種子庫(kù)里的種子發(fā)霉了

現(xiàn)今，全球大約有1750個(gè)種子庫(kù)和基因庫(kù)，它們作為世界末日的最后希望被建造在極地、高山或地下等遠(yuǎn)離人群的地方。每一顆能進(jìn)入種子庫(kù)的種子都是精挑細(xì)選的，它們必須健康飽滿(mǎn)、生命力強(qiáng)，入庫(kù)前種子都經(jīng)過(guò)干燥、漂白和冷凍等處理，確保殺死其中可能攜帶的病蟲(chóng)害。種子庫(kù)中常年用液氮保持-196℃的超低溫，低溫干燥的環(huán)境降低了種子的發(fā)芽率，這一切都是為了應(yīng)對(duì)地區(qū)性或全球性災(zāi)難造成的糧食短缺，保證人類(lèi)在世界末日中仍有種可種、有糧可食。

位于英國(guó)皇家植物園的種子庫(kù)也有相同的目的，可是最近，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，這里的種子竟然發(fā)霉了。先不必著急，因?yàn)榕c種子庫(kù)里存放的近4萬(wàn)種物種的23億顆種子相比，此次發(fā)霉的種子不過(guò)是九牛一毛。可是古怪的是，這里的種子明明經(jīng)過(guò)了挑選和消毒，為什么還會(huì)發(fā)霉呢？這些發(fā)霉的種子還能用嗎？種子庫(kù)里的其他種子也會(huì)發(fā)霉嗎？

英國(guó)倫敦瑪麗女王大學(xué)生物學(xué)家羅威娜·希爾帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)也許可以解答這些問(wèn)題。研究人員將顯現(xiàn)出發(fā)霉跡象的6種種子收集在培養(yǎng)皿里，用消毒劑浸泡了1710小時(shí)，將種子中可能攜帶的病蟲(chóng)害徹底殺死了，隨后在正常的環(huán)境繼續(xù)培養(yǎng)。沒(méi)過(guò)多久，科學(xué)家們就收獲了一個(gè)“真菌植物園”：堆疊的培養(yǎng)皿中長(zhǎng)出了不同顏色、不同質(zhì)地和不同形狀的真菌，有的像一束滿(mǎn)天星，有的像一朵盛開(kāi)的菊花，還有的像一簇簇薰衣草……

通過(guò)提取真菌的DNA和進(jìn)行比對(duì)，科學(xué)家終于知道這些真菌是什么——藏在種子體內(nèi)的內(nèi)生真菌。是種子將這些真菌帶到種子庫(kù)中來(lái)，也是種子在保護(hù)它們，使它們不被消毒劑和超低溫殺死，甚至在條件適宜的時(shí)候，以身飼“菌”，使得這些真菌得以萌發(fā)。為什么種子會(huì)對(duì)真菌這樣無(wú)私奉獻(xiàn)？

無(wú)所不在的內(nèi)生真菌

說(shuō)起種子體內(nèi)攜帶真菌，其實(shí)沒(méi)什么值得大驚小怪。我們對(duì)根瘤菌非常熟悉，這是一類(lèi)與豆類(lèi)作物共生的細(xì)菌，它們?nèi)壕墼诙诡?lèi)作物的根部，一方面靠植物供養(yǎng)，另一方面將空氣中的氮?dú)廪D(zhuǎn)化成氮肥供給植物，兩者合作親密無(wú)間，互利共生。與此相似，有一些真菌也與植物存在這樣的共生關(guān)系，在長(zhǎng)久的合作中，真菌侵入到植物體內(nèi)，兩者成為更親密的合作伙伴。

幾乎所有的植物體內(nèi)都存在內(nèi)生真菌，單株植物身上能同時(shí)存在多株真菌，因此植物內(nèi)生真菌分布廣泛，數(shù)量眾多。比如，有科學(xué)家在沉香樹(shù)脂部位發(fā)現(xiàn)了33株內(nèi)生真菌，從新疆藥用植物紅景天根部中也分離出19株內(nèi)生真菌，前文提到的英國(guó)種子庫(kù)中的6種植物種子內(nèi)也發(fā)現(xiàn)了近200種內(nèi)生真菌。

內(nèi)生真菌生長(zhǎng)過(guò)程中主要的傳播形式有兩種，一種是通過(guò)自身的菌絲生長(zhǎng)進(jìn)入植物子房和胚珠，當(dāng)植物成熟時(shí)，內(nèi)生真菌便可以借助該植物種子進(jìn)行傳播；另一種是其本身可以產(chǎn)生孢子，在外力條件如風(fēng)力、雨水等作用下傳播。由于不同植物分離出的內(nèi)生真菌類(lèi)型也存在差異，這樣內(nèi)生真菌就能像其他生物那樣，通過(guò)交叉感染和基因交流發(fā)展出越來(lái)越多的種類(lèi)。

