从滴水珠（Peperomia pellucida (L.) Kunth）中分离的三种曲霉的生物防治、非生物胁迫耐受性及促进植物生长特性的生物勘探研究

《South African Journal of Botany》：Bioprospecting the biocontrol, abiotic stress tolerance and plant growth-promoting attributes of three Aspergillus species isolated from Peperomia pellucida (L.) Kunth

　　

•从滴水珠（Peperomia pellucida）中分离出三种内生曲霉属（Aspergillus）物种。
•这些真菌内生菌表现出令人前景广阔的酶生产能力。
•这些分离株还表现出促进植物生长和耐受非生物胁迫的特性。
•已确定这些真菌分离株针对三种植物病原菌的生防潜力。
•在这些分离株中检测到PKS-1基因和NRPS基因。

引言

预计到2050年，世界人口将超过90亿，因此，粮食生产和安全将构成重大问题，因为农业生产力需要提高约70%，以满足日益增长的粮食需求，避免粮食短缺，尤其是在发展中国家（Albahri等人，2023）。与此同时，植物生产力持续受到环境波动的影响，包括土壤pH值、重金属、干旱、洪涝、光照强度、盐分、温度、病虫害等（Phour和Sindhu，2022）。因此，在不影响生产力和产量的情况下，培育能够耐受生物和非生物胁迫的植物具有重要的经济意义，因为植物可作为食物、木材、纤维和药物（Fontana等人，2021）。

在全球范围内，合成农用化学品被广泛用于刺激植物生长和管理植物病害。然而，长期使用或持续使用以及不当施用已被认为是导致许多人类疾病、害虫和植物病原菌耐药性产生以及环境退化的原因（Da Silva等人，2025；Elumalai等人，2025）。在过去几十年中，农业生物制品，包括生物农药、生物肥料和生物刺激素，被提倡作为合成农用化学品的可靠替代品，并且是综合农业管理体系中的关键要素（Hassan和Rashid，2023）。许多研究突出了一些农业生物制品在生产领域的潜力，在有利和不利的条件下都能刺激植物生长，并具备生物防治能力，取得了理想的成果（Da Silva等人，2025；Elnahal等人，2022）。因此，农业生物制品行业正在快速增长，预计到2034年其市场价值将达到约300亿美元，年复合增长率为12%（Marrone，2024）。

植物-微生物关系是自然界中常见但复杂的一种相互作用。微生物有时有益，有时有害，有时中立，或者可能根据环境条件改变角色（Kentjens等人，2024）。植物内生真菌生活在其寄主植物组织内部，无症状地获取利益。众多报告已突出了内生真菌在整体直接和间接促进植物生长、缓解非生物胁迫以及生物防治方面的潜力（Ameen等人，2024；Gowtham等人，2024；Ogbe等人，2020）。内生菌通过多种机制增强其寄主的生长和发育，包括植物激素、氰化氢、有机酸和铁载体产生，促进磷和氮的吸收以及固氮作用（Ameen等人，2024；Cosoveanu等人，2021；Gowtham等人，2024）。Sharma等人（2023）从薯蓣（Dioscorea bulbifera）中分离出48种内生物种，以评估其拮抗和促进植物生长的特性。根据其结果，其分离株中52%、2%和27%分别能够产生铁载体、氰化氢和溶解难溶性磷酸盐。

重金属毒性和盐分胁迫是两种普遍存在的非生物胁迫，对环境及植物生产力具有严重后果（Irin和Hasanuzzaman，2024）。特别是，镉和铬不可生物降解，常常作为工业废弃物和农业径流的残留物存在于环境中，最终进入食物链并发生生物放大，影响所有高级生物，包括人类（Mustapha等人，2026）。同时，长期接触重金属是人类癌症、心血管疾病和神经系统疾病发病的主要嫌疑因素之一（Ayub等人，2025）。因此，为维持环境和农业，必须将其去除或转化为危害较小的物质。类似地，在全球干旱和半干旱地区，盐分已成为农业的主要威胁。盐分常常扰乱植物中的离子平衡、水分吸收和细胞代谢，从而对生产力产生负面影响（Meshram等人，2023）。有益微生物，包括一些内生真菌，除了其促进植物生长的作用外，据报道还能缓解盐分胁迫对植物的负面影响，并在受污染环境中螯合或富集重金属（Meshram等人，2023）。因此，从受扰动区域的植物物种中分离内生真菌并评估其耐受非生物胁迫的能力，具有重要的经济和生态意义。

在胁迫条件下，内生菌通过勇敢地与植物病原菌竞争空间和资源，并增强活性氧（ROS）和渗透调节物质积累、上调酶促和非酶促抗氧化系统、产生次级代谢产物、合成裂解酶、上调胁迫调控基因以及诱导寄主植物的诱导系统抗性（ISR）和系统获得性抗性（SAR），为其寄主赋予抗性（Cui等人，2024；Grabka等人，2022）。内生真菌利用聚酮合酶（PKS）和非核糖体肽合成酶（NRPS）生物合成途径合成一系列生物活性化合物（Nazir等人，2024）。PKS是一组大型、多功能酶，通过缩合反应产生多样而复杂的聚酮类化合物，使用简单的酰基-CoA硫酯作为前体（Nazir等人，2024；Saxena等人，2024）。许多聚酮类化合物已被报道具有广泛的生物活性，包括抗病毒、抗肿瘤、抗菌、免疫抑制和抗真菌（Nazir等人，2024）。据报告，聚酮类化合物通过阻止细胞壁生长、破坏DNA复制或破坏病原体的细胞膜完整性及线粒体功能来发挥其抗真菌特性（Saxena等人，2024）。类似地，NRPS是负责非核糖体肽生物合成的大型模块化酶，对一系列生物学功能至关重要，包括抗菌活性（Huang等人，2024）。NRPS通过在肽链延伸过程中依次掺入氨基酸和羟基羧酸来运作，无需核糖体机制的直接参与（Huang等人，2024；Nazir等人，2024）。这些酶对于肽类抗真菌化合物的生物合成至关重要，包括那些由内生真菌产生的化合物（Huang等人，2024；Nazir等人，2024）。因此，对内生真菌作为农业生物制品的潜力研究日益引起兴趣。Zhao等人（2022）报告，属于链格孢属（Alternaria）、葡萄座腔菌属（Botryosphaeria）、球壳霉属（Phoma）和枝顶孢属（Talaromyces）的11株内生菌株单独或以不同组合携带PKS-I、PKS-II和NRPS基因，在体外差异性抑制植物病原菌假禾谷镰刀菌（Fusarium pseudograminearum）的生长。

