论文部分内容阅读
摘 要：在我国传统农业发展中，农药是防止农作物病虫害的主要方法，但是由于农药的残留度高、污染性强，因此对人的身体健康和生态环境都造成了不利影响。近年来，随着相关科研技术的进步，生物防控逐渐成为了一种流行的病虫害防治方法。内生菌在植物体内普遍存在，内生菌及其代谢产物的抗虫活性作为一种有可能替代化学农药的有效方法，对于生态环境保护和农业生产进步都有极其重要的现实意义。
关键词：植物内生菌；代谢产物；抗虫活性；生物防止
一、植物内生菌的多样性
植物内生菌是一个多样性十分丰富的生物类群，包含的种类多，涉及范围广，不仅在小麦、马铃薯、番茄等农作物中普遍存在，而且在红杉、松树、樟树等树木的树皮中也有较高的含量。由于植物内生菌的普遍存在性，为开展生物活性试验研究提供了丰富的材料，在一定程度上推动了内生菌及其代谢产物抗虫活性的研究进程。
植物内生菌按照菌落组成方式的不同，可分为内生细菌、内生放线菌和内生真菌，其中内生细菌主要分布在小麦、马铃薯等农作物植物中，内生放线菌主要分布于灌木、蕨类植物等草本植物中，内生真菌则主要分布在红杉、云杉等木本植物中。虽然植物内生菌的分布和成分存在较大差异，但是其功能缺具有高度的类似性，通过国内外的研究发现，在不同种类的植物体内，内生菌及其代谢物对害虫的生长、繁殖具有明显的抑制作用，而对于一些危害性较强的植物病原菌则能够直接杀死。由此试验结论可知，植物内生菌在植物病虫害防治方面具有良好的效果，为生物防治病虫害提供了新思路。
二、植物内生菌的抗虫作用
提高宿主的抗虫性：化学农药对植物病虫害的防治起到了重要作用，但化学农药特异性差，持久性差，易造成生态失衡，还造成土壤、水源污染等严重的环境问题。近年来，利用内生真菌进行植物病虫害的生物防治越来越受到人们的重视，植物内生真菌的抗虫杀虫谱宽广，对鳞翅目、鞘翅目、膜翅目和半翅目等多种重要农业害虫都具有显著的抗虫杀虫活性。其主要的作用机制是真菌在宿主植物体内产生生物碱和真菌毒素，生物碱可通过改变害虫肠道上皮细胞膜的渗透性，导致消化系统功能停止而死亡；此外有些内生真菌可阻抑某些害虫如蚜虫、叶蝉、甲虫等对植物的侵食而发挥作用。
植物内生真菌的抗虫活性及其杀虫活性物质早期研究主要集中在禾本科草本植物上，如多年生黑麦草、细叶羊茅等许多品种中均带有内生真菌。研究發现含有内生真菌的禾草具有明显的抗虫性，主要是由于禾草中内生真菌能够产生Peramine、Loline、LolitremB和部分麦角碱等一系列的生物碱，这些生物碱都不同程度的对昆虫有毒性，从而使其宿主植物具有较强的抗虫性。
三、内生菌抗虫活性的主要机制
通过分析内生菌的生物组成成分，结合内生菌杀死植物病原菌的过程，可以分析出：内生菌抗虫活性的主要作用部分是生物碱和真菌霉素。其中生物碱的作用是利用细胞膜的渗透性，改变生物害虫或病原菌的细胞膜的内外浓度差，使得生物害虫的细胞过度失水，破坏其消化系统，进而导致害虫死亡。真菌霉素的作用是抑制一些生物害虫的产卵和繁殖，例如常见的蚜虫、蜜虫等，在真菌霉素的刺激下，其虫卵会出现不正常生长，失去正常生长和发育能力，从而消除了虫害对作物的影响。
1、产生毒素
内生菌在未收到外界虫害刺激时，不参与植物体内的代谢、生长和增殖活动，而当植物受到病虫害或其他种类的病原菌感染时，内生菌受到刺激，活性明显增加，而且产生多种生物碱，这些生物碱不仅能够提高植物本身的抗病虫和抗感染特性，而且很多具有毒性，在杀死病虫和病原菌的同时，甚至有可能对食草昆虫产生一定的危害。
2、与昆虫竞争宿主植物的能源供应
真菌是碳源异养微生物，它可以影响植物体内的碳氮平衡，影响植物的营养水平以及以碳氮为基础的防御代谢物的产生。植物感染内生真菌后，致使植物体内总氮含量显著降低，碳氮比升高。固醇类物质对昆虫细胞膜和蜕皮激素的合成至关重要，但昆虫本身不能合成，因此，固醇类物质代谢的变化将影响摄食昆虫的行为变化。因此，受到内生菌感染的植物体内某种固醇类物质的变化就改变了植物对昆虫的营养水平，从而引起昆虫生长缓慢和食物转化率低，甚至最终会导致昆虫死亡。
四、内生菌抗虫活性存在的问题及其发展前景
1、内生菌的分离方法有待进一步完善与改进
