了解内生菌及其在生活中的应用

    微生物是微小的生命形式，随处可见。生活在健康植物体内的微生物通常被称为内生菌。植物与它们的内生菌共生，这意味着它们共同合作，互相帮助。植物给它们的微生物客人提供住所和食物，作为交换，它们的微生物帮手会产生化学物质，支持植物更快地生长，抵抗干旱，或者对抗植物的食客。科学家们对研究内生菌产生的化学物质非常感兴趣，因为可以从中开发新的药物和农产品。在本文中，将介绍植物与其内生菌之间的相互作用，并回答一些问题，比如：科学家是如何选择植物宿主并从植物中分离内生菌的？研究内生菌对我们的日常生活有什么帮助？

植物和它们隐藏的微生物帮助者：内生菌

植物与其他形式的生命不同，它们不能移动以逃避想要吃它们的动物或昆虫（食草动物）。那么，植物是如何弥补它们缺乏运动的缺陷并继续生存的呢？从很古老的时候开始，植物就和微生物一起进化。这种生活在植物健康组织内，但不引起疾病的微生物通常被称为内生菌。植物宿主与内生菌的合作是帮助植物适应、生存和发展的策略之一。

内生菌包括真菌、细菌、甚至病毒等微生物。内生菌和它们的植物宿主在共生关系中一起合作，这种长期的关系使生物体相互受益，这意味着它们都能从这种关系中获得好处。在共生关系中，当植物受到食草动物的攻击时，植物会向其内生菌发出信号以警告它们。作为回应，内生菌帮助产生化学物质，它们的植物宿主使用这些化学物质来抵御食草动物。内生菌还可以帮助产生其他类型的有用化学物质（图1）。例如，化学物质可以：(1)吸引传粉者，如蜜蜂和蝙蝠；(2)帮助它们的植物宿主生长得更快，更容易吸收土壤中的养分；(3)使它们的植物宿主能够抵抗干旱和极端天气条件；(4)对抗植物感染和疾病。作为对这些服务的交换，植物给它们的内生菌提供了庇护和食物，这有助于内生菌的繁殖，使它们有机会通过植物宿主的种子传给新的植物。

图1 植物和它们的内生菌一起共生

在这一点上，你可能想知道内生菌是如何进入植物内部的。植物有一个免疫系统，正常情况下，它可以抵御任何试图入侵其细胞的东西，包括通常在植物外表面发现的微生物，即所谓的附生菌。在某些条件下，当植物的免疫系统被削弱时，附生菌就会乘虚而入，通过根部或叶片上的伤口进入植物体内。在植物内部，一些微生物会设法与植物的免疫系统共存，而不会引起任何疾病症状--这些微生物成为内生菌；而另外一些微生物则会引发植物的疾病，这就是所谓的植物病原菌.

内生菌如何帮助我们的日常生活？

科学家们开始更加关注内生菌的研究，因为有一个研究小组证明内生菌可以产生原本被认为是植物产生的化学物质。这个小组发现一种内生菌能够产生一种名为紫杉醇的化学物质，这种化学物质被用于治疗癌症。这种化学物质主要从太平洋紫杉树的树皮中获得。为了提取足够的这种化学物质，并治疗卵巢癌和乳腺癌患者1年，估计要砍掉27万棵成熟的树木（100年树龄），这将严重危及到这种树木的生存。但他们发现内生菌可以生产紫杉醇，这意味着我们可能有一种可行的方法，在不危及太平洋紫杉树生存的情况下，利用微生物生产紫杉醇。这一发现也鼓励科学家们去探索生活在植物内部的微生物，去"猎取"能够生产对人类有用的有价值的化学物质的未知物种。

研究内生菌可能会给我们带来各种新的生物技术，可以帮助我们的日常生活。例如：(1)开发新药和制造新药的方法；(2)创造能抵抗极端温度或腐蚀性条件的产品；(3)发现清除污染地区的新方法；(4)创造能使作物生长时减少肥料和水的产品；(5)发现以更可持续的方式对抗不受欢迎的食草动物或植物疾病的环境友好方法。

寻找植物内生菌

    内生菌生活在所有植物的内部。生活在海洋里的植物（如绿藻）以及生活在陆地上的植物（如生长在人行道附近的蒲公英）都发现了它们的身影。内生菌可以生活在来自高温少水地方的植物，如仙人掌，也可以生活在沿海岸边的热带棕榈树和红树林里面，或者生活在南极寒冷地带的蕨类植物和苔藓中。如果每一种植物中都生活着内生菌，那么我们该如何选择研究哪种植物的内生菌呢？

虽然每个植物都至少含有一种相关的内生菌，但内生菌的相关性取决于它在植物上发挥的功能和内生菌提供的益处（例如，帮助其植物宿主抵抗干旱）。一些内生菌与植物宿主发展了非常密切的联系，并有助于对植物生存至关重要的不同过程。为了研究内生菌在其植物内部进行的生物活动，首先我们必须选择一个植物样本。

选择植物研究其内生菌有不同的方法。植物的选择是由不同的标准指导的，这些标准从随机选择一个生态系统中的一些不同的植物或者是以植物的某些特性为指导进行选择，以找到具有生物活性的化学物质。这种选择的依据是：植物的特殊形态、年龄、生态位。微生物群落在数量或类型上的不平衡，无论是在体内还是在体表。研究问题是指导整个科学发现过程的关键，有助于科学家解释内生菌在植物宿主体内所承载的功能，了解它们产生具有特定生物活性的化学物质的能力。

通常有几个不同的选择理由引导科学家选择一种特定的植物。例如，发现产生紫杉醇的内生菌的科学家们遵循了传统的医学原理，选择了一种已知有药用价值的植物。在他们的案例中，已知该植物被用于治疗癌症类症状（由于其树皮中含有紫杉醇）。其他科学家可能会使用生态学原理，选择那些即使在附近的植物有疾病或被食草动物攻击时仍能保持健康的植物。这些植物可能有内生菌，可以产生抵御昆虫或细菌的化学物质。另一种选择植物研究的方法是通过适应性原则，选择那些生活在极端或独特环境中的植物，如沙漠、火山附近或极寒天气中的植物。这些植物可能含有内生菌帮助它们抵抗或适应那些恶劣的条件。有趣的是，生长在热带或亚热带地区的植物似乎比生长在植物多样性较低的生态系统中的植物具有更高的内生菌多样性。形态学原理指导科学家选择具有不常见物理特征的植物。例如，叶子的形态、树干的形状或是否存在独特的结构。最后，利用地方性原理，选择来自特定地区的本地植物或寿命很长的植物（图2）。

图2 -- -- 内生植物的生物勘探

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