王志山 黎妮 王偉平 劉洋

（1. 北京科技大學(xué)化學(xué)與生物工程學(xué)院，北京100083；2. 湖南雜交水稻研究中心雜交水稻國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長沙410125）

植物內(nèi)生菌（endophyte）是一類一定階段或全部階段生活于健康植物的各種組織和器官內(nèi)部而不引起侵染癥狀的重要微生物資源，在長期的相互作用過程中，植物與內(nèi)生菌已經(jīng)形成了互惠互利的關(guān)系，成為植物進(jìn)化過程的重要組成部分［1-3］。植物內(nèi)生菌的發(fā)現(xiàn)最早可以追溯到100多年前，但是由于其本身特性，即寄主植物未表現(xiàn)出類似于病原菌感染的癥狀，所以一直被人們忽視；直到20世紀(jì)30年代，許多牲畜由于食用感染內(nèi)生真菌的牧草導(dǎo)致中毒，給畜牧業(yè)造成重大損失，為此植物內(nèi)生菌的研究也才真正引起人們的重視。已有研究表明，植物中存在大量內(nèi)生菌，它們在宿主植物的內(nèi)部組織中定居并形成一系列互利、共生、共棲的關(guān)系［4］。植物內(nèi)生菌除了具有促進(jìn)幼苗萌發(fā)、促進(jìn)植物生長、提高產(chǎn)量、增強(qiáng)抗性、誘導(dǎo)次生代謝產(chǎn)物合成等生物功能外，其天然產(chǎn)物在醫(yī)藥業(yè)、農(nóng)業(yè)、工業(yè)等領(lǐng)域都具有潛在用途［5-8］。

種子既是植物的繁殖器官、植物遺傳信息的保存者和傳遞者，也是植物在逆境脅迫中保證物種繁衍的適應(yīng)性策略，對植物繁殖后代及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有重要意義［9-10］。大量研究證明，植物種子中含有豐富的內(nèi)生菌資源，在植物繁衍過程中，種子是細(xì)菌從母本植株到子代個(gè)體的傳播介質(zhì)，負(fù)責(zé)將有益細(xì)菌代代相傳，從而對植物的生長發(fā)育及品質(zhì)產(chǎn)量等生物性狀產(chǎn)生直接或間接的影響［3，11-13］。水稻作為禾本科作物，是植物與內(nèi)生菌相互作用的理想模式植物，研究水稻種子與其內(nèi)生菌之間的作用關(guān)系及機(jī)理，對水稻增產(chǎn)、病蟲害防治有積極意義。本文結(jié)合近年來本項(xiàng)目組的研究進(jìn)展及相關(guān)領(lǐng)域動態(tài)，從水稻種子內(nèi)生菌多樣性、種子與內(nèi)生菌分布的相關(guān)性、內(nèi)生菌生物學(xué)功能以及垂直傳遞規(guī)律等4個(gè)方面，系統(tǒng)總結(jié)近年來水稻種子內(nèi)生菌研究領(lǐng)域所取得的進(jìn)展，旨在為后續(xù)水稻種子內(nèi)生菌的相關(guān)研究提供思路和方向。

1 水稻種子內(nèi)生菌多樣性研究

隨著分子生物學(xué)技術(shù)發(fā)展和檢測手段的不斷提高，水稻內(nèi)生菌檢測的靈敏度越來越高，水稻內(nèi)生菌的多樣性研究已成為水稻內(nèi)生菌研究領(lǐng)域的重要內(nèi)容。水稻內(nèi)生菌除了包括與水稻構(gòu)成互惠共利關(guān)系的內(nèi)生真菌、細(xì)菌和放線菌外，還包括潛伏在水稻體內(nèi)的病原微生物。研究水稻內(nèi)生菌的多樣性對于探究水稻體內(nèi)的細(xì)菌群結(jié)構(gòu)組成及其變化規(guī)律等有重要意義，同時(shí)也能為相關(guān)功能菌株的篩選和應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1.1 利用分離培養(yǎng)方法（isolation and culture methods）揭示水稻種子內(nèi)生細(xì)菌多樣性

