張妃，馮乃憲，賓慧，李彥文，趙海明，向壘，蔡全英，莫測輝

（暨南大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院，廣東省環(huán)境污染控制與修復(fù)材料工程中心，廣州 510632）

內(nèi)生菌是指在其生活史某一階段或整個(gè)階段生活在植物體內(nèi)，且不會引發(fā)植物明顯病害癥狀，與植物互利共生的一類微生物。內(nèi)生菌通過植物根系皮層傷口或縫隙和葉片氣孔、水孔等進(jìn)入植物體內(nèi)，然后通過維管系統(tǒng)遷移至其他部位，并定殖于根、莖、葉、花、果實(shí)等器官中。目前，已報(bào)道的內(nèi)生菌有100 余種，隸屬于50 余個(gè)菌屬，主要包括芽孢菌屬（）、假單胞菌屬（）、伯克霍爾德氏菌屬（）等（圖1）。內(nèi)生菌棲息于植物體內(nèi)并與宿主植物協(xié)同進(jìn)化，形成了植物生態(tài)系統(tǒng)中最古老、最廣泛的互惠共生關(guān)系。內(nèi)生菌識別宿主植物并定殖于植物體內(nèi)的過程主要受到菌株自身遺傳特性、植物類型和品種、根系分泌物化學(xué)成分，以及土壤理化性質(zhì)等因素的影響。

圖1 來源于不同植物的部分內(nèi)生菌的系統(tǒng)進(jìn)化樹Figure 1 Phylogenetic tree of different groups of endophytes isolated from different plants

內(nèi)生菌是植物微生態(tài)系統(tǒng)的重要組成成員，被稱為植物“第二基因組”，內(nèi)生菌通過自身代謝活性可直接或間接地促進(jìn)植物養(yǎng)分吸收，調(diào)節(jié)植物生理過程，維持植物體內(nèi)微生態(tài)平衡，保障植物健康生長，而宿主植物則會為內(nèi)生菌生存提供穩(wěn)定的空間和豐富的碳源。近年來，有關(guān)內(nèi)生菌在植物微生態(tài)調(diào)控、根際或葉際免疫、逆境適應(yīng)、養(yǎng)分吸收、碳循環(huán)、多樣性維持等方面的研究取得了一系列重要進(jìn)展。已有的有關(guān)內(nèi)生菌的綜述論文只涉及了定殖、來源、促生作用、重金屬和有機(jī)污染物修復(fù)等某個(gè)或某幾個(gè)方面，但缺乏對這些研究系統(tǒng)整體的認(rèn)識，而且對其中相關(guān)研究的分子機(jī)制了解也不夠深入。為此，本研究針對內(nèi)生菌定殖、促生作用和降低作物體內(nèi)有機(jī)污染物的機(jī)理進(jìn)行系列綜述，其中包括、、、等期刊具有代表性的最新研究成果，為推動內(nèi)生菌與植物相互作用研究的發(fā)展、促進(jìn)土壤污染修復(fù)和保障農(nóng)產(chǎn)品安全提供理論依據(jù)。本文屬于該系列綜述的第一篇，著重闡明內(nèi)生菌的來源、與宿主植物的識別機(jī)制和定殖途徑、定殖的影響因素和促生作用機(jī)制，并指出目前研究中存在的問題和未來的研究方向；內(nèi)生菌降低作物體內(nèi)有機(jī)污染物的相關(guān)內(nèi)容將在《內(nèi)生菌定殖、促生及降低作物有機(jī)污染物含量的機(jī)理研究（Ⅱ）：降低作物有機(jī)污染機(jī)理》中進(jìn)行詳細(xì)論述。

