全 文 ：·综述·
真菌对植物的诱导作用及其在天然药物研究上的应用
侯丕勇 ,郭顺星
(中国医学科学院 中国协和医科大学药用植物研究所 ,北京　 100094)
摘　要: 介绍了真菌对植物诱导作用中 ,其诱导子的类别、信号转导模式及其在植物次生代谢和天然药物应用研究
等方面的国内外研究进展。
关键词: 真菌诱导子 ;诱导作用 ;天然药物
中图分类号: R282. 1　　　文献标识码: A　　　文章编号: 0253 2670( 2002) 09 0855 03
Fungal elicitation to plants and its application in natural medicines
HO U Pi-yong , GUO Shun-xing
( Institute o f Medicinal Plant Development, Chinese Academy of Medical Sciences
and Peking Union Medical Colleg e, Beijing 100094, China )
Key words: fungal elicitor; elicitation; na tural medicines
　　真菌对植物的诱导作用 ( elicita tion)研究始于植物真菌
病害的研究。为了排除直接用病原感染植物对观察植物反应
现象的干扰 ,人们选用能代表病原的一定特性 ,而又失去病
原感染活力的一类物质作为诱导子 ( elicitor ) ,诱导植物产生
反应来研究真菌及其他生物对植物的作用 ,这便是诱导作用
的研究范畴。诱导作用的研究主要集中在真菌对植物的作用
上。真菌的诱导作用在研究植物与真菌相互作用的植物病理
学机制和有效提高植物中天然产物的产率两个领域受到广
泛的关注。尤其是分子生物学及基因工程等新兴研究手段的
应用 ,使这一研究取得了新的进展。
1　用于诱导作用的真菌诱导子
已经有大量真菌来源的诱导子被用于对植物的诱导作
用的研究。常用的真菌诱导子是真菌的表面结构性成分及分
泌的代谢物。它们可以是真菌的菌丝体、菌丝体降解产物、发
酵液、真菌分泌物质等。 从结构上分主要包括: 多糖、脱乙酰
几丁质、β -1-3-葡聚糖、乙酰葡萄糖醛酸、糖蛋白、蛋白质、短
肽、不饱和脂肪酸等 [1]。 一些用于真菌诱导子研究的真菌类
型见表 1。
有一类真菌分泌蛋白 ( elicitins)是由疫霉属或腐霉属真
菌分泌的一种小分子蛋白 ,可以诱导烟草类植物产生局部坏
死 ( necr osis) ,并且使植物产生抗性 ,其作为诱导子的作用越
来越为人们所重视。 有多种 elicitins从真菌中分离出来 ,其
中研究较为详细的是从马铃薯晚疫霉分离的 cr yptog ein,它
的晶体结构显示其作为一个锁钥结构的钥匙而构型 ,通过结
合甾体物质而使植物细胞受体识别 [2 ]。 Elicitins在与细胞膜
发生作用之前 ,还可以与植物细胞壁调节蛋白发生作用。 这
两种作用的制衡可能是导致了植物对 elicitins的敏感或不
感的原因 [3 ]
表 1　用于诱导作用的真菌
真菌种类　　 作用植物
(次生代谢物 ) 诱导子成分　
蜜环菌 Armllaria mallea ( v ahl. ) Fr. 延胡索 hyphae
黑曲霉 Aspergillus niger V. T. 红豆杉 ( tax ol) hyphae
米曲霉 A. oryaze ( Ahlbury ) Cohn 新藏假紫草 hyphae
葡萄孢霉属 Botry tis Pers. ex Fr. 长春花 ( sabguinarine ) hyphae
番茄芽枝霉 Cladosporium f ulvum Cke. 番茄 ( rishitin) AV R9
烟草炭疽霉 C. nicolt ianae Averna-
Sacca
西洋参 hyphae
翠菊蔫萎镰孢霉 Fusarium conglutinans
Wr. va r. cal listephi Beach
孔雀草 chit osan
罗氏毛霉 Mucor ramosissimus Moller 大豆 ( genistein) hyphae
葡枝根霉 Rhizopus stoloni fer Eeh renb
et Fr.
黄花蒿 (a rtemisinin) hyphae
立枯丝核菌 Rhizoctonia solani Kuhn. 大豆 hyphae
少雄腐霉 Py thi um oligandrum Drechsler. 烟草 oligandrin
辣椒疫霉 Phy tophthora capsici ( Leon. )
Sa re j.
烟草 eici tin-like
phos phol ipase s
樟疫霉 P . cinnamom i Rands 烟草 cinnamomin
隐地疫霉 P . cryptogea Pethyb. et Laf f. 烟草 cryto gein
马铃薯晚疫霉 P . inf estans (Mont. ) de
　 By.
