橡胶树内生生物资源研究进展,高分子材料论文.docx

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1、橡胶树内生生物资源研究进展,高分子材料论文内容摘要：植物内生生物具有促进植物生长、抗非生物逆境、抗植物病虫害等功能，在农业和生态环境等领域具有重要的潜在应用价值。本文综述了橡胶树内生真菌、内生细菌和内生藻的研究进展，详细包括它们的多样性和功能，并瞻望了橡胶树内生生物资源的开发利用前景。对促进橡胶树内生生物资源的开发利用具有一定的意义。 本文关键词语：橡胶树,内生真菌,内生细菌,内生藻 橡胶树Hevea brasiliensis是热带地区高大乔木，又名巴西橡胶树或三叶橡胶树，属于大戟科橡胶属，原产于南美洲亚马逊河流域的热带雨林。橡胶树所产的天然橡胶为四大工业原料之一，广泛应用于工业、交通、国防、

2、农业、医药业和日常生活中1。我们国家于1904年开场引种橡胶树，当前植胶面积已达100万hm2，主要分布在海南、云南、广东等地，已成为我们国家热区重要的支柱产业2。 植物内生生物是指其全部或部分的生命阶段生活在健康植物的茎干、叶片和根等器官组织中，但不会引起宿主明显病害异常感觉和状态的一类微生物或藻类，包括潜伏在植物体内的病原菌、菌根菌和绿藻3,4。植物内生生物包括内生真菌Endophytic fungi、内生细菌Endophytic bacteria、放线菌Actinomycetes和内生藻Endophytic algae，它们广泛存在于高等和低等植物中。一些植物内生生物所分泌的次生代谢物具

3、有促进植物生长、抗非生物逆境、抗植物病虫害、抗人类病原菌等功能，在农业、植物保卫、医药业等领域具有重要的潜在应用价值。 橡胶树长期生长在温度高、湿度大、降雨充沛的环境中，该环境中富含微生物，同时其树皮被定期开割以便采收胶乳，因而橡胶树树皮更容易被环境中微生物入侵。橡胶树主要通过芽接营养繁衍进行培育，能够使体内的生物在子代间进行传播。这些因素使得橡胶树内生生物资源极为丰富。本文系统综述了橡胶树内生真菌、内生细菌和内生藻的研究进展，对促进橡胶树内生生物资源的开发利用具有一定的意义。 1 橡胶树内生真菌 1.1 橡胶树内生真菌的多样性 橡胶树内生真菌多样性特别丰富，各国科研人员所分离到内生真菌种类及

4、优势菌种存在较大差异，但橡胶树的内生真菌组成具有一定的地域专一性。 南美洲亚马逊流域是橡胶树源产地，该地区的橡胶树内生真菌多样性特别丰富，主要为子囊菌亚门，其优势菌株为刺盘孢属和木霉属。Vaz等5从巴西亚马逊流域的东面2个原始区域各随机挑选4株成龄橡胶树，从这些树上采集成熟健康叶片分离内生真菌，从240个叶片样品分离到210株内生真菌，发现2地点所采集的样品其内生真菌的种类差异不同较大，子囊菌亚门占95.71%，担子菌亚门占4.28%，共牵涉14个科21个属，优势菌种为刺盘孢属和木霉属Trichoderma sp。Gazis等6从秘鲁东南部的亚马逊流域橡胶树叶片和边材中分离出175株内生真菌，

5、华而不实97%的菌株为子囊菌Ascomycota，其余的为担子菌类Basidiomycota和结合菌类Zygomycota，华而不实青霉菌Penicillium、拟盘多毛孢属Pestalotiopsis和木霉属为优势菌。他们从所分离的橡胶树内生真菌中鉴定出一株新的木霉菌Trichoderma amazonicum7。他们进一步对位于秘鲁的亚马逊流域的橡胶树内生真菌多样性进行大规模研究，从8个地点分别选取95株自然状态下生长的橡胶树野生树和95株人工栽培管理条件下的橡胶树栽培树作为研究对象，取它们的叶片和边材分离内生真菌，共分离到2 346株菌，根据ITS序列类似性归类，共有710个种，野生树和

