道地药材形成的途径之一——植物内生菌
陈美兰 黄璐琦中国中医科学院中药研究所
道地药材是传统公认的品质最优、疗效最佳、产生于某一特定环境并在应用和流通中信誉卓著的一类中药材。近些年来以中医药理论为指导，运用先进的科学技术和现代化手段，采用多学科综合的方法，阐明道地药材的形成规律和实质，使道地药材的研究更加全面和系统，取得了显著成绩，但以往的研究更多重视研究植物体外的外环境影响，而忽略了药用植物体内的内环境，如植物内生菌对道地药材形成的影响。研究表明，植物内生菌可能是道地药材形成的途径之一。
植物内生菌的概念及特点
植物内生菌(endophyte)是指那些在其生活史的一定阶段或全部阶段生活于健康植物的各种组织和器官内部的真菌或细菌，被感染的宿主植物(至少是暂时)不表现出外在病症，可通过组织学方法或从严格表面消毒的植物组织中分离或从植物组织内直接扩增出微生物DNA的方法来产生。即可把植物内生菌理解为植物组织内的正常菌群，它们不仅包括了互惠共利的和中性的共生微生物，也包括了那些潜伏在宿主体内的病原微生物。现证明其在健康植物表皮细胞下、皮层中及维管组织内存在大量的内生真菌、细菌、放线菌等，这些微生物与植物的关系相当紧密，是植物微生态系统中的天然组成成分。苔鲜植物、蕨类植物、裸子植物和被子植物中都发现有内生真菌。
, 百拇医药
内生菌长期生活在植物体内的特殊环境中，植物以其内生菌的组织、细胞及其代谢产物为内环境，而内生菌以宿主植物的组织和细胞及其代谢产物为外环境，两者之间互相进行物质、能量及基因交流，在长期进化过程中与寄主协同进化，在演化过程中两者形成了互惠共生关系：一方面内生真菌可从寄主中吸取营养供自己生长所需；另一方面，内生真菌产生的代谢物能刺激植物的生长发育，提高宿主植物对生物胁迫或非生物胁迫的抵抗能力。内生菌与宿主植物在长期协同进化过程中，彼此构成了稳定的生态关系。
植物内生菌影响道地药材形成
从生物学上说，“道地药材”的形成是基因型与环境之间相互作用的产物，可用公式表示：表型=基因型+环境饰变。所谓表型，指“道地药材”可观察到的结构和功能特性的总和，包括药材性状、组织结构、有效成分的含量及疗效等。这里的环境饰变是指由环境引起的表型的任何不同遗传的变化。基因有产生某一特定表型的潜力，但不是决定这一表型的必然实现，而是决定着一系列的可能性，究竟其中哪一个可能性得到实现，要看环境而定。这里的环境除了植物生长的外部环境如土壤、气候、光照、温度等，还应包括植物体内的内环境。植物体内的内环境可包括生命因子和非生命因子，其中生命因子主要是指植物体内的内生菌。特异性的植物内生菌促进道地药材的形成，具体表现在以下几个方面：
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促进有效成分的生成或积累
植物内生菌侵入寄主植物后，在特定的环境和生理条件下，能胁迫寄主不仅能促进寄主体内次生代谢产物的形成和累积，而且也能将植物体内和外源的化学物质转化产生另一类化合物，产生在正常情况下不能发现的小分子的抗菌物质——“植物保卫素”。目前研究发现，经诱导分泌的植物保卫素的化学结构多是萜类、生物碱、皂甙、黄酮、酚类和多炔类等化合物，这些植物保卫素在药用植物中通常是能产生疗效的有效物质。
促进生长发育
内生真菌促进寄主植物生长发育主要表现在：一方面，内生真菌能影响感染植物体内的物质代谢，提高植物的资源利用效率；另一方面，内生真菌可以产生生长素等激素类物质，促进植物的生长。
提高了对生物胁迫或非生物胁迫的抵抗力
, 百拇医药
非生物胁迫的抗性主要包括干旱和高温耐性，生物胁迫的抗性主要包括阻抑昆虫和食草动物的采食、抵抗病虫害等。Arachevaleta等(1989年)发现，内生真菌感染的高羊茅植株生产力在水分胁迫条件下高于未感染植株。尤其在重度胁迫(-0.5MPa)条件下，当75%的未感染植株死亡时，感染植株全部存活，并且叶卷曲(一种抗旱性状)在感染植株中更为普遍。
植物内生菌对道地药材形成的作用机理
由于植物的内生菌起源于植物的病原菌，内生菌与植物之间的相互关系可能是病原菌与宿主之间的和谐对抗状态。细菌有菌毛、糖须、丝状物、定居因子及K抗原等；放线菌有类毛菌；真菌有尖绒毛等，其化学结构主要有糖蛋白、多糖、脂蛋白、类磷硅酸以及蛋白甘露复合物等，不同的内生菌可能通过上述物质的特异性作用于宿主植物细胞表面相应的受体：。一方面作用于与宿主植物次生代谢相关的基因表达，进而激活或增强宿主植物次生代谢相关酶的活力，促使宿主植物产生新的次生代谢产物或增强产生某些次生代谢产物的能力；另一方面影响植物的物质代谢、产生生理活性物质(生物碱、激素等)来改变植物的生理特性。
总之，道地药材是指质优效佳、具有特定产区且历史悠久的药材，是受长期独特生长环境作用而形成的。道地药材的生长环境不仅包括外部环境，即气候因子、光照、土壤、水分等，也包括道地药材植物本身的体内环境，即植物体内的内生菌、植物体内环境的pH值等。以往关于环境对道地药材形成的影响注重考虑植物外部环境，而对于植物体内的内环境的作用忽视了，特别是植物体内的内生菌的作用。因此，从植物内生菌入手来研究道地药材的形成具有深远的意义。, 百拇医药
