第49卷2010年第2期 3月 中山大学学报(自然科学版) ACTA SCIENTIARUM NATURALIUM UNIVERSITATIS SUNYA FSEN1 Vo1.49 No.2 Mar. 2010 红树林内生真菌的分离及 代谢产物生物活性的初步研究 邓祖军 ,曹理想 ,周世宁 (1.广东药学院基础学院,广东广州510006; 2.中山大学生命科学学院//有害生物控制与资源利用国家重点实验室,广东广州510275) 摘 要:从8种红树卡小植物中共分离出85株内生真菌,经鉴定发现其主要类群为尤孢类群(Mycelia sterilia), 短梗霉属Aureobasidium spp.和盘长孢属Gloeosporium spp.,分别占菌株总数的50.6%、18.0%、14.6%。对这 85株内生真菌的代谢产物生物活性研究发现:其菌丝和发酵液提取物对试验细菌表现出较好的抗性:对大肠杆 菌有抗性的菌株比例分别为22.4%、21.2%、金黄色葡萄球菌为12.9%、14.1%,枯草芽胞杆菌为20.O%、 36.5%;其发酵液提取物对酿酒酵母Saccharomyces cerevisiae、白色念珠菌Candida albicans、新月弯孢霉Curvular— ia lunata等试验真菌均有较好的抗性,抗性菌株占菌株总数的比例分别为25.9%,23.5%,28.2%,而菌丝提取 物均未表现出抗性;有8株(占菌株总数的9.0%)可产生抑Slid,麦发芽和芽生长的代谢物,具有除草剂活性; 通过本实验建立的全细胞定向筛选模型发现:有14个菌株的代谢产物对耐药性大肠杆菌具仃拈抗活性,占菌株 总数的16.5%。以上结果表明:红树林内生真菌蕴含丰富的生物活性物质,在新型药物先导物和除草剂的开发 方面都表现出潜在的应用前景。 关键词:红树林;内生真菌;代谢产物;生物活性 中图分类号:Q939.5 文献标志码:A 文章编号:0529—6579(2010)02—0100—05 Isolation and Metabolite Bioactivities of Mangrove Fungal Endophytes DENG Zujun 一,CAO Lixiang ,ZHOU Shining (1.School of Basic Courses,Guang Dong Pharmaceutical University,Guangzhou 5 1 0006,China; 2.School of Life Sciences//State Key Laboratory of Biocontrol, Sun Yat—sen University,Guangzhou 5 1 0275,China) Abstract:Eighty-five endophytic fungi strains were isolated from eight kinds of mangrove plants.The main taxa are mycelia sterilia,Aureobasidium spp.and Gloeosporium spp.,accounting for 1 8.0%, 1 4.6%of the total strains respectively.Their metabolite bioactivities were primarily studied.Results in— dicated that the extract of hypha and fermentation liquor have good inhibition activity to test bacteria,the active strains proportion to Escherichia coli is 22.4%.21.2%respectively.to StaphylOCOCCUS aureus is 1 2.9%,14.1%,to Bacillus subtilus is 20.0%,36.5%;fermentation liquor also has good inhibition activity to Candida