分離培養(yǎng)技術(shù)是一種傳統(tǒng)的植物內(nèi)生菌多樣性研究技術(shù)，其常被研究人員用來探究水稻種子內(nèi)生細(xì)菌的多樣性。例如，李南南等［14］采用傳統(tǒng)微生物培養(yǎng)方法對3個(gè)品種的雜交水稻種子內(nèi)生細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)多樣性進(jìn)行了分析，結(jié)果表明這些雜交水稻種子內(nèi)生細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)具有多樣性，其中在門水平主 要 以 Firmicutes、Proteobacteria和 Actinobacteria類群為主，但在屬水平上三者存在優(yōu)勢屬及豐度差異。另有報(bào)道采用分離培養(yǎng)技術(shù)探究寄主基因型和鹽脅迫對鹽敏感和耐鹽水稻品種種子內(nèi)生細(xì)菌群落的影響，試驗(yàn)結(jié)果表明水稻種子內(nèi)部的內(nèi)生細(xì)菌群落具有相當(dāng)豐富的多樣性，而且在鹽脅迫條件下，鹽敏感和耐鹽水稻品種的內(nèi)生細(xì)菌群落向黃桿菌屬（Flavobacterium）、泛菌屬（Pantoea）、腸桿菌屬（Enterobacter）、微桿菌屬（Microbacterium）、小坂菌屬（Kosakonia）和短小桿菌屬（Curtobacterium）的細(xì)菌類群轉(zhuǎn)移［15］。此外，也有報(bào)道采用分離培養(yǎng)技術(shù)揭示出水稻種子中存在種類繁多的內(nèi)生細(xì)菌［16-20］。

1.2 利用非培養(yǎng)方法（culture-independent methods）揭示水稻種子內(nèi)生細(xì)菌多樣性

傳統(tǒng)的分離培養(yǎng)技術(shù)具有一定的局限性，只能鑒定出寄主植物內(nèi)一些可培養(yǎng)的內(nèi)生菌，且分離出的大多數(shù)是較活躍的少量內(nèi)生菌類群。對于植物體內(nèi)無法培養(yǎng)的內(nèi)生菌，則需要采用非培養(yǎng)技術(shù)加以鑒定，而且有必要使用多相方法對可培養(yǎng)和不可培養(yǎng)的兩類內(nèi)生菌進(jìn)行全面的分析研究。目前，用于植物內(nèi)生菌多樣性分析的非培養(yǎng)技術(shù)主要包括16S rDNA克隆文庫技術(shù)、變性梯度凝膠電泳（denaturing gradient gel electrophoresis，DGGE）技術(shù)和高通量測序技術(shù)（high-throughput sequencing）等［3，21-25］。

16S rDNA克隆文庫技術(shù)與DGGE技術(shù)出現(xiàn)的比較早，有研究人員利用這兩種技術(shù)探究了水稻種子內(nèi)生細(xì)菌的多樣性［21，26］。但是隨著測序技術(shù)的發(fā)展，近年來越來越多的研究人員開始使用高通量測序方法探究水稻種子內(nèi)生細(xì)菌的多樣性。Zhang等［25］采用基于Illumina的16S rRNA基因?qū)λ痉N子內(nèi)生細(xì)菌群落進(jìn)行研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，水稻種子內(nèi)存在種類豐富的內(nèi)生細(xì)菌，而且首次在水稻種子中檢測到一些細(xì)菌菌群，如酸桿菌門（Acidobacteria）、梭桿菌門（Fusobacteria）、衣原體（Chlamydiae）和芽單胞菌門（Gemmatimonadetes）。本課題組之前也利用同樣方法探究了超級雜交稻與旱稻種子的內(nèi)生細(xì)菌多樣性發(fā)現(xiàn)，不同品種種子間也存在類型豐富的內(nèi)生細(xì)菌，且很多細(xì)菌類型與之前的報(bào)道結(jié)果一致［3，27］。由此可見，在未來的水稻內(nèi)生菌的研究中，通過結(jié)合傳統(tǒng)的分離培養(yǎng)方法和非培養(yǎng)分析方法，可以為研究水稻內(nèi)生菌提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐，有助于鑒定并獲得一些新的難以分離篩選的功能性內(nèi)生菌株。