内生菌传统的分离方法是用各种消毒剂，如次氯酸钠、酒精、双氧水、氯化汞中的一种或几种对植物组织表面进行灭菌，然后用无菌水或缓冲液冲洗数次，研磨。在进行分离提出的过程中，对于消毒剂的选择和冲洗次数的判定，都要根据试验所用植物的种类、年龄等，采取有针对性的选择。通常情况下，应以杀死最后一个菌的时间为参考标准，才是的浓度最为合适，但是由于试验操作是一个动态过程，因此很难准确判断其浓度变化，一定程度上增加了试验的困难性。
2、内生菌的抗虫活性机制有待进一步研究与阐明
生物防治农业病虫害是能使农业可持续发展的重要途径之一，因此内生菌的抗虫活性将会是今后研究开发的热点。但目前的研究主要集中于菌种的分离与活性成分的鉴定，而对于内生菌及其代谢产物的作用形式、途径以及与昆虫之间相互作用的机理研究较少。因此，今后要利用分子生物学与代谢组学相关的研究找出有效物质的具体成分及基因组成，这不仅能够有助于极大地丰富抗虫基因的数量，而且还能够为以后“生物农药”的开发利用提供理论依据。
3、植物内生真菌及其代谢物的抗虫性在生物防治方面的应用问题值得关注
在全面应用内生菌的这一优良特性之前，应考虑其可能存在的问题：（1）许多牧草中的内生菌在对害虫产生毒害的同时，也对牲畜有毒害作用；（2）内生菌的抗虫性引起害虫的拒食，害虫是否会从一种植物转移至其它植物，并对它们造成新的虫害压力，如果是这样，那么虫害问题只是简单的转移而并没有得到实质上的控制。因此，今后研究者一方面应深入开展内生菌作用机制的研究，另一方面也应从实际应用出发，在发挥内生菌优良特性的同时应避免其可能产生的不良影响。
结论：生物防治病虫害具有防治效率高、成本低、副作用小等诸多优点，与传统的农药防治方法具有更多的优势。虽然当前植物内生菌及其代谢产物抗虫性的研究已经趋于成熟和完善，但是多以实验和理论为主，在实践应用和推广使用方面相对欠缺。因此，开发以植物内生菌为主要成分的新药，并进行广泛的推广使用，成为了下一步工作的重要内容。
参考文献：
[1] 陈华红，杨颖，姜怡.植物内生放线菌的分离方法[J].微生物学通报，2013，33（04）：182-185.
[2] 郑丹，刘吉华，张剑，.4株产抗肿瘤活性物质喜树内生真菌的鉴定及其主要代谢产物HPLC初步比较[J].药物生物技术，2011，14（03）：190-195.
[3] 李洁，陈华红，赵国振.两株具有抗癌活性内生细菌的分离及分类[J].微生物学杂志，2011，27（1）：101-104.
关键词：植物内生菌；代谢产物；抗虫活性；生物防止
一、植物内生菌的多样性
植物内生菌是一个多样性十分丰富的生物类群，包含的种类多，涉及范围广，不仅在小麦、马铃薯、番茄等农作物中普遍存在，而且在红杉、松树、樟树等树木的树皮中也有较高的含量。由于植物内生菌的普遍存在性，为开展生物活性试验研究提供了丰富的材料，在一定程度上推动了内生菌及其代谢产物抗虫活性的研究进程。
植物内生菌按照菌落组成方式的不同，可分为内生细菌、内生放线菌和内生真菌，其中内生细菌主要分布在小麦、马铃薯等农作物植物中，内生放线菌主要分布于灌木、蕨类植物等草本植物中，内生真菌则主要分布在红杉、云杉等木本植物中。虽然植物内生菌的分布和成分存在较大差异，但是其功能缺具有高度的类似性，通过国内外的研究发现，在不同种类的植物体内，内生菌及其代谢物对害虫的生长、繁殖具有明显的抑制作用，而对于一些危害性较强的植物病原菌则能够直接杀死。由此试验结论可知，植物内生菌在植物病虫害防治方面具有良好的效果，为生物防治病虫害提供了新思路。
二、植物内生菌的抗虫作用
提高宿主的抗虫性：化学农药对植物病虫害的防治起到了重要作用，但化学农药特异性差，持久性差，易造成生态失衡，还造成土壤、水源污染等严重的环境问题。近年来，利用内生真菌进行植物病虫害的生物防治越来越受到人们的重视，植物内生真菌的抗虫杀虫谱宽广，对鳞翅目、鞘翅目、膜翅目和半翅目等多种重要农业害虫都具有显著的抗虫杀虫活性。其主要的作用机制是真菌在宿主植物体内产生生物碱和真菌毒素，生物碱可通过改变害虫肠道上皮细胞膜的渗透性，导致消化系统功能停止而死亡；此外有些内生真菌可阻抑某些害虫如蚜虫、叶蝉、甲虫等对植物的侵食而发挥作用。
