反應(yīng)，繼代培養(yǎng)和貯藏過(guò)程中編碼基因的表達(dá)下調(diào)，都會(huì)導(dǎo)致紫杉醇生產(chǎn)力的降低。

表2 內(nèi)生菌對(duì)宿主植物的抗逆性影響Table 2 Effects of endophytes on the stress tolerance of plants

丹參（Salvia miltiorrhiza）中分離的內(nèi)生真菌脆弱毛霉（Mucor rouxii AS3.3447）制成激活劑溶液，對(duì)20 d生的丹參毛狀根搖瓶培養(yǎng)物進(jìn)行誘導(dǎo)，發(fā)現(xiàn)丹參酮IIA和二氫丹參酮等二萜類化合物含量顯著增高［27］。在藥用植物毛喉鞘蕊花（Coleus forskohlii）中，發(fā)現(xiàn)內(nèi)生真菌廣生亞大莖點(diǎn)菌（Macrophomina pseudophaseolina）通過(guò)誘導(dǎo)二萜關(guān)鍵合成酶CfTPS2基因表達(dá)，最終促進(jìn)二萜類化合物毛喉素在植物根部大量積累［28］。另外，有些次生代謝物不是通過(guò)植物或者內(nèi)生菌直接合成的，而是通過(guò)內(nèi)生菌的生物轉(zhuǎn)化功能獲得。隱丹參酮是從丹參植物根部及根莖中提取分離的具有抗炎抗菌等活性的二萜類化合物，具有細(xì)胞毒性，研究發(fā)現(xiàn)其內(nèi)生真菌脆弱毛霉（Mucor rouxii AS3.3447）能夠使隱丹參酮生物轉(zhuǎn)化成5種具有更低細(xì)胞毒性的二萜類物質(zhì)，以及抗甲型流感病毒活性的新產(chǎn)物［29］。丹參種子內(nèi)生真菌草莖點(diǎn)霉D603（Phoma herbarum D603）的菌絲體可以定殖于幼根組織的細(xì)胞間隙或細(xì)胞連接處，與丹參形成一種穩(wěn)定的共生關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)D603可通過(guò)誘導(dǎo)合成植物生長(zhǎng)激素，溶磷和產(chǎn)鐵載體而促進(jìn)礦質(zhì)元素吸收等方式促進(jìn)丹參生長(zhǎng)和根系發(fā)育，還可以刺激次生代謝產(chǎn)物包括丹參酮類化合物的合成與 積累［30］。

1.3 三萜

三萜類成分是一類基本母核由30個(gè)碳原子，6個(gè)異戊二烯單元所組成的萜類化合物，一般以游離形式或以與糖結(jié)合成苷或酯的形式存在于植物體中，具有抗癌、消炎、抗氧化和肝保護(hù)等多種藥用活性［31］。人參皂甙Rh2和Rg3是具有誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡，抑制腫瘤細(xì)胞增殖和腫瘤侵襲轉(zhuǎn)移等藥理活性的三萜化合物，在天然人參中含量極低［32］。從三七（Panax notoginseng）和人參（Panax ginseng）中分離的內(nèi)生菌包括黃曲霉屬（Aspergillus sp.）和鐮刀霉（Fusarium sp.）都能促進(jìn)人參皂甙的生物合成［1，33］。另外，三七的另外一種內(nèi)生菌發(fā)根農(nóng)桿菌（Agrobacterium rhizogenes）能夠使人參皂苷Rg3和Rh2的濃度分別達(dá)到62.20和18.60 mg/L［32］。從藥用植物蛇足石杉（Huperzia serrata）中分離到一株內(nèi)生真菌深黃傘形霉（Umbelopsis isabellina），該菌能夠用于生物轉(zhuǎn)化而獲得具有抗炎和抗菌活性的三萜類物質(zhì)，熊果酸（Ursolic acid）［34］。另外，從狹葉南五味子（Kadsura angustifolia）的內(nèi)生菌霉青菌（Penicillium sp. SWUKD4.1850）發(fā)酵物中發(fā)現(xiàn)九種五味子三萜類化合物（schitriterpenoids），其中首次發(fā)現(xiàn)了一些相對(duì)罕見(jiàn)的高度氧化的五味子三萜類［35］，這為從非植物中獲得所需萜類化合物提供了理論基礎(chǔ)。