2 水稻種子與其內(nèi)生細(xì)菌分布的相關(guān)性研究

2.1 種子內(nèi)部結(jié)構(gòu)與內(nèi)生細(xì)菌的相關(guān)性

已有報(bào)道指出，植物種子內(nèi)部的不同結(jié)構(gòu)中內(nèi)生細(xì)菌分布有差異［28-31］。對于水稻種子而言，Eyre等［32］利用高通量測序技術(shù)鑒定水稻種子微生物群落，結(jié)果同樣證實(shí)水稻種子由內(nèi)到外不同結(jié)構(gòu)部位內(nèi)生細(xì)菌分布不同?？傮w而言，水稻種子內(nèi)生細(xì)菌的擴(kuò)增子序列變異體（amplicon sequencing variants，ASV）由外至內(nèi)呈下降趨勢，但種子內(nèi)部的細(xì)菌多樣性比外殼和種皮的細(xì)菌多樣性高，表明水稻種子內(nèi)部雖然存在的細(xì)菌類群數(shù)量不多，但其豐度相比于種子外部更均勻。此外，研究人員還發(fā)現(xiàn)水稻種子外殼及種皮等隔室中α-變形菌（α-Proteobacteria）的豐度遠(yuǎn)高于種子內(nèi)部，而種子內(nèi)部γ-變形菌（γ-Proteobacteria）的豐度高于種子外殼及種皮部分［32］。由此可見，水稻種子內(nèi)生細(xì)菌類群分布與其內(nèi)部結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。

2.2 種子發(fā)育時(shí)期與內(nèi)生細(xì)菌的相關(guān)性

種子從形成、成熟到最終發(fā)芽，不同發(fā)育時(shí)期內(nèi)生細(xì)菌類群是呈動態(tài)變化的，其種類和組成會發(fā)生改變，某些種類細(xì)菌也會發(fā)生運(yùn)動和轉(zhuǎn)移，尤其是隨著種子的發(fā)育，淀粉等營養(yǎng)物質(zhì)的積累和變化會影響到其固有微生物種類的組成［33］。對于雜交水稻親本深08S、620S和16A007種子灌漿期及成熟期兩個(gè)不同發(fā)育時(shí)期內(nèi)生細(xì)菌多樣性的研究表明，3個(gè)品種水稻種子不同發(fā)育時(shí)期的內(nèi)生細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)變化明顯，種子成熟期內(nèi)生細(xì)菌種類較灌漿期更高，而且優(yōu)勢細(xì)菌種類也存在差異［34］。另有研究指出，當(dāng)種子吸脹后，其初級和次級代謝物會迅速釋放到鄰近的土壤，從而形成一個(gè)“萌發(fā)種子周圍微生物活性升高”的區(qū)域，即種子際（spermosphere），由于種子際高度集中微生物生長所需營養(yǎng)物質(zhì)，所以種子上或種子內(nèi)的細(xì)菌相比于周圍土壤環(huán)境中的微生物類群具有更大的競爭優(yōu)勢，表明種子際相關(guān)微生物類群組成可能受土壤環(huán)境影響更大［35］，同時(shí)種子吸脹萌發(fā)時(shí)間對于種子際微生物菌落在門、屬水平上的類型和豐度都有一定影響［36］。從研究文獻(xiàn)檢索情況來看，目前對于水稻種子發(fā)育時(shí)期與其內(nèi)生細(xì)菌演替的研究仍然有限。

