一株灰肉红菇内生真菌的分离鉴定及其抑菌活性研究

吴晓贤 ,  刘远超 ,  王傲 ,  卓丽君 ,  胡惠萍

生物资源 ›› 2020, Vol. 42 ›› Issue (05) : 585 -592.

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生物资源 ›› 2020, Vol. 42 ›› Issue (05) : 585 -592. DOI: 10.14188/j.ajsh.2020.05.013
研究报告

一株灰肉红菇内生真菌的分离鉴定及其抑菌活性研究

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Isolation, identification and its antibacterial activity of an endophytic fungus of Russula griseocarnosa

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摘要

灰肉红菇(Russula griseocarnosa)是岭南地区著名的野生食药用真菌。本研究通过组织分离的方法,从灰肉红菇子实体分离获得一株内生真菌,经形态学和分子生物学分析鉴定为爪哇虫草(Cordyceps javanica)。以牛津杯抑菌圈法及二倍稀释法测试了其菌丝体胞内和胞外多糖粗提物对金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)和铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)的抑菌活性。结果表明:水溶性胞内、胞外多糖对金黄色葡萄球菌及铜绿假单胞菌均具有抑菌活性,最低抑菌浓度(MIC)为37.5 mg/mL。

Abstract

Russula griseocarnosa is a well⁃known wild edible and medicinal fungus in Lingnan area. An endophytic fungus strain, which was identified as Cordyceps javanica by morphology and molecular biology, was isolated from the fruiting body of Russula griseocarnosa by tissue isolation method. We detected the antimicrobial activity of intracellular and extracellular polysaccharides extracted from the mycelia of the endophyte against Staphylococcus aureus and Pseudomonas aeruginosa respectively by the Oxford Cup method. Their minimum inhibitory concentration (MIC) was also tested by the double dilution method. The results showed that both the water⁃soluble intracellular and extracellular polysaccharides had antibacterial activity against Staphylococcus aureus and Pseudomonas aeruginosa, with a minimum inhibitory concentration (MIC) of 37.5 mg/mL.

Graphical abstract

关键词

爪哇虫草 / 抑菌活性 / 多糖 / 灰肉红菇

Key words

Cordyceps javanica / antimicrobial activity / polysaccharide / Russula griseocarnosa

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吴晓贤,刘远超,王傲,卓丽君,胡惠萍. 一株灰肉红菇内生真菌的分离鉴定及其抑菌活性研究[J]. 生物资源, 2020, 42(05): 585-592 DOI:10.14188/j.ajsh.2020.05.013

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0 引 言

灰肉红菇(Russula griseocarnosa X.H.Wang, Zhu L.Yang& Knudsen, sp. nov.)12是一种著名的食用外生菌根真菌,隶属于红菇科(Russulaceae)、红菇属(Russula3,主要分布在我国广东、广西及云南等地,民间常用于补血壮体,尤其是针对产妇及身体虚弱人士。现代科学研究表明其具有延缓衰老4、防癌抗癌5、抗氧化及抗疲劳6、降血脂7等功效。爪哇虫草(Cordyceps javanica8是一种重要的昆虫病原真菌,因其具有丰富的肽酶9,可寄生于如鳞翅目(Lepidoptera)的一种昆虫(Duponchelia fovealis Zeller)10和舞毒蛾(Lymantria dispar11、鞘翅目(Coleoptera)的咖啡果小蠹(Hypothenemus hampei12、同翅目(Homoptera)的粉虱科(Aleyrodidae)13等多种昆虫体内,也可存活于昆虫越冬场所的土壤中14。现有的分离菌株多从昆虫体内分离得到,尚未有从大型真菌中分离获得的记录。目前针对爪哇虫草功能的研究集中在抑制害虫生长的方面,一般应用于生物杀虫剂的制备,其对烟粉虱(Bemisia tabaci Gennadius)1516、亚洲柑橘木虱(Diaphorina citri Kuwayama)17、蚜虫(Aphidoidea)14、叶蝉(Cicadellidae)18、美国白蛾(Hyphantria cunea19等害虫具有防效,但尚未见有抑菌活性的研究报道。本研究持续从野生灰肉红菇子实体内分离得到多株内生真菌,绝大部分为霉菌类真菌,通过其形态及分子鉴定确认的爪哇虫草是目前发现的唯一一株内生虫草类真菌,其抑菌活力的研究结果可进一步明确爪哇虫草在抑菌方面的应用潜力,同时对研究灰肉红菇功效也具有重要意义。