1 內(nèi)生菌的定殖

1.1 內(nèi)生菌的來源與定殖途徑

種子是植物繁殖的重要器官，其內(nèi)部棲息著種類豐富且結(jié)構(gòu)復(fù)雜的微生物群落，因此也是內(nèi)生菌通過垂直傳播方式在連續(xù)的植物世代之間傳遞的載體，這種傳播方式提高了從母本選擇性傳遞有益內(nèi)生菌的概率，從而確保內(nèi)生菌在子代植物體內(nèi)穩(wěn)定存在，直接或間接影響種子活力和幼苗成活率。種子內(nèi)生菌是子代植物內(nèi)生菌群建立的基礎(chǔ)，可通過快速占據(jù)子代植物有利的生態(tài)位，進(jìn)一步影響子代植株內(nèi)生菌群的裝配和微生態(tài)的動態(tài)平衡。水稻親本對子代種子內(nèi)生菌群的建成具有重要影響，通過雜交、近親繁殖和人工選擇后的水稻種子中具有的相似內(nèi)生菌種群可作為核心菌群跨代傳播。目前已報(bào)道的種子內(nèi)生細(xì)菌主要分布于變形菌門（Proteobacteria）、放線菌門（Actinobacteria）、厚壁菌門（Firmicutes）和擬桿菌門（Bacteroidetes），種子內(nèi)生真菌主要分布于子囊菌門（Ascomycota）和擔(dān)子菌門（Basidiomycota）。種子內(nèi)生菌長期定殖于種子內(nèi)部，是宿主植物的延伸免疫系統(tǒng)，其作為抗性的傳導(dǎo)劑可提高子代植物抗病性和環(huán)境適應(yīng)性。如在抗病表型的水稻種子中世代積累和傳播的內(nèi)生細(xì)菌鞘氨醇單胞菌（）可通過產(chǎn)生抗病性信號分子鄰氨基苯甲酸來干擾病原菌伯克霍爾德氏菌（）的sigma 轉(zhuǎn)錄起始因子RpoS，從而抑制病原菌致病因子的生物合成，賦予易感表型的水稻品種對該病原菌的抗性。

根際土壤中含有高度多樣化的微生物群落，其菌落總數(shù)高達(dá)10～10CFU·g（土壤濕質(zhì)量），因此也是內(nèi)生菌的重要來源。擴(kuò)增選擇模型顯示，根際微生物被宿主植物選擇性招募，對根系分泌物產(chǎn)生趨化作用，向植物根際、根表游動，然后在根表形成微菌落、微基團(tuán)、共質(zhì)體或生物膜等，借助根系裂縫、傷口、根毛等孔口進(jìn)入植物體內(nèi)，最后在植物組織內(nèi)部擴(kuò)增繁殖，使植物組織中內(nèi)生菌數(shù)量達(dá)到10～10CFU·g（鮮質(zhì)量）（圖2）。例如，固氮根瘤菌（）利用側(cè)根基部及皮層細(xì)胞間的裂縫進(jìn)入植物體內(nèi)定殖。某些根際微生物分泌的細(xì)胞壁水解酶可破壞植物細(xì)胞壁，突破細(xì)胞壁的門控作用，依次穿過皮層、內(nèi)皮層和中柱，進(jìn)入木質(zhì)部導(dǎo)管，最后在鞭毛運(yùn)動和植物蒸騰拉力協(xié)同作用下穿越植物的多個(gè)生理屏障，從而實(shí)現(xiàn)由根部向地上部的遷移和定殖，如葡萄根際的伯克霍爾德氏菌（PsJN）可進(jìn)入根系并遷移至花序組織中定殖。研究表明，在植物木質(zhì)部管腔定殖是植物病原菌的特性，而內(nèi)生菌只定殖在植物導(dǎo)管內(nèi)部或通過質(zhì)外體在植物體內(nèi)遷移，但也有研究發(fā)現(xiàn)內(nèi)生菌可以在木質(zhì)部管腔內(nèi)定殖。一些根部的內(nèi)生真菌可依靠菌絲沿著宿主植物的木質(zhì)部導(dǎo)管腔擴(kuò)散到整株植物。

圖2 內(nèi)生菌的定殖及促生作用機(jī)制[1，6]Figure 2 The colonization and plant growth-promoting mechanisms of endophytes[1，6]