6、栽培树分别有411和404个种，有105个种是双方共有的，双方的优势种均为刺盘孢属和木霉属8。 中国橡胶树来源于亚马逊流域，中国海南地区所分离到的橡胶树内生真菌主要为半知菌和子囊菌，与原产地存在一定差异。如郑鹏等9从海南省海口地区的橡胶树品种热研7-33-97的枝条中分离到18株内生真菌，经鉴定均属于半知菌类Fungi Imperfecti，其优势菌群为无孢菌群Mycelia Sterilia。李晓娜等10采集海南省儋州地区橡胶树RRIM600品系的叶、枝、果、根等组织进行分离培养，共获得内生真菌545株，根据形态特征对482株产生孢子的菌株进行鉴定，分为半知菌和子囊菌，华而不实拟茎点霉属Ph

7、omopsis、黑孢属Nigrospora和刺盘孢属Colletotrichum为优势种。其后又在海南岛15个不同地区的橡胶树分离出507株内生真菌，通过形态学鉴定分为18个属，华而不实穗黑孢霉Nigrospora oryzae、树状多节孢Nodulisporium sylviform、刺盘孢Colletotrichum、梨叶点霉Phyllosticta pirina和拟茎点霉Phomopsis rich等真菌为优势种。 1.2 橡胶树不同组织器官内生真菌的差异性 热带双子叶植物的内生真菌主要依靠水平传播，内生真菌主要以孢子的形式通过空气、雨水或昆虫等媒介在宿主间传播。内生真菌的成功定殖受空气

8、流动和内生真菌本身丰度等因素的影响11,12。内生真菌在植物体内定殖的方式与病原菌入侵一样，能够通过直接穿透、伤口或自然开口气孔或皮孔进入植物体内。内生真菌除了由外界传入植物体内定殖外，还能够通过营养繁衍方式从亲本中获得。 橡胶树不同的组织器官中均存在内生真菌，不同组织器官中内生真菌的数量和种类具有较大的差异。李晓娜等10在从橡胶树RRIM600品种不同组织内分离出的内生真菌的种类和数量依次为叶片 枝条 根 花枝 果，华而不实拟茎点霉属Phomopsis和黑孢属Nigrospora真菌为橡胶树稳定内生真菌，在这5种组织中均有分布。但是在海南不同地区橡胶树分离得到的真菌分布情况为枝条 叶片 根

9、果实，华而不实穗黑孢霉菌Nigrospora oryzae、树状多节孢菌Nodulisporium sylviform和刺盘孢菌Colletotrichum sp.在不同地区橡胶树中均有分布13。然而，Gazis等6发现橡胶树边材的内生真菌种类比叶片的多，华而不实木霉属和青霉属为边材中最常见菌属，而拟盘多毛孢属和木霉属在叶片中分布较多。这些研究表示清楚不同地区的橡胶树其不同组织器官内生真菌的差异性可能由其定殖环境、树龄或器官的生长状态的差异所造成。 Marine等14与Rocha等15均在巴西巴伊亚的橡胶林采集叶片材料来进行橡胶树内生真菌的分离研究，但他们所分离出的真菌种类有较大差异，导致这种

10、差异的原因可能是由于采样时叶片的成熟度存在差异所造成。 除此之外，橡胶树有着和其他乔木不同的组织 乳管组织，橡胶树能够通过乳管分泌胶乳，在乳胶中也同样有着内生真菌的分布9。 1.3 橡胶树内生真菌的功能 1.3.1 植物病原菌的拮抗作用 橡胶树内生真菌对于一些植物病原菌具有显着的拮抗作用。郑鹏等9从橡胶树中分离出的青霉属Penicillium内生真菌ITBB2-2、ITBB2-15菌株对香蕉枯萎病菌和橡胶炭疽病菌都有较强的拮抗作用。Rocha等15从橡胶树中挑选出能够抑制南美叶枯疫病SALB致病菌微环菌Microcyclus ulei的内生真菌，使用浓度为12.5%的Fusarium sp.、