2 植物內(nèi)生菌影響黃酮類化合物的生物合成

黃酮類化合物是植物界普遍存在的天然產(chǎn)物，具有廣闊的藥效活性，如治療心血管疾?。?6-37］、抗炎癥、鎮(zhèn)痛［38］、抗氧化及美容護(hù)膚活性［39］等，同時(shí)在植物生理活動(dòng)中充當(dāng)色素、抗氧化劑、植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑和植物抗毒素等重要角色。黃酮化合物在天然植物中提取會(huì)受到生產(chǎn)率低和從植物中回收混合物的復(fù)雜性的限制，使用植物內(nèi)生菌促進(jìn)該類化合物生物合成是一種高效經(jīng)濟(jì)的方法。例如，在鐵皮石斛（Dendrobium officinale）的菌根真菌中分離得到一種邁錫尼屬真菌（Mycena sp.），將該菌培養(yǎng)后接種至蘭科金線蓮（Anoectochilus formosanus）中，發(fā)現(xiàn)其有效藥效成分-黃酮類化合物異鼠李素-3-Oβ-D-蕓香苷和異鼠李素-3-O-β-吡喃葡萄糖苷的含量有明顯增加［40］。木豆（Cajanus cajan）根中分離的內(nèi)生菌白腐真菌（Hypocrea lixii）也能產(chǎn)生具有抗癌活性的木豆醇［41］。3種植保素包括香豆素、白藜蘆醇和蘆丁位于細(xì)胞質(zhì)外體中，受黑麥草（Lolium perenne L）內(nèi)生菌（Methylobacterium extorquens C1）誘導(dǎo)而濃度上升，促進(jìn)了內(nèi)生菌對(duì)多環(huán)芳烴的吸附和提高了鄰苯二酚雙加氧酶和脫氫酶的活性，該研究結(jié)果加深了對(duì)植物-微生物協(xié)同降解有機(jī)污染物機(jī)理的認(rèn)識(shí)［42］。

3 植物內(nèi)生菌影響生物堿的生物合成

植物中的生物堿是由氨基酸的脫羧作用產(chǎn)生的含氮化合物［37］。生物堿根據(jù)其生物合成中的氨基酸來(lái)源可分為幾大類：莨菪堿、吡咯烷和吡咯烷化生物堿（源自鳥(niǎo)氨酸）、芐異喹啉（酪氨酸）、吲哚喹啉（色氨酸）和喹啉和哌啶生物堿（賴氨酸）［38］，具有抑制病原菌［37，39］，抗藥物成癮性和生物防御等生理活性［40］。小麥（Leucojum aestivum）莖中分離出的芽孢桿菌屬內(nèi)生細(xì)菌（Bacillus genus）能夠使石蒜科生物堿生物合成的前體酪氨酸含量顯著上升，從而促進(jìn)石蒜科生物堿大量積累［43］。另外，在登塔木（Miquelia. dentata）中的內(nèi)生細(xì)菌枯草芽孢桿菌PXJ-5（Bacillus subtilis PXJ-5），枯草孢芽桿菌CPC3（Bacillus subtilis CPC3），蠟狀芽孢桿菌菌株ChST（Bacillus cereus strain ChST）和賴氨酸芽孢桿菌（Lysinibacillus sp.）合成的次生代謝物中發(fā)現(xiàn)了具有抗癌活性的喜樹(shù)堿，這為喜樹(shù)堿在內(nèi)生細(xì)菌中生物合成提供了新理論依據(jù)［44］。從罌粟（Papaver somniferum）葉和蒴果中分離到的內(nèi)生菌可以促進(jìn)植物生長(zhǎng)和產(chǎn)量提高，同時(shí)還使植物中芐基異喹啉生物堿含量顯著增加［8］。將罌粟與內(nèi)生菌大理石雕菌屬（Marmoricola）和不動(dòng)桿菌屬（Acinetobacter）共培養(yǎng)，可以誘導(dǎo)嗎啡的關(guān)鍵生物合成酶基因COR的表達(dá)，最終提高嗎啡在罌粟中的產(chǎn)量［45］。

