摘 要 植物內(nèi)生菌作為天然的資源菌，在環(huán)境保護領(lǐng)域具有開發(fā)潛力。其可通過抗菌、營養(yǎng)競爭及合成次生代謝產(chǎn)物等阻止植物病蟲害的發(fā)生，發(fā)揮生物防治作用，有望制備生防菌劑，以一種綠色環(huán)保的方式用于植物保護和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。此外，植物內(nèi)生菌可吸附重金屬，產(chǎn)生各種酶類降解木質(zhì)素，有望應(yīng)用于污染治理。通過對近年來植物內(nèi)生菌在生物防治、重金屬吸附、木質(zhì)素降解作用方面的研究成果來綜述植物內(nèi)生菌在環(huán)境保護領(lǐng)域的應(yīng)用研究進展，對其發(fā)展趨勢做出了展望。

關(guān)鍵詞 植物內(nèi)生菌；生物防治；重金屬吸附；木質(zhì)素降解；環(huán)境保護

中圖分類號：X172 文獻標志碼：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2024.07.023

植物內(nèi)生菌定殖在宿主植物的健康組織或細胞內(nèi)，完成整個或部分生命周期，不會引起明顯的疾病癥狀，是植物微生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分[1]。近年來研究發(fā)現(xiàn)[2]，多種植物內(nèi)生菌具有生物防治作用，可以利用生態(tài)位競爭或營養(yǎng)競爭產(chǎn)生誘導(dǎo)抗性遏制病原菌感染或者合成抗生素類、生物堿類、幾丁質(zhì)類等次生代謝產(chǎn)物，從而抑制病原菌的生長，有望制備生防菌劑和生物菌肥替代農(nóng)藥化肥用于植物保護和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，減少環(huán)境污染[3]。此外，部分植物內(nèi)生菌具有重金屬吸附作用和木質(zhì)素降解作用[4-5]，可應(yīng)用于污水廢水的處理。本文就近年來植物內(nèi)生菌的生物防治作用、重金屬吸附作用、木質(zhì)素降解作用及其他應(yīng)用方面加以綜述，為新型生防菌劑的開發(fā)及如何處理工業(yè)污水廢水等環(huán)境污染物提供理論基礎(chǔ)。

1 "生物防治作用

目前，我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中傳統(tǒng)的病蟲害防治過于依賴化學(xué)農(nóng)藥，易對生態(tài)環(huán)境造成污染，如引起水體污染、土壤污染等，不利于可持續(xù)發(fā)展[6]?！熬G水青山就是金山銀山”，發(fā)展綠色農(nóng)業(yè)已成為全球共識，而生物防治是解決這一問題的有效手段，生防菌也是當前的研究熱點。將植物內(nèi)生菌用于生物防治具有低毒、安全、高效、綠色的特點，滿足環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展的需求。

1.1 "生物防治機制

植物內(nèi)生菌能夠通過多種手段使宿主植物獲得抗病蟲害的能力[7]。例如，植物內(nèi)生菌可分泌水解酶類、生物堿類、抗生素類等活性物質(zhì)，并隨著植物生命活動轉(zhuǎn)移至植物體內(nèi)各個部位，從而直接拮抗病原菌，實現(xiàn)生物防治植物病蟲害的目的[8]。趙智靈等在人參中分離獲得133株內(nèi)生菌，發(fā)現(xiàn)B16、B25和B69在培養(yǎng)的過程中產(chǎn)生水解酶類（細胞壁水解酶、幾丁質(zhì)酶、蛋白酶等）降解了病原真菌的細胞壁，對病原菌表現(xiàn)出抑制作用[9]。張弘弛等從黃芪的內(nèi)生菌發(fā)酵液中分離得到色胺酮、曲菌酸、尿囊素等具有良好抗菌能力的生物堿物質(zhì)[10]。Deng等發(fā)現(xiàn)內(nèi)生菌枯草芽孢桿菌通過生產(chǎn)抗生素亞替洛霉素與自產(chǎn)的鞭毛蛋白結(jié)合，從而減少對植物防御反應(yīng)的刺激[11]。