11、Gibberella sp.、Glomerella cingulata、Microsphaeropsis sp.和Myrothecium sp.等内生真菌的冻干发酵液对其抑制率高达80%，初次证明橡胶树内生真菌对分生孢子萌发具有明显的抑制作用。Siriudom等16在橡胶树叶片中分离出3株产气霉菌Muscodor，其产生的挥发性有机化合物VOCs具有对细菌、酵母和丝状真菌生物拮抗的潜力。除此之外，Muscodor的VOCs对引起橡胶树根系病害的病原菌Phellinus noxius和Rigidoporus microporus具有较强的拮抗作用，其生物活性挥发性代谢物主要组分是3-甲基丁醇、3

12、-甲基丁基乙酸酯和甘菊衍生物16,17。这些研究结果讲明这些内生真菌在橡胶生产中能够作为一种有效的生物防治剂。 Gazis等8发现，木霉属的丰度与潜在的致病微生物之间存在显着的负相关，表示清楚木霉属真菌具有抑制炭疽病菌的效果，主要是通过菌株生长间的竞争来产生拮抗效果；数据表示清楚人工橡胶林中拮抗真菌木霉属较少，而野生橡胶树中拮抗真菌木霉属较多，这与野生橡胶树更难得病有很大的关系。以往的研究表示清楚，木霉菌能够寄生真菌病原体，或者产生抗真菌次生代谢产物，与真菌病原体竞争生存位，以此促进宿主生长加强植物的抗病性18,19。 1.3.2 耐盐功能 郑鹏等20发现，橡胶树内生真菌菌株ITBB2-1具有

13、很强的抗盐性，在培养基中添加2倍海水盐度的NaCl能显着促进菌落生长，经鉴定该菌株为麦轴梗属Tritirachium Limber真菌；随后采用花粉管通道法将ITBB2-1的基因组DNA导入拟南芥中，经挑选，获得3株耐盐性强的转基因植株21。这些耐盐性强的内生真菌可极大丰富耐盐基因的挖掘和利用。 2 橡胶树内生细菌 橡胶树内生细菌被分离到的数量和种类固然远远少于其内生真菌，但大部分橡胶树内生细菌是有益的，其次生代谢物具有生物防治或促进植物生长方面的功能。 2.1 橡胶树内生细菌的多样性 不同的研究团队所分离到的橡胶树内生细菌种类和数量存在一些差异，所分离到的芽孢杆菌种类较多。赵璐璐等22从橡胶

14、树根部分离得到的内生细菌枯草芽孢杆菌Bacillus subtilis) Czk1菌株。时涛等23从成年开割橡胶树品种RRIM 600的不同组织分离到47株内生细菌，对具拮抗功能的菌株REBHN10和REBHN36进行鉴定，分别属于枯草芽孢杆菌和莫哈韦芽孢杆菌。Minh等24从橡胶树的叶片和边材中分离到21株内生细菌，发现具拮抗功能的菌株T9和T16均为苏云金芽孢杆菌Bacillus thuringiensis。 除了芽孢杆菌外，橡胶树内生细菌还存在其他类型菌株。Abraham等25从橡胶树品种RRII105和RRIM 600的根、叶片、树柄中分离到252株内生细菌，经挑选得到6株对疫霉属落叶

