藏在植物里的“小人物”——植物内生菌丨旱域生灵（植物内生细菌的作用）

编者按：在我国广袤的西北干旱区，至西向东串珠状地横亘着温带沙漠和草原沙地。就在这大部罕有人群居住的地方，却生活着众多具有独特生存能力的动植物。它们尽使千种能耐，尽展万般风采，在大漠绝地里顽强而潇洒地生存着，默默地繁衍着。中科院之声与中国科学院新疆生态与地理研究所联合开设“旱域生灵”专栏，在这里，我们关注这些承载着干旱区生物多样性以及生态服务功能的动物、植物、微生物，让我们一起分享干旱区研究领域学者们的艰辛与付出，成果与期望吧！

大家好，我是植物内生菌（Endophyte），我的家族非常庞大，主要分为内生真菌和内生细菌两个大类。植物给我们提供了和谐稳定的生活环境，我们和植物共生，成长于健康植物的根、茎、叶、花、果实、种子等中，但是，我更爱在根部定居。按照生活方式可以将我们分为专性内生菌和兼性内生菌，专性内生菌完全依赖于宿主植物生长，而兼性内生菌则可以在植物体内、植物表面和土壤中存在，也就是说在植物的各个部位均能找到我们的身影。在不同的植物里，我们的组成和分布呈现出不同的状态，在同种植物内我们的组成和分布具有相似性，但仍会受生态位、生长周期、扩散距离、季节、栽培方式等多种因素影响，因此我们在植物内的物种组成具有多样性。

图1. 植物内生菌的分布与多样性

植物是我们共同的家园，我们共同筑建并维护着家园的安定与和平。我们可以合成植物生长所需的物质，如生长素（indole-3-acetic acid, IAA）、细胞分裂素（cytokinin, CTK）、赤霉素（gibberellin, GA）、乙烯（ethylene, ETH）和脱落酸（abscisic acid, ABA）等植物激素来影响细胞分裂、伸长、分化和植物发芽、生根、开花、结实等生理过程。我们还可以通过固氮、溶磷、合成铁载体等方式将氮、磷、铁等植物不能够直接吸收、利用的营养物质转化为可以直接吸收的形式，增强植物养分吸收，从而帮助植物更好地生长。

图2.植物内生菌对植物生长的促进作用

植物的健康也由我们捍卫。当面对病原菌的入侵时，我们可以竞争营养和空间位点使抑制植物生长的病原菌难以获得使其存活的营养物质，我们也可以产生抗生素代谢物（如2,4-二基间苯三酚、2-壬酮、2-庚酮、2,3-丁二酮、二甲基二硫醚、黏菌素等）诱导植物对病原菌产生抵抗力；产生具有细胞壁降解活性的酶（如β-1,3-葡聚糖酶、几丁质酶等）溶解病原菌细胞；产生信号分子激发对植物病原菌的防御反应等机制提高植物抗病能力，从而保护植物免受有害细菌、真菌、病毒以及害虫的侵害。

图3. 植物内生菌对植物的保护作用

我们虽然很小，却在人类肉眼看不见的地方默默发挥着作用。随着现代科技的发展，我们逐渐被人类发掘，并在其他很多地方也闪现着我们的身影。在各种极端环境中，比如干旱、寒冷、高温、盐碱和污染等，植物能正常地生长同样离不开我们的贡献。我们生存于这种环境中的植物体内早已练就了一身处变不惊的本领，能够很好地适应这些极端环境，并且能够改善这种环境，同时我们还能够帮助其他不能适应的植物，缓解环境对它的胁迫作用，因此我们在环境修复、植物抗逆等方面极具应用价值。在药用植物里生存的我们，早已百毒不侵，因为我们能产生与宿主植物相似或相同的次级代谢产物如醌类、生物碱类、萜类等等，具有杀虫、抑菌、抗病毒、抗等作用，所以我们在生物医药、生物防治等方面的应用中发光发热。

图4. 植物内生菌的应用

我们作为植物微生态系统中的重要组成部分，具有丰富的物种多样性。我们在植物体内一系列代谢活动能够诱导宿主植物产生抗病性和增强对环境胁迫的抗性，间接促进植物健康生长，提高植物降解污染物速率，保护植物多样性，增强植物对生境的修复和净化能力，增加土壤肥力以加速生物地球化学循环和生态系统的正常演替等，对生态系统具有重要意义。因此，我们有着无穷的潜力，期待人类对我们进行全面系统深入的研究和开发，成为新型微生物资源，在更多的领域中崭露头角。

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8. Schafhauser T, Jahn L, Kirchner N, et al. Antitumor astins originate from the fungal endophyteCyanodermella asteris living within the medicinal plantAster tataricus[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences, ,116(52):26909-26917.

来源：中国科学院新疆生态与地理研究所

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