烟草 IN F1
大子疫霉 P . megasperma Drechs. 烟草 β -mega spermin
棕疫霉 P . palm ivora Butler 橡皮树 pa lmivo rein
寄生疫霉 P . parasitica Dastur 欧芹 ( furanocouma rin) cell wall
大丽菊轮枝霉 Verticillium dahliae Kelb. 棉花 ( cadinene) hyphae
酵母 苜蓿 gly copeptide
2　诱导作用的机制
多年以来人们对真菌与植物的互作机制进行了广泛而
·855·中草药　 Chinese T raditional and Herbal Drug s　 2002年第 33卷第 9期
收稿日期: 2001-10-31作者简介:侯丕勇 ,男 , 1993年毕业于沈阳药学院中药系 , 2000年获得南开大学理学硕士学位。 现为中国医学科学院中国协和医科大学在读博士研究生 ,主要从事天然药物资源及相关分子生物学特性的研究。
* 通讯作者
深入的研究 ,主要涉及的领域包括: 诱导作用中的细胞信号
转导途径 ,诱导子对植物次生代谢的影响等。
2. 1　诱导作用中的细胞信号转导
2. 1. 1　真菌诱导子的受体: 诱导作用相关的植物受体模式
和细胞内信号转导途径细节目前还不清楚。植物中的诱导子
受体可能是一类与动物中任何一类细胞膜受体都不同的物
质。要明确细胞受体模式 ,需要确定诱导子亲和蛋白的存在 ,
并了解相关的信号转导级联。已经有几种植物细胞膜上的诱
导子亲和蛋白被分离出来 (表 2)。
表 2　几种植物细胞膜上的诱导子亲和蛋白
亲和蛋白相
对分子质量 诱导子类型 来源植物 结构特点
1. 5× 106 hepta-β-g lucoside s obean dimer of 75KD
7× 105 chi tin rice
9. 1× 105 pept ides parsley
1. 93× 106 elictin tobcco glycoprotein
2. 1. 2　类似于 G蛋白介导的信号转导模式: G蛋白是动物
细胞信号转导途径中重要物质。尽管没有证据显示植物中有
类似于动物中的三聚体 G蛋白的存在 ,但真菌对植物的诱
导作用确实有 G蛋白的参与。 G蛋白激活剂百日咳毒素和
霍乱毒素可以促进菜豆和大豆悬浮细胞对真菌诱导子的应
答反应 [4]。真菌诱导番茄细胞中的 Dna J族基因 LeJ1增加表
达 ,而 LeJ1与 G蛋白α亚基有明显的亲和作用 [5]。而在烟草
细胞中 cr yptog ein诱导的 1. 85× 105和 2. 05× 105的蛋白 ,
能够与人类 G蛋白 rac2的抗体探针发生免疫反应 [6]。
2. 1. 3　离子通道 :钙离子、质子内流和氯离子、钾离子外流
是真菌诱导子作用下的植物细胞共有的现象。 Nurnberg er[7]
提出欧芹可能有一种细胞膜受体 ,在来自大子疫霉的 4. 2×
105的糖蛋白诱导子作用下 ,起到调节细胞内外离子流动的
作用。 离子的流动引起蛋白的磷酸化 ,进而引起防卫基因的
表达。 Chung [8]分离了一种植物细胞膜 Ca2+ -ATPase,不同
于动物的 Ca2+ -ATPase ,可以被真菌诱导子在大豆细胞中迅
速和大量诱导。
2. 1. 4　类似于酶耦联受体介导的信号转导模式:植物细胞中
有类似于动物细胞受体蛋白激酶 ( RPKs)的受体样蛋白激酶
( RLKs)。 真菌病原基因 AV R9诱导番茄细胞产生一个高度
糖苷化的跨膜 RLKs蛋白 ,与 RPKs不同的是该蛋白没有胞
内的蛋白激酶的结构 [9 ]。 最为接近 RPKs的是水稻中提取的
一个细菌病原诱导基因 Xa21。该基因对应的蛋白产物同时含
有胞外 LRR受体结构和胞内的丝氨酸 /苏氨酸结构 [10]。
2. 1. 5　真菌诱导的气体信号:真菌感染还可以导致植物间气
体信号的传导。 有证据显示哺乳动物体内重要的起信号传导
和防卫作用的分子 NO在植物的抗病反应中也起着重要的作
用。 cr yptog ein可引起烟草细胞内不同部位 NO强烈的爆发。
这种爆发在几分钟之内发生 ,类似于活性氧的爆发 [11 ]。
2. 2　诱导作用对次生代谢物合成途径的影响:很多植物抗
毒素是珍贵的天然药物 ,因此 ,真菌的诱导作用在植物次生
代谢机制方面的研究显得非常重要。这类研究主要涉及苯丙