15、病Phytophthora meadii具拮抗效果，华而不实1株为产碱菌属Alcaligenes sp，另5株为铜绿假单胞菌Pseudomonas aeruginosa。Hidayati等26从橡胶树品种IRR 118和IRR 39的叶片、树皮和根中分离出117种内生细菌，对华而不实5株菌株进行鉴定，分别属于蜡样芽胞杆菌Bacillus cereus、铜绿假单胞菌、短柄菌Brachybacterium paraconglomeratum和天命菌Providencia vermicola。Tan等27从橡胶树枝条中分离到1株内生细菌ITBB B5-1，经鉴定确定该菌株为粘质沙雷氏菌Serrati

16、a marcescens。Linda等28从橡胶树叶片中分离到9株内生细菌，华而不实产几丁质酶的菌株D35为克雷伯氏菌Klebsiella variicola。 2.2 橡胶树内生细菌的功能 2.2.1 拮抗功能 橡胶树内生细菌对橡胶树的一些重要病原菌具有显着的拮抗效果，在生物防治方面具有潜在的应用价值。海南大学环境与植物保卫学院郑服丛研究团队从橡胶树根部分离得到的内生细菌枯草芽孢杆菌Bacillus subtilis) Czk1菌株，发现其对5种橡胶树根病和1个橡胶树炭疽病具有强烈的拮抗作用，且该内生细菌持续接种20代后仍然表现出很强的抑菌性，表示清楚该菌株具有抗菌谱广、持久稳定等特点，具有

17、较高的潜在生防利用价值，并对该菌株进行发酵条件的优化22,29,30。时涛等23发现，橡胶树内生细菌REBHN10和REBHN36对橡胶树棒孢霉落叶病菌和炭疽病菌具有较好的拮抗作用。Minh等24也发现，橡胶树内生细菌T9和T16能显着抑制橡胶树棒孢霉落叶病菌的萌发。Abraham等25分离到的6株橡胶树内生细菌对引起橡胶树落叶的疫霉菌Phytophthora meadii具有显着的防治效果。橡胶树内生细菌ITBB B5-1发酵液能抑制橡胶树白粉病孢子的萌发，具有防治橡胶树白粉病的功能31。 除此之外，橡胶树内生细菌对其他作物的一些病原菌具有防治效果。盆栽试验和大田试验证明橡胶树内生细菌ITB

18、B B5-1具有防治香蕉枯萎病FOC4的显着效果27。 研究人员深切进入讨论了橡胶树内生细菌防治作物病原菌的机制。Abraham等32从橡胶树叶片、叶柄和根中分离到48株内生细菌，检测它们发酵液的葡聚糖酶活性，发现菌株REB20葡聚糖酶活性最高，该菌株对橡胶树疫霉属落叶病拮抗效果显着，并克隆该菌株的葡聚糖酶基因。Tan等27发现橡胶树内生菌ITBB B5-1的发酵液含有葡聚糖酶和几丁质酶，用该发酵液处理FOC4菌丝后，FOC4菌丝胞壁降解严重。Linda等28发现，橡胶树内生细菌D5和D35产几丁质酶，其几丁质酶指数分别达1.66和2.08。葡聚糖和几丁质是作物病原菌细胞壁的主要成分33。这些

19、研究结果表示清楚，橡胶树内生细菌防治作物病原菌的机制主要是通过分泌几丁质酶或葡聚糖酶，来分解病原菌的细胞壁，进而到达生物防治的目的。 2.2.2 促进植物生长功能 一些内生细菌具有促进植物生长的功能，它们主要通过加强植物的固氮能力、增加磷酸盐的溶解性和铁元素的利用效率，以及产生一些植物激素，如生长素、赤霉素、细胞分裂素等来实现该功能。Hidayati等26对117株橡胶树内生细菌采用过激反响、溶血试验和发芽生长试验，挑选到试验效果最好的5株菌株。进一步研究发现，它们具有较强的固氮能力，同时能产生一定浓度的吲哚乙酸、赤霉素、玉米素和冲动素。贺春萍等34发现，橡胶树内生细菌Ckz1对橡胶树幼苗的生