2.3 種子化學(xué)成分與內(nèi)生細(xì)菌的相關(guān)性

水稻種子內(nèi)部常見的化學(xué)成分大多是一些營養(yǎng)物質(zhì)，如淀粉、儲藏蛋白和脂類等，它們以不同的比例儲藏在種子各組織中［37］。這些營養(yǎng)物質(zhì)不僅是水稻種子發(fā)育生長所需，同時(shí)也是種子內(nèi)生細(xì)菌賴以生存的物質(zhì)條件，故水稻種子的化學(xué)成分與其內(nèi)生細(xì)菌可能存在一定相關(guān)性。根據(jù)已有報(bào)道，隨著水稻種子的成熟，內(nèi)部淀粉等營養(yǎng)物質(zhì)含量會逐漸上升，水分含量也會相應(yīng)發(fā)生變化，這一系列化學(xué)組分的變化會直接或間接地影響種子內(nèi)生菌的群落結(jié)構(gòu)組成，具有產(chǎn)生分解淀粉等營養(yǎng)物質(zhì)的相關(guān)酶、耐高滲透壓及抗菌活性的內(nèi)生菌會明顯增多［38-40］。另一方面，有研究人員對分離自水稻種子內(nèi)部的有益內(nèi)生細(xì)菌進(jìn)行功能探究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)這些內(nèi)生菌對于植物的生長、生化組分及營養(yǎng)物質(zhì)積累也有很強(qiáng)的促進(jìn)作用［19，41-42］。然而，根據(jù)以上研究報(bào)道也只能初步判斷水稻種子化學(xué)成分與其內(nèi)生細(xì)菌之間具有潛在的相關(guān)性，至于種子化學(xué)成分分布對于其內(nèi)生細(xì)菌分布是否直接產(chǎn)生影響還需要研究人員進(jìn)行更深層次的探究。

2.4 種子活力與內(nèi)生細(xì)菌的相關(guān)性

種子活力是衡量種子質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，決定著植物能否迅速、均勻地出苗并且能夠發(fā)育為正常植株。一般活力較高的種子其雜交的后代往往具備較高活力，而植物種子如果保存條件良好，其活力也可以保持幾年甚至幾十年，所以說，植物種子活力的影響因素一般包括遺傳因素與環(huán)境因素兩方面［33，43-44］。最新研究發(fā)現(xiàn)，植物種子的活力高低對其內(nèi)生菌群落多樣和密度也有很大的影響。研究人員觀察到，潮濕氣候下植物種子由于具有較干燥環(huán)境下更適宜的生長條件，其活力往往更高，所以長出植株的均勻度好、抗病能力也就更強(qiáng)，而針對其內(nèi)生菌進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，高濕環(huán)境下生長的植物種子其內(nèi)生細(xì)菌的群落更密集，多樣性也更高［45］。除此之外，如果從遺傳學(xué)角度去考慮，雖然大多研究都表明種子活力與其基因型有直接聯(lián)系，但種子母本植株垂直傳播的相關(guān)內(nèi)生細(xì)菌對于種子活力也是一個(gè)重要影響因素［46-48］。目前，水稻種子活力高低與其內(nèi)生細(xì)菌的相關(guān)性研究還比較少。之前有研究人員將分離自雜交水稻種子的細(xì)菌接種到6份雜交稻樣品中，以驗(yàn)證其是否對水稻種子結(jié)實(shí)率及生活力產(chǎn)生影響，結(jié)果表明噴施該細(xì)菌對延長水稻種子活力有明顯效果，其中噴施細(xì)菌液后當(dāng)代水稻種子帶細(xì)菌率相比對照組增加5.4%-37.8%，儲藏兩年后帶細(xì)菌率相比對照組增加0.7%-9.7%，發(fā)芽率增加16.1%-26.1%［49］。