植物葉片表面含有多種微生物類群，它們通常附生于葉片，通過氣孔、排水器、傷口等進(jìn)入葉片質(zhì)外體，然后遷移到內(nèi)皮層細(xì)胞中生長繁殖，并可向下遷移至植物莖干和根系。葉片表面附生的微生物進(jìn)入葉內(nèi)組織不完全是被動過程，它們可以分泌一些低于植物病原體表達(dá)濃度的細(xì)胞壁水解酶，從而主動地進(jìn)入葉片組織。宿主植物通過其葉片表面不同的化學(xué)和物理特征，并通過免疫活性、分子信號傳導(dǎo)和屏障形成等對葉片內(nèi)生菌的豐度和群落組成進(jìn)行控制。研究指出，宿主植物的鄰域擴(kuò)散效應(yīng)可塑造葉際微生物的多樣性，因此，宿主植物的品種和葉齡、鄰近植物的種類和生物量或年齡等生物因素，以及強(qiáng)光、高溫和紫外線等非生物因素均是影響葉片內(nèi)生菌定殖的重要因素。

1.2 影響內(nèi)生菌定殖的關(guān)鍵因素

內(nèi)生菌與宿主植物協(xié)同進(jìn)化，具備了成功侵入和定殖于宿主植物體內(nèi)的能力。內(nèi)生菌成功定殖需同時(shí)具備3 個(gè)條件：（1）具有一定的黏附力，形成微群落或生物膜，黏附在植物表層；（2）適宜的棲息環(huán)境，保障微生物的生存和繁殖；（3）具有群體感應(yīng)，保證足夠數(shù)量的微生物細(xì)胞。內(nèi)生菌定殖于植物體受多種因素的影響，主要包括內(nèi)生菌自身遺傳特性、植物類型和品種、根系分泌物，以及土壤理化性質(zhì)等。

1.2.1 內(nèi)生菌自身遺傳特性

內(nèi)生菌的自身遺傳特性如鞭毛、菌毛、趨化蛋白、細(xì)胞壁溶解酶、胞外聚合物以及根瘤菌的結(jié)瘤因子等影響其在植物體內(nèi)的定殖能力。鞭毛游動驅(qū)動菌體細(xì)胞對宿主植物的根系分泌物和根部黏液產(chǎn)生趨化作用，使內(nèi)生菌向根部聚集并形成根表生物膜，隨后進(jìn)入植物體內(nèi)定殖。內(nèi)生菌沙雷氏菌（sp.S119）和腸桿菌（sp.J49）借助鞭毛運(yùn)動，以泳動、群游和蹭動等方式向玉米、花生和大豆的根系趨化游動，形成根表生物膜，然后定殖于植物體內(nèi)；內(nèi)生固氮弧菌（sp.CIB）體內(nèi)的Ⅳ型鞭毛和菌毛可驅(qū)動菌體細(xì)胞的運(yùn)動和在水稻體內(nèi)的定殖，若鞭毛蛋白基因發(fā)生突變，則會導(dǎo)致其在宿主水稻體內(nèi)定殖的數(shù)量降低一個(gè)數(shù)量級。位于細(xì)胞表面的趨化受體蛋白（MCP）可介導(dǎo)內(nèi)生菌對根際趨化物的感知，調(diào)控內(nèi)生菌向根表趨化游動和定殖，例如：內(nèi)生菌枯草芽孢桿菌（NCIB3610）的趨化受體蛋白McpB、McpC 和TlpC 可識別擬南芥（）根系分泌物中的信號分子，誘導(dǎo)該菌株高效定殖于植物體內(nèi)；內(nèi)生菌陰溝腸桿菌（Ghats1）基因組中含有趨化受體蛋白基因（、、等）和鞭毛合成與組裝基因，這些功能基因與該菌株定殖及適應(yīng)植物體內(nèi)環(huán)境密切相關(guān)。

內(nèi)生菌借助微生物細(xì)胞之間的群體感應(yīng)機(jī)制感知自身或其他微生物細(xì)胞密度和周圍環(huán)境變化，使內(nèi)生菌群體實(shí)現(xiàn)個(gè)體無法完成的在植物體內(nèi)的定殖行為和生理功能。內(nèi)生菌慢生根瘤菌（sp.ORS278）中LuxI-LuxR 型群體感應(yīng)系統(tǒng)產(chǎn)生的肉桂酰-高絲氨酸內(nèi)酯（HSL）信號分子可參與調(diào)控菌株ORS278 生物膜的合成和細(xì)胞運(yùn)動，提高其在水稻根部的定殖效率。科薩克氏菌（sp.KO348）中的PsrR 群體感應(yīng)系統(tǒng)參與了該菌株在水稻根內(nèi)的定殖過程。然而，某些內(nèi)生菌在植物體內(nèi)的定殖過程并不受群體感應(yīng)系統(tǒng)的調(diào)控，如群體感應(yīng)信號分子N-?；呓z氨酸內(nèi)酯（AHLs）與內(nèi)生菌沙雷氏菌（sp.）在番茄和油菜根部的定殖行為之間不存在顯著相關(guān)性。