4 植物內(nèi)生菌具有生物防御和抗逆生理功能

商業(yè)化的農(nóng)作物生產(chǎn)需要使用保護(hù)手段使其免受微生物病原體的侵害，否則會(huì)使農(nóng)作物降低產(chǎn)量和影響質(zhì)量。目前，隨著科技的進(jìn)步，人類越來(lái)越追求農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和綠色環(huán)保，不斷尋找化學(xué)農(nóng)藥和肥料的代替者，使用更環(huán)保更安全的植物保護(hù)措施，特別是使用有益微生物進(jìn)行生物防治。內(nèi)生菌是寄生于植物組織而不破壞或引起宿主細(xì)胞出現(xiàn)明顯病癥的微生物，與植物存在互惠關(guān) 系［23，40，43，46］。內(nèi)生菌作為生物活性產(chǎn)品的潛在生產(chǎn)者受到研究者的關(guān)注［46］。內(nèi)生菌不僅能影響植物的初級(jí)代謝途徑，還能通過(guò)觸發(fā)宿主植物對(duì)不良環(huán)境條件的應(yīng)激反應(yīng)，合成與生物防御相關(guān)的次生代謝產(chǎn)物［47］。內(nèi)生菌通過(guò)與植物共同作用，能夠作為天然殺菌劑和殺蟲(chóng)劑，還能調(diào)節(jié)植物的防御機(jī)制［48］。利用有益微生物的次生代謝產(chǎn)物進(jìn)行生物防治是抑制病原菌和提高植物對(duì)環(huán)境脅迫適應(yīng)性的有效途徑。