植物內(nèi)生菌也可與病原菌產(chǎn)生生存空間競爭及營養(yǎng)物質(zhì)競爭，從而抑制植物病害的發(fā)生發(fā)展[12]。王貴生在研究亳菊內(nèi)生菌BN3的平板對峙和平板涂布實驗中發(fā)現(xiàn)，其具有較強的營養(yǎng)和空間競爭能力，使對峙面的植物病原菌菌絲正常生長受到明顯的抑制，不能正常向外擴展[13]。劉東岳通過試驗也觀察到叢枝菌根真菌菌絲能與病原菌菌絲親密接觸，相互競爭拮抗[14]。

此外，植物受到外來微生物侵害時會產(chǎn)生系統(tǒng)性抗性反應(yīng)。研究顯示，部分植物內(nèi)生真菌能夠顯著調(diào)節(jié)植物體內(nèi)水楊酸（SA）和茉莉酸（JA）的含量和比例來抵抗侵害[15]。調(diào)節(jié)宿主植物的一系列防御酶活性也是植物內(nèi)生菌防治機制的一個重要方面，研究表明，部分內(nèi)生菌可顯著增加通過誘導(dǎo)產(chǎn)生的過氧化物酶、過氧化氫酶、多酚氧化酶、超氧化物歧化酶、堿性磷酸酶、ACC脫氨酶等防御酶的活性，從而提高植物的抗生物脅迫的能力[16]。

1.2 "生防菌的促生長作用

研究表明，一些生防菌不僅能夠有效防治植物病害，還可促進植物生長發(fā)育，通過提高植物溶磷、解鉀、固氮能力及產(chǎn)生植物生長激素、嗜鐵素、纖維素酶等提高植物對環(huán)境中有益物質(zhì)的吸收能力[17]。氮、磷、鉀是植物生長的關(guān)鍵營養(yǎng)元素，氮是構(gòu)建植物蛋白質(zhì)和核酸的必需元素，磷在能量轉(zhuǎn)移和儲存中發(fā)揮重要作用，鉀的存在有利于維持植物細胞內(nèi)的滲透壓平衡，因此它們影響著植物的生長狀況。鞏文峰等對110株油菜種子內(nèi)生菌進行溶磷能力和解鉀能力測定，并在無氮培養(yǎng)基上重復(fù)培養(yǎng)5次，發(fā)現(xiàn)7株可溶磷、13株可解鉀，且大部分菌株均可以在無氮培養(yǎng)基上正常生長，表明其具有固氮能力[18]。IAA是植物體內(nèi)最普遍的生長激素，能夠促進植物生長及根、果實的生長發(fā)育。黃柳彬等從田七中分離到7株能夠產(chǎn)生IAA的內(nèi)生菌，可直接促進宿主植物生長[19]。鐵是植物生長和發(fā)育所必需的微量元素之一，但土壤中的鐵元素往往以難溶形式存在，難以被植物直接吸收利用，內(nèi)生菌通過產(chǎn)鐵載體增加對土壤中鐵元素的利用率。Liu等在對牛蒡內(nèi)生細菌群落的研究中，存在較高比例可以促進鐵載體產(chǎn)生的內(nèi)生菌，提高了必需營養(yǎng)元素在植物體內(nèi)的利用率[20]。因此，內(nèi)生菌的促生長作用，使其有望被開發(fā)成生物菌肥，從而減少化肥等化學(xué)制劑的使用，有利于環(huán)境的保護。

2 "重金屬吸附作用

重金屬污染土壤問題不僅會導(dǎo)致土壤微生物豐度和多樣性減少，還會污染植物，進而對動物和人類健康構(gòu)成威脅。已有研究表明，微生物法吸附重金屬有望成為土壤污染治理主流有效的治理方法，而在深入研究中已證實某些植物內(nèi)生真菌具有重金屬吸附作用，因其性價比高、綠色環(huán)保等特點而逐漸成為一種新興環(huán)保處理技術(shù)[21]。

2.1 "多種植物內(nèi)生菌對重金屬離子的耐受和吸附作用

“植物-金屬-微生物”三者相互作用，可用于吸附土壤中的重金屬并緩解植物的重金屬脅迫。隨著近年來的不斷深入研究，越來越多的內(nèi)生菌被發(fā)現(xiàn)具有該種能力（見表1）。

