三、植物内生细菌的生态学作用

 

人们将植物看作是一个复杂的微生态系统，此系统中存在着一系列不同的栖息者即各种细菌，它们不仅可以存在于植物的外部表面（附生细菌），也可以存在于植物的内部组织。在植物微生态系统中，不同微生物（细菌、真菌）能够相互作用，并建立一种生态平衡，植物与微生物之间形成一种复杂的微生态关系。内生细菌的存在可以促进植物对恶劣环境的适应，加强系统的生态平衡，保证宿主植物的健康生长。

 

（一）植物内生细菌生物多样性

 

内生细菌普遍存在于目前研究过的多种陆生及水生植物中。在各种农作物及果树等经济作物中发现的内生细菌已超过129种（隶属于54个属）。这些内生细菌大多为土壤微生物种类，其中假单胞菌属（Pseudomonas）、芽孢杆菌属（Bacillus）、肠杆菌属（Enterobacter）、以及土壤杆菌属（Agrobacterium）为最常见的属（邹庆欣等，1999）。另外，在甘蔗、玉米、水稻等禾本科农作物中还发现多种能固氮的内生细菌，已引起学术界的高度关注（宋子红等，1999）。（见表1-2）

 

（二）植物内生细菌的来源

 

有证据表明，植物内生菌是从病原菌演化而来的。在与宿主植物长期的共同进化过程中，一方面病原菌可能发生影响其毒力的基因突变，病原菌侵入宿主后在宿主中生长繁殖而对宿主不产生毒害，不使宿主出现病症，因而变成内生菌。如炭疽菌（Colletotrichum magna）是世界上许多瓜类作物的主要病原真菌之一，但Freeman和Rodriguez（1993）发现的一个突变株可像内生菌那样生活在宿主体内，不仅不引起病症，反而可以激活宿主的防御系统，使之免受炭疽菌和镰刀菌等病原菌的侵害。另一方面，当侵入的病原菌毒力与宿主的防御能力处于平衡时，病原菌也就以内生菌的方式存在于植物体内（Sieber等，1990；Schulz等，1999）。有关内生细菌的来源目前普遍接受以下两种假说（McInory等，1994）：一种观点认为内生菌来自植物表面，Mundt对27种不同植物种子和胚珠中的内生细菌进行了分离鉴定，所获内生细菌涉及19个属、46个种，其中8个属、31个种的分离频率很高，认为它们来自植物表面；另一种假说是内生细菌来源于根际。土壤中普遍存在的内生细菌种类包括芽孢杆菌属(Bacillus)、土壤杆菌属(Agrobacterium)、肠杆菌属(Enterobacter)及棒状杆菌群的纤维单孢菌属(Cellulomonas)和节杆菌属(Arthrobacter)等。McInory等（1994）对棉花和甜玉米的内生细菌调查也发现两种植物根部和茎部栖息着许多相同分类单元的细菌，而且根中的细菌数量大于茎中，且大部分分类单位与土壤中常见的细菌相同，进一步证明这些内生细菌起源于土壤，并由根际进入植物组织内。

 

（三）植物内生细菌的侵入途径、存在方式及体外传播

 

内生细菌进入植物体内的途径包括两种即自然孔口（如侧生根发生处、气孔、皮孔、水孔等）和伤口（如根伤或其它微生物引起的伤口等）（Kluefel D A , 1993）。细菌进入植物体后又如何系统地分布于植物体内，

目前了解的不多，一般认为内生细菌进入根皮层，利用某些酶类或物理作用通过皮层间隙向纵深进入，细菌在内皮层细胞壁未加厚的位置侵入中柱，随后进入导管，细菌借着蒸腾作用向植物的其它部位扩展（安千里等，1999）。研究者在对内生细菌研究的过程中发现，细菌可以通过维管束系统进入种子，也可以通过禾谷类花粉通道，成熟种子的种脐、种皮的裂缝开口、种子荚、种皮背部索状细胞和种脊进入种子，或能够通过次生根进入分生组织（杨海莲等,1998）。

 

内生细菌的远距离传播可以通过种子或动物的取食两种途径，昆虫作为传播载体对内生细菌的传播不亚于病毒。从刺食甘蔗叶鞘的种粉虫中分离到固氮醋酸杆菌（Ashbolt等，1990）。

 

关于内生细菌在植物组织中的存在方式，按照Lynch观点，将内生细菌的存在方式归于四组概念进行描述：依赖性（专性、兼性），忍耐性（持久、暂时），专一性（专一性、非专一性），定位（外部、内部）。目前内生细菌中如假单胞菌属、肠杆菌属、沙雷氏菌属、产碱菌属（Shigella）等以及革兰氏阳性菌的一些属都属于兼性内生，它们不仅存在于植物的内部，而且也常见于土壤。红苍白草螺菌（Herbaspirillum rubrisubalbicans）或织片草螺菌（H.seropedicae）只能生活在高粱和甘蔗等作物组织内（Baldani,1992），它们属于只存在于植物内部而在植物根际无法分离到的专性内生细菌。在内生细菌研究中还发现，有些内生细菌可以存在于多种寄主中，而有些内生细菌只存在单一寄主中，基于与寄主的亲和关系，可将内生细菌划分为专一性和非专一性两类，大部分内生细菌属于非专一性。荧光假单胞菌可以从菜豆、小麦、番茄、柠檬、甜菜和玉米上分离到，成团肠杆菌也可以从玉米、柠檬、黄瓜、土豆上分离到。而重氮营养醋杆菌（Acetobacter）只存在于甘蔗中。

 

内生细菌在植物体内的检验方法较多，如利用抗生素突变体、免疫技术结合光学（电子）显微镜技术、细菌细胞壁的特异成份如脂肪酸和分子生物学方面的技术如向内生细菌中转入某些显性基因或利用细菌的特异性基因片段如16sRNA等。但目前利用较多是抗抗生素突变体和免疫技术。