4.1 生物防御

內(nèi)生菌為增強(qiáng)宿主植物對(duì)生態(tài)環(huán)境的適應(yīng)性，產(chǎn)生了一系列具有生物防御功能的次生代謝產(chǎn)物?？莶菅挎邨U菌（Bacillus subtilis）是一種革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌，能產(chǎn)生超過(guò)24種抗生素物質(zhì)包括多肽、蛋白質(zhì)和非多肽類物質(zhì)。枯草芽孢桿菌通過(guò)合成脂肽類抗生素、風(fēng)菌素、枯草菌表面活性劑等直接抑制多種病原真菌或誘導(dǎo)宿主植物的系統(tǒng)抗性，為植物提供保護(hù)作用［49-50］?？莶菅挎邨U菌還產(chǎn)生一種叫作細(xì)菌素的肽類抗生素，在宿主植物先天免疫反應(yīng)中起著重要作用［50］。另外，枯草芽孢桿菌還會(huì)在植物根部形成生物膜，有助于產(chǎn)生脂肽，并增強(qiáng)其在土壤中的抗菌活性［51］?？莶菅挎邨U菌還會(huì)在植物根部形成生物膜，有助于產(chǎn)生脂肽，并增強(qiáng)其在土壤中的抗菌活性［52］。根際內(nèi)生真菌印度梨形孢（Serendipita indica）基因組中存在少量次生代謝合成相關(guān)的萜類合成酶基因（SiTPS），當(dāng)該菌侵染番茄（Solanum lycopersici）根部時(shí)，SiTPS基因表達(dá)水平顯著上調(diào)，將SiTPS在大腸桿菌異源表達(dá)，檢測(cè)到具有抑制病原真菌活性的倍半萜產(chǎn)物Viridiflorol，推測(cè)印度梨形孢在定殖過(guò)程中，通過(guò)誘導(dǎo)倍半萜合成，阻止病原真菌對(duì)宿主植物的入侵［53］。另外，在番茄不同組織中分離出7個(gè)屬的內(nèi)生細(xì)菌，分別是：不動(dòng)桿菌屬（Acinetobacter）、節(jié)桿菌屬（Arthrobacter）、芽孢桿菌屬（Bacillus）、微桿菌屬（Microbacterium）、泛菌屬（Pantoea）、假單胞菌屬（Pseudomonas）和狹營(yíng)養(yǎng)單胞菌屬（Stenotrophomonas），上述內(nèi)生細(xì)菌合成的揮發(fā)性有機(jī)物能夠有效抑制番茄的煙草赤星病菌、鏈格孢霉和棒孢霉3種真菌病原體的生長(zhǎng)。內(nèi)生菌合成并釋放不同的揮發(fā)性有機(jī)化合物，可能是由于每種細(xì)菌與真菌建立的不同類型的相互作用，呈現(xiàn)出對(duì)一系列真菌生長(zhǎng)抑制的作用［54］。黎藥植物艾納香（Blumea balsamifera）內(nèi)生真菌粉紅粘帚霉（Clonostachys rosea）的發(fā)酵提取物對(duì)大腸埃希菌、金黃色葡萄球菌、枯草芽孢桿菌以及銅綠假單胞菌表現(xiàn)出顯著的抑菌活性，這為尋找新型抗生素提供重要參考［55］。對(duì)內(nèi)生菌使用基因工程手段可以增強(qiáng)該菌宿主植物的抗菌活性：Ding等［56］通過(guò)調(diào)控橡皮樹(shù)（Ficus elastica）伴生真菌非洲木霉（Trichoderma afroharzianum）的全局性調(diào)控因子后得到兩種聚酮類化合物，這兩種化合物對(duì)4種細(xì)菌和6種植物病原真菌具有生長(zhǎng)抑制活性，其中對(duì)番茄灰霉病菌和尖孢鐮刀菌具有極高的抗菌活性。

4.2 非生物脅迫

內(nèi)生菌通過(guò)調(diào)節(jié)次生代謝產(chǎn)物的合成，有助于提高植物對(duì)重金屬脅迫的抗性。在不同濃度的砷脅迫下，根際內(nèi)生菌印度梨形孢（Piriformospora indica）能夠顯著提高青蒿的生物量，通過(guò)調(diào)控青蒿素生物合成基因、類異戊二烯、萜類、黃酮類生物合成途徑基因和信號(hào)分子的轉(zhuǎn)錄水平以增加黃酮類化合物和青蒿素等次生代謝產(chǎn)物的生物合成，激活過(guò)氧化酶的活性，提高青蒿對(duì)砷脅迫的抗性［57］。水稻（Oryza sativa）中分離的內(nèi)生菌巨大芽孢桿菌H3（Bacillus megaterium H3）通過(guò)降低土壤中有效砷含量和增加植物根表面砷吸附量，以減少水稻組織對(duì)砷的吸收［58］。一種脫落酸（ABA）分解代謝細(xì)菌，青生紅球菌（Rhodococcus qingshengii）已被證明能夠促進(jìn)多種植物吸收土壤中的鎘、鋅、和鎳等重金屬，研究表明通過(guò)接種脫落酸分解細(xì)菌以代謝植物中的脫落酸可能是提高重金屬污染土壤進(jìn)行植物修復(fù)效率的一種替代策略［59］。研究者通過(guò)利用狼尾草（Pennisetum purpureum Schum）內(nèi)生菌芽孢桿菌BM18-2（Bacillus BM18-2）的孢子施加到土壤中作為生物肥料，顯著增強(qiáng)了狼尾草對(duì)鎘污染土壤的修復(fù)能力［60］。