2.2 "吸附機制與應(yīng)用

大量研究表明，部分植物內(nèi)生菌能夠代謝、解毒，在細胞壁內(nèi)累積重金屬，還能夠釋放酸性物質(zhì)或螯合劑改變環(huán)境中的氧化還原電勢，從而使重金屬離子的利用率增加。內(nèi)生菌對重金屬離子的作用過程從物理化學(xué)反應(yīng)開始，此外還有表面吸附、離子交換、沉淀和配位絡(luò)合。重金屬離子在內(nèi)生菌內(nèi)能夠經(jīng)過氧化還原、甲基化、脫烷基、沉淀等反應(yīng)過程達到增加吸附和利用效率。Rajkumar等發(fā)現(xiàn)一些植物內(nèi)生菌能夠氧化還原重金屬離子并降低其濃度[32]；陳俊研究發(fā)現(xiàn)土壤重金屬污染可通過接種內(nèi)生菌菌劑，從而有效改善植株根際土壤pH值、土壤酶活等理化性質(zhì)來提高重金屬的去除率[33]。綜上所述，將植物內(nèi)生菌用于治理重金屬污染是土壤重金屬污染治理的一個方向，具有巨大的應(yīng)用潛力

3 "木質(zhì)素降解作用

木質(zhì)素是一種富含碳的高分子有機化合物，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，降解難度大。隨著全球工業(yè)化的快速發(fā)展，每年產(chǎn)生5 000萬t左右的木質(zhì)素廢棄物被排放到環(huán)境中，其中只有約2%可以得到降解利用，對環(huán)境造成嚴重污染。已有研究證實植物內(nèi)生菌可分泌漆酶、木質(zhì)素過氧化物酶和錳過氧化物酶等酶類破壞木質(zhì)素的化學(xué)結(jié)構(gòu)，從而發(fā)揮木質(zhì)素降解作用[34]，通過對木質(zhì)素的降解利用，將其轉(zhuǎn)化成有機肥料或生物質(zhì)能源，可有效減少木質(zhì)素廢棄物，實現(xiàn)“變廢為寶”，對環(huán)境保護和能源開發(fā)具有重大意義。

3.1 "處理農(nóng)業(yè)廢棄物

我國是一個農(nóng)業(yè)大國，每年的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動都會產(chǎn)生大量農(nóng)業(yè)廢棄物，其中含有大量木質(zhì)素等難處理的高分子化合物。目前，我國農(nóng)民對于大部分農(nóng)業(yè)廢棄物的最終處理方式基本都是就地焚燒、掩埋等，不僅造成了木質(zhì)素資源的巨大浪費，還進一步加劇了溫室效應(yīng)，導(dǎo)致環(huán)境惡化[35]。木質(zhì)素的有效降解是秸稈等農(nóng)業(yè)廢棄物減量化及資源利用化的難點，生物降解是目前公認降解木質(zhì)素的最有效途徑。張松博通過愈創(chuàng)木酚培養(yǎng)基、白竹木粉培養(yǎng)基進行篩選，最終發(fā)現(xiàn)9株木腐真菌中具有木質(zhì)素降解能力的菌株有1014-13、1016-20、921-3，其對應(yīng)木質(zhì)素降解能力為7.10%、7.76%、14.71%，在秸稈預(yù)處理應(yīng)用方面具有開發(fā)潛力[36]。此外，研究表明，秸稈木質(zhì)素降解過程中釋放的化合物可以作為腐殖質(zhì)形成的前提，提高腐殖質(zhì)的形成效率[37]，因此，木質(zhì)素降解菌有助于堆肥效率的提高。Mei等通過檢測對比接種解淀粉芽孢桿菌SL-7前后堆肥材料的C/N及種子萌發(fā)指數(shù)（GI）判斷，接種該木質(zhì)素降解菌有利于秸稈的腐熟，且提高了堆肥肥效及穩(wěn)定性[38]；馬麗婷等研究發(fā)現(xiàn)，在堆肥降溫期接種黃孢原毛平革菌可促進稻殼堆肥過程中木質(zhì)素的深度降解[39]；Khatami等研究發(fā)現(xiàn)，黃孢原毛平革菌可誘導(dǎo)木質(zhì)素中的芳香環(huán)氧化，加快木質(zhì)素的降解，從而促進農(nóng)業(yè)廢棄物的再生產(chǎn)利用[40]。

