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药用植物根际土壤放线菌的研究进展

2016-05-25晏丽

科技视界 2016年12期
关键词:放线菌根际药用植物

晏丽

【摘 要】本文系统地阐述了药用植物根际放线菌资源的种类和次级代谢产物的多样性,以及植物根际土壤放线菌的研究方法,以期为药用植物资源的综合开发利用、科学保护提供理论依据。

【关键词】药用植物;根际;土壤;放线菌

【Abstract】This paper systematically describes the type of the medicinal plant rhizosphere actinomycete resources and the diversity of the secondary metabolites of , and the research methods on plant rhizosphere soil actinomycete ,in order to provide theoretical basis for the comprehensive development and utilization of medicinal plant resources and scientific protection.

【Key words】Medicinal plant; Rhizosphere soil; Actinomycetes

泪腺感染病灶分离出的链丝菌(streptothrix),使人们开始认识放线菌。土壤是放线菌在陆地上的主要习居场所,无论在数量和种类上都是最多的,土壤中放线菌的数量和种类会受到土壤性质、季节、营养物质的含量、地面植被等诸多条件的影响。放线菌及其代谢产物的应用极其广泛,覆盖了人类生产生活的各个方面,是人们深入研究的微生物类群,但随着越来越多的放线菌被发现,从普通生境获得新的放线菌已非常困难,人们开始从特殊生境中寻找放线菌。

1 药用植物根际放线菌的多样性

药用植物入药部分大多为其根部,说明根部一般含有较多的药效成分,在根部与土壤之间进行物质交换的过程中,会分泌一些特殊的成分进入根际土壤,作用于周围的根际微生物。由于长期受药用植物根系分泌物质的影响, 周围微生物的种类、数量以及活性代谢产物会明显有别于其它植物根际和非根际微生物。目前从药用植物根际土壤中分出的常见放线菌主要有链霉菌(Streptomyces )和诺卡氏菌属(Nocardia) 、小单孢菌属(Micromonospora)等。我国气候类型及地貌种类多样,孕育着种类丰富的野生药用植物资源,并且我国的中医、草医有着悠久的使用药用植物的历史,但是现在被深入研究过的大概只有数百种,这说明药用植物及其相关生境微生物具有很大的研究潜力。

1.1 药用植物根际放线菌种类的多样性

在植物根际土壤中放线菌种类很多,药用植物根际土壤中常见的放线菌种类见表1。赵坷[1]从采自攀西地区的7 种药用植物根际土壤中共分离出196 株放线菌,分别属于7 个亚目,10 个科,14 个属 ;袁丽杰等[2]从60 种药用植物根际土壤分离出 959 株根际放线菌,分别属于 17 个不同的属,些都充分显示了药用植物根际放线菌的类群和数量多样性。

1.2 药用植物根际放线菌代谢产物的多样性

微生物产生的次级代谢产物数量多,种类丰富,在与植物长期的进化中相互选择、不断地适应多变的又特殊的环境等,使得这些次级代谢产物在结构和性质上得到优化,具有独特性和多样性。因此,从植物相关的环境中寻找结构新颖或具有相关生物学活性的放线菌次级代谢产物具有很强的可行性。从文献中可见,迄今为止人们从上百种与植物相关的微生物(植物内生菌和植物根际菌)中获得了超过400个拥有新颖化学结构或有用的生物学活性的天然代谢产物。但是,在次级代谢产物的研究中,有关植物根际微生物的研究没有植物内生菌的研究普遍,仅有少数实验室有此方面的研究报道。

2 植物根际土壤放线菌的研究方法

植物根际土壤中放线菌的分离主要采用纯培养和免培养两种方式。纯培养方法通过配制合适的培养基,控制温度,模拟放线菌的生存环境,用一定的抑制剂抑制细菌和霉菌的生长,从而获得某一样本中放线菌的多样性及其分布。但现在有研究表明自然界中绝大多数微生物按目前的条件还不能被培养,可培养微生物的数量还不到总量的1%。免培养法主要采用直接分离DNA、核酸杂交、宏基因组DNA等现代科技手段直接研究样本中放线菌的多样性,可以一定程度地弥补纯培养的不足。