內(nèi)生菌產(chǎn)生多種次生代謝產(chǎn)物以調(diào)節(jié)植物對(duì)水分脅迫的響應(yīng)。藜（Chenopodium album）根中分離的內(nèi)生菌黃曲霉CHS1（Aspergillus flavus）不僅在正常條件下具有促進(jìn)植物生長(zhǎng)的特性包括增溶磷酸鹽、合成吲哚乙酸和赤霉素等植物激素；在400 mmol/L NaCl處理下，通過(guò)負(fù)調(diào)控ABA和JA生物合成以及正調(diào)控一系列抗氧化酶的活性，以增強(qiáng)大豆對(duì)鹽脅迫的耐受能力［61］。玉米（Zea mays）接種內(nèi)生菌SXSP1（Meyerozyma caribbica）后進(jìn)行鹽脅迫處理，結(jié)果表明內(nèi)生菌能夠刺激誘導(dǎo)吲哚-3-乙酸（IAA）合成而顯著促進(jìn)植物生長(zhǎng)，提高葉綠素、類胡蘿卜素、脯氨酸、酚類物質(zhì)和黃酮類化合物的含量，通過(guò)降低內(nèi)源ABA含量而保持相對(duì)含水量，激活過(guò)氧化氫酶和過(guò)氧化物酶活性，降低鹽脅迫對(duì)植物的不利影響［62］。鷹嘴豆（Cicer ariietinum）中分離出的內(nèi)生細(xì)菌枯草芽孢桿菌NUU4（Bacillus subtilis NUU4）和根瘤菌ciceriic53（Rhizobium ciceriic53）共同誘導(dǎo)IAA的生物合成，促進(jìn)鷹嘴豆根瘤的形成，以提高植物對(duì)鹽脅迫的適應(yīng)能力［63］。另外，短小芽孢桿菌（Bacillus subtilis）接種甘草（Glycyrrhiza uralensis Fisch）后，植物中總黃酮、總多糖、甘草酸和抗氧化物質(zhì)含量均顯著增加，甘草酸合成關(guān)鍵酶基因表達(dá)水平明顯升高，最終甘草對(duì)干旱脅迫的抗性 增強(qiáng)［64］。

內(nèi)生菌調(diào)控次生代謝產(chǎn)物參與植物抵御溫度脅迫。在冷凍條件下，印度梨形孢刺激擬南芥（Arabidopsis thaliana）中油菜素內(nèi)酯（BR）和ABA生物合成，誘導(dǎo)CORs，BZR1，SAG1 和PYL6等CBF依賴途徑相關(guān)基因的表達(dá)，幫助植物適應(yīng)冷凍脅迫以及凍融后的恢復(fù)［65］。蠟樣芽孢桿菌（Bacillus cereus SA1）在高溫脅迫下，能產(chǎn)生赤霉素、吲哚乙酸和有機(jī)酸等生物活性代謝物，使大豆（Glycine max）增強(qiáng)SA生物合成而降低ABA含量，提高抗壞血酸過(guò)氧化物酶、超氧化物歧化酶及谷胱甘肽含量，誘導(dǎo)熱激蛋白表達(dá)，增加鉀離子濃度，緩解熱脅迫對(duì)植物的傷害［66］。大豆（Glycine max）的根瘤菌（Rhizobium）具有高效固氮特性，還能提高植物對(duì)強(qiáng)酸堿，高溫和重金屬脅迫的耐受性。與栽培大豆相比，野生大豆內(nèi)生真菌種類較多，具有高效的三萜、酚類和多糖的合成途徑，因此對(duì)各種非生物脅迫具有較強(qiáng)的耐受性［40］。