植物與內(nèi)生真菌的關(guān)系和豆科植物與根瘤菌的相似，兩者是互利共生的。植物通過(guò)光合作用為內(nèi)生真菌提供有機(jī)營(yíng)養(yǎng)物，內(nèi)生真菌能促進(jìn)宿主植物的生長(zhǎng)發(fā)育，還有增強(qiáng)植物的抗逆性、控制植物病蟲(chóng)害等作用，可謂是宿主植物的“保護(hù)神”。不過(guò)，內(nèi)生真菌也不是不求回報(bào)的，如果宿主植物健康強(qiáng)壯，它就能通過(guò)光合作用為真菌提供足夠的營(yíng)養(yǎng)，但如果植株本身有問(wèn)題，或是在生長(zhǎng)過(guò)程中意外受傷甚至死亡，真菌就會(huì)把植株當(dāng)作食物一樣吃掉！這也是種子庫(kù)中那些沒(méi)能萌發(fā)的種子發(fā)霉的真正原因。

種子庫(kù)中的隱藏寶藏

目前，科學(xué)家對(duì)植物內(nèi)生真菌的了解并不多，對(duì)內(nèi)生真菌的研究主要集中在一些經(jīng)濟(jì)植物上。但即使是為數(shù)不多的研究，內(nèi)生真菌也展現(xiàn)了巨大的潛在價(jià)值。紫杉醇是第一個(gè)從植物中提取的天然化療藥物，至今仍然是腫瘤化療藥物中常見(jiàn)的藥物之一，它對(duì)包括卵巢癌、乳腺癌、子宮癌等多種癌癥都有顯著的療效，而且?guī)缀鯖](méi)有副作用?？墒?，這樣一種神奇的藥物卻并非人人都能用得上，因?yàn)樽仙即紒?lái)自一種稀有的樹(shù)種：紅豆杉。紅豆杉是來(lái)自第四紀(jì)冰川時(shí)期的“活化石”，在地球上分布范圍小，數(shù)量少，是公認(rèn)的天然珍稀抗癌植物，紫杉醇最初就是從紅豆杉的樹(shù)皮和枝葉中提取出來(lái)，運(yùn)用這種方法提取過(guò)紫杉醇后，紅豆杉就會(huì)死去。更困難的是，紫杉醇在植物體中的含量相當(dāng)?shù)?，大約13.6千克的樹(shù)皮才能提出1克的紫杉醇，治療一個(gè)卵巢癌患者需要3～12棵百年以上的紅豆杉，這讓紫杉醇變得更加稀少難得。

不過(guò)，這個(gè)困境最近有了轉(zhuǎn)機(jī)：1993年，人們首次從短葉紅豆杉中分離得到一株能合成紫杉醇的內(nèi)生真菌，后來(lái)科學(xué)家又陸續(xù)從云南紅豆杉、西藏紅豆杉、南方紅豆杉等多種紅豆杉樹(shù)種體內(nèi)分離出了相關(guān)內(nèi)生真菌，這表明內(nèi)生真菌很可能具有合成和宿主植物相同或相似的活性成分的能力。近年來(lái)，越來(lái)越多的研究表明內(nèi)生真菌確實(shí)可能具有這一能力：銀杏的內(nèi)生真菌裂褶菌發(fā)酵液和菌絲體能生產(chǎn)槲皮素；長(zhǎng)春花分離得到的尖孢鐮刀菌可培養(yǎng)產(chǎn)生長(zhǎng)春新堿等，這些都是潛在的抗癌藥物。

對(duì)于醫(yī)藥行業(yè)，這無(wú)疑是一個(gè)重大利好，因?yàn)閮?nèi)生真菌雖然以植物作為宿主，但它們同樣可以離體培養(yǎng)，如果將這些內(nèi)生真菌大規(guī)模工業(yè)化培養(yǎng)，我們還愁不能獲取足夠的藥用化合物嗎？未來(lái)，內(nèi)生真菌很可能成為一個(gè)巨大的藥物寶庫(kù)。

在農(nóng)業(yè)方面，內(nèi)生真菌也能發(fā)揮重大作用。我們已經(jīng)知道，內(nèi)生真菌有抗病蟲(chóng)害的作用，其原因可能為產(chǎn)生抗生素類(lèi)物質(zhì)、水解酶、生物堿等物質(zhì)殺滅病原菌，與病原菌競(jìng)爭(zhēng)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)等。換句話(huà)說(shuō)，當(dāng)經(jīng)濟(jì)作物遭遇嚴(yán)重的病蟲(chóng)害時(shí)，內(nèi)生真菌可以作為一種環(huán)保無(wú)害的“農(nóng)藥”幫助作物抵御病菌、害蟲(chóng)的侵?jǐn)_。

這一切美好的前景都建立在對(duì)內(nèi)生真菌更深入、更全面的研究之上，而種子庫(kù)則可能滿(mǎn)足這一需求。種子庫(kù)儲(chǔ)存著地球上幾乎全部的植物物種的種子，其中所包含的內(nèi)生真菌種類(lèi)前所未有的豐富，其中絕大部分都還未被人類(lèi)所認(rèn)識(shí)，誰(shuí)知道未來(lái)我們能從這個(gè)寶庫(kù)中挖掘出什么寶藏呢？

（六月的雨摘自《大科技》2024年第5期）