2.5 種子基因型與內(nèi)生細(xì)菌的相關(guān)性

水稻種子作為攜帶親本基因的雛形植物體（microphyte），具有一致性和遺傳性特征，因此，水稻的基因型與種子的內(nèi)生細(xì)菌之間可能具有某種相關(guān)性，越來越多的研究報(bào)道也證實(shí)了這一觀點(diǎn)。研究人員在分析水稻種子內(nèi)生細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)及多樣性時(shí)發(fā)現(xiàn)，水稻種子基因型對種子內(nèi)生細(xì)菌群落多樣性、結(jié)構(gòu)、分布、豐度有一定影響［3，11，15，20，25］，不同基因型的種子之間雖然存在共存的內(nèi)生優(yōu)勢細(xì)菌類群，但它們在內(nèi)生細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)與多樣性方面存在差異［3，50］。有些研究發(fā)現(xiàn)不同品種種子間的內(nèi)生細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)與多樣性較相似，但在細(xì)菌類群的豐度上其間仍存在一定差異［27］。值得一提的是，部分研究表明，水稻親本與其雜交子代的種子內(nèi)生細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)與多樣性也具有明顯的相關(guān)性，而且它們的內(nèi)生優(yōu)勢細(xì)菌尤為相似［3，11］?？偠灾?，上述研究為水稻種子基因型與內(nèi)生細(xì)菌的分布具有相關(guān)性提供了有力的論據(jù)。

2.6 水稻抗病性與種子內(nèi)生細(xì)菌的相關(guān)性

稻瘟病、紋枯病、惡苗病等都是水稻生長發(fā)育過程中最常見的病害，這些病害的大面積發(fā)生會嚴(yán)重影響水稻產(chǎn)量［51］。最新研究發(fā)現(xiàn)，水稻種子內(nèi)生細(xì)菌作為宿主植物的“延伸免疫系統(tǒng)”，對于水稻拮抗病原菌有著重大作用。研究指出，水稻抗病性分化不僅具有地理分布差異性，而且與其種子內(nèi)生細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的差異緊密相關(guān)，其中具有抗性表型的水稻種子鞘氨醇單胞菌屬（Sphingomonas）的富集顯著，并且其核心成員——瓜類鞘氨醇單胞菌（Sphingomonas melonis）除能在具有抗性表型的種子中世代傳遞外，亦可賦予易感表型抗病性［52］。在進(jìn)行深入的機(jī)制探究后發(fā)現(xiàn)，瓜類鞘氨醇單胞菌在水稻感染細(xì)菌性穗枯病菌（Burkholderia plantarii）時(shí)會作出負(fù)反饋響應(yīng)并在在質(zhì)外體中積累化學(xué)小分子信號氨茴酸，當(dāng)B. plantarii接觸氨茴酸后，其RpoS轉(zhuǎn)錄級聯(lián)反應(yīng)調(diào)控的毒力因子（tropolone）生物合成通路就會受到干擾，導(dǎo)致侵染力的喪失［52］。除此之外，也有部分研究從水稻種子中分離出具有拮抗水稻相應(yīng)病原菌活性的內(nèi)生細(xì)菌菌株［7，53-55］，而且進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)表明，具拮抗活性的細(xì)菌菌液處理的水稻種子病害發(fā)生率會大幅度降低，萌發(fā)幼苗的莖長與根長比對照長［7］。綜上所述，水稻本身的抗病性高低對于其種子中的內(nèi)生細(xì)菌會有一定的篩選作用，且水稻種子中這些抗病性較強(qiáng)的內(nèi)生細(xì)菌對于水稻的生長和抗病蟲害能力都有一定的促進(jìn)與增強(qiáng)作用，說明研究人員能在一些抗病性較強(qiáng)的水稻種子中篩選并鑒定出一些具有抗病性的內(nèi)生細(xì)菌并不是偶然的。

