青蒿素与黄花蒿内生真菌的关系

青蒿素与黄花蒿内生真菌的关系 青蒿素 青蒿素的理化性质。青蒿素是一种从黄花蒿茎叶中所提取的倍半萜内酯药物。提纯后的青蒿素是一种无色针状晶体,分子式为C15H22O5。结构上的特点在于青蒿素分子中含有过氧键和6-内酯环,另外还包含一个较为特殊的1,2, 4-三?f结构单元。因其特殊的分子结构特点――含过氧基团,青蒿素受热易分解,且潮湿环境及还原物质的存在均易导致其分解。青蒿素这些特殊的结构特点也为其提取历程设置了不少障碍。另外,由于其易溶于氯仿、丙酮、乙酸乙酯和苯等溶剂,而几乎不溶于水,青蒿素的提取多采用萃取法。 青蒿素是作为一种速效和低毒的抗疟特效药问世并为 世界所熟知的。以往的抗疟药物通常是通过干扰疟原虫叶酸代谢达到抗疟效果的,而青蒿素作用原理的不同在于,其主要用过干扰疟原虫表膜线粒体的功能来达到瓦解疟原虫,进而控制疟疾的效果。 青蒿素的合成提取。青蒿素可以通过化学合成及生物合成等方法人工合成,但由于人工合成成本高,且过程复杂难度大。目前青蒿素的大量生产主要采用直接从植物中提取的方法,但缺点在于从黄花蒿中提取的青蒿素纯度难以控制, 且黄花蒿的种类不同,提取部位不同均对青蒿素的质量及含量起到较大影响。根据我国诺贝尔奖获得者屠呦呦及其他众多进行相关研究的科学家,青蒿素的质量及所能提取的最大含量收多种因素影响,包括黄花蒿的品种,用于采集青蒿素的部位,黄花蒿的生长环境及采集时间段等。其中,用于采集青蒿素的部位极为重要,同一株青蒿,不同部位青蒿素的分布也大相径庭。据相关科学家报道,青蒿植株的冠部及枝条的远端叶片中青蒿素的含量最高。另外,由于潮湿环境易导致青蒿素分解,青蒿的干燥方法也有一定讲究,从在干燥环境下自然晒干的青蒿中能分离出更多青蒿素。 根据青蒿素的理化性质,从黄花蒿中提取青蒿素多采用萃取法,根据萃取提纯的基本原理,青蒿素的萃取多采用乙醚或汽油浸提法,但由于汽油浸提法所需汽油含量大存在较大安全隐患,所以乙醚浸提为青蒿素萃取提纯较常用的方法。 另外,为提高青蒿素产量,结合目前先进的技术手段,利用植物组织培养来生产青蒿素已经成为大部分进行青蒿素研究的研究人员所关注的重点方向之一。类似于紫杉醇的工业化生产,利用植物组织培养大规模生产青蒿素已成为可能。 青蒿内生真菌 植物内生真菌。在植物内生菌被发现之初,有学者将其 描述为在活的植物组织内,主要生活在植物的地上部分,且不会对植物生长造成明显影响的微生物。后来,有学者认为在其生活史一定阶段内生活在植物组织中,且不会明显危害植株生长发育的微生物。“植物内生菌”这一概念在九十年代初期由Kleopper 研究小组首次提出,在这一概念中,该小组基于原有的定义,强调植物内生菌的定义应局限在生活在植物细胞间或细胞内,并能与植物本身维持和谐统一关系的微生物,而不应包括其他致病菌或有害菌。后来有学者补充到,植物内生菌的存在不仅对于活体植物正常无任何显著影响,其存在还应对植物表型以及相关功能特征不造成明显改变。但随着对植物内生菌的研究不断加深,另有学者认为生活于健康植物组织内的部分病原菌也可被认为属于植物内生菌。