1.2.2 植物類型和品種

內(nèi)生菌在植物體內(nèi)的定殖過程符合擴(kuò)增選擇模型，根際微生物在根際大量繁殖擴(kuò)增，受到宿主植物的選擇性招募后，逐漸向多樣性更低、特化程度更高的方向發(fā)展，最終被裝配到宿主植物體內(nèi)，如聯(lián)合固氮的內(nèi)生菌在甘蔗、水稻和玉米等禾本科植物的根、莖和葉內(nèi)定殖，而共生固氮的根瘤菌在花生、大豆等豆科根部定殖。植物類型影響內(nèi)生菌的裝配和定殖，如沙鞭（）、羊柴（）和黑沙蒿（）3 種植物的內(nèi)生菌群組成和結(jié)構(gòu)變異度高達(dá)47%。降解石油烴的內(nèi)生菌不動桿菌（sp.BRSI56）和綠膿假單胞菌（BRRI54）在巴拉草（）體內(nèi)的定殖效率與代謝活性均高于雙稃草（），從而使巴拉草對石油污染的修復(fù)能力也強(qiáng)于雙稃草。重金屬Pb/Zn 超富集植物小花南芥（）和土荊芥（）根和莖內(nèi)的優(yōu)勢菌為假單胞菌（），其豐度占總內(nèi)生菌類群的41.6%～81.56%，但其內(nèi)生細(xì)菌多樣性指數(shù)（Chao 1 和Shannon 指數(shù)）顯著低于非Pb/Zn 超富集植物纖毛婆婆納（）。

植物品種（基因型）差異同樣影響內(nèi)生菌的定殖，如抗草甘膦轉(zhuǎn)基因大豆（）根部內(nèi)生菌的多樣性和豐度高于野生型大豆；高淀粉基因型甘薯（）根部的優(yōu)勢內(nèi)生菌為厚壁菌門的芽孢桿菌屬，低淀粉基因型甘薯根部的優(yōu)勢內(nèi)生菌為變形菌門。植物組織類型會對內(nèi)生菌的種類、數(shù)量產(chǎn)生較大影響，如小麥（）根部內(nèi)生菌的種類比葉內(nèi)更豐富，且根和葉內(nèi)的優(yōu)勢菌種類完全不同；而沙漠灌木莖部的內(nèi)生真菌多樣性和群落組成的變異度卻顯著高于葉和根。

1.2.3 根系分泌物

根系分泌物中含有的特定信號物質(zhì)（包括氨基酸、低分子有機(jī)酸、糖類、酚類等）能夠影響內(nèi)生菌的定殖。根際微生物通過感受根系分泌的信號物質(zhì)向根表游動并形成穩(wěn)定的生物膜，最后在植物體內(nèi)定殖。如糞產(chǎn)堿桿菌（）對秋葵（）根系分泌物中的酚酸類物質(zhì)（莽草酸、延胡索酸、香草酸和槲皮素等）產(chǎn)生趨化作用，向根表游動并形成生物膜，進(jìn)而定殖在植物體內(nèi)。擬南芥通過調(diào)節(jié)體內(nèi)水楊酸和茉莉酸合成基因的表達(dá)，改變根系分泌物中水楊酸和茉莉酸的濃度，進(jìn)而調(diào)控其內(nèi)生菌群的裝配過程。玉米根系分泌物中的黏液物質(zhì)（如根尖脫落的水合多糖）可誘導(dǎo)固氮螺菌（Sp7）在根內(nèi)的定殖。根系分泌物中的糖類物質(zhì)如蔗糖能夠觸發(fā)枯草芽孢桿菌（）胞外多聚膽固醇合成的級聯(lián)反應(yīng)，誘導(dǎo)菌體產(chǎn)生大量表面活性物質(zhì)和超鞭毛，從而促進(jìn)桿菌和假單胞菌在擬南芥根部及體內(nèi)的定殖。黃瓜根系分泌物中的D-半乳糖誘導(dǎo)貝萊斯芽孢桿菌（SQR9）向根系游動并形成生物膜，促進(jìn)該菌株的根系定殖。

