植物內(nèi)生菌對(duì)道地藥材道地性的影響

★ 馬廣強(qiáng) 徐紅波 朱金華 萬紅嬌

(江西中醫(yī)藥大學(xué) 江西 南昌 330004)

內(nèi)生菌(endophyte)是指一類在其部分或全部生活史中存活于健康植物組織內(nèi)部、不引發(fā)宿主植物表現(xiàn)出明顯感染癥狀的微生物。植物內(nèi)生菌包括內(nèi)生真菌和內(nèi)生細(xì)菌(內(nèi)生細(xì)菌包括內(nèi)生放線菌),可從經(jīng)過嚴(yán)格表面消毒的植物組織或植物組織內(nèi)部分離得到[1]。內(nèi)生菌在植物體內(nèi)廣泛存在,從藻類、苔蘚、蕨類、裸子植物和被子植物中均已分離得到了內(nèi)生菌,其分布于植物的根、莖、葉、花、果實(shí)和種子等器官組織的細(xì)胞或細(xì)胞間隙。從20世紀(jì)90年代起對(duì)植物內(nèi)生菌已逐漸成為微生物學(xué)家們關(guān)注的熱點(diǎn)[2]。

道地中藥材又稱道地藥材、地道藥材；指的是產(chǎn)自特定地區(qū)，栽培和加工精細(xì)，質(zhì)量優(yōu)異，療效顯著的藥材，實(shí)際上就是優(yōu)質(zhì)中藥材的代名詞[3]。道地藥材對(duì)于中醫(yī)藥發(fā)展有非常重要的意義，其理念一直貫穿于中醫(yī)藥臨床實(shí)踐中。近年來，對(duì)藥用植物內(nèi)生菌的研究越來越熱，研究發(fā)現(xiàn)，幾乎所有的藥用植物都分離了植物內(nèi)生菌[4-6]；很多藥用植物內(nèi)生菌能夠產(chǎn)生與藥材相同或者相近的此生代謝產(chǎn)物[7]；不同產(chǎn)地的藥用植物的植物內(nèi)生菌的種類和數(shù)量有明顯差異[8]。

1 道地藥材植物內(nèi)生菌群分析

近年來研究發(fā)現(xiàn)，不同植物的植物內(nèi)生菌的種類和數(shù)量不同，相同植物不產(chǎn)地的植物內(nèi)生菌也有很大差異。

1.1 植物藥材品種對(duì)內(nèi)生菌種群結(jié)構(gòu)的影響 不同宿主植物影響內(nèi)生菌的生態(tài)分布,即使是同一種植物不同的變種,由于遺傳背景的不同,其內(nèi)生菌的種群結(jié)構(gòu)也存在明顯的差異。對(duì)內(nèi)生菌而言,藥材基因型和同種異質(zhì)是一種選擇性的壓力,影響著內(nèi)生菌的種群結(jié)構(gòu)和分布。生長在芬蘭東南部具有不同生態(tài)環(huán)境島嶼上的白樺兩個(gè)品種歐洲樺和垂枝樺其內(nèi)生菌種群結(jié)構(gòu)存在較大差異,即使是同一種內(nèi)生菌,定殖率也不相同,內(nèi)生菌毛日規(guī)殼菌在前者葉片中的定殖率達(dá)到25%,而在后者葉片中只有3%。這種差異可能是由于垂枝樺存在形態(tài)學(xué)和化學(xué)上的障礙,抑制了毛日規(guī)殼菌對(duì)其葉片的侵染,而后篩選到一些毛日規(guī)殼菌的遺傳突變株可以克服這些障礙,表明宿主植物的遺傳背景影響著內(nèi)生菌對(duì)植物的感染和定殖[9]。此外,內(nèi)生菌在植物不同組織中的種群分布差異也較明顯,一些內(nèi)生菌表現(xiàn)出一定的組織專一性,其原因除了植物體外環(huán)境因素的影響外,還可能是由于宿主不同部位(或組織)微環(huán)境的影響。Verma等系統(tǒng)研究了植物印度苦楝樹皮、莖以及葉片部位內(nèi)生菌的分布規(guī)律,發(fā)現(xiàn)內(nèi)生菌在葉片中的種類最多,定殖率最高,優(yōu)勢(shì)種群包括針狀擬莖點(diǎn)霉、枝孢芽枝菌、擬盤多毛孢菌、木霉和曲霉[10]。