3.2 "污染治理

造紙制漿工業(yè)每年都會產(chǎn)生大量工業(yè)廢水，其中含有的木質(zhì)素是主要的廢棄物和污染物。目前，大部分工業(yè)廢水都以“黑液”的方式直接排入江河或濃縮后燒掉，既污染環(huán)境又浪費資源。將具有木質(zhì)素降解作用的植物內(nèi)生菌應(yīng)用于工業(yè)廢水的處理，不僅能夠減少環(huán)境污染，還具有減少能耗和創(chuàng)造經(jīng)濟效益的作用。Verma等研究發(fā)現(xiàn)，副芽孢桿菌BL2和黃體微球菌BL3能夠降解木質(zhì)素，使造紙廢水的毒性降低75%[41]。梁吟娜等發(fā)現(xiàn)白腐真菌能夠有效應(yīng)用到制漿生產(chǎn)中，優(yōu)化傳統(tǒng)制漿工藝，減少資源浪費和減輕環(huán)境污染[42]。綜上所述，植物內(nèi)生菌的木質(zhì)素降解作用，為處理工業(yè)廢水等污染物和環(huán)境保護提供了新思路。

4 "展望

環(huán)境問題是當今全球聚焦的熱點問題，科研人員在環(huán)境保護中正摸索著使用更加綠色環(huán)保的微生物手段代替某些化學(xué)試劑及物理方法。植物內(nèi)生菌具有生物防治作用、重金屬吸附作用、木質(zhì)素降解作用，是應(yīng)用前景廣闊的資源微生物。不過，目前關(guān)于植物內(nèi)生菌的研究仍存在一些問題，如從植物內(nèi)生菌中提取到的活性代謝產(chǎn)物的量較為稀少，且難以確定各類內(nèi)生菌產(chǎn)生活性物質(zhì)的具體有效成分，一定程度上限制了生防菌劑的發(fā)展；內(nèi)生菌對重金屬吸附效率的研究目前還停留在實驗室階段；缺乏對高效率木質(zhì)素降解菌和復(fù)合菌群的挖掘，雖然目前已報道的真菌降解木質(zhì)素在實驗室已得到充分論證，但在實際應(yīng)用中還是會受到孵育周期長、對極端環(huán)境耐受性差等因素的影響。因此，如何將植物內(nèi)生菌應(yīng)用于環(huán)境保護的實踐仍是目前的一大難點，有待進一步研究來充分開發(fā)利用。

參考文獻：

[1] AFZAL I， SHINWARI Z K， SIKANDAR S， et al. Plant beneficial endophytic bacteria： mechanisms， diversity， host range and genetic determinants[J]. Microbiological Research， 2019， 221： 36-49.

[2] TéTARD-JONES C， EDWARDS R. Potential roles for microbial endophytes in herbicide tolerance in plants[J]. Pest Management Science， 2016， 72（2）： 203-209.

[3] 尹雁玲， 蔡然， 張功良， 等. 植物內(nèi)生菌增強植物對生物脅迫抗性的研究進展 [J]. 廣西植物， 2023， 43（2）： 212-220.

[4] 楊彩云. 植物內(nèi)生菌Staphylococcus succinus H3的重金屬吸附特性及機理探究[D]. 蘭州：西北師范大學(xué)， 2023.

[5] 于昊. 木質(zhì)素降解菌的篩選及其產(chǎn)酶條件的優(yōu)化 [D]. 揚州： 揚州大學(xué)， 2022.

[6] BONDAREVA L， FEDOROVA N. Pesticides： behavior in agricultural soil and plants[J]. Molecules， 2021， 26（17）： 5370.

[7] 巫艷， 周云瑩， 朱璽燊， 等. 植物內(nèi)生菌多樣性及其病害生防機制研究進展[J]. 云南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)）， 2022， 37（5）： 897-905.