3 水稻種子內(nèi)生細(xì)菌的生物學(xué)功能研究

3.1 直接促生長作用

種子內(nèi)生細(xì)菌一般通過分泌和誘導(dǎo)產(chǎn)生植物生長調(diào)節(jié)物質(zhì)、溶解土壤中的磷元素及合成并分泌鐵載體等機(jī)理，對植物生長發(fā)育產(chǎn)生直接影響［41，56-62］。研究發(fā)現(xiàn)，水稻種子內(nèi)生細(xì)菌對水稻的直接促生長作用也是通過類似的機(jī)制實(shí)現(xiàn)。Shahzad等［56］對水稻種子所攜帶的內(nèi)生細(xì)菌進(jìn)行分離鑒定并評估了它們在植物激素生產(chǎn)和促進(jìn)生長方面的潛力，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，水稻種子中產(chǎn)生吲哚-3-乙酸（IAA）的內(nèi)生細(xì)菌顯著提高了植株的大部分生長特性（莖和根長、鮮生物量和干生物量及葉綠素含量等）。此外，研究人員通過對水稻種子內(nèi)生細(xì)菌的促生特性研究發(fā)現(xiàn)，水稻中通過種子傳播的內(nèi)生細(xì)菌可以通過調(diào)節(jié)植物激素及某些代謝產(chǎn)物、固氮、分泌鐵載體和溶解磷酸鹽等多重作用促進(jìn)水稻植株的生長［41，63］。

3.2 間接促生長作用

種子內(nèi)生細(xì)菌除了可以通過合成并分泌植物生長激素、鐵載體等來直接對植物生長產(chǎn)生促進(jìn)作用外，種子內(nèi)生細(xì)菌也可以通過提高植物對環(huán)境脅迫的抗性、產(chǎn)生生物固氮作用或提高對植物病原微生物的拮抗作用等來間接促進(jìn)植物生長［57-58，64-69］。研究表明，包括水稻在內(nèi)的大部分植物內(nèi)生固氮菌一般通過定殖在植物內(nèi)部并利用植物本身碳源，與植物進(jìn)行聯(lián)合固氮，促進(jìn)植物生長，同時(shí)植物體內(nèi)相對低氧的狀態(tài)也有利于細(xì)菌固氮酶的表達(dá)與作用［70-71］。研究人員也已經(jīng)在水稻種子中分離出具有固氮作用的內(nèi)生細(xì)菌［41，63］。與此同時(shí)，水稻種子中具有拮抗病原微生物的內(nèi)生細(xì)菌也是水稻內(nèi)生菌研究領(lǐng)域的一大熱點(diǎn)。截至目前，研究人員已經(jīng)從水稻種子中分離得到了一批具有良好抑病效果的植物內(nèi)生細(xì)菌［7，52-55］。水稻種子內(nèi)生細(xì)菌拮抗病原微生物的機(jī)制主要包括分泌抗生素等抗菌物質(zhì)、競爭生態(tài)位與營養(yǎng)物質(zhì)、誘導(dǎo)系統(tǒng)抗性、作為外源基因載體等幾方面［52，72-73］。本課題組利用高通量測序技術(shù)對水稻種子內(nèi)生細(xì)菌進(jìn)行分析時(shí)發(fā)現(xiàn)旱稻種子中除含有水稻種子中常見的一些內(nèi)生細(xì)菌外，也有抗旱性較強(qiáng)的細(xì)菌屬［27］；對于耐鹽堿水稻種子內(nèi)生細(xì)菌進(jìn)行研究時(shí)同樣分離鑒定出多株具有耐鹽活性的細(xì)菌（數(shù)據(jù)尚未發(fā)表）。由此可見，水稻種子內(nèi)生細(xì)菌對于宿主的抗逆性增強(qiáng)也可能發(fā)揮著重要作用，但是目前這方面的研究還相對較少，相關(guān)的機(jī)制研究也有待進(jìn)一步探究。

