Culturable endophytic fungi from tree peony Paeonia suffruticosa ‘Luoyang Hong’: diversity, identification, and biocontrol potential against plant pathogenic fungi

想象一个生活在植物内部的隐藏世界，一个秘密的真菌社会，它们并不让植物生病，而是像友好的室友一样，栖息在植物的根、茎和叶中。这些被称为内生真菌（endophytes）。把它们想象成植物的私人保镖和拉拉队；它们帮助宿主茁壮成长，抵御坏虫子的侵袭，甚至能产生特殊的化学物质。科学家们一直在寻找这些微小的盟友，因为在这个我们希望停止在农作物上使用强烈化学喷雾的世界里，这些天然的防御者可能是保持植物健康的钥匙。一个重大的问题是：哪些植物隐藏着最好的保镖，以及它们拥有什么样的超能力？

这项研究深入探讨了一朵非常著名的中国花卉——牡丹，具体来说是一种名为“洛阳红”的红色品种。研究人员想要看看这种花内部居住着什么样的真菌，以及其中是否有任何一种可以作为对抗植物疾病的超级英雄。他们把牡丹当作一个宝库，打开它的根、枝干和叶片，以观察内部的情况。他们发现，这株牡丹拥有一个由23种不同真菌组成的繁忙社区。根部是最拥挤的“社区”，接待了最多的访客，而种子则出人意料地空旷。但真正的兴奋点在于，当他们测试这些真菌对抗危险植物病原体时，他们发现了一个杰出的冠军：一种名为 Bartalinia robillardoides（菌株 T2-07）的真菌。这个小家伙不仅把坏细菌推开，还从三个不同的战线攻击它们：破坏它们的细胞壁、扰乱它们的内部能量系统，并阻止它们的抗氧化防御。这就像是发现了一个微小的士兵，可以通过粉碎敌人的盾牌、切断其动力供应并毒害其食物，同时在三场战斗中取胜。

牡丹的隐藏室友

牡丹是中国植物界的摇滚明星，以其绚丽的花朵和药用根部而闻名。但就像任何明星一样，它们也有自己的麻烦制造者。真菌性疾病（如黑斑病）会破坏它们的美丽与健康。长期以来，农民一直用化学喷雾来对抗这些疾病，但每个人都在寻找更绿色、更自然的方法。于是，内生真菌登场了。这些是生活在健康植物内部而不造成任何伤害的真菌。你可以把它们看作是植物的内部免疫系统，一个帮助宿主抵御压力和对抗入侵者的秘密盟友网络。

这项研究背后的科学家决定调查“洛阳红”牡丹，看看它隐藏着什么样的盟友。他们采集了根部、不同年份的枝条（一年生、二年生和三年生）、叶子和种子的样本。他们仔细清洁了这些植物部分的外部，以确保他们找到的只是生活在内部的真菌，而不是仅仅停留在表面的真菌。

人口普查：谁住在哪里？

在实验室培养真菌后，团队统计了他们的发现。在测试的480个微小植物组织碎片中，他们成功培养出了146个真菌菌株。这意味着定殖率约为25%，即每四个植物组织碎片中就有一个寄宿着真菌室友。

但牡丹屋里的房间并不平等。根部是最受欢迎的地址，接待了最多的真菌（定殖率为56.25%）。三年生枝条是第二拥挤的，其次是二年生枝条。一年生枝条和叶子的访客较少，而种子呢？它们完全是空的。研究人员指出，这并不是因为种子是无菌的，很可能是因为采样时太早了。种子还处于发育中的嫩弱阶段，真菌还没有搬进来。这就像是在试图寻找一栋还没建好的房子里的派对。

社区地图

一旦识别出这些真菌，团队就绘制了它们的居住分布图。他们发现了23个不同物种，属于17个不同的属（一组相关的物种）。该群落主要由四个科组成：镰刀菌属 (Fusarium)、格拉皮奥西斯属 (Graphiopsis)、头孢菌属 (Cephalosporium) 和副锥孢菌属 (Paraconiothyrium)。

牡丹的真菌群落具有相当高的多样性，其“香农多样性指数”为2.83，这是一个专业术语，意味着存在着多种不同类型的真菌健康混合，而不是只有一两种占统治地位的霸权。有趣的是，有些真菌对住址非常挑剔。例如，Fusarium 和 Acrocalymma 只在根部发现，而 Bartalinia 和 Cladosporium 则严格停留于二年生枝条。看起来牡丹拥有特定的“社区”来容纳不同的真菌物种，就像城市有不同的区来容纳不同类型的商业活动一样。

战斗：寻找超级英雄

研究人员不仅想知道谁住在那里，还想知道谁能战斗。他们设置了一个“双层培养”实验，这就像是在培养皿里的拳击赛。他们让牡丹真菌与五种攻击牡丹和小麦的坏家伙（病原体）面对面交锋。

大多数牡丹真菌都是弱小的战士，但其中十个表现出了强大的冲击力。

• 抗生素战士： 八个菌株产生的化学物质创造了一个清晰的“抑制圈”——即坏真菌无法生长的间隙。其中的明星是 T2-07 菌株，一种 Bartalinia robillardoides。当它面对 Gaeumannomyces graminis var.- tritici（一种可怕的小麦病原体，称为全蚀病）时，它创造了一个巨大的 15 毫米间隙，完全阻断了敌人的行动。
• 寄生者： 两个菌株表现得像生物忍者，实际上是爬上并吃掉了坏真菌。其中一个菌株，Fusarium proliferatum，生长速度极快，在短短 15 天内就完全覆盖并消耗了坏真菌。

冠军如何获胜：三管齐下的攻击

团队决定研究这位冠军——菌株 T2-07，以弄清楚它究竟是如何如此有效的。他们在液体培养基中培养真菌，过滤掉真菌本身，然后将剩余的液体（“发酵滤液”）加入到坏的小麦真菌中。他们观察了随时间的变化，发现 T2-07 并非只用一招，而是使用了协同的三部分策略来摧毁敌人：

1. 粉碎盾牌： 液体导致坏真菌的细胞膜变得具有渗透性。你可以把它想象成弄破一个水球；溶液的电导率上升，证明了细胞内容物正在外泄。
2. 瘫痪防御队： 坏真菌通常拥有一套抗氧化系统（如 SOD、POD 和 CAT 酶）来保护自己免受损伤。T2-07 关闭了这些系统，让敌人面对自身的内部压力时毫无防备。
3. 切断电源： 液体还阻断了坏真菌的能量工厂。它停止了帮助真菌进食和呼吸的酶（如 HK、PK 和 SDH），有效地切断了其动力供应，从而停止了其生长。

总结

这项研究是未来绿色农业的一张藏宝图。它向我们展示了“洛阳红”牡丹是一个真菌多样性的金矿，隐藏着独特的盟友，分布在它的根部和枝干中。最重要的是，它确定了菌株 T2-07 作为一种潜在的生物防治剂。通过了解这种真菌是通过破坏细胞壁、禁用防御系统和切断能量供应来对抗疾病的，科学家现在有了一个清晰的蓝图来利用它。虽然这一特定菌株是在牡丹中发现的，但它对抗小麦疾病的能力表明，对于那些希望在不依赖化学喷雾的情况下保护农作物的农民来说，它可能是一个强大的工具。事实证明，牡丹不仅仅是一朵美丽的花；它也是自身健康的守护者，也是其他植物潜在的救星。