到目前为止,比较受相关研究者认可的定义是,植物内生菌是指哪些生活史全部阶段或者某一阶段生活在活体植物组织内,且不对宿主植物的正常生长及外在表型产生显著影响的真菌或细菌等微生物。 青蒿内生真菌的种类。内生真菌在植物中普遍存在,具有分布广、种类多的特点,但分离出的内生真菌的种类和数量受多种因素的影响,对青蒿不同部位严格表面消毒后,利用组织分离法、研磨法等分离内生真菌,发现不同地区和不同部位分离到的内生真菌存在一定的差异。从浙江临安天目山黄花蒿的根、茎和叶中共分离到内生真菌37株,初 步鉴定属于囊孢菌、头孢霉、弯孢霉、曲霉和毛霉,囊孢菌属于优势种,而从湖南农业大学实验田黄花蒿的茎和叶中分离到的内生真菌则分别属于:束梗孢属、丝孢霉属、侧孢霉属、丝核菌属、曲霉属、拟青霉属、链格孢属、青霉属和毛霉属等,可见因产地和分离部位不同,青蒿内生真菌有很大的差异性,优势种群也有较大的差异。 青蒿内生真菌的生物活性。(1)抗菌:青蒿素以及从黄花蒿中提取出的相关活性成分具有一定的抗菌作用,因而引发了部分研究者们对于黄花蒿内生真菌抗菌作用的研究。通过对黄花蒿内生真菌的相关抗菌活性研究分析可以发现,黄花蒿内生真菌对某些植物病原菌具有一定的抗菌作用。有研究人员从黄花蒿植株中分离获得12株内生真菌,以八种典型植物病原真菌作为作用对象,研究结果发现,该12株内生真菌中有5株表现一定抗菌活性,而其中有三株表现出极强的抗菌作用。除了植物病原菌以外,黄花蒿内生真菌的次级代谢产物对于某些人类病原微生物也具有一定的拮抗能力,包括金黄色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌和大肠杆菌等。(2)抗肿瘤和抗氧化活性:除了抗菌活性外,有研究结果表明,黄花蒿内生真菌还具有抗肿瘤活性。有学者通过对八株黄花蒿内生真菌的研究发现,该八株真菌至少对三种癌细胞具备一定的细胞毒性,包括人白血病细胞、人乳腺癌细胞和结肠癌细胞。其中有五株能够一定程度上清除细胞内DPPH自由 基,而更有一株拟茎点霉属真菌,同时具备细胞毒活性及抗氧化活性。(3)促生长及青蒿素合成:大多数黄花蒿内生菌在与黄花蒿和平共处的同时,能够通过多种方式影响植株的生长季相关分泌活动,主要表现在能够促进青蒿素的合成和分泌。作为本文研究重点,具体相关关系及菌种将在下文中陈述。 青蒿素与青蒿内生真菌的关系 黄花蒿内生刺盘孢属真菌及内生胶孢炭疽菌。某些植物内生菌能够通过直接刺激宿主的某些生物合成途径来促进 目标代谢产物的合成,或者通过简介增加总生物量的方式来提高代谢产物的产生。有学者发现,在青蒿素的合成过程中中,同样存在类似的促进合成方式。如黄花蒿内生刺盘孢属真菌以及黄花蒿内生胶孢炭疽菌,其?胞壁的寡糖提取物就可对生长初期黄花蒿根中的青蒿素合成具有促进作用,且经过进一步的内生菌诱导处理后,根中的青蒿素合成能够增长一倍。经过分子层面的分析可知,该内生菌的存在能够引起黄花蒿根皮层细胞急剧发生一系列生理形态上的变化,所产生的生物或化学信号促进了青蒿素的合成。 黄花蒿内生炭疽菌。黄花蒿内生真菌在与活体植株相互作用,和谐生长的同时,对黄花蒿的生长起到了不可或缺的作用。有研究人员发现,黄花蒿内生炭疽菌的次级代谢产物,除麦角甾类化合物外,还有植物激素吲哚乙酸(IAA)。该