20、长具有明显的促进效果，能够显着提高幼苗叶绿素含量，表示清楚该菌株能够加强植株的光合作用，对橡胶树具有显着的促生作用。 3 橡胶树内生藻 藻类是自然界中一类低等的、自养放氧型植物。当前已经知道的约有3万种左右，包括蓝细菌、绿藻、红藻和褐藻等诸多真核和原核生物，以及某些异养型和共生型生物。藻类分布的范围极广，适应性较强，不仅能够在江河湖海中生长，也能在潮湿的地方生长35。藻类的适应能力很强，能够单独生长，也能附着在动、植物体表生活，还有的藻类成为一种内生植物。 藻类内生于高等植物的报道很少。Zhang等36通过对橡胶树茎进行消毒灭菌，初次从树皮和木质部之间分离出一种生长在橡胶树内部的绿藻，对其进行

21、形态和分子生物学鉴定，发现其为原球藻纲的新属种，为橡藻属Heveochlorella，并将该藻命名为海南橡藻Heveochlorella hainangensis。海南橡藻成熟细胞内有一个杯状的亮绿色叶绿体，少数细胞可见24个纺锤状叶绿体。叶绿体的分裂方式很独特，分裂开场于纵向的一侧，并持续到另一侧，直到叶绿体完全分离。这种分裂方式在其它植物中未见报道，与典型的二元分裂形式明显不同37。 在海南橡藻发现之前，在银杏树体内发现一种胶球藻Coccomyxa38。这种绿藻以前体的形式存在于银杏细胞内，不具有叶绿体和细胞核，不能进行光合作用，但该内生绿藻从银杏的细胞内释放出来之后便很快构成叶绿体和细胞

22、核，并且恢复光合作用。然而海南橡藻在自养条件下光合作用微弱，几乎停止生长，需要补充碳源才能离体培养，主要是由于海南橡藻生长于橡胶树体内，长期在内生无光源环境下生活，导致其调控光合作用相关基因发生变化，使得其丧失光合作用能力，不能恢复其光合能力。 通过对海南橡藻脂肪酸成分进行分析，发现其脂肪酸成分较为单一，具有较高比例的茉莉酸生物合成的前体 亚麻酸39。据报道，茉莉酸具有促进橡胶树乳管分化的作用40，而乳管的生物学功能主要是抵御病虫害41，因而海南橡藻在适应橡胶树内生环境的进化经过中油脂积累能力的増强可能是与橡胶树协同进化的结果。除此之外，海南橡藻在含纤维素的培养基上在黑暗条件下培养，被诱导产生

23、纤维素酶，能降解培养基中的纤维素，获得碳源，进行生长繁衍，同时在细胞内积累油脂，油脂含量达42%42。该藻种为秸秆等纤维素转化为生物能源提供了新途径，具有潜在的商业价值。 瞻望 橡胶树内生生物资源研究固然起步晚，但已报道分离出的内生生物上千种，部分内生生物已被鉴定，其功能也被挖掘，一些橡胶树内生生物在植物病原菌生物防治、耐盐功能基因的挖掘、促进植物生长、生物质能源利用等方面具有广阔的应用前景。但橡胶树内生生物资源的功能远非这些，还需进一步加强挖掘力度。同时，虽有较多研究已报道橡胶树内生菌对橡胶树和其它作物重要病原菌具显着拮抗效果，但这些菌株次生代谢物的详细活性物质却尚未清楚，需要进一步深切进入该方面研究。 以下为参考文献 1何康，黄宗道.热带北缘橡胶树栽培M.广州：广东科技出版社，1987. 2林位夫，周珺，王军.中国植胶业发展趋势与策略研究J.热带农业科学，2021, 36 (6) :81-84. 3Arnold E A, Lutzoni F. Diversity and host range of foliar fungal endophytes:are tropical leaves biodiversity hotspots?J. Ecology, 2007 (88) :541 549.