albicans,Saccharomyces cerevisiae,Curvularia lunata,accounting for 25.9%, 23.5%.28.2%of the total strains respectively.but their hypha extract has no inhibition activity to test fungi.Metabolites of eight strains(occupying 9.0%of the total strains)can inhibit germination and bud growth of wheat and have herbicidal activity.Metabolites of fourteen strains f occupying 16.5%of the to— tal strains 1 can inhibit antibiotic—resistance E.coli by whole—cell targeted screening mode1.These results showed mangrove fungal endophytes wouht be a rich resource pool for new drug and herbicide. Key words:mangrove plants;fungal endophytes;metabolites;bioactivity 收稿日期:2009—03一l7 基金项目:国家高科技研究与发展(863)基金资助项目(2007AA09Z448,2008AA09Z402) 作者简介:邓祖军(1979年生),男,讲师;通讯作者:J吉1l廿宁;E-mail:sszsl@,nail.sysu.edu.cn 第2期 邓祖军等:红树林内生真菌的分离及代谢产物生物活性的初步研究 101 内生真菌(endophyte)指生活于健康植物组 织内部、不引发植物产生明显病症的一类真菌。这 类真菌在全部或部分生活周期生活在植物体内,与 植物形成互惠共生的关系:一方面,植物为内生真 l0克,酵母粉1.0 g,水1 000 mL。③促孢培养 基:KH2P04 1.0 g,KNO3 1.0 g,MgSO4.7H2O 0.5 g,KC1 0.5 g,淀粉0.2 g,葡萄糖0.2 g,蔗糖 0.2 g,琼脂15 g,水1 000 mL。 菌提供光合产物和矿物质;另一方面,内生真菌产 生的代谢物,或能刺激植物的生长发育,或能提高 1.1.3 试验菌及来源 金黄色葡萄球菌Staphylo— COCCUS aureus NICPBP 261 12,屎肠球菌Enterococcus 宿主植物对生物胁迫或非生物胁迫的抵抗能 faecium NICPBP 32223,铜绿色假单胞菌Pseudo— 力¨-21。关于内生真菌代谢产物生物活性的研究已 成为微生物资源开发的一个热点,目前已从植物内 生真菌中发现多种具有抗肿瘤、抗病毒、降血糖、 抗菌、杀虫、免疫抑制、酶抑制剂或激活剂等活性 代谢产物,在医药业、农业的生物防治方面都显示 出重要的应用价值 。 红树林作为自然生长在热带和亚热带海湾河口 潮间带的一种特殊的木本植物群落,一直处于高 盐、频繁的潮汐、强风、高温、强紫外辐射和缺氧 污泥的特殊环境 。这类植物不仅在自然生态平 衡中起着特殊的作用,而且其化学成分也具有广泛 的药理活性l8 I9 J。由于红树林生境独特且具有广泛 的药理活性,其内生菌可能蕴含着生物活性多样, 结构新颖的代谢物,因而红树林内生真菌引起了人 们的广泛关注。近年来关于红树林内生真菌类群和 代谢产物的抗肿瘤活性及抗氧化活性¨ “j,抑制 乙酰胆碱酯酶活性研究已报道_1’ ,但对其抗 菌活性,特别是对耐药菌的抑制活性和除草剂活性 的研究很少有报道。本研究对深圳福田红树林自然 保护区的8种红树林植物的内生真菌进行了较为系 统的分离和类群分析,并对分离到的内生真菌进行 体外抗菌活性,除草剂活性的筛选,同时使用本实 验建立的全细胞定向筛选模型对红树林内生真菌拮 抗耐药菌的活性进行了研究,以期为保护红树林资 源、开发新型药物先导化合物和除草剂奠定基础。 