4 水稻種子內(nèi)生細(xì)菌的垂直傳遞研究

植物體可以通過世代間及其個(gè)體生命周期中獲得其內(nèi)生微生物群落的能力來應(yīng)對其生存環(huán)境的改變［74］。植物中的微生物能夠通過水平轉(zhuǎn)移和垂直傳遞的方式從環(huán)境和母體植物中獲得，而在通過垂直傳播所形成的植物體中，這種關(guān)系是專性的，這些微生物整個(gè)生命周期全部在宿主植物體內(nèi)度過，往往無法在環(huán)境中獨(dú)立生存［75］，并且當(dāng)這種互惠互利的關(guān)系穩(wěn)定建立之后，就會在該植物的世代之間進(jìn)化出內(nèi)生微生物的垂直傳播途徑，以確保這種有益的互利關(guān)系從一代忠實(shí)地傳遞到下一代，并在種子萌發(fā)及植物成長過程中發(fā)揮重要生物學(xué)作用［67，76］。種子是內(nèi)生菌在宿主植物世代之間垂直傳遞的主要途徑，并充當(dāng)植物微生物組的儲存庫［35，77-80］。支持植物內(nèi)生菌通過種子垂直傳遞的現(xiàn)有證據(jù)來自證實(shí)種子與幼苗之間內(nèi)生菌類群重疊關(guān)系的研究［74，81］，且研究發(fā)現(xiàn)與種子外部菌群相比，種子內(nèi)的微生物更具有迅速定殖于新生植物并占據(jù)植物體內(nèi)空間的優(yōu)勢，且更易于利用植物所提供的營養(yǎng)成分［82］。截至目前，已有研究報(bào)道表明多種植物存在可以在宿主植物世代之間連續(xù)垂直傳遞的特定菌群［3，29，74，83-87］。目前，水稻種子內(nèi)生細(xì)菌的垂直傳遞研究也已經(jīng)取得了一定成果。Walitang等［11］研究了水稻種子經(jīng)過雜交、重復(fù)近交、人類選擇和在不同生態(tài)地理位置種植后其內(nèi)生菌組成隨時(shí)間的變化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)雙親或雙親之一在后代種子內(nèi)生菌的形成過程中做出了重大貢獻(xiàn)，后代的大多數(shù)末端限制性片段（T-RFs）可以追溯到其任何一個(gè)親本或雙親，即使在不同的地理位置重新種植，許多類似的內(nèi)生細(xì)菌群體仍然存在于種子中。本課題組以我國自主培育的超級雜交稻新品種深兩優(yōu)5814及其親本Y58S和C4114種子作為材料，研究了它們的內(nèi)生細(xì)菌結(jié)構(gòu)和多樣性，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明3個(gè)樣品雖然在內(nèi)生細(xì)菌群落組成和結(jié)構(gòu)上存在明顯差異，但子代種子的優(yōu)勢內(nèi)生細(xì)菌屬與其親本保持一致，均為Pantoea［3］。由此可見，水稻親本對于其后代種子內(nèi)生菌的形成過程有重要作用，而且種子中存在特定菌群在水稻世代之間存在垂直傳遞的連續(xù)性，母源傳播很可能是水稻種子微生物群落傳播的主要途徑［3，11，88］。

5 雜交水稻（hybrid rice）種子內(nèi)生細(xì)菌研究現(xiàn)狀及展望

5.1 雜交水稻種子內(nèi)生細(xì)菌研究現(xiàn)狀

雜交水稻一般是指兩個(gè)在遺傳上有一定差異但其優(yōu)良性狀能互補(bǔ)的水稻親本進(jìn)行雜交所產(chǎn)生的具有雜種優(yōu)勢的水稻品種，其普遍具有高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、廣適及多抗等特點(diǎn)［89］。針對雜交水稻種子內(nèi)生細(xì)菌的多樣性與群落結(jié)構(gòu)進(jìn)行的相關(guān)研究結(jié)果表明，雜交水稻種子中不僅存在種類豐富的內(nèi)生細(xì)菌屬，而且其中的優(yōu)勢屬與常規(guī)水稻品種種子中的優(yōu)勢細(xì)菌 屬 類 似，Pantoea、Bacillus、Methylobacterium、Pseudomonas、Sphingomonas及Rhizobium 等 細(xì)菌同樣存在于雜交水稻種子中［3，14，16-17，90-92］。Liu 等［93］也從雜交水稻種子中分離到一株新的細(xì)菌，并將其命名為湖南擬芽孢桿菌（Paenibacillus hunanensis sp. nov.）。深兩優(yōu)5814是一個(gè)在生產(chǎn)上大面積應(yīng)用的雜交水稻品種，有研究人員通過拮抗實(shí)驗(yàn)從其種子中分離到一株內(nèi)生細(xì)菌菌株P(guān)aenibacillus polymyxa RSE1，研究結(jié)果表明這株菌對于稻曲病菌（Ustilaginoidea oryzae）CICC具有較強(qiáng)的拮抗活性［54］。本課題組通過平板對峙實(shí)驗(yàn)也從雜交水稻深兩優(yōu)5814種子中分離出一株對稻瘟病菌（Magnaporthe oryzae）ACCC 36020有明顯拮抗活性的菌株 JK，經(jīng)鑒定這株菌為 Bacillus velezensis［55］。總體而言，目前對于雜交水稻種子內(nèi)生細(xì)菌的研究相對較少，尤其是不同類型的雜交水稻種子與其內(nèi)生細(xì)菌的相關(guān)性研究鮮有報(bào)道。