根系分泌物中的黃酮類物質(zhì)是目前研究較為深入的信號物質(zhì)。玉米根系分泌物中的木犀草素、毛異黃酮、酚類咖啡酸等黃酮類物質(zhì)可誘導(dǎo)內(nèi)生菌紅綬曲霉（wlg2）在根系的定殖。黃酮類物質(zhì)也是根瘤菌定殖的關(guān)鍵信號物質(zhì)。大豆、花生、豌豆等豆科植物根系釋放的類黃酮/異黃酮、大豆苷元等物質(zhì)可促進(jìn)根瘤菌的定殖和結(jié)瘤?；ㄉ捣置谖镏械拈纹に?、異甘草素和鷹嘴豆芽素A 等黃酮類物質(zhì)能夠提高根瘤菌（sp.CCTCCAB93190）結(jié)瘤基因的表達(dá)量，使結(jié)瘤數(shù)顯著增加。菜豆（）和百脈根（）中的類黃酮芹菜素能夠誘導(dǎo)根瘤菌（CIAT 899）中結(jié)瘤基因和的表達(dá)量顯著上調(diào)，從而促進(jìn)該菌株在根系中的高效定殖。

1.2.4 土壤理化性質(zhì)

土壤理化性質(zhì)如pH、有機(jī)質(zhì)含量、孔隙度等顯著影響植物根系的生理活動和根系分泌物組分，進(jìn)而影響內(nèi)生菌在植物根系的定殖。通常情況下內(nèi)生菌在高孔隙度土壤中的植物體內(nèi)的定殖效率更高；內(nèi)生菌在高有機(jī)質(zhì)含量土壤中的植物體內(nèi)的多樣性更高，同種土壤類型中的不同植物體內(nèi)具有相似的內(nèi)生菌群。此外，研究發(fā)現(xiàn)內(nèi)生菌在沙鞭和羊柴淺層土壤（0～30 cm）根系中的總定殖率顯著高于深層土壤（30～50 cm）根系；連續(xù)耕作5 年以上的農(nóng)田中玉米內(nèi)生細(xì)菌的相對豐度（47 個(gè)菌屬）高于休耕5 年以上農(nóng)田中玉米內(nèi)生細(xì)菌的豐度（30個(gè)菌屬）。

2 內(nèi)生菌的促生作用

2.1 固氮作用

植物所需氮元素的60%～80%來源于微生物的固氮作用。許多內(nèi)生菌具有固氮活性，可將大氣中的N轉(zhuǎn)化為NO、NH等，從而為宿主植物的生長發(fā)育提供豐富的氮元素。根據(jù)內(nèi)生固氮菌與宿主植物的關(guān)系，將內(nèi)生固氮菌分為專性內(nèi)生固氮菌和兼性內(nèi)生固氮菌。專性內(nèi)生固氮菌包括根瘤菌（）、固氮螺菌（）等，其宿主主要是豆科植物；兼性內(nèi)生固氮菌包括假單胞菌（）、伯克霍爾德氏菌（）、腸桿菌（）和芽孢桿菌（）等，它們與甘蔗、水稻等禾本科植物聯(lián)合固氮。研究發(fā)現(xiàn)，接種內(nèi)生固氮菌施氏假單胞菌（A15）能顯著促進(jìn)水稻幼苗生長，促生效果優(yōu)于化肥。內(nèi)生固氮菌多黏類芽孢桿菌（P2b-2R）定殖于油菜體內(nèi)，可為宿主提供所需氮元素，促進(jìn)植株的生長發(fā)育。水稻接種共生的叢枝菌根真菌根內(nèi)球囊霉（）可誘導(dǎo)根系硝酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)基因4.5 超表達(dá)，提高水稻根系對氮素的吸收效率，基因4.5 缺失會導(dǎo)致氮素吸收率顯著降低以及定殖效率下降。近期研究發(fā)現(xiàn)，生活在貧營養(yǎng)地中海的海草（）根組織中的內(nèi)生固氮菌與海草形成共生關(guān)系，內(nèi)生固氮菌為海草提供氨和氨基酸，海草為內(nèi)生固氮菌提供糖類物質(zhì)。內(nèi)生固氮菌與宿主植物建立了密切的共生關(guān)系，為植物提供了豐富的氮元素。對非豆科植物來說，內(nèi)生固氮菌將成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中潛在的穩(wěn)定氮源。內(nèi)生固氮菌種類繁多、固氮類型和途徑多樣，因此內(nèi)生固氮菌與宿主植物間的分子識別及相關(guān)固氮分子機(jī)制亟待深入研究。