1材料与方法 1.1 材料 1.1.1植物来源 桐花树Aegiceras corniculatum、 海漆Excoecaria agallocha、秋茄Kandelia candel、木 榄Bruguiera gymnorrhiza、白骨壤Avicennia marian— a、银叶树Heritiera littoralis、老鼠筋Acanthus ilici— folius、无瓣海桑Sonneratia acida采集于深圳福田 红树林保护区。红树植物采集叶、根皮、气根、茎 皮。样品采集后放于冰盒中保存,在4 h内处理样品。 1.1.2培养基(j)PDA培养基:马铃薯200 g,葡 萄糖20 g,琼脂15 g,W=50%人工海水1 000 mL。 ②玉米培养基(供发酵用):黄玉米粉50 g,蔗糖 monas aeruginosa NICPBP 10104,白色念珠菌Can— dida albicans ATCC 1023 1,酿酒酵母Saccharomyces cerevisiae MIG2.34,大肠杆菌Escherichia coli ATCC 8739,枯草芽孢杆菌Bacillus subtilus MIG1.22购自 广东省微生物研究所或中国药品生物制品检定所。 E.coli DH5c ̄和卡那霉素抗性E.coli MI5(pREP4) 均为中山大学生科院有害生物控制与资源利用国家 重点实验室惠赠;pBR322质粒(AprTcr)购自华 美公司,新月弯孢霉Curvularia lunata为本实验室 保存。 1.2方法 1.2.1 内生真菌的分离 参考文献[2]中方法 对红树林内生真菌进行分离和纯化。 1.2.2表面消毒效果检查参考文献[15]方法 观察表面消毒效果。 1.2.3 内生真菌的鉴定使用PDA培养基,采用 载玻片法培养内生真菌,根据《真菌鉴定手册》¨ 中描述的真菌形态特征进行鉴定。不产孢子的菌 株,需使用促孢培养基或紫外线照射来诱导孢子的 产生,如还不产孢子将其归为无孢类群。 1.2.4 内生真菌代谢物的提取每种活化后的内 生真菌斜面培养物分别接种至100 mL玉米粉培养 基,室温静置培养28 d后,用纱布过滤分开菌丝 体与发酵液,菌丝体用适量丙酮浸泡(没过菌丝 体)抽提菌丝体代谢物,将丙酮减压蒸干后,用 2.0 mL甲醇溶解代谢物;发酵液用等体积乙酸乙 酯萃取,取乙酸乙酯层分别低温干燥后,用 2.0 mL甲醇溶解代谢物。 1.2.5 内生真菌代谢物抗细菌、抗真菌活性检测 采用滤纸片法进行抗菌活性检测:活化后的大肠杆 菌、枯草芽孢杆菌、金黄色葡萄球菌与青枯菌培养 液用无菌水稀释至10~,取0.1 mL菌悬液(约 10 cfu/mL)涂布于LB平板上。用滤纸片(直径 5 mm)吸取内生真菌代谢产物粗提物溶液,放置 于平板上,37℃培养1~2 d,观察抑菌圈的大小 及有无。白假丝酵母菌除取10 稀释液200 L涂 布PDA平板外,其余均与细菌相同,并用空白滤 纸片吸取甲醇溶液作为空白对照;将丝状病原真菌 中山大学学报(自然科学版) 第49卷 接种于PDA培养基平板中央,在病原菌周围放置 用粗提物浸过的滤纸片,培养3~5 d后观察病原 菌菌落生长情况,并用空白滤纸片吸取甲醇溶液作 为空白对照。 1.2.6除草剂活性检测 取10粒小麦或绿豆种子 放于铺有吸水纸的培养皿中,将0.3 mL提取液混 入5.0 mL无菌水中,滴加至种子周围吸水纸上, 0.3 mL甲醇作为对照。26 ccI避光培养,观察并记 录发芽率及幼苗长度,发芽率低于50%并且幼苗 最长长度低于对照长度50%的记为有除草剂活性。 1.2.7全细胞定向筛选耐药茵耐药酶抑制物的筛 选模型 按照《分子克隆》介绍的方法,用 pBR322质粒转化E.coli DH5ot,转化子具有在含 50 g/mL氨苄青霉素或50 mL盐酸四环素的 LB平板上生长的能力。将E.coli DH5a(AprTcr)、 E.coli M15(Km )分别相应涂布于含50 g/mL氨 苄青霉素、50 p,g/mL盐酸四环素或50 g/mL硫酸 卡那霉素的LB平板上,另用野生型大肠杆菌涂布 于不含抗生素的该型平板上,用滤纸片吸取提取液 放于含菌平板表面,26℃培养,若出现下表中的 情况表明可能含有对大肠杆菌耐药酶基因表达或酶 活性有抑制作用的代谢产物(表1)。 