综述：桑科植物内生菌及其次级代谢产物研究进展

《Plant Signaling & Behavior》：Research progress of endophytes and their secondary metabolites in Morus plants

本综述系统梳理了桑科植物内生菌的多样性与次级代谢产物生物活性，重点阐释了植物-微生物跨界互作机制。文章揭示了内生菌通过固氮解磷、生物诱导等途径促进宿主营养吸收与活性成分（黄酮、生物碱等）积累的分子机制，为农业可持续发展及创新药物研发提供了理论依据。

　　

2 桑科植物内生菌的分离、鉴定与多样性

2.1 内生菌的分离与鉴定技术

桑科植物内生菌主要采用组织表面消毒结合选择性培养基进行分离，平板抑制法常用于筛选拮抗菌。传统鉴定依赖菌落形态和生化特征，现代分子技术如ITS（内转录间隔区）序列分析、16S/18S rRNA（核糖体RNA）基因测序和宏基因组测序显著提升了分类分辨率。宏基因组技术可直接提取环境总DNA，实现非培养条件下的微生物群落功能注释，克服了传统方法对可培养性的依赖。

2.2 内生菌的多样性特征

桑科植物内生菌群落具有显著的物种特异性、组织特异性和品种依赖性。白桑（Morus albaL.）的细菌群落以芽孢杆菌属（Bacillus）、假单胞菌属（Pseudomonas）和链霉菌属（Streptomyces）为主；真菌群落以青霉属（Penicillium）、曲霉属（Aspergillus）和木霉属（Trichoderma）为优势类群。叶片中富含芽孢杆菌和假单胞菌，木质化茎秆以泛菌属（Pantoea）和镰刀菌属（Fusarium）为主，果实中常见酵母菌和乳酸菌，根部则以根瘤菌属（Rhizobium）和丛枝菌根真菌（AMF）为主。抗性品种（如冷抗品种X792）的内生菌α多样性显著高于易感品种，且假单胞菌丰度与过氧化物酶活性呈正相关。季节变化亦影响群落结构，冬季的α多样性高于春秋季，低温适应类群（如变形菌门和厚壁菌门）富集。土壤盐胁迫（100 mmol/L NaCl）下，宿主对根内球囊霉（RI）的依赖性增强；镉（Cd）暴露呈现剂量效应，低浓度（2 mg/kg）通过激活假单胞菌等耐逆类群暂时提升多样性，高浓度（52 mg/kg）则显著降低群落均匀度。健康植株富含芽孢杆菌等促生菌，而染病果实中子囊菌纲（如炭角菌目）丰度显著降低。

3 内生菌次级代谢产物的生物活性

3.1 抗氧化物质及作用机制

桑科植物内生菌产生的蒽醌类和多糖类物质可通过直接清除自由基（如DPPH和ABTS^•+）及螯合金属离子（如Fe3?）发挥抗氧化作用。桑黄（Sanghuangporus sanghuang）多糖SHP-2能显著提升超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化氢酶（CAT）活性，激活Nrf2/ARE信号通路以维持细胞氧化还原稳态。

3.2 抗肿瘤与细胞毒性作用

内生真菌次级代谢产物如大环唑类（macrooxazoles）和聚酮类（polyketides）可通过诱导凋亡、抑制酪氨酸激酶（如EGFR和BTK）等途径发挥抗肿瘤活性。例如，炭疽菌属（Colletotrichum）产生的colletotrichalactone A对MCF-7细胞IC₅₀达8.98 μg/mL。

3.3 降血糖物质及机制

内生菌代谢产物如桑枝内生糙皮侧耳（Trametes hirsuta）的胞外多糖、链格孢属（Alternaria）的β-谷甾醇和熊果酸均能浓度依赖性地抑制α-葡萄糖苷酶和α-淀粉酶，延缓肠道葡萄糖吸收。

3.4 抗菌作用与机制

内生菌通过直接拮抗（如解淀粉芽孢杆菌ZJU1分泌抗菌肽抑制灰霉病菌）和诱导系统抗性（激活几丁质酶和β-1,3-葡聚糖酶）双途径抑制病原菌。其代谢产物如5-甲基梅林（5-methylmellein）对革兰氏阳性菌具选择性抑制。

3.5 抗炎与神经保护活性

内生菌氯仿提取物可抑制脂多糖诱导的巨噬细胞一氧化氮（NO）生成。镰刀菌素（fusarubin）通过调节线粒体能量代谢拮抗谷氨酸诱导的神经元损伤。

4 内生菌与宿主的互作机制

4.1 促生作用

内生菌通过分泌生长素（IAA）、铁载体、解磷解钾及生物固氮直接促进宿主生长。接种假单胞菌G2使桑树株高和生物量提升31.8%–38.5%，伯克霍尔德氏菌（Burkholderia）的固氮酶活性显著增强土壤氮有效性。

4.2 增强逆境耐受性

盐胁迫下，菌根真菌（如FM和RI）通过提升光合色素含量、调控K?/Na?平衡及抗氧化酶活性缓解胁迫损伤。丛枝菌根真菌还可诱导桑树ABCG基因表达，促进铅向地上部转运，修复效率提升2.3倍。

4.3 次级代谢产物调控

真菌多糖等生物诱导剂通过NO-Ca2?-MAPK信号轴激活甲羟戊酸（MVA）途径，促进桑黄三萜合成；酵母提取物（YE）与茉莉酸甲酯（MJ）协同上调苯丙烷代谢关键酶（如PAL），使桑皮苷A（MuA）产量提升2.3倍。

4.4 毛状根培养与规模化生产

发根农杆菌（Agobacter rhizogenes）通过Ri质粒T-DNA整合rolB/rolC基因，诱导形成激素自主型毛状根。菌株LBA9402转化效率达92.7%，其诱导的毛状根中白桦脂醇产量为5.44 mg/g DW。联合诱导剂（甲基-β-环糊精+H₂O₂+MgCl₂）可使羟基白藜芦醇产量提升13.93倍，结合生物反应器技术可实现次级代谢产物的工业化生产。

5 总结与展望

桑科植物与内生菌通过代谢互惠构建协同进化网络。未来需聚焦时空动态互作机制解析、合成菌群生态安全评估及多组学导向的代谢工程，为靶向调控技术开发提供理论支撑。