2.2 溶磷作用

土壤中約95%的磷為無效態(tài)，無法被植物直接吸收利用。內(nèi)生菌通過自身代謝產(chǎn)物將土壤中無效態(tài)磷活化為能被植物直接吸收的有效態(tài)磷。目前已報(bào)道的溶磷內(nèi)生菌主要分布于放線菌門、厚壁菌門和變形菌門，隸屬于17 個(gè)菌屬。根際酸化為內(nèi)生菌溶磷的主要機(jī)制之一，內(nèi)生菌分泌的大量有機(jī)酸（如檸檬酸、甲酸、葡萄糖酸、蘋果酸和草酸等）可降低根際土壤pH，將磷酸鈣、磷酸鐵等難溶性磷酸鹽溶解為可溶性的單堿性（HPO）和雙堿性磷酸根離子（HPO），或者利用有機(jī)酸絡(luò)合Ca、Fe等陽離子，釋放PO。葡萄糖酸（GA）的產(chǎn)生是溶磷菌解磷的重要機(jī)制。GA 脫氫酶（GDH）是產(chǎn)生GA 的關(guān)鍵酶，GDH 的輔酶吡咯喹啉醌（PQQ）是GA 產(chǎn)生的關(guān)鍵因子，水稻內(nèi)生菌草螺菌（Z67）異源表達(dá)PQQ 合成基因和GDH 合成基因，產(chǎn)生的PQQ 和GA 顯著增加了宿主植物水稻體內(nèi)的磷含量。編碼GDH 的另一個(gè)功能基因也參與GA 的合成，增強(qiáng)溶磷活性，如多株內(nèi)生菌熒光假單胞菌（L111、L228和L321）攜帶的基因均具有較高的表達(dá)活性，能夠產(chǎn)生較多的GA（4 940～33 240 mg·L），具有較強(qiáng)的溶磷活性（438～1 312 mg·L），可顯著增加宿主植物豌豆的生物量。

除根際酸化外，內(nèi)生菌分泌的植酸酶、C-P 裂解酶和核酸酶等可將有機(jī)質(zhì)中的有機(jī)磷（如磷酸酐或磷脂）脫磷酸化，釋放磷元素，如內(nèi)生菌銅綠假單胞菌（BAC3115）、嗜麥芽寡養(yǎng)單胞菌（BAC2135）、微桿菌（BAC1157）和紅平紅球菌（BAC2162）均具有較高的植酸酶活性，其水解肌醇六磷酸中的磷酸單酯鍵，可釋放肌醇磷酸酯和無機(jī)磷酸。目前，國內(nèi)外學(xué)者對內(nèi)生菌溶磷能力和機(jī)制進(jìn)行了較多研究，但總體上還停留在表觀溶磷活性變化和個(gè)別有機(jī)酸溶磷機(jī)制等方面，仍不成體系。溶磷機(jī)制復(fù)雜多樣，將來應(yīng)著重采用多組學(xué)和穩(wěn)定同位素探針（如RNA-SIP、DNA-SIP）等技術(shù)研究內(nèi)生菌溶磷的分子機(jī)制。

