植物內生菌（2）

三、植物內生細菌的生態學作用

 

人們將植物看作是一個複雜的微生態係統，此係統中存在著一係列不同的棲息者即各種細菌，它們不僅可以存在於植物的外部表麵（附生細菌），也可以存在於植物的內部組織。在植物微生態係統中，不同微生物（細菌、真菌）能夠相互作用，並建立一種生態平衡，植物與微生物之間形成一種複雜的微生態關係。內生細菌的存在可以促進植物對惡劣環境的適應，加強係統的生態平衡，保證宿主植物的健康生長。

 

（一）植物內生細菌生物多樣性

 

內生細菌普遍存在於目前研究過的多種陸生及水生植物中。在各種農作物及果樹等經濟作物中發現的內生細菌已超過129種（隸屬於54個屬）。這些內生細菌大多為土壤微生物種類，其中假單胞菌屬（Pseudomonas）、芽孢杆菌屬（Bacillus）、腸杆菌屬（Enterobacter）、以及土壤杆菌屬（Agrobacterium）為最常見的屬（鄒慶欣等，1999）。另外，在甘蔗、玉米、水稻等禾本科農作物中還發現多種能固氮的內生細菌，已引起學術界的高度關注（宋子紅等，1999）。（見表1-2）

 

（二）植物內生細菌的來源

 

有證據表明，植物內生菌是從病原菌演化而來的。在與宿主植物長期的共同進化過程中，一方麵病原菌可能發生影響其毒力的基因突變，病原菌侵入宿主後在宿主中生長繁殖而對宿主不產生毒害，不使宿主出現病症，因而變成內生菌。如炭疽菌（Colletotrichum magna）是世界上許多瓜類作物的主要病原真菌之一，但Freeman和Rodriguez（1993）發現的一個突變株可像內生菌那樣生活在宿主體內，不僅不引起病症，反而可以激活宿主的防禦係統，使之免受炭疽菌和鐮刀菌等病原菌的侵害。另一方麵，當侵入的病原菌毒力與宿主的防禦能力處於平衡時，病原菌也就以內生菌的方式存在於植物體內（Sieber等，1990；Schulz等，1999）。有關內生細菌的來源目前普遍接受以下兩種假說（McInory等，1994）：一種觀點認為內生菌來自植物表麵，Mundt對27種不同植物種子和胚珠中的內生細菌進行了分離鑒定，所獲內生細菌涉及19個屬、46個種，其中8個屬、31個種的分離頻率很高，認為它們來自植物表麵；另一種假說是內生細菌來源於根際。土壤中普遍存在的內生細菌種類包括芽孢杆菌屬(Bacillus)、土壤杆菌屬(Agrobacterium)、腸杆菌屬(Enterobacter)及棒狀杆菌群的纖維單孢菌屬(Cellulomonas)和節杆菌屬(Arthrobacter)等。McInory等（1994）對棉花和甜玉米的內生細菌調查也發現兩種植物根部和莖部棲息著許多相同分類單元的細菌，而且根中的細菌數量大於莖中，且大部分分類單位與土壤中常見的細菌相同，進一步證明這些內生細菌起源於土壤，並由根際進入植物組織內。

 

（三）植物內生細菌的侵入途徑、存在方式及體外傳播

 

內生細菌進入植物體內的途徑包括兩種即自然孔口（如側生根發生處、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）。細菌進入植物體後又如何係統地分布於植物體內，

目前了解的不多，一般認為內生細菌進入根皮層，利用某些酶類或物理作用通過皮層間隙向縱深進入，細菌在內皮層細胞壁未加厚的位置侵入中柱，隨後進入導管，細菌借著蒸騰作用向植物的其它部位擴展（安千裏等，1999）。研究者在對內生細菌研究的過程中發現，細菌可以通過維管束係統進入種子，也可以通過禾穀類花粉通道，成熟種子的種臍、種皮的裂縫開口、種子莢、種皮背部索狀細胞和種脊進入種子，或能夠通過次生根進入分生組織（楊海蓮等,1998）。

 

內生細菌的遠距離傳播可以通過種子或動物的取食兩種途徑，昆蟲作為傳播載體對內生細菌的傳播不亞於病毒。從刺食甘蔗葉鞘的種粉蟲中分離到固氮醋酸杆菌（Ashbolt等，1990）。

 

關於內生細菌在植物組織中的存在方式，按照Lynch觀點，將內生細菌的存在方式歸於四組概念進行描述：依賴性（專性、兼性），忍耐性（持久、暫時），專一性（專一性、非專一性），定位（外部、內部）。目前內生細菌中如假單胞菌屬、腸杆菌屬、沙雷氏菌屬、產堿菌屬（Shigella）等以及革蘭氏陽性菌的一些屬都屬於兼性內生，它們不僅存在於植物的內部，而且也常見於土壤。紅蒼白草螺菌（Herbaspirillum rubrisubalbicans）或織片草螺菌（H.seropedicae）隻能生活在高粱和甘蔗等作物組織內（Baldani,1992），它們屬於隻存在於植物內部而在植物根際無法分離到的專性內生細菌。在內生細菌研究中還發現，有些內生細菌可以存在於多種寄主中，而有些內生細菌隻存在單一寄主中，基於與寄主的親和關係，可將內生細菌劃分為專一性和非專一性兩類，大部分內生細菌屬於非專一性。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，成團腸杆菌也可以從玉米、檸檬、黃瓜、土豆上分離到。而重氮營養醋杆菌（Acetobacter）隻存在於甘蔗中。

 

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、免疫技術結合光學（電子）顯微鏡技術、細菌細胞壁的特異成份如脂肪酸和分子生物學方麵的技術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。