植物內生菌（2）

三、植物內生細菌的生態(tài)學(xué)作用

 

人們將植物看作是一個(gè)復雜的微生態(tài)系統，此系統中存在著(zhù)一系列不同的棲息者即各種細菌，它們不僅可以存在于植物的外部表面（附生細菌），也可以存在于植物的內部組織。在植物微生態(tài)系統中，不同微生物（細菌、真菌）能夠相互作用，并建立一種生態(tài)平衡，植物與微生物之間形成一種復雜的微生態(tài)關(guān)系。內生細菌的存在可以促進(jìn)植物對惡劣環(huán)境的適應，加強系統的生態(tài)平衡，保證宿主植物的健康生長(cháng)。

 

（一）植物內生細菌生物多樣性

 

內生細菌普遍存在于目前研究過(guò)的多種陸生及水生植物中。在各種農作物及果樹(shù)等經(jīng)濟作物中發(fā)現的內生細菌已超過(guò)129種（隸屬于54個(gè)屬）。這些內生細菌大多為土壤微生物種類(lèi)，其中假單胞菌屬（Pseudomonas）、芽孢桿菌屬（Bacillus）、腸桿菌屬（Enterobacter）、以及土壤桿菌屬（Agrobacterium）為最常見(jiàn)的屬（鄒慶欣等，1999）。另外，在甘蔗、玉米、水稻等禾本科農作物中還發(fā)現多種能固氮的內生細菌，已引起學(xué)術(shù)界的高度關(guān)注（宋子紅等，1999）。（見(jiàn)表1-2）

 

（二）植物內生細菌的來(lái)源

 

有證據表明，植物內生菌是從病原菌演化而來(lái)的。在與宿主植物長(cháng)期的共同進(jìn)化過(guò)程中，一方面病原菌可能發(fā)生影響其毒力的基因突變，病原菌侵入宿主后在宿主中生長(cháng)繁殖而對宿主不產(chǎn)生毒害，不使宿主出現病癥，因而變成內生菌。如炭疽菌（Colletotrichum magna）是世界上許多瓜類(lèi)作物的主要病原真菌之一，但Freeman和Rodriguez（1993）發(fā)現的一個(gè)突變株可像內生菌那樣生活在宿主體內，不僅不引起病癥，反而可以激活宿主的防御系統，使之免受炭疽菌和鐮刀菌等病原菌的侵害。另一方面，當侵入的病原菌毒力與宿主的防御能力處于平衡時(shí)，病原菌也就以?xún)壬�菌的方式存在于植物體內（Sieber等，1990；Schulz等，1999）。有關(guān)內生細菌的來(lái)源目前普遍接受以下兩種假說(shuō)（McInory等，1994）：一種觀(guān)點(diǎn)認為內生菌來(lái)自植物表面，Mundt對27種不同植物種子和胚珠中的內生細菌進(jìn)行了分離鑒定，所獲內生細菌涉及19個(gè)屬、46個(gè)種，其中8個(gè)屬、31個(gè)種的分離頻率很高，認為它們來(lái)自植物表面；另一種假說(shuō)是內生細菌來(lái)源于根際。土壤中普遍存在的內生細菌種類(lèi)包括芽孢桿菌屬(Bacillus)、土壤桿菌屬(Agrobacterium)、腸桿菌屬(Enterobacter)及棒狀桿菌群的纖維單孢菌屬(Cellulomonas)和節桿菌屬(Arthrobacter)等。McInory等（1994）對棉花和甜玉米的內生細菌調查也發(fā)現兩種植物根部和莖部棲息著(zhù)許多相同分類(lèi)單元的細菌，而且根中的細菌數量大于莖中，且大部分分類(lèi)單位與土壤中常見(jiàn)的細菌相同，進(jìn)一步證明這些內生細菌起源于土壤，并由根際進(jìn)入植物組織內。

 

（三）植物內生細菌的侵入途徑、存在方式及體外傳播

 

內生細菌進(jìn)入植物體內的途徑包括兩種即自然孔口（如側生根發(fā)生處、氣孔、皮孔、水孔等）和傷口（如根傷或其它微生物引起的傷口等）（Kluefel D A , 1993）。細菌進(jìn)入植物體后又如何系統地分布于植物體內，

目前了解的不多，一般認為內生細菌進(jìn)入根皮層，利用某些酶類(lèi)或物理作用通過(guò)皮層間隙向縱深進(jìn)入，細菌在內皮層細胞壁未加厚的位置侵入中柱，隨后進(jìn)入導管，細菌借著(zhù)蒸騰作用向植物的其它部位擴展（安千里等，1999）。研究者在對內生細菌研究的過(guò)程中發(fā)現，細菌可以通過(guò)維管束系統進(jìn)入種子，也可以通過(guò)禾谷類(lèi)花粉通道，成熟種子的種臍、種皮的裂縫開(kāi)口、種子莢、種皮背部索狀細胞和種脊進(jìn)入種子，或能夠通過(guò)次生根進(jìn)入分生組織（楊海蓮等,1998）。

 

內生細菌的遠距離傳播可以通過(guò)種子或動(dòng)物的取食兩種途徑，昆蟲(chóng)作為傳播載體對內生細菌的傳播不亞于病毒。從刺食甘蔗葉鞘的種粉蟲(chóng)中分離到固氮醋酸桿菌（Ashbolt等，1990）。

 

關(guān)于內生細菌在植物組織中的存在方式，按照Lynch觀(guān)點(diǎn)，將內生細菌的存在方式歸于四組概念進(jìn)行描述：依賴(lài)性（專(zhuān)性、兼性），忍耐性（持久、暫時(shí)），專(zhuān)一性（專(zhuān)一性、非專(zhuān)一性），定位（外部、內部）。目前內生細菌中如假單胞菌屬、腸桿菌屬、沙雷氏菌屬、產(chǎn)堿菌屬（Shigella）等以及革蘭氏陽(yáng)性菌的一些屬都屬于兼性?xún)壬�，它們不僅存在于植物的內部，而且也常見(jiàn)于土壤。紅蒼白草螺菌（Herbaspirillum rubrisubalbicans）或織片草螺菌（H.seropedicae）只能生活在高粱和甘蔗等作物組織內（Baldani,1992），它們屬于只存在于植物內部而在植物根際無(wú)法分離到的專(zhuān)性?xún)壬�細菌。在內生細菌研究中還發(fā)現，有些內生細菌可以存在于多種寄主中，而有些內生細菌只存在單一寄主中，基于與寄主的親和關(guān)系，可將內生細菌劃分為專(zhuān)一性和非專(zhuān)一性?xún)深?lèi)，大部分內生細菌屬于非專(zhuān)一性。熒光假單胞菌可以從菜豆、小麥、番茄、檸檬、甜菜和玉米上分離到，成團腸桿菌也可以從玉米、檸檬、黃瓜、土豆上分離到。而重氮營(yíng)養醋桿菌（Acetobacter）只存在于甘蔗中。

 

內生細菌在植物體內的檢驗方法較多，如利用抗生素突變體、免疫技術(shù)結合光學(xué)（電子）顯微鏡技術(shù)、細菌細胞壁的特異成份如脂肪酸和分子生物學(xué)方面的技術(shù)如向內生細菌中轉入某些顯性基因或利用細菌的特異性基因片段如16sRNA等。但目前利用較多是抗抗生素突變體和免疫技術(shù)。