全 文 ：中国科学: 生命科学 2011年 第 41卷 第 5期: 422 ~ 426

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英文版见: Zhang X X, Li C J, Nan Z B. Effects of cutting frequency and height on alkaloid production in endophyte-infected drunken horse grass (Achnatherum
inebrians). Sci China Life Sci, 2011, 54, in press
《中国科学》杂志社
SCIENCE CHINA PRESS
论 文
刈割高度和频度对醉马草(Achnatherum inebrians)
内生真菌共生体麦角生物碱的影响
张兴旭, 李春杰*, 南志标
兰州大学草地农业科技学院, 草地农业系统国家重点实验室, 兰州 732000
* 联系人 E-mail: chunjie@lzu.edu.cn
收稿日期: 2011-03-30; 接受日期: 2011-04-23
国家重点基础研究发展计划(批准号: 2007CB108902)、国家自然科学基金(批准号: 30771531)、新世纪高校优秀人才支持计划(批准号:
NCET-08-0256)和中央高校基本科研业务费(批准号: LZUJBKY-2009-156)资助项目

摘要 在温室条件下, 通过高效液相色谱法, 测定了不同刈割高度(2.5, 5.0 和 7.5 cm)和刈割频
度(1 周 1 次和 2 周 1 次)对醉马草甘肃内生真菌共生体产生麦角酰胺和麦角新碱量的影响. 前 4
个月醉马草中生物碱的含量基本成线性增加, 在不同刈割高度处理中, 7.5 cm的刈割高度条件下
生物碱含量要高于 2.5 cm的刈割高度; 在刈割频度处理中, 两周刈割一次生物碱含量要高于 1周
刈割 1 次. 实验过程中检测到生物碱含量最高值可达最低值的 2~3 倍. 上述结果表明, 如果将醉
马草内生真菌应用于植物保护, 必须意识到潜在的植物管理因素(刈割频率或者播种密度等)的实
施可能会降低或者提高植物保护的水平, 相同的管理因素也可能影响其他禾草-内生真菌共生体
中生物碱的含量, 所以管理因素对禾草-内生真菌共生体产碱的影响将会是未来一个非常有趣的
话题.
关键词
内生真菌
醉马草
刈割高度
刈割频度
麦角酰胺
麦角新碱



