Epichlo?内生真菌对禾草病原真菌的抑制作用及其与麦角碱的相关性

《Microorganisms》：Effect of Epichlo? Endophytes on Growth of Grass Pathogenic Fungi Cuiling Wan, Xiuzhang Li and Qian Shi

本研究通过体外共培养实验证实，来自中华羊茅、醉马草和短芒大麦草的12株Epichlo?内生真菌菌株，对五种禾草病原真菌（链格孢菌、禾谷离蠕孢、弯孢菌、燕麦镰刀菌、红斑德氏霉）的菌落生长和孢子萌发均具有显著抑制作用。研究定量测定了菌株液体培养物中麦角新碱（ergonovine）和麦角胺（ergine）的浓度，并发现这两种生物碱的浓度与真菌抑制率呈正相关，为将Epichlo?内生真菌开发为农业系统中的生物防治剂提供了直接证据。

　　

材料与方法

本研究采用了来自三种不同禾本科植物的十二株Epichlo?内生真菌菌株，分别从中华羊茅、醉马草和短芒大麦草的植株中分离获得，样本采集自中国甘肃省和青海省的六个不同地点。所有实验材料均通过显微鉴定确认其内生真菌感染状态。实验选用五种重要的禾草病原真菌作为靶标，包括链格孢菌、禾谷离蠕孢、弯孢菌、燕麦镰刀菌和红斑德氏霉。

研究采用体外对峙培养法评估内生真菌对病原真菌菌落生长的抑制作用，通过测量并比较处理组与对照组的菌落直径，计算抑制率。同时，收集了内生真菌的液体培养物上清液，评估其对病原真菌菌落生长和孢子萌发的影响，并详细记录了孢子萌发的抑制率。为探究生物碱在抗真菌活性中的作用，采用高效液相色谱法精确测定了各Epichlo?菌株液体培养物中两种麦角生物碱（麦角新碱和麦角胺）的浓度。所有数据均通过统计分析软件进行处理，利用冗余分析探讨了生物碱浓度与真菌抑制率之间的相关性。

结果

实验结果表明，所有12株Epichlo?内生真菌菌株对五种病原真菌的菌落生长和孢子萌发均表现出不同程度的显著抑制作用。其中，来自醉马草的菌株A1对禾谷离蠕孢的菌落生长抑制效果最强，抑制率达到73.24%。而在孢子萌发抑制方面，来自中华羊茅的菌株F2对禾谷离蠕孢的抑制率最高，达到87.73%。相比之下，来自短芒大麦草的菌株H2和H3分别对燕麦镰刀菌的菌落生长和孢子萌发表现出最弱的抑制效果。

不同内生菌株对同一病原菌的抑制效果存在显著差异，同一菌株对不同病原菌的抑制效果也各不相同。总体而言，禾谷离蠕孢是对内生真菌抑制作用最敏感的病原菌。冗余分析揭示，内生真菌液体培养物中麦角新碱和麦角胺的浓度与对五种病原真菌的抑制率呈正相关，但这种相关性的强度因病原菌和生物碱种类的不同而有所差异。具体来说，麦角新碱的浓度与对红斑德氏霉、链格孢菌、禾谷离蠕孢和弯孢菌的抑制率相关性更强，而麦角胺则与对燕麦镰刀菌的抑制率表现出更强的相关性。菌株A1和A2具有最高的麦角新碱浓度，同时对禾谷离蠕孢和弯孢菌的抑制效果也最强。而菌株F4、H2、H3和H4的生物碱浓度相对较低，对病原菌的抑制活性也普遍较弱。

讨论

内生真菌增强宿主植物抗病性的机制可能涉及多种途径，包括直接抑制病原真菌孢子萌发、激活宿主植物的防御反应，以及产生具有抗真菌活性的次级代谢产物。本研究发现，不同Epichlo?菌株的抑制活性存在显著差异，这种差异与菌株来源的宿主植物种类、地理起源以及菌株自身的遗传背景密切相关。例如，从不同地理位置的同种植物醉马草中分离的菌株A1/A2和A3/A4，对红斑德氏霉和弯孢菌的抑制率就存在显著不同。即使是从同一地点同一宿主植物中分离的不同菌株，其对病原菌的抑制谱和强度也可能不同，这暗示了菌株间存在遗传异质性。

研究还观察到，内生真菌在固体培养基和液体培养基条件下对病原菌的抑制活性存在差异。在固体培养基对峙培养中，抑制作用可能主要通过菌丝直接接触、重寄生或营养与生态位竞争实现。而在液体培养条件下，内生真菌主要通过分泌抗菌化合物（如生物碱、倍半萜、吲哚衍生物等）发挥作用。这种条件依赖性的差异表明，内生真菌的抗菌机制是复杂且多样的。

尽管所有测试菌株在体外均表现出显著的抑制作用，但需要谨慎看待这些结果在田间实际应用中的潜力。内生真菌在人工培养基中产生的抗菌物质，其种类和数量可能与在植物体内共生状态下产生的有所不同。此外，生物碱等次级代谢产物的产量在共生体系中可能远高于内生真菌单独培养时。因此，未来的研究应致力于鉴定这些Epichlo?内生真菌产生的具体拮抗化合物，并阐明其在植物-内生真菌-病原菌互作体系中的作用机制。这项研究为深入理解Epichlo?内生真菌的生物防治潜力提供了新的证据，并为其在农业系统中作为一种可持续的植物病害管理策略的开发奠定了重要基础。