2.1 纯培养技术

纯培养技术进行微生物群落结构分析的基础主要是样本中物种的组成。由于其可以直观地对研究对象进行形态观察,所以可以直接评估植物根际微生物的多样性。因此,该方法广泛应用于药用植物根际土壤微生物多样性的研究中。该方法的最大缺点是得到的微生物往往具有很大重复率,需要后期排重。适度微波、超声波、适当的温度预处理样本可使放线菌孢子活化,以便获得更多放线菌。纯培养时一般根据分离对象生存环境、营养需求的不同配制特定的培养基并选用不同的抑制剂来选择性分离放线菌。由于不同种类放线菌在生长速度上会存在差别, 因此可以在培养时适时地控制和延长培养时间,这样可以较好地分离出生长速度不同的放线菌,以达到最佳的分离效果。而同一样品采用不同的培养基或添加不同抗生素也会分离得到不同放线菌菌株。彭云霞[8]发现分离培养基加50~75μg/mL重铬酸钾,可有效抑制真菌和细菌,而又不抑制放线菌,从而大大提高放线菌的出菌率。添加两种抑制剂:100μg/mL的放线酮或制霉菌素+20μg/mL的萘啶酮酸和50μg/mL的重铬酸钾都能有效提高放线菌的出菌率。

2.2 免培养技术

随着分子生物学技术的发展以及基因测序继续的费用的降低,免培养技术成为研究微生物多样性的另一种重要手段。免培养技术是采用分子生物学技术直接对未培养微生物进行研究,这样就能绕过分离培养等步骤.比如直接提取样本中相关微生物的宏基因组,再利用DNA探针了解包含的微生物类群。这样获得的环境样本微生物的多样性比较直观,避免了重复出现的菌落导致的误差,而且有可能得到未知的微生物基因。而该方法最大的缺点是所获得微生物有些难以实现实验室的培养。免培养技术能够快速全面地调查环境中微生物的多样性 尤其是能获得难以分离培养的微生物的信息。

值得注意的是,苗翠苹[9]分别用纯培养和免培养的方式对三七根际土壤的放线菌多样性进行研究发现,纯培养和免培养都发现了链霉菌类群,纯培养中链霉菌占相当高的比例,而免培养检测到的量并不突出。纯培养中分离到了一些类群,高通量测序反而没有检测到。这一现象在其它环境相关的研究中也有报道,曹艳茹[10]在研究动物类便放线菌多样性中,从7种动物粪便中分离到24个属的放线菌,而免培养仅检测到9个属的放线菌。

药用植物因其独特的药理作用具有很大的分离新种微生物及新的活性物质的潜能。而与药用植物相关的微生物极有可能产生有药效的活性物质,这就可以弥补野生药用植物生长周期长、产量低、不可再生等限制。因此,研究药用植物根际放线菌对新菌种及抑菌活性物质的发现及野生药用植物资源的开发利用及保护都有重要的理论意义和实际价值。

【参考文献】

[1]赵珂.攀西地区药用植物内生及根际放线菌的多样性与抗菌活性研究[D].四川农业大学,2010.

[2]袁丽杰,章广玲,张玉琴,等.药用植物根际放线菌的种群多样性生物活性初步研究[J].中国抗生素杂志,2009,34(8):463-469.

[3]江曙,段金廒,严辉,等.当归根际微生物种群结构与生态分布的研究[J].中国中药杂志,2009,34(12):1483-1488.

[4]赵晓锋,唐明.油松菌根根际放线菌的分离与鉴定[J].西北植物学报,2010,30(10):2103-2109.

[5]钟凯.姜黄根际放线菌的分离与次生代谢产物的成分分析[D].四川农业大学,2011.

[6]黄小龙,陈吉良,李建平,等.热带药用植物根际放线菌的分离、鉴定及生物活性分析[J].生物技术通报,2012(2):121-127.

[7]袁丽杰,朱丽华,张玉琴,等.一株药用植物根际放线菌的分离鉴定及其生物活性初探[J].安徽农业科学,2011,39(30):18424-18427.

[8]彭云霞.稀有放线菌的选择性分离方法[J].云南大学学报:自然科学版,2007,29(1):86-89.

[9]苗翠苹.三七根际土壤微生物的群落特征[D].云南大学,2015.

[10]曹艳茹.动物粪便放线菌多样性及生物活性研究[D].西北农业科技大学,2012.

[责任编辑:汤静]

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