[8] 宋金秋， 田璨熙. 植物內(nèi)生菌在植物病害中的生物防治[J]. 湖北農(nóng)機化， 2020（4）： 69-70.

[9] 趙智靈， 劉學(xué)周， 魏曉雨， 等. 人參可利用內(nèi)生菌株的篩選和鑒定 [J]. 中草藥， 2015， 46（14）： 2143-2148.

[10] 張弘弛， 劉瑞， 李慧， 等. 恒山黃芪內(nèi)生真菌Penicillium sp.中g(shù)liotoxin類代謝產(chǎn)物的分離和生物活性[J]. 中國實驗方劑學(xué)雜志， 2017，23（7）： 68-72.

[11] DENG Y， CHEN H Q， LI C Z， et al. Endophyte bacillus subtilis evade plant defense by producing lantibiotic subtilomycin to mask self-produced flagellin[J]. Commun Biology， 2019， 2： 368.

[12] AHMED A， MUNIR S， HE P F， et al. Biocontrol arsenals of bacterial endophyte： An imminent triumph against clubroot disease[J]. Microbiological Research， 2020， 241： 126565.

[13] 王貴生. 亳菊內(nèi)生菌的分離鑒定及抑菌促生功能研究[D]. 阜陽：阜陽師范學(xué)院， 2018.

[14] 黃淑芬. 九層塔內(nèi)生菌系統(tǒng)發(fā)育分析及生物學(xué)功能研究 [D]. 廣州： 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)， 2019.

[15] CHEN X， MARSZALKOWSKA M， REINHOLD-HUREK B. Jasmonic acid， not salicyclic acid restricts endophytic root colonization of rice[J]. Frontiers in Plant Science， 2020， 10： 1758.

[16] NOSTADT R， HILBERT M， NIZAM S， et al. A secreted fungal histidine- and alanine-rich protein regulates metal ion homeostasis and oxidative stress[J]. New Phytologist， 2020， 227（4）： 1174-1188.

[17] OROZCO-MOSQUEDA M D C， ROCHA-GRANADOS M D C， GLICK B R， et al. Microbiome engineering to improve biocontrol and plant growth-promoting mechanisms[J]. Microbiological Research， 2018， 208： 25-31.

[18] 鞏文峰， 孫玉， 王瑞琪， 等. 西藏油菜種子內(nèi)生菌分離及具有多種促生特性的拮抗菌篩選[J]. 植物保護學(xué)報， 2022， 49（4）： 1053-1062.

[19] 黃柳彬， 滕崢， 黃穎樺， 等. 田七內(nèi)生細菌篩選及其促生長特性初探[J]. 安徽農(nóng)學(xué)通報， 2020， 26（5）： 48-49.

[20] LIU J Q， CHEN S M， ZHANG C M， et al. Abundant and diverse endophytic bacteria associated with medicinal plant Arctium lappa L and their potential for host plant growth promoting[J]. Antonie van Leeuwenhoek， 2022： 115（12）： 1405-1420.

[21] MIAO L， ZHANG Q， WANG S Y， et al. Characterization of EPS compositions and microbial community in an anammox SBBR system treating landfill leachate[J]. Bioresource Technology， 2018， 249： 108-116.

[22] HAGAGGI N S A， ABDUL-RAOUF U M. The endophyte stenotrophomonas maltophilia EPS modulates endogenous antioxidant defense in safflower （Carthamus tinctorius L.） under cadmium stress[J]. Archives of Microbiology， 2022， 204（7）： 431.

[23] LUO H， YANG C Y， PANG M M， et al. Efficient removal of heavy metals by endophytic bacteria staphylococcus succinus H3[J]. Journal of Applied Microbiology ， 2023， 134（1）： 1-40.

[24] FENG W R， XIAO X， LI J J， et al. Bioleaching and immobilizing of copper and zinc using endophytes coupled with biochar-hydroxyapatite： bipolar remediation for heavy metals contaminated mining soils[J]. Chemosphere， 2023， 315： 137730.

[25] YANG X， TAN A J， ZHENG M M， et al. Physiological response， microbial diversity characterization， and endophytic bacteria isolation of duckweed under cadmium stress[J]. The Science of the Total Environment， 2023， 902： 166056.