5.2 雜交水稻種子內(nèi)生細(xì)菌未來研究方向

對雜交水稻種子內(nèi)生細(xì)菌開展系統(tǒng)研究，對于從微生態(tài)學(xué)角度揭示雜交水稻高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、多抗機(jī)制具有重要作用。開展不同類型雜交水稻品種種子內(nèi)生細(xì)菌的遺傳多樣性、親本與子一代的垂直傳遞規(guī)律、種子內(nèi)生細(xì)菌對雜交水稻產(chǎn)量、品質(zhì)、抗性（抗病蟲、耐逆等）的形成機(jī)制等研究，解決雜交稻種子益生菌定殖關(guān)鍵技術(shù)，利用現(xiàn)代生物技術(shù)研發(fā)人工益生細(xì)菌，研發(fā)一批有益促生菌劑應(yīng)用于雜交水稻生產(chǎn)，促進(jìn)雜交水稻高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、多抗，推動雜交水稻高產(chǎn)高效綠色生產(chǎn)發(fā)展，為保障國家糧食安全提供科技支撐，這是雜交水稻種子內(nèi)生細(xì)菌未來的重點(diǎn)研究方向。

6 結(jié)語

對于植物內(nèi)生菌與育種的關(guān)系，一種新的育種策略“植物與微生物共生體育種（plant holobiont breeding）”思路也被提出［94］。該育種思路的立論基于兩點(diǎn)：一是某些植物的培育實(shí)際上是植物/微生物共生體的培育；二是植物內(nèi)生菌與宿主植物之間或多或少存在相互作用，不同基因型的宿主植物對內(nèi)生菌的種類和分布等均可能有所選擇。因此，可以設(shè)想通過改變宿主植物的遺傳背景，改變宿主植物從環(huán)境中接納的植物內(nèi)生菌種類，從而達(dá)到改變植物（實(shí)際上是植物內(nèi)生菌/宿主共同體）表型的目的?；谶@種育種設(shè)想，今后在水稻育種中可能也需要考慮微生物因素，重視微生物在水稻新品種表型及其他性狀形成中的影響，加強(qiáng)微生物對水稻育種事業(yè)的貢獻(xiàn)值，這不僅對豐富作物育種科學(xué)內(nèi)涵，還是對生產(chǎn)應(yīng)用而言，都是一件有意義的工作。因此，雜交水稻種子內(nèi)生細(xì)菌的研究今后主要還是圍繞雜交水稻高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、多抗等特性開展，重點(diǎn)開展雜交水稻種子內(nèi)生促生菌與內(nèi)生拮抗菌資源鑒定篩選，并通過雜交水稻與微生物相互作用的研究闡明其機(jī)制機(jī)理，達(dá)到從植物中來到植物中去的內(nèi)生菌挖掘與利用目標(biāo)，最終實(shí)現(xiàn)共生體育種目標(biāo)。同時(shí)，結(jié)合水稻種子內(nèi)生菌垂直傳遞、子代對于親本優(yōu)勢細(xì)菌繼承等研究，為水稻雜種優(yōu)勢利用提供微生物生態(tài)學(xué)佐證，也值得深入研究和探索。