表1 筛选中可能出现的情况与酶活的关系’ Table 1 The supposed results of target—specific screening E.coli strains. 1)“+”表示有抑菌活性;“一”表示无抑菌活性 2 结果 2.1 红树林植物内生真菌类群分布 从红树林植物海漆、桐花树、秋茄、木榄、老 鼠筋、银叶树、白骨壤、无瓣海桑中分离出85株 内生真菌。经鉴定发现其主要类群为:无孢类群 (占50.6%)、短梗霉属(占18.0%)和盘长孢属 (占14.6%)。另外还有少量的曲霉属Aspergillus spp. (占5.6%),头孢霉属Cephalosporium spp. (占5.6%)和镰刀菌属Fusarium spp.(占3.3%) (表2)。 表2红树林内生真菌的主要类群及所占比例 Table 2 Proportion of taxa of endophytic fungi isolated from mangrove plants. 主要类群 所占比例/% 短梗霉属Aureobasidium I8.0 盘长孢属Gloeosporium 14.6 曲霉属Aspergillus 5.6 芽枝霉属Cladosporium 1.1 头孢霉属Cephalosporium 5.6 镰刀菌属Fusarium 3.3 根霉属Rhizopus 1.1 无孢类群(sterile mycelium) 50.6 2.2红树林植物内生真菌代谢物生物活性研究 2.2.1 内生真菌代谢物对细菌、真菌的拮抗活性 对分离到的85株内生真菌发酵后,提取代谢物进 行抗菌活性测定,结果发现其菌丝和发酵液提取物 对试验细菌都表现出较好的抗性:对大肠杆菌有抗 性的菌株比例分别为22.4%,21.2%、金黄色葡 萄球菌为12.9%,14.1%,枯草芽胞杆菌为 20.0%,36.5%;内生真菌发酵液提取物对酿酒酵 母、白色念珠菌、新月弯孢霉等试验真菌均有较好 的抗性,抗性菌株比例分别为25.9%,23.5%, 28.2%,而菌丝提取物均未表现出抗性(表3)。 以上结果表明:在真菌发酵液中具有抗真菌活性的 菌株比例与抗细菌活性的菌株比例无明显区别,但 菌丝提取物中,产生抗细菌代谢物的菌株比例明显 高于具抗真菌活性的菌株比例。 表3红树林内生真菌代谢物对细菌、 真菌的拮抗活性 Table 3 Proportion of endophytic fungi producing antimicrobial metabolites isolated from nlangrove plants. 菌种 第2期 邓祖军等:红树林内生真菌的分离及代谢产物生物活性的初步研究 103 2.2.2 内生真菌提取物对小麦幼苗的影响 筛选 结果发现有8个菌株(占菌株总数的9.0%)可产 生抑制小麦幼苗生长的代谢物,具有除草剂活性 (表4)。其中7个菌株的除草剂活性物质存在于菌 丝提取物中,仅有一个菌株(B82)的发酵液表现 出除草剂活性。内生真菌的这个功能与其适应植物 组织内的生活有关,内生真菌利用这个功能与植物 组织的防御反应相平衡,当植物衰老或应激条件 下,具有此活性的菌株可能发展为该宿主的条件致 病菌。 表4 红树林内生真菌提取物对小麦幼苗的影响 Table 4 Effect of mangrove endophytic fungal extracts on wheat seedlings 1)“++”表示幼苗长度小于对照幼苗长度的25%;“+” 表示幼苗长度介于对照幼苗长度的25%~50%;“一”表示无活性 ( 对照无区别) 2.2.3 内生真菌代谢物对耐药性大肠杆菌的作用 及机制 内生真菌代谢物对耐药性大肠杆菌的拮抗 实验表明:有14株内生真菌(占菌株总数的 16.5%)的代谢物对耐药性大肠杆菌显示拮抗活 性:内生真菌B2、B12、B20、B63产生的代谢产 物对耐氨苄青霉素、四环素的菌株有抑制作用,但 对耐卡那霉素与对照菌株无活性(表5)。