5 總結(jié)和展望

植物次生代謝物具有豐富多樣的結(jié)構(gòu)和廣泛的生物活性，是醫(yī)藥、化妝品、和保健品行業(yè)中關(guān)鍵化合物的來(lái)源。然而，制藥工業(yè)中所使用的天然化合物來(lái)源于植物的比例占25%，但直接從植物中獲得數(shù)量非常有限，而結(jié)構(gòu)復(fù)雜的次生代謝物如芐基異喹啉類生物堿，陣痛麻醉藥嗎啡，抗菌藥物小檗堿，黃芩堿和木蘭花堿，其總化學(xué)合成可行性不大，且經(jīng)濟(jì)成本高。因此，一種有吸引力的替代方法是在植物內(nèi)生菌促進(jìn)次生代謝物的生物合成或通過(guò)轉(zhuǎn)化途徑而獲得。由于微生物相比于植物，具有培養(yǎng)周期短，基因操作容易等優(yōu)點(diǎn)，已成為研究次生代謝工程的成熟工具。此外，微生物生物合成比化學(xué)合成更環(huán)保。這些都將成為挖掘促進(jìn)植物次生代謝產(chǎn)物生物合成的微生物資源的重要原因，本文重點(diǎn)闡述了植物次生代謝物的微生物促生與轉(zhuǎn)化，與通過(guò)天然植物來(lái)源或通過(guò)化學(xué)合成形成對(duì)比，顯示了微生物資源的快速、經(jīng)濟(jì)和對(duì)環(huán)境友好的潛力。內(nèi)生菌雖作為一種潛在的次生代謝產(chǎn)物的新型工業(yè)平臺(tái)，由于內(nèi)生菌在不斷繼代培養(yǎng)和貯藏過(guò)程中造成次生代謝產(chǎn)物產(chǎn)量降低，這是目前仍需要克服的研究難點(diǎn)。

內(nèi)生真菌對(duì)宿主植物互惠共利，在植物組織中普遍存在，是開(kāi)發(fā)植物病原體的生物控制劑的重要來(lái)源。內(nèi)生菌在與宿主植物長(zhǎng)期共生或協(xié)同過(guò)程中，通過(guò)誘導(dǎo)系統(tǒng)抗性并增強(qiáng)環(huán)境脅迫耐受性、抗菌和競(jìng)爭(zhēng)性抑制來(lái)促進(jìn)植物生長(zhǎng)以充當(dāng)生物肥料和生物殺蟲(chóng)劑。兩大類內(nèi)生菌包括芽孢桿菌屬和印度梨形孢屬，能夠促進(jìn)多種藥用植物或農(nóng)作物生物合成多樣化的次生代謝產(chǎn)物，以幫助植物抵御生物防御或惡劣的環(huán)境脅迫，是開(kāi)發(fā)微生物菌劑的寶貴資源。然而，植物內(nèi)生菌落的結(jié)構(gòu)、動(dòng)態(tài)和功能，植物次生代謝物與內(nèi)生菌落相互作用的影響因子，空間模式和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，內(nèi)生菌調(diào)控植物次生代謝產(chǎn)物生物合成的具體作用機(jī)制和分子基礎(chǔ)還有待進(jìn)一步探索。植物內(nèi)生菌的基本遺傳控制，以及它們?nèi)绾问艿狡渌⑸锶汉铜h(huán)境條件變化的影響，需要更加關(guān)注。

今后研究將借助植物生理學(xué)、分子生物學(xué)、遺傳學(xué)等眾多學(xué)科交叉，單細(xì)胞基因組學(xué)和專門的植物代謝組學(xué)等分析工具，重點(diǎn)通過(guò)全基因組序列來(lái)識(shí)別新次生代謝產(chǎn)物的生物合成途徑的“基因簇”，篩選具有可持續(xù)合成次生代謝產(chǎn)物的新型內(nèi)生菌資源，揭示調(diào)控次生代謝生物合成基因簇表達(dá)的分子信號(hào)和轉(zhuǎn)錄因子，探索與植物生長(zhǎng)發(fā)育協(xié)同進(jìn)化的微生物群落，為揭示內(nèi)生菌通過(guò)次生代謝產(chǎn)物調(diào)控植物適應(yīng)生物和非生物脅迫提供新的理論依據(jù)和研究視角。