植物内生真菌的抗虫活性及其杀虫活性物质早期研究主要集中在禾本科草本植物上，如多年生黑麦草、细叶羊茅等许多品种中均带有内生真菌。研究發现含有内生真菌的禾草具有明显的抗虫性，主要是由于禾草中内生真菌能够产生Peramine、Loline、LolitremB和部分麦角碱等一系列的生物碱，这些生物碱都不同程度的对昆虫有毒性，从而使其宿主植物具有较强的抗虫性。
三、内生菌抗虫活性的主要机制
通过分析内生菌的生物组成成分，结合内生菌杀死植物病原菌的过程，可以分析出：内生菌抗虫活性的主要作用部分是生物碱和真菌霉素。其中生物碱的作用是利用细胞膜的渗透性，改变生物害虫或病原菌的细胞膜的内外浓度差，使得生物害虫的细胞过度失水，破坏其消化系统，进而导致害虫死亡。真菌霉素的作用是抑制一些生物害虫的产卵和繁殖，例如常见的蚜虫、蜜虫等，在真菌霉素的刺激下，其虫卵会出现不正常生长，失去正常生长和发育能力，从而消除了虫害对作物的影响。
1、产生毒素
内生菌在未收到外界虫害刺激时，不参与植物体内的代谢、生长和增殖活动，而当植物受到病虫害或其他种类的病原菌感染时，内生菌受到刺激，活性明显增加，而且产生多种生物碱，这些生物碱不仅能够提高植物本身的抗病虫和抗感染特性，而且很多具有毒性，在杀死病虫和病原菌的同时，甚至有可能对食草昆虫产生一定的危害。
2、与昆虫竞争宿主植物的能源供应
真菌是碳源异养微生物，它可以影响植物体内的碳氮平衡，影响植物的营养水平以及以碳氮为基础的防御代谢物的产生。植物感染内生真菌后，致使植物体内总氮含量显著降低，碳氮比升高。固醇类物质对昆虫细胞膜和蜕皮激素的合成至关重要，但昆虫本身不能合成，因此，固醇类物质代谢的变化将影响摄食昆虫的行为变化。因此，受到内生菌感染的植物体内某种固醇类物质的变化就改变了植物对昆虫的营养水平，从而引起昆虫生长缓慢和食物转化率低，甚至最终会导致昆虫死亡。
四、内生菌抗虫活性存在的问题及其发展前景
1、内生菌的分离方法有待进一步完善与改进
内生菌传统的分离方法是用各种消毒剂，如次氯酸钠、酒精、双氧水、氯化汞中的一种或几种对植物组织表面进行灭菌，然后用无菌水或缓冲液冲洗数次，研磨。在进行分离提出的过程中，对于消毒剂的选择和冲洗次数的判定，都要根据试验所用植物的种类、年龄等，采取有针对性的选择。通常情况下，应以杀死最后一个菌的时间为参考标准，才是的浓度最为合适，但是由于试验操作是一个动态过程，因此很难准确判断其浓度变化，一定程度上增加了试验的困难性。
2、内生菌的抗虫活性机制有待进一步研究与阐明
生物防治农业病虫害是能使农业可持续发展的重要途径之一，因此内生菌的抗虫活性将会是今后研究开发的热点。但目前的研究主要集中于菌种的分离与活性成分的鉴定，而对于内生菌及其代谢产物的作用形式、途径以及与昆虫之间相互作用的机理研究较少。因此，今后要利用分子生物学与代谢组学相关的研究找出有效物质的具体成分及基因组成，这不仅能够有助于极大地丰富抗虫基因的数量，而且还能够为以后“生物农药”的开发利用提供理论依据。
3、植物内生真菌及其代谢物的抗虫性在生物防治方面的应用问题值得关注
在全面应用内生菌的这一优良特性之前，应考虑其可能存在的问题：（1）许多牧草中的内生菌在对害虫产生毒害的同时，也对牲畜有毒害作用；（2）内生菌的抗虫性引起害虫的拒食，害虫是否会从一种植物转移至其它植物，并对它们造成新的虫害压力，如果是这样，那么虫害问题只是简单的转移而并没有得到实质上的控制。因此，今后研究者一方面应深入开展内生菌作用机制的研究，另一方面也应从实际应用出发，在发挥内生菌优良特性的同时应避免其可能产生的不良影响。
结论：生物防治病虫害具有防治效率高、成本低、副作用小等诸多优点，与传统的农药防治方法具有更多的优势。虽然当前植物内生菌及其代谢产物抗虫性的研究已经趋于成熟和完善，但是多以实验和理论为主，在实践应用和推广使用方面相对欠缺。因此，开发以植物内生菌为主要成分的新药，并进行广泛的推广使用，成为了下一步工作的重要内容。
参考文献：
[1] 陈华红，杨颖，姜怡.植物内生放线菌的分离方法[J].微生物学通报，2013，33（04）：182-185.
[2] 郑丹，刘吉华，张剑，.4株产抗肿瘤活性物质喜树内生真菌的鉴定及其主要代谢产物HPLC初步比较[J].药物生物技术，2011，14（03）：190-195.
[3] 李洁，陈华红，赵国振.两株具有抗癌活性内生细菌的分离及分类[J].微生物学杂志，2011，27（1）：101-104.