禾草内生真菌是指在禾草体内渡过全部或大部
分生活周期, 而宿主并不表现出任何症状的一类真
菌, 主要有 Epichloë 和 Neotyphodium 两个属, 已经
在许多冷季型的禾草中发现和报道[1,2]. 目前有关禾
草内生真菌的研究主要集中在黑麦草属(Lolium)和
高羊茅属(Festuca)等属的禾草, 因为这些禾草-内生
真菌共生体可以产生一系列对草食动物有毒的生物
碱[3~8].
醉马草(Achnatherum inebrians)是中国北方天然
草原主要的烈性毒草之一, 对家畜有毒, 广泛分布于
中国的甘肃、新疆、青海、内蒙古、宁夏和西藏等省、
自治区的干旱和半干旱以及高原和亚高原地区[9]. 通
常在饲草供应不足的季节, 家畜误食此草后都会发
生中毒现象, 研究表明甘肃内生真菌(Neotyphodium
gansuense)的侵染是导致取食醉马草动物致毒的主要
原因[10,11]. 但是, 内生真菌的侵染同时也赋予了醉马
草植株很强的竞争力, 主要表现在, 内生真菌可以提
高醉马草抗非生物逆境[11]和生物逆境胁迫[12~14]的能
力. 研究发现, 内生真菌侵染的醉马草植株中含有高
浓度的麦角酰胺和麦角新碱[15,16].
研究影响禾草-内生真菌共生体产生物碱的因素
一直是一个热门课题. 在草坪建植过程中, 一般都会
采取一系列的管理措施来提高草坪草中生物碱的含
量以此来达到阻止昆虫和其他草食动物的取食的目
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的 [17~20]. 通过管理措施的实施, 也可以使家畜取食
中毒的损失降到最低. Salminen和Grewal[21]的研究发
现, 刈割频度的增加可以降低内生真菌侵染的黑麦
草(Lolium perenne)和高羊茅(Festuca arundinacea)中
一些生物碱的含量. Salminen 等人[22]的研究也表明,
刈割高度的增加有助于内生真菌侵染的黑麦草和高
羊茅中一些生物碱含量的积累. 这两个研究结果可能
代表了禾草-内生真菌共生体在刈割管理中的一般反
应, 为了验证这个假设, 本研究用一种新的禾草-内生
真菌共生体, 即醉马草-内生真菌共生体进行实验.
1 材料与方法
以被甘肃内生真菌侵染的醉马草为研究对象, 参
照 Salminen 和 Grewal[21]的刈割频度实验和 Salminen
等人[22]的刈割高度实验方法在恒温室进行实验.
1.1 植物培养
实验所用的醉马草种子于 2005 年 9 月采自兰州
大学草地农业科技学院醉马草实验地种植的内生真
菌侵染的醉马草植株. 挑选颗粒饱满, 目测健康的醉
马草种子播种于塑料花盆(30 cm×25 cm×8 cm), 培养
基质为 160℃条件下灭菌 6 h 的沙壤土. 每盆播种 5
行, 每行 10 粒种子, 播种后置于室温为 22℃的恒温
室培养, 光周期为白天/黑夜=16 h/8 h. 播种后 3~4 天
幼苗出土, 植物生长灯采用人工电源, 根据生长需要
进行浇水. 幼苗生长一个月后, 在处理开始前保持离
地面 5 cm 生长高度.
1.2 刈割高度处理
播种后 6 周, 开始进行刈割高度处理. 实验设 3
刈割高度(2.5 cm, 5.0 cm 和 7.5 cm)处理, 3 次重复, 完
全随机地排列, 分别在刈割后 1 个月, 2 个月, 3 个月
和4个月后4次取样, 共36盆. 每周进行刈割处理, 每
次取样只取各盆中央 1/4的地上生物量. 取样后, 立刻
用液氮冷冻处理保鲜, 然后用小型植物粉碎机粉碎成
粉末保存在−80℃冰箱中以备生物碱检测之用.
1.3 刈割频度处理
实验设每周 1次和两周 1次两个刈割频度处理, 3
次重复, 4 次取样, 共 24 盆. 每次刈割后植株离地面
的高度为 5.0 cm. 取样和前处理同 1.2.
1.4 生物碱提取
生物碱的提取参考 Miles 等人[15]的方法并作了
改进. 称取 50 mg 冷冻干燥的地上部分用 Agilent
1100 series 高效液相色谱系统 (Agilent, USA)进行定
量检测. 以ZORBAX-XDB C18反相(250 mm×4.6 mm,
5 μL)色谱柱(Agilent, USA), 流动相流速 1 mL/min, 进
样量 20 uL, 以 VWD 紫外监测器(Agilent, USA)进行
检测 . 流动相 A: 0.1 mol/L NH4OAc, B: 乙睛 /0.1
mol/L NH4OAc=3/1, 按照 95% A 液 10 min, 80% A 液
10 min, 50% A 液 1 min, 95% A 液 10 min 流动相配比
与时间, 检测波长 312 nm. 通过色谱数据工作站软
件(ChemStation for LC Rev. A. 10.01, USA)监测进程
并测定峰值面积, 根据标准样品确定的相关方程和
样品稀释的倍数, 计算两种生物碱的浓度. 麦角新碱
标样购自美国 Sigma-Aldrich 公司中国分公司, 麦角
酰胺标样由捷克科学院微生物研究所 Miroslav
Flieger 博士惠赠.
1.5 数据统计和分析
麦角生物碱各刈割高度之间的差异以及刈割频
度随时间变化的差异, 采用 SPSS 13.0 统计软件进行
单因素方差分析(ANOVA), 并进行刈割高度或刈割
频度处理与刈割时间之间的互作分析(P=0.05).
2 结果
2.1 刈割高度
随着生长时间的加长, 共生体中麦角新碱和麦
角酰胺的含量均呈极显著增加(P<0.001)的趋势. 随
着刈割高度的增加, 两种生物碱的含量近乎呈线性
增加 . 整个实验过程中 , 麦角新碱的含量显著
(P<0.05)高于麦角酰胺的近乎 2 倍. 刈割高度和刈割
时间之间有互作效应, 实验期内, 刈割高度处理对麦
角生物碱的影响小于刈割时间(图 1).
不同的刈割高度处理下麦角酰胺的含量差异显
著(P<0.05), 但是在处理后第 3 个月, 2.5 和 5.0 cm 两
个刈割高度没有显著差异(P>0.05). 不同的刈割时间
之间差异显著(P<0.05) (图 1(A)).
不同的刈割高度处理下麦角新碱的含量差异显
著(P<0.05), 但是在处理后第 1 个月, 2.5 和 5.0 cm两
个刈割高度没有显著差异(P>0.05), 在处理后第 4 个
张兴旭等: 刈割频度和高度对醉马草(Achnatherum inebrians)内生真菌共生体麦角生物碱的影响