烷类和类异戊二烯两类植物次生代谢产生的生物合成途径。
2. 2. 1　苯丙烷类生物合成途径:苯丙氨酸解氨酶 ( PAL )和
查尔酮合成酶 ( CHS)是苯丙烷类生物合成途径的关键酶。目
前为止 ,已经有很多种植物的依赖真菌诱导的 PAL和 CHS
基因被克隆。烟草 PAL基因为 1个由 3～ 4个不连续基因组
成的基因家族编码。 在真菌诱导子处理后 ,该基因则被强烈
地诱导 [12]。Pisum sativum基因组中有 2个 CHS基因串联排
列 ,中间隔 1个 88nt的内含子。基因中含 CCTACC motif,该
基因能够被真菌诱导子诱导 [13]。豌豆 PAL和 CSH基因序列
都有在 TATA近侧区的 At-rich部分存在 ,至少有一个细胞
核内因子与该部位稳定地结合 [14 ]。
有些真菌虽然能激活 PAL的活性 ,但对整个苯丙烷类
生物合成途径的激活并不起作用。真菌 Mycosphaerella pin -
odes中既有 PAL和 CHS基因的诱导子 ,也有它们的阻遏子
存在 [15]。
2. 2. 2　类异戊二烯生物合成途径:类异戊二烯是自然界中
最重要的一类天然化合物。天然药物中萜类成分就是由这一
途径合成的。用大丽菊轮枝霉诱导子处理棉花可显著增强法
呢基二磷酸合成酶 ( FPS)和杜松烯合成酶 ( CAD)的表达 ,同
时使得半萜醛在细胞中的积累增加 [16 ]。 EAS4是烟草倍半萜
环化酶的启动子基因 ,将之与报告基因相连 ,在真菌诱导下 ,
报告基因高水平表达。 但是在 SA与 MeJA作用下 ,则没有
表达 ,在 H2O2作用下只有低水平的表达 [17 ]。MeJA和真菌诱
导子对烟草细胞倍半萜烯的代谢环节产生不同的影响。真菌
诱导的反应快速而剧烈 ,但产生合成倍半萜烯类的植物抗毒
素的关键酶的过程短暂 [18 ]。
3　真菌诱导作用在天然药物研究上的应用
将真菌的诱导作用应用于天然药物的产生 ,一直是个热
门研究领域。尤其在利用植物组织或细胞培养生产天然药用
成分方面 ,诱导作用有着非常好的应用前景。
紫杉醇在红豆杉细胞悬浮培养物中几乎检测不到 ,而加
上橘青霉菌丝体提取物 ,可以使指数生长期的细胞的紫杉醇
含量显著提高 ,在培养细胞的指数生长末期或静止期加入诱
导子对细胞次生代谢产物产量有好的增加效果 [19 ]。 内生真
菌黑曲霉作为诱导子 ,可以使红豆杉中的紫杉醇产量比对照
高 7倍 [20]。真菌诱导子不仅使紫杉醇产量提高 ,还可以促进
紫杉醇向培养基中分泌 [21 ]。
真菌诱导子处理长春花悬浮培养细胞 ,可以使长春花碱
的产量提高 2～ 5倍。 其中最好的加入时间是细胞继代培养
7 d后用诱导子处理 3 d [22 ]。 不同的悬浮培养细胞系对同一
真菌的同一剂量的敏感程度不同。曲霉与化学诱导子混合使
用使阿吗碱、长春花碱的产量得到相对较大的提高 [23]。
延胡索愈伤组织细胞培养物的生物碱随着细胞的增殖
而逐渐积累 ,在细胞生长进入静止期后仍然继续积累。 在蜜
环菌诱导子作用下 ,生物碱的合成能力 ,尤其是具有抗菌、消
炎作用的生物碱的合成能力显著的增强 [24 ]。
通过真菌的诱导作用还可使一些药用植物产生新的药
用成分。真菌诱导子可使得药用植物 Piqueria trinerv ia培养
细胞分泌的单萜类化合物 pique rol A消失而分泌新单萜类
·856· 中草药　 Chinese T raditional and Herbal Drug s　 2002年第 33卷第 9期
化合物 ,这些新分泌的化合物有抗真菌的作用 [25 ]。墨西哥柏
树中的大叶崖柏素是一种新的有抗菌活性的托酚酮 ,真菌诱
导的悬浮培养细胞中的大叶崖柏素比对照含量高 4倍 [26]。
不同真菌的诱导能力各不相同。 同样用刺盘孢菌、尖孢
镰刀菌、黑曲霉 ,米曲霉做诱导子 ,刺盘孢菌对西洋参的效果
好 ;黑曲霉对紫草的效果好 [27, 28]。真菌的诱导作用对于解决
生长困难的药用植物药源的问题也有积极的意义。用肉苁蓉
中分离出的真菌菌丝体制成的诱导子能够显著提高肉苁蓉
的愈伤组织中的氨基酸含量。与野生植株相比 , 7种人体必
需氨基酸均高于原植株 [29]。
4　结语
真菌的诱导作用具有很高的理论研究和实际应用价值 ,
相信这一领域的发展对有效开发植物资源将起到很大的推
动作用。
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