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植物内生真菌指生活在植物组织内部而不引起植物明显症状改变的菌。由于植物内生菌的次生代谢产物极其丰富,并具有抗真菌、抗肿瘤、杀虫、刺激植物生长等多种生物活性,故是近年来微生物学和药物化学等学科的研究热点。
我国药用植物资源极为丰富,云南更具植物王国的美称,对其内生菌及其活性代谢产物的研究将有利于我国珍稀濒危药用植物资源的保护和微生物药物的开发。本文以云南大围山国家级自然保护区的断肠草(Beaumontia brevituba)、百花蛇舌草(Hedyotis diffusa)和重楼(Paris polyphylla)等九种药用植物及金沙江干热河谷元谋段的曼陀罗(Datura stramonium)、小桐子(Jatropha curcas)和牛角瓜(Calotropis gigantean)三种药用植物为研究对象,对其内生真菌进行了分离研究,同时筛选出一批抗真菌、抗肿瘤活性菌株,并对分离自马尾树 (RhDiptelea chiliantha)的广谱抗真菌活性菌株D4115和分离自法夏(Arisaema erubescens)的抗肿瘤活性菌株D126的活性代谢产物进行了进一步研究,目的在于揭示云南药用植物内生真菌的多样性、活性菌株的分布及其活性代谢产物的特点,从而为植物一真菌生态关系的研究以及药用植物内生真菌资源的开发利用提供依据。
从云南大围山和元谋采集的马尾树、重楼和白花蛇舌草等十二种药用植物中共分离到内生真菌263株。以香蕉疫霉(Phytophthora nicotianae)、杨桃炭疽菌(Colletotrichum gloeosporioides)和腐皮镰孢霉(Fusarium solani)等七种植物病原真菌作指示,对部分菌株进行了抗真菌活性筛选。结果表明,每一种植物都有抗真菌活性菌株的分布,共有37株(占供试菌的28.5%)显示出对至少一种植物病原真菌的抑菌活性。其中,马尾树的活性菌株分离频率最高,占该植物供试菌株的62.5%,其次为法夏和乌头(Aconitum carmichaeli),活性菌株的分离频率为57.1%,而木瓜红(Rehderodendron sp.)的分离频率最低,为12.5%。在抗真菌活性菌株中,40.0%的菌株只能抑制一种病原菌,仅12.8%的菌株能抑制5种以上的供试菌,显示出广谱抗菌活性。
在抗肿瘤活性筛选中,为缩小MTT法筛选范围,我们以卤虫模型进行初筛。结果表明,56.9%(74株)的菌株LD<,50>≥4,39.2%(50株)的菌株LD<,50>≥8,而仅有25.4%(33株)的菌株LD<,50>≥16。可见,随着稀释度的增加,杀卤虫活性菌株数逐渐减少,各菌株杀卤虫活性的强度也逐渐减弱。
以人胃癌细胞株BGC-823为指示对LD<,50>≥16的33株菌进行MTT法体外细胞毒实验,结果表明,共有12株菌(9.2%)显示了细胞毒活性,抑制率从39.24%到100%不等。其中有7株的抑制率为100%。以人白血病细胞株K562对这7株菌作进一步分析,结果发现菌株D126和MT13的抗肿瘤活性较强,IC<,50>分别为1:438和1:919。在这些植物中,小桐子的抗肿瘤活性菌株分离频率最高,为37.5%,其次为曼陀罗,为25.0%,而乌头、木瓜红、大花八角(Illicium macranthum)和重楼中未分离到抗肿瘤活性菌株。
经形态学鉴定,这些抗真菌和抗肿瘤活性菌株分属于拟盘多毛孢属(Pestalotiopsis)、拟茎点霉属(Phomopsis)和链格孢属(Alternaria)等32个分类单元。
对分离白马尾树的抗真菌活性菌株D4115的代谢产物进行了活性跟踪分离、纯化,共得到纯化合物11个,根据核磁共振谱(NMR)、质谱(MS)、红外光谱(IR)以及紫外光谱(UV)等波谱数据已鉴定出其中3个化合物的结构,它们分别是:2,3-dihydro-1-(2,3,4,5-tetrahydro-2,6,-dihydroxy-4-oxobenzo[b]azepin-1-y1)-2,6-dihydroxy-1H-benzo[b]azepin-4(5H)-one(LF9-1)、麦角甾醇过氧化物(5α,8α-epidioxy-(22E,24R)-ergosta-6,22-diene-3β-ol)(LF13-1)和邻苯二甲酸(2-乙基己基)酯(LF14-1),其中化合物LF9-1为新化合物,化合物LF14-1为首次从微生物代谢产物中分离得到。经抗真菌活性检测表明,化合物LF9-1对杨桃炭疽菌,腐皮镰刀菌,轮枝孢和木霉四种检测菌具有抑菌活性,其最小抑菌浓度分别为130μg/片、110μg/片、140μg/片和110μg/片。而其它2个化合物对所检测的6种植物病原菌均没有抑菌活性。
菌株D4115经形态学特征被鉴定为胶孢炭疽菌〔Colletotrichum gloeosporioides (Penz.)Penz.& Sacc〕,经rDNA ITS测序及序列联配分析后,鉴定为围小丛壳菌 (Glomerella cingulata(Stonem.)Spauld.& Schrenk),即胶孢炭疽菌的无性型,与形态鉴定结果一致。
对分离自法夏的抗肿瘤活性菌株D126的次生代谢产物进行了分离、纯化,共分离得到纯化合物5个。根据波谱数据鉴定出了其中2个化合物的结构,分别是:布雷菲德菌素A[γ,4-Dihydroxy-2-(6-hydroxy-1-heptenyl)-4-cyclopentanecrotonic acidλ-lactonel,(Brefeldin A,BFA)(YM1) 和麦角甾醇过氧化物 (5α,8α-epidioxy-(22E,24R)-ergosta-6,22-diene-3β-01) (YM4),二者均为已知化合物。经抗真菌活性检测表明,BFA对黑曲霉,杨桃炭疽菌和轮枝孢三种检测菌具有抑菌活性,最小抑菌浓度分别为5μg/片、150μg/片和150μg/片。而化合物YM4对所检测的6种植物病原菌均没有抑菌活性。经MTT法体外抗肿瘤活性检测表明,BFA对人Burkitts淋巴瘤细胞株Raii和人膀胱癌细胞株BIU-87具有较强活性,IC<,50>小于10ng/ml,是阳性对照DDP活性的70倍,对人非小细胞肺腺癌细胞株A549的<,50>为3.2μg/ml,接近阳性对照DDP的活性,而对人肝癌细胞株HepG2则无活性。化合物YM4则对上述4种细胞株均无活性。
菌株D126经形态学特征被鉴定为布氏正青霉 (EupenicilHum brefeldianum),其rDNA ITS测序及序列联配分析结果支持了形态学的鉴定结果。
本工作揭示了云南12种药用植物中存在丰富的内生真菌及种属多样性。从每一种植物中均分离到抗真菌活性菌株,菌株D4115产生的抗真菌活性成分2,3-dihydro-1-(2,3,4,5-tetrahydro-2,6,-dihydroxy-4-oxobenzo[b]azepin-1-y1)-2,6-dihydroxy-1H-benzo[b]azepin-4(5H)-one 以及菌株D126产生的抗肿瘤活性物质布雷菲德菌素A的发现,都进一步表明云南药用植物内生真菌是研究和开发抗真菌和抗肿瘤药物的宝贵资源。