1.2 不同產(chǎn)地的同種藥用植物內(nèi)生菌也有很大差異 對(duì)人參內(nèi)生菌的研究發(fā)現(xiàn)，人參的內(nèi)生細(xì)菌具有多樣性。Vendan等對(duì)韓國不同年次的人參內(nèi)生細(xì)菌的群落進(jìn)行了調(diào)查,從人參的莖葉中分離出51株內(nèi)生細(xì)菌,其主要分為4個(gè)類群，經(jīng)試驗(yàn)表明:有些內(nèi)生細(xì)菌能夠促進(jìn)人參生長[11]。Kye等對(duì)韓國3個(gè)不同區(qū)域種植的人參根部的內(nèi)生細(xì)菌多樣性進(jìn)行了調(diào)查。從人參根的內(nèi)部分離了63株內(nèi)生細(xì)菌,在3個(gè)不同人參產(chǎn)區(qū)的優(yōu)勢(shì)種分別為:低G+C革蘭氏陽性菌(LGCGPB)、高G+C革蘭氏陽性菌(HGCGPB)及變形桿菌[12]。邱服斌等比較了同一類型人參在不同生長時(shí)期和不同種植地區(qū)的根內(nèi)生細(xì)菌群落的多樣性差異,分離得到了孢桿菌(Bacillus sp)、假單胞菌(Pseudomonas sp)、貪噬菌(Variovorax sp)、賴氏菌(Leifsonia sp)和分枝桿菌(Mycobacterium sp)及2株芽孢桿菌屬中潛在的2個(gè)新種和Leifsonia屬的1個(gè)新種,定名為Leifsonia ginsengi[13]。李勇等在人參中分離到了40中內(nèi)生細(xì)菌，而且一些內(nèi)生細(xì)菌能很好的抑制人參的一些致病菌的生長[14]。所有這些研究表明，不同地區(qū)的人參內(nèi)生菌的種類不同，數(shù)量也不同。

綜上所述，不同植物的植物內(nèi)生菌的種類和數(shù)量有很大差異，不同產(chǎn)地的同種植物植物內(nèi)生菌的種類和數(shù)量也有很大差異。道地藥材就是指某一產(chǎn)地的藥材，如地黃，在我國各地均有生產(chǎn)，但是道地藥材懷地黃的產(chǎn)區(qū)只是河南懷安縣附近地區(qū)[15]。其它地區(qū)的地黃的藥性都不如懷地黃。

2 植物內(nèi)生菌對(duì)藥材道地性的影響

通常對(duì)道地藥材的研究更重視氣候、土壤、人工等外環(huán)境的影響,而忽略了植物內(nèi)部因素如內(nèi)生菌的影響。道地藥材的形成是基因和環(huán)境之間相互作用的產(chǎn)物,道地植物藥材與其它不同產(chǎn)地藥材質(zhì)量上存在差異,主要體現(xiàn)在其化學(xué)成分上。不同產(chǎn)地的藥用植物內(nèi)生菌群會(huì)有很大差異,氣候、土壤因素除直接影響藥用植物生長代謝外,還可能通過影響植物內(nèi)生菌群間接影響植物藥材的化學(xué)組分及含量,內(nèi)生菌可能是更為直接的影響因素[8]。由于不同內(nèi)生菌產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物種類一般不同,因此這種種群結(jié)構(gòu)的差異會(huì)產(chǎn)生功能多樣性,不同的內(nèi)生菌種群以各自不同的方式影響著藥材性狀、生長以及有效成分的積累等,最終導(dǎo)致道地藥材與非道地藥材品質(zhì)的差異[6]。