2.3 產(chǎn)鐵載體

土壤中的鐵元素主要以微溶形式存在，不易被植物吸收利用。限鐵條件下，內(nèi)生菌產(chǎn)生鐵載體（又稱嗜鐵素），從其他化合物中搶奪Fe，或者將土壤中難溶性鐵轉(zhuǎn)化為可溶性鐵，從而緩解宿主植物缺鐵狀況。鐵載體是一類重要的生物活性物質(zhì)，能夠高效且特異性地螯合Fe。根據(jù)鐵載體螯合基團(tuán)的化學(xué)特性，可將其分為氧肟酸類、兒茶酚類和混合型（也稱檸檬酸型）3 種類型。內(nèi)生菌中的假單胞菌屬是鐵載體的高產(chǎn)菌株，產(chǎn)生的銅綠假單胞菌鐵載體、綠膿桿菌螯鐵蛋白、亞鐵氰化鐵等多種鐵載體，可為宿主植物提供豐富的鐵元素。內(nèi)生菌產(chǎn)生的鐵載體與Fe的螯合物可被植物直接吸收利用，這可能是植物抗缺鐵脅迫的主要機(jī)理之一。目前，關(guān)于內(nèi)生菌分泌鐵載體在植物鐵營養(yǎng)調(diào)控作用中的分子機(jī)制尚不明確，還亟待深入研究。

內(nèi)生菌分泌鐵載體也是提高宿主植物抵御病原菌的一種重要機(jī)制，內(nèi)生菌通過鐵載體與病原菌競爭有限的Fe，搶占生態(tài)位，使病原菌缺Fe失活而達(dá)到抑制病原菌的目的，如胡椒內(nèi)生菌惡臭假單胞菌（Pt12）產(chǎn)生的鐵載體可抑制病原菌鐮孢霉菌（sp.）。目前，關(guān)于鐵載體的研究主要在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行，實(shí)際環(huán)境中內(nèi)生菌產(chǎn)生的鐵載體的作用還與Fe濃度、內(nèi)生菌活性、土壤理化性質(zhì)等密切相關(guān)，這些還亟待開展專題深入研究。

2.4 分泌植物激素

內(nèi)生菌自身代謝產(chǎn)生或強(qiáng)化宿主植物合成的生長素吲哚乙酸（IAA）、赤霉素（GAs）、細(xì)胞分裂素（CTK）等植物激素，可以作為介導(dǎo)植物生理過程的關(guān)鍵內(nèi)源因子，調(diào)控植物生長發(fā)育和脅迫響應(yīng)。內(nèi)生菌合成IAA，改變植物內(nèi)源IAA 含量，調(diào)節(jié)植物的生理與發(fā)育過程。如產(chǎn)IAA的內(nèi)生菌能夠增加玉米種子的IAA含量，使玉米幼苗根系分泌物中的IAA 濃度顯著增加。產(chǎn)IAA 的內(nèi)生菌教酒鏈霉菌（WZS021）能夠顯著增加宿主植物甘蔗體內(nèi)IAA的含量，促進(jìn)根系發(fā)育和生物量增加，提高抵御干旱脅迫的能力。此外，內(nèi)生菌也可以降解IAA，消除過高濃度IAA 對植物生長的抑制作用，如內(nèi)生菌惡臭假單胞菌（1290）能夠降解植物體內(nèi)過量的IAA，維持宿主植物體內(nèi)IAA 的動態(tài)平衡，消除IAA 對蘿卜根伸長的抑制作用。一些內(nèi)生菌能夠產(chǎn)生GAs，調(diào)控植物生長發(fā)育，提高宿主植物抵御各種逆境脅迫的能力。如內(nèi)生菌煙曲霉（TS1）和層生鐮刀菌（BRL1）可分泌多種GAs 和IAA，提高宿主水稻的葉綠素含量和生物量；內(nèi)生菌假單胞菌（）能夠分泌GAs和IAA，促進(jìn)胡蘿卜塊根的形成。內(nèi)生菌甲基桿菌（sp.）能夠分泌CTK，顯著提高小扁豆（）的光合速率和莖、根的生物量。

乙烯是植物在抵抗逆境生理過程中應(yīng)激產(chǎn)生的植物激素。某些內(nèi)生菌分泌的1-氨基環(huán)丙烷-1羧酸（ACC）脫氨酶，可將合成乙烯的直接前體物ACC分解為α-丁酮酸和氨，降低植物體內(nèi)乙烯含量，維持逆境脅迫下植物體內(nèi)乙烯的適量水平，保證植物正常生長。內(nèi)生菌假單胞菌（8R6）能夠合成ACC 脫氨酶，調(diào)控長春花體內(nèi)乙烯的含量，增強(qiáng)對植物病原菌的抗性。內(nèi)生菌枯草芽孢桿菌和熒光假單胞菌攜帶的ACC 脫氨酶，能夠顯著降低宿主植物豌豆（）體內(nèi)ACC 合成酶和ACC 氧化酶的活性，降低乙烯含量，增強(qiáng)豌豆對鹽脅迫的抗性。將外源ACC 脫氨酶編碼基因?qū)雰?nèi)生菌格氏沙雷菌（BXF1）體內(nèi)進(jìn)行異源超表達(dá)，定殖后能夠促進(jìn)宿主植物大豆的生長并抑制植物病原菌。不同植物激素相互耦聯(lián)且能調(diào)控廣泛的生理過程，從而形成復(fù)雜的植物激素調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，未來應(yīng)重點(diǎn)研究內(nèi)生菌對植物激素調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的調(diào)節(jié)作用。