此外，内生真菌产生一系列胞外酶，其作用超出了营养获取、抑制植物病原菌以及植物组织衰老期间的降解（Adeleke等人，2022；Bhadra等人，2022）。由于其稳定性和高效性，这些酶，包括脂肪酶、木质素酶、蛋白酶、纤维素酶、几丁质酶、漆酶、植酸酶、多酚氧化酶、淀粉酶和果胶酶，在食品饮料、皮革、纺织、造纸、生物燃料生产、废物降解、修复和制药行业中具有显著的应用（Bhadra等人，2022；Hawar，2022；Raghav等人，2022）。因此，内生真菌为商业化提供了独特的胞外酶来源。研究人员报告，来自不同分类群的多个丝状内生物种能产生胞外酶。例如，Nú?ez-G García等人（2024）报告，从大戟（Euphorbia antisyphilitica）根部分离出的黑曲霉（A. niger）和脉孢菌属（Neurospora spp.）内生真菌菌株表现出产生胞外酶的能力，包括漆酶、淀粉酶和纤维素酶。类似地，从异色茴芹（Anisomeles indica）叶片分离出的五个内生菌株中，66%产生纤维素酶，33%产生漆酶，100%产生脂肪酶，另有33%对蛋白酶产生检测呈阳性（Toppo等人，2024）。

滴水珠（Peperomia pellucida L. Kunth）是胡椒科（Piperaceae）中一种常见的药用植物，广泛分布于非洲、东南亚、新热带区和 Oceania。该植物是一种纤细、浅根的草本植物，具有多肉、互生、卵形叶片，花序为顶生穗状，腋生并与叶对生。该植物生长在湿润土壤、阴暗处，有时也在受污染区域生长，从而可能成为杂草。在非洲传统医学中，滴水珠用于治疗男性不育、胃肠道问题、眼病、惊厥、神经系统疾病、创伤、糖尿病、高血压、皮肤病、肾脏问题和发烧（Alves等人，2019；Asiwe等人，2024）。虽然一些研究报告了滴水珠的药理学意义，但尚无研究报道其内生物种。因此，本研究旨在从滴水珠叶片中分离内生真菌，并对其生物防治和促进植物生长的特性以及非生物胁迫耐受性进行体外生物勘探。

分离片段——内生真菌的分离

滴水珠植物从其天然种群（6.467229°N，3.199729°E）中收获，位于尼日利亚拉各斯州奥约拉各斯州立大学植物园附近。植物在拉各斯大学标本室进行鉴定，并保存了一份凭证标本（LUH 100437）。

采集后，植物被迅速用装有冰块的无菌拉链聚乙烯袋运送到实验室并立即处理。从叶片上脱离成熟的、无感染的叶片。

分离片段——内生分离株的分子鉴定

从滴水珠叶片中分离出五种内生真菌。基于初步形态学调查，选择三种占优势且不同的曲霉属分离株，标记为PPLF-1、PPLF-4和PPLF-5，并使用分子工具进行鉴定。ITS测序结果表明，内生物种PPLF-4和PPLF-5分别为黑曲霉（A. niger）和黄曲霉（A. flavus），但对PPLF-1未能提供可信的身份鉴定。PPLF-1 ITS序列BLAST结果显示100%一致性。

讨论

无症状地栖息于植物内部组织的内生真菌，在包括药用植物在内的许多植物品种和物种中广泛分布。内生真菌已被报道参与新型生物活性化合物的合成、植物生长发育、诱导生物和非生物胁迫耐受性以及生物防治（Negi等人，2024；Singh等人，2022）。本研究的结果揭示，已鉴定出两个曲霉属物种……

结论

本研究证明，从滴水珠中分离出曲霉属的内生菌株。这些曲霉属物种被认为是胞外酶（包括纤维素酶、漆酶、蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶和果胶酶）的潜在储存库。这些内生物种还表现出令人前景广阔的植物刺激属性、对盐分和重金属胁迫的耐受性，以及针对植物病原菌的生物防治能力。因此，需要进一步研究来操纵……

资金

通过夸祖鲁-纳塔尔大学授予的博士后职位获得资金支持。

CRediT作者贡献声明

Abdulazeez A. Ogbe：形式分析、数据管理、概念化。Abdulrazak O. Adebayo：数据管理、概念化。Bolarinwa K. Subair：数据管理、概念化。Olajide M. Keshinro：撰写——审阅与编辑。Johannes Van Staden：撰写——审阅与编辑、监督。

利益冲突声明

作者声明，他们没有已知的竞争性经济利益或个人关系可能影响本论文所报告的工作。

致谢

我们感谢夸祖鲁-纳塔尔大学资助AAO的博士后奖学金。

Abdulazeez A. Ogbe | Abdulrazak O. Adebayo | Bolarinwa K. Subair | Olajide M. Keshinro | Johannes Van Staden