由于氨 苄青霉素、四环素抗性基因均位于同一质粒 pBR322上,所以推测这些代谢物的作用机制是消 除质粒pBR322。B16的代 十物对耐四环素活性、 耐卡那霉素活性有影响,可能这两株真菌产生的代 谢物影响到四环素外运蛋白与卡那霉素修饰酶的功 能或消除pREP4质粒。B27、B39、B47、B49的代 谢物对耐氨苄青霉素活性、耐卡那霉素活性及对照 菌株没有明显影响,仅对耐四环素活性有抑制作 用,该代谢物影响到四环素外运蛋白的功能;同样 原因,B27的菌丝提取物中有影响耐卡那霉素活性 的代谢物;B48菌株对三种耐药活性均有影响但对 对照菌株无影响,因此该代谢物作用方式为消除两 种耐药质粒;B20的菌丝提取物仅对耐卡那霉素活 尢影响,推测该物质被卡那霉素修饰酶失活,因 而对不具此活性的其他菌株有拮抗活性。从以上结 果可以看出,一些红树林内生真菌可产生影响大肠 杆菌耐药酶(基因)的物质,并且抗性机制多样。 表5红树林内生真菌代谢物对耐药性 大肠杆菌的作用 ’ Table 5 Effect on antibiotic—resistant E.coli strains of mangrove endophytic fungal extracts 测试菌株 菌株 真菌 耐药菌株 编号 种类 E.coli Tcr E c0儿Apr E·co此KITlr E co ATcc8739 DH5 DH5 M15 B2无孢类群 + + 一 一 B12无孢类群 + + 一 一 B16无孢类群 + 一 + 一 B20无孢类群 + 十 一 一 B27无孢类群 + 一 一 一 B37无孢类群 + 一 一 一 B39无孢类群 十 一 一 一 B47无孢类群 + 一 一 一 B48无孢类群 + + + 一 1349无孢类群 十 一 一 一 B63无孢类群 + + 一 一 B20 无孢类群 + + 一 十 B27 无孢类群 一 一 + 一 1) 菌丝提取物;+显示抑菌活性;一无抑菌活性 3讨论 在目前耐药性菌株造成的感染日益严重的情况 下,寻找新的抗生素资源十分必要。目前关于寻找 新的抗生素的主要方法有两种:一种是建立新的筛 选模型以在已知的资源库中筛选以前尚未发现的活 性物质;另一种是寻找新的资源库。过去筛选产生 抗菌物质微生物的重点一直是土壤微生物,特别是 链霉菌。但自20世纪60年代以来,从链霉菌中被 重复发现的抗生素高达95%,筛选得到的有价值 的抗生素比率逐年下降_2 J。于是人们将筛选抗菌 物质的注意力逐渐集中于其他生态系统的微生物, 尤其是那些特殊生境的微生物如海洋微生物、植物 内生菌等 。红树林内生真菌由于其特殊生境, 同时具有海洋微生物和内生菌的特点,其代谢产物 中山大学学报(自然科学版) 第49卷 已成为寻找新药源的重要资源库。我们的研究结果 发现:红树林内生真菌的发酵液对大肠杆菌、金黄 色葡萄球菌,枯草芽胞杆菌,酿酒酵母、白色念珠 菌、新月弯孢霉等试验菌均有较好的抗性,抗性菌 株比例分别为21.2%,14.1%,36.5%,25.9%, 23.5%,28.2%;16.5%菌株的代谢物对耐药性大 肠杆菌显示较好的拈抗活性。这表明红树林内生真 菌蕴含丰富多样的生物活性物质,值得深入研究和 开发。红树林内生真菌发酵液提取物对试验真菌都 有较好的抗性,而其菌丝提取物均未表现出抗性, 菌株B20、B27的菌丝与培养液中代谢物的对耐药 大肠杆菌的活性明显不同,这都表明红树林内生真 菌功能具有多样性,在其活性产物筛选的时候值得 注意。 本研究设计的氨苄青霉素、卡那霉素、四环素 抗性酶抑制剂筛选模型将传统的全细胞筛选与定向 靶位点筛选方法的优点结合起来,可避免采用单一 方法带来的缺点,同时,这三种抗生素抗性酶实际 上代表了细菌耐药的三种机制:即抗生素水解酶、 抗生素修饰酶与药物外运蛋白。在筛选出具有抑制 耐药菌株的活性物质的同时,对其抑制的机制也能 目了然。并且我们的目标靶位点并不是正常情况 下微生物生长所必需的酶而是在特殊情况下(有 抗生素存在时)微生物生长所必需的酶,因此很 可能筛选到以前被忽略的化合物。同时,对于病原 菌来说,其毒力因子是病原菌进入并生活于宿主体 内所必需的,如果以病原菌毒力因子作为靶位点, 筛选到的抗生素将对自由生活的微生物影响较小, 这种“定向”抗生素可影响侵入人体内的病原菌 的生长,对于病原菌在其他环境中的生长则影响较 少,因此可以缓解现在严重的耐药性问题_1 。