道地药材是传统公认的品质最优、疗效最佳、产生于某一特定环境并在应用和流通中信誉卓著的一类中药材。近些年来以中医药理论为指导，运用先进的科学技术和现代化手段，采用多学科综合的方法，阐明道地药材的形成规律和实质，使道地药材的研究更加全面和系统，取得了显著成绩，但以往的研究更多重视研究植物体外的外环境影响，而忽略了药用植物体内的内环境，如植物内生菌对道地药材形成的影响。研究表明，植物内生菌可能是道地药材形成的途径之一。
植物内生菌的概念及特点
植物内生菌(endophyte)是指那些在其生活史的一定阶段或全部阶段生活于健康植物的各种组织和器官内部的真菌或细菌，被感染的宿主植物(至少是暂时)不表现出外在病症，可通过组织学方法或从严格表面消毒的植物组织中分离或从植物组织内直接扩增出微生物DNA的方法来产生。即可把植物内生菌理解为植物组织内的正常菌群，它们不仅包括了互惠共利的和中性的共生微生物，也包括了那些潜伏在宿主体内的病原微生物。现证明其在健康植物表皮细胞下、皮层中及维管组织内存在大量的内生真菌、细菌、放线菌等，这些微生物与植物的关系相当紧密，是植物微生态系统中的天然组成成分。苔鲜植物、蕨类植物、裸子植物和被子植物中都发现有内生真菌。
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内生菌长期生活在植物体内的特殊环境中，植物以其内生菌的组织、细胞及其代谢产物为内环境，而内生菌以宿主植物的组织和细胞及其代谢产物为外环境，两者之间互相进行物质、能量及基因交流，在长期进化过程中与寄主协同进化，在演化过程中两者形成了互惠共生关系：一方面内生真菌可从寄主中吸取营养供自己生长所需；另一方面，内生真菌产生的代谢物能刺激植物的生长发育，提高宿主植物对生物胁迫或非生物胁迫的抵抗能力。内生菌与宿主植物在长期协同进化过程中，彼此构成了稳定的生态关系。
植物内生菌影响道地药材形成
从生物学上说，“道地药材”的形成是基因型与环境之间相互作用的产物，可用公式表示：表型=基因型+环境饰变。所谓表型，指“道地药材”可观察到的结构和功能特性的总和，包括药材性状、组织结构、有效成分的含量及疗效等。这里的环境饰变是指由环境引起的表型的任何不同遗传的变化。基因有产生某一特定表型的潜力，但不是决定这一表型的必然实现，而是决定着一系列的可能性，究竟其中哪一个可能性得到实现，要看环境而定。这里的环境除了植物生长的外部环境如土壤、气候、光照、温度等，还应包括植物体内的内环境。植物体内的内环境可包括生命因子和非生命因子，其中生命因子主要是指植物体内的内生菌。特异性的植物内生菌促进道地药材的形成，具体表现在以下几个方面：
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促进有效成分的生成或积累
植物内生菌侵入寄主植物后，在特定的环境和生理条件下，能胁迫寄主不仅能促进寄主体内次生代谢产物的形成和累积，而且也能将植物体内和外源的化学物质转化产生另一类化合物，产生在正常情况下不能发现的小分子的抗菌物质——“植物保卫素”。目前研究发现，经诱导分泌的植物保卫素的化学结构多是萜类、生物碱、皂甙、黄酮、酚类和多炔类等化合物，这些植物保卫素在药用植物中通常是能产生疗效的有效物质。
促进生长发育
内生真菌促进寄主植物生长发育主要表现在：一方面，内生真菌能影响感染植物体内的物质代谢，提高植物的资源利用效率；另一方面，内生真菌可以产生生长素等激素类物质，促进植物的生长。
提高了对生物胁迫或非生物胁迫的抵抗力
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非生物胁迫的抗性主要包括干旱和高温耐性，生物胁迫的抗性主要包括阻抑昆虫和食草动物的采食、抵抗病虫害等。Arachevaleta等(1989年)发现，内生真菌感染的高羊茅植株生产力在水分胁迫条件下高于未感染植株。尤其在重度胁迫(-0.5MPa)条件下，当75%的未感染植株死亡时，感染植株全部存活，并且叶卷曲(一种抗旱性状)在感染植株中更为普遍。
植物内生菌对道地药材形成的作用机理
由于植物的内生菌起源于植物的病原菌，内生菌与植物之间的相互关系可能是病原菌与宿主之间的和谐对抗状态。细菌有菌毛、糖须、丝状物、定居因子及K抗原等；放线菌有类毛菌；真菌有尖绒毛等，其化学结构主要有糖蛋白、多糖、脂蛋白、类磷硅酸以及蛋白甘露复合物等，不同的内生菌可能通过上述物质的特异性作用于宿主植物细胞表面相应的受体：。一方面作用于与宿主植物次生代谢相关的基因表达，进而激活或增强宿主植物次生代谢相关酶的活力，促使宿主植物产生新的次生代谢产物或增强产生某些次生代谢产物的能力；另一方面影响植物的物质代谢、产生生理活性物质(生物碱、激素等)来改变植物的生理特性。
总之，道地药材是指质优效佳、具有特定产区且历史悠久的药材，是受长期独特生长环境作用而形成的。道地药材的生长环境不仅包括外部环境，即气候因子、光照、土壤、水分等，也包括道地药材植物本身的体内环境，即植物体内的内生菌、植物体内环境的pH值等。以往关于环境对道地药材形成的影响注重考虑植物外部环境，而对于植物体内的内环境的作用忽视了，特别是植物体内的内生菌的作用。因此，从植物内生菌入手来研究道地药材的形成具有深远的意义。, 百拇医药