3 展望

內(nèi)生菌定殖在宿主植物體內(nèi)，建立了密切的互利共生關(guān)系。研究內(nèi)生菌定殖和促生機(jī)制，揭示內(nèi)生菌-植物之間的分子識別機(jī)制，充分挖掘內(nèi)生菌-植物構(gòu)成的微生態(tài)系統(tǒng)的整體功能，對保障化肥農(nóng)藥減施增效和綠色農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。本文重點(diǎn)梳理了內(nèi)生菌來源、定殖和促生作用機(jī)制方面的最新研究進(jìn)展。然而，我們?nèi)匀蝗狈?nèi)生菌-植物互作機(jī)制的系統(tǒng)認(rèn)識。基于植物-微生物組構(gòu)成的生命共同體，利用多組學(xué)、基因編輯和探針標(biāo)記等先進(jìn)技術(shù)，闡明內(nèi)生菌-植物關(guān)鍵界面的互作機(jī)制，可以從以下方面深入研究：

（1）以往內(nèi)生菌研究多采用常規(guī)的組織分離方法，獲得的多是好氧型、生長快速的菌株，一些厭氧型、生長緩慢或不可培養(yǎng)的內(nèi)生菌易被遺漏，難以滿足目前對內(nèi)生菌資源挖掘的需求。未來可從改善菌株分離培養(yǎng)方法入手，利用培養(yǎng)組學(xué)技術(shù)探索內(nèi)生菌原位培養(yǎng)策略，利用單細(xì)胞基因組學(xué)和DNA-SIP 追蹤內(nèi)生菌和植物互作過程中同位素（如C-、N-或O-等）標(biāo)記的化合物代謝途徑，鑒定參與物質(zhì)代謝的關(guān)鍵菌株，這將有望解決某些內(nèi)生菌群難培養(yǎng)甚至不可培養(yǎng)的難題。

（2）內(nèi)生菌與植物互作關(guān)系十分復(fù)雜，內(nèi)生菌與宿主植物之間的信號識別機(jī)制不是依靠單個(gè)或一組基因控制的。目前針對內(nèi)生菌與植物互作關(guān)系的研究主要關(guān)注單個(gè)時(shí)間點(diǎn)內(nèi)生菌或植物的響應(yīng)，未涉及內(nèi)生菌與植物之間動態(tài)互作關(guān)系。因此，未來可從植物、根（葉）際微生物組、土壤等不同角度定向突破內(nèi)生菌-植物互作的難題，以模式植物（如擬南芥）、模式菌株（如枯草芽孢桿菌）為切入點(diǎn)，采用多組學(xué)和CRISPR-Cas9 基因編輯等先進(jìn)技術(shù)全面挖掘參與內(nèi)生菌定殖的功能基因和信號分子，實(shí)時(shí)監(jiān)控內(nèi)生菌-植物間的信號網(wǎng)絡(luò)和動態(tài)調(diào)控機(jī)制。

（3）目前，內(nèi)生菌與植物互作研究主要針對單一微生物，功能較單一，且易受環(huán)境因素影響。因此，未來可利用培養(yǎng)組學(xué)和代謝組學(xué)技術(shù)，結(jié)合數(shù)學(xué)模型，研究核心內(nèi)生菌群落的定殖和裝配機(jī)制，揭示核心內(nèi)生菌群與植物互作的分子機(jī)制，進(jìn)而選擇最佳接種菌劑、接種時(shí)機(jī)和部位，以最大程度地提高內(nèi)生菌群的生態(tài)服務(wù)功能。