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月, 5.0 和 7.5 cm 两个刈割高度没有显著差异(P>
0.05). 不同的刈割时间之间差异显著(P<0.05) (图
1(B)).
2.2 刈割频度
随着植物生长年龄的增加两种麦角类生物碱含
量逐渐增加, 麦角新碱的含量始终高于麦角酰胺. 随
着刈割频度的增加, 生物碱的含量变化规律刚好相
反, 逐渐降低(图 2).
刈割频度和刈割时间均对麦角酰胺含量变化的
影响差异显著(P<0.05). 两周刈割一次的处理在第 2,
3, 4 个月后, 麦角酰胺的含量显著(P<0.05)高于一周
刈割一次的处理 , 分别增加了 45.65%, 59.6%和
68.2%(图 2(A)).
刈割频度和刈割时间均对麦角新碱含量变化的
影响差异显著(P<0.05). 两周刈割一次的处理在第 2,
3, 4 个月后, 麦角酰胺的含量显著(P<0.05)高于一周
刈割一次的处理, 分别增加了 28.6%, 31.9%和 35.1%
(图 2(B)).
3 讨论
党晓鹏等人[23]1992 年报道了醉马草毒素. Miles
等人[15]1996 年研究了采自中国新疆醉马草的化合物
成分, 发现麦角新碱和麦角酰胺为主要的麦角类生物.
张友杰和朱子清[24]分别从 2和 7 kg的干草粉末中分离
得到 25 mg 的麦角新碱和 30 mg 的异麦角新碱. 桑明
等人[25]从采自甘肃金强河流域的醉马草中也检测到
了 7 种生物碱. 部分研究做了饲喂实验, 但未发现中
毒现象. 李春杰等人[16]在带有内生真菌的醉马草中
检测到麦角新碱和麦角酰胺, 明确了其含量变化与
分布特点, 且通过饲喂实验证实了内生真菌是引致


图 1 不同的刈割高度(2.5, 5.0 和 7.5 cm)处理对内生真菌侵染的醉马草产麦角生物碱的影响
(A) 麦角酰胺; (B) 麦角新碱. 图中数据均为 SE,x ± 误差线表示标准误差, 图中不同的小写字母表示同一时间不同高度之间差异显著(P<0.05)

图 2 不同的刈割频度(一周一次和两周一次)处理对内生真菌侵染的醉马草产麦角生物碱的影响
(A) 麦角酰胺; (B) 麦角新碱. 图中数据均为 SE,x ± 误差线表示标准误差. * 示不同的刈割频度之间差异显著(P<0.05). 图中同一条线上不
同的小写字母表示在不同取样时间之间差异显著(P<0.05)
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采食醉马草家畜中毒的主要原因[11]. Wang 等人[26]对
多年生黑麦草中内生真菌生物合成麦角类生物碱的
步骤进行了研究.
李春杰等人[16]研究发现醉马草叶片和种子中生
物碱的含量要显著(P<0.05)高于茎杆中, 而且由于内
生真菌主要分布在地上部位, 麦角生物碱绝大部分
也相应集中在植物地上部分. 内生真菌侵染的多年
生黑麦草中波胺和 Lolitrem B 的分布也有相类似的
报道. 有研究结果表明, 植物生长顶端一般生物碱含
量最高[27], 也有研究表明大约有 75%的生物碱存在
于植物基部 5 cm 的部位[28], 也有人认为生长期较长
的叶片含有相对较高的生物碱浓度[29]. 早期一些研
究报道, 被内生真菌侵染的高羊茅中, 麦角生物碱的
浓度在种子中最高, 与其他部位相比差异显著[30~32].
内生真菌侵染的高羊茅, 与一周刈割一次相比,
两周刈割一次植株含有更多的麦角新碱、麦角克碱和
麦角缬氨酸; 内生真菌侵染的黑麦草, 与一周刈割一
次相比, 两周刈割一次植株含有更多麦角克碱和两种
结构未证实的生物碱[22]. 本研究中醉马草内生真菌共
生体麦角生物碱的积累与前人的研究结论相似.
本研究表明, 可以通过刈割管理措施(频度和高
度)来影响带菌醉马草中麦角类生物碱的水平. Li 等
人[13]的研究结果表明, 内生真菌的侵染可以提高醉
马草对禾谷缢管蚜(Rhopalosiphum padi)和朱砂叶螨
(Tetranychus cinnabarinus)的抗性. 在其他一些草坪
草上也发现了由内生真菌引起的抗虫性, 表明目前
已有多种昆虫可以通过内生真菌来控制[17~20], 醉马
草中生物碱含量的提高有可能应用于草坪草种植物
的抗虫管理.
由于醉马草中蛋白质含量高达 15%[33], 如果将醉
马草中生物碱的含量降低或者抑制其产生, 那么醉马
草可以作为一种潜在的优良牧草. 在广大的牧区, 当
冬天饲草供应不足的时候, 尽管有毒, 牲畜仍然会取
食醉马草. 草地牧草的高度是家畜取食的重要因素之
一. 例如, 与 3.7 cm 高的饲草相比, 绵羊在 7.7 cm 的
饲草高度可以获得更加稳定的饲草取食率[34]而有助
于绵羊采食, 而且对饲草的收获和贮藏也更加方便,
但本研究表明, 相对较高的留茬高度将会增加醉马
草中麦角类生物碱的浓度. 要想开发利用醉马草作
为一种重要的优良牧草还面临着很严峻的挑战.

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