2.1 部分內(nèi)生真菌能夠產(chǎn)生與宿主植物相同的活性產(chǎn)物,但不同地區(qū)的內(nèi)生菌有效成分含量上存在差異。 以產(chǎn)紫杉醇內(nèi)生真菌為例,不同地區(qū)的植株中分離得到的真菌的紫杉醇產(chǎn)量差別較大。美國Stierle等于1993年從短葉紅豆杉T. brevifolia中分離出的一株產(chǎn)紫杉醇內(nèi)生真菌Taxomyces andreanae,紫杉醇產(chǎn)率為24～50 ng/L;1995年,日本Nipponsteel Corporation分離出產(chǎn)紫杉醇真菌Brevibacterium spp., 產(chǎn)率為400 Lg/L[16]。內(nèi)生菌活性產(chǎn)物產(chǎn)量上的差異會(huì)影響到植物組織中活性物質(zhì)的含量,從而使得不同地區(qū)藥材質(zhì)量存在差異。

2.2 內(nèi)生真菌能夠促進(jìn)藥材特定產(chǎn)物的形成。 楊靖等的研究發(fā)現(xiàn),內(nèi)生真菌對(duì)龍血樹血竭的形成具有促進(jìn)作用[17]。陳曉梅等用4種純培養(yǎng)的內(nèi)生真菌分別與金釵石斛無菌苗進(jìn)行共培養(yǎng),發(fā)現(xiàn)內(nèi)生真菌對(duì)金釵石斛組織塊生長及多糖、生物堿的合成具有明顯的促進(jìn)作用[18]。這些內(nèi)生菌雖然自身不能夠合成與植物相同或類似的成分,但具有促進(jìn)宿主植物合成活性成分的能力,這對(duì)于天然藥物的研究具有特別的意義。

中藥材指紋圖譜顯示,不同產(chǎn)地的藥材化學(xué)成分存在差異,這是藥材道地性的物質(zhì)基礎(chǔ)[19]。氣候、土壤的不同會(huì)導(dǎo)致各地區(qū)菌群的分布有很大差異,這些外部因素以及內(nèi)生菌共同影響藥用植物從而改變各個(gè)組分及相應(yīng)含量,使得不同地區(qū)藥材呈現(xiàn)出不同治療效果,最終形成了植物藥材的道地性[20]。

綜上所述：植物內(nèi)生菌群能產(chǎn)生與藥材相似的活性物質(zhì)，直接影響了藥材的藥性，也就導(dǎo)致了道地中藥材與非道地中藥材藥性的差距。

3 展望

目前國內(nèi)外對(duì)于藥材道地性的研究主要集中于化學(xué)成分、遺傳多樣性、藥理作用以及生態(tài)環(huán)境(氣候因子、光照、土壤、水分)等方面,而忽視了植物體內(nèi)環(huán)境在道地藥材形成中所發(fā)揮的作用,特別是植物內(nèi)生菌的作用[21,22]。近十多年來,人們從47科81屬114種3變種藥用植物中分離到的內(nèi)生真菌達(dá)到171屬,涉及到子囊菌、擔(dān)子菌等真菌類群,具有豐富的物種多樣性[12]。在內(nèi)生菌與植物形成的微生態(tài)系統(tǒng)中,內(nèi)生菌不僅可改良藥用植物的生物學(xué)特性,促進(jìn)植物生長,增加根的數(shù)量,提高植物抵御不良環(huán)境,還可以促進(jìn)藥用植物有效成分的合成和積累[8]。因此,通過研究道地藥材內(nèi)生菌種群結(jié)構(gòu),并分析其對(duì)藥材性狀、產(chǎn)量及有效成分所產(chǎn)生的影響,有利于揭示內(nèi)生菌與道地藥材之間的相關(guān)性。

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