因 此通过该模型筛选出来的抗性菌株在针对耐药性菌 种的治疗具有良好和广泛的应用前景,目前正在对 这些抗性菌株中具体的活性成分做进一步的研究。 参考文献: [1]赵云涛,李倩茹,陈绍红,等.红树林内生真菌的抗氧 化作用[J].湛江海洋大学学报,2005,25(6):93— 96. [2]邓祖军,曹理想,谭红铭,等.红树林内生真菌抗细菌 和抗真菌活性的初步研究[J].广东药学院学报, 2007,23(5):563—568. f31任安芝,高玉葆.植物内生真菌一一类应用前景广阔 的资源微生物[J].微生物学通报,2001,28(6):90 93. [4] STROBEL G A.Endophytes as sources of bioactive prod— ucts[J].Microbes and infection,2003(5):535— 544. [5] STROBEL G A,DAISY B,CAS ̄LLO U,et al,Natural products from endophytic microorganisms[J].J Nat Prod,2004.67:257—268. [6] STROBEL G A,MILLER R V,MARTINEZ—MILLER C, et a1.Cryptocandin,a potent antimycotic from the endo· phytic fungus Cryptosporiopsis cf.quercina[J].Microbi— ology,1999,145:1919—1926. [7]林鹏.中国红树林研究进展[J].厦门大学学报:自然 科学版,2001,40(2):592—603. [8] 王友绍,何磊,王清吉,等.药用红树植物的化学成分 及其药理研究进展[J].中国海洋药物,2004,98(2): 26~31. [9] 赵亚,郭跃伟.真红树林植物化学成分及生物活性研 究概况[J].中国天然药物,2004,2(3):135—140. [10] SARMA V V,HYDE K D,VI I’rAL B P R.Frequency of occmTence of mangrove fungi from the east coast of India[J].Hydrobiologia,2001,455:41—53. 1 1 1] ANANDA K,SRIDHAR K R.Diversity of endophytic fungi in the roots of mangrove species Oil the west coast ofIndia[J].Can J Microbiol,2002,48(10):871—878. [12]郑忠辉,缪莉,黄耀坚,等.红树林内生真菌的抗肿瘤 活性[J].厦门大学学报:自然科学版,2003,42(4): 5l3—516. [13] 吴雄字,李曼玲,胡谷平,等.南海红树林内生真菌 2508代谢物研究[J].中山大学学报:自然科学版, 2002,41(3):34—36. [14] 罗景慧,杨迎暴,林永成,等.中国南海海岸红树真菌 Xylaria sp.代谢产物在体外对乙酰胆碱酯酶活性的 影响[J].中药材,2004,27(4):261—264. [15]CAO L X,YOU J L,ZHOU S N.Endophytic fungi from Musa acuminate leaves and roots in South China[J]. World Journal of Microbiology and Bioteehnology,2002, 18:169—171. [16]魏景超.真菌鉴定手册[M].上海:上海科学技术出 版社,1979:5—201. [17]林永成,周世宁.海洋微生物及其代谢产物[M].北 京:化学工业出版社,2003:49—427. [18] 曹理想.植物体内与海洋环境微生物的类群和功能 多样性研究[D].广州:中山大学生命科学学院, 2003:22—62.