[26] OLE?SKA E， MA?EK W， WóJCIK M， et al. Bacteria associated with Zn-hyperaccumulators arabidopsis halleri and arabidopsis arenosa from Zn-Pb-Cd waste heaps in poland as promising tools for bioremediation[J]. Scientific Reports， 2023， 13（1）： 12606.

[27] MASLENNIKOVA D， KORYAKOV I， YULDASHEV R， et al. Endophytic plant rowth-romoting bacterium bacillus subtilis reduces the toxic effect of cadmium on wheat plants[J]. Microorganisms，2023， 11（7）： 1653.

[28] 王桔紅， 陳文， 阮玥婷， 等. 內(nèi)生貪銅菌的分離鑒定及其對銅污染含羞草生長的影響[J]. 西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）， 2023， 51（8）： 131-140.

[29] 張傳麗， 李同祥， 黃天姿， 等. 油菜內(nèi)生阿氏芽孢桿菌鑒定及其對鉻（Ⅲ）處理反應(yīng)性分析[J]. 華北農(nóng)學(xué)報， 2021， 36（S1）： 341-346.

[30] 高婷. 內(nèi)生真菌侵染對鋁或鎘脅迫下水稻幼苗光合特性及碳氮代謝的影響[D]. 沈陽：沈陽師范大學(xué)， 2021.

[31] 羅茜. 耐錳內(nèi)生細菌的篩選、鑒定及對小麥響應(yīng)錳脅迫的影響 [D]. 貴陽： 貴州師范大學(xué)， 2021.

[32] RAJKUMAR M， SANDHYA S， PRASAD M N V， et al. Perspectives of plant-associated microbes in heavy metal phytoremediation[J]. Biotechnology Advances， 2012， 30（6）： 1562-1574.

[33] 陳俊. 黃河三角洲濕地植物耐鎳和錳的內(nèi)生細菌的分離鑒定及其耐重金屬機制的初步研究 [D]. 濟南： 山東師范大學(xué)， 2020.

[34] 張新杰， 周興瑞， 孫慧穎， 等. 拮抗植物病原真菌的纖維素/木質(zhì)素降解菌株的篩選及鑒定[J]. 微生物學(xué)通報， 2023， 50（1）： 251-261.

[35] 韓宇杰， 常瀟， 向海， 等. 秸稈木質(zhì)素降解細菌的篩選及其降解條件優(yōu)化[J]. 動物營養(yǎng)學(xué)報， 2023， 35（7）： 4740-4751.

[36] 張松博. 高效木質(zhì)素降解菌的篩選及其對秸稈的預(yù)處理應(yīng)用研究 [D]. 廣州： 廣州大學(xué)， 2023.

[37] 尹靜， 劉悅秋， 于峰， 等. 一株木質(zhì)素降解菌的篩選鑒定及其在堆肥中的應(yīng)用[J]. 中國土壤與肥料， 2019（3）： 179-185.

[38] MEI J F， SHEN X B， GANG L P， et al. A novel lignin degradation bacteria-bacillus amyloliquefaciens SL-7 used to degrade straw lignin efficiently[J]. Bioresour Technol， 2020， 310： 123445.

[39] 馬麗婷， 徐智， 趙兵， 等. 不同時期接種黃孢原毛平革菌對稻殼和雞糞堆肥腐殖化的影響[J]. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報（中英文）， 2022， 30（9）： 1522-1530.

[40] KHATAMI S， YING D， MING T E，et al. Formation of water-soluble organic matter through fungal degradation of lignin[J]. Organic Geochemistry， 2019， 135： 64-70.

[41] VERMA P， TRIPATHI S， YADAV S， et al. Degradation and decolourization potential of ligninolytic enzyme producing bacillus paramycoides BL2 and micrococcus luteus BL3 for pulp paper industrial effluent and its toxicity evaluation[J]. Archives of Microbiology， 2022， 204（10）： 642.

[42] 梁吟娜， 熊建華， 王雙飛， 等. 光催化-生物膜耦合體系的構(gòu)建及其處理ECF漂白廢水的研究[J]. 中國造紙學(xué)報， 2022， 37（1）： 87-94.

（責(zé)任編輯：易 "婧）