1 试验方法

1.1 试验材料

1.1.1 内生菌宿主材料

本研究中灰肉红菇采自广东省蕉岭县高场村(24°42′32″N,116°14′15″E)。

1.1.2 抑菌试验指示细菌

金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus) ATCC 6538P及铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa) ATCC 15442,均来自广东省微生物菌种保藏中心(Guangdong microbial culture collection center,GDMCC)。

1.1.3 培养基

PDA培养基用于内生菌的分离、纯化和培养;营养肉汤(NB)培养基用于抑菌试验中指示细菌的培养。

1.1.4 试剂

超纯水,无水乙醇,氨苄青霉素,庆大霉素等。真菌DNA提取试剂盒(迈宝生物DNF358)。

1.2 内生菌的分离纯化及鉴定

1.2.1 内生菌的分离纯化

将新鲜灰肉红菇表面除去泥沙,用酒精棉球进行擦拭消毒,掰开后取靠近菌柄基部无虫蛀的菌肉至综合PDA斜面培养基,培养约7 d后即可转接萌发的菌丝至PDA平板培养基上进行纯化,纯化后的菌落备用,经宏观形态学观察,分离编号为E190189⁃1的菌株菌落非霉菌或灰肉红菇菌落。

1.2.2 内生菌E190189⁃1的鉴定

将纯化后的内生菌接种至PDA平板培养基上,观察其菌落形态,并使用光学显微镜观察其菌丝体和分生孢子。使用DNA提取试剂盒提取内生菌菌丝体的基因组DNA。使用通用引物ITS1/ITS4对其基因组DNA的ITS区域进行PCR扩增20,扩增产物经1%琼脂糖凝胶电泳检测后送北京六合华大基因测序,反馈的序列经NCBI数据库比对,下载相近物种的ITS序列,使用CLUSTAL X(2.0)软件完成比对,利用贝叶斯软件(MrBayes v3.2.6 x64)完成系统发育树的构建,基于亲缘关系完成内生菌的鉴定。

1.3 抑菌活性试验

1.3.1 内生菌E190189⁃1多糖提取物的制备

将纯化后内生菌E190189⁃1接种至PD培养基,25 ℃、180 r/min避光培养10 d后,过滤,分别收集菌丝体和发酵液。多糖提取采用热水浸提乙醇沉淀方法,参考金周雨的方法21略有改动。胞内多糖制备:菌丝体加超纯水进行煮沸回流、抽滤得滤液,滤液进行旋蒸浓缩,冷却后按1∶4(VV)比例加入无水乙醇,4 ℃静置过夜后,离心弃上清,加热水溶解沉淀,旋蒸浓缩后用冷冻干燥机冻干;胞外多糖制备:将旋蒸浓缩后的菌丝体发酵液进行醇沉,操作参照菌丝体滤液提取胞内多糖的流程。

1.3.2 指示细菌的准备

将采购的金黄色葡萄球菌ATCC 6538P和铜绿假单胞菌ATCC 15442菌种按使用说明活化后,挑取单菌落于NB培养基中,37 ℃,180 r/min,避光培养17 h。使用平板涂布法及紫外分光光度计法测定菌液浓度,再用无菌NB培养基稀释至1.0×106 cfu/mL备用。

1.3.3 抑菌活性的初筛

采用牛津杯法测定内生菌E190189⁃1抑菌活性。多糖样品经无菌水溶解后,配置成300 mg/mL多糖溶液,抽滤除菌后备用。根据指示细菌选择相应抗生素作为阳性对照:金黄色葡萄球菌——氨苄青霉素(50 μg/mL),铜绿假单胞菌——庆大霉素(100 μg/mL)。多糖样品溶剂(无菌水)作为阴性对照。NB培养基为空白对照。在涂布有指示细菌的NA培养基平板上放置无菌牛津杯,再分别添加相应样品及试剂(200 μL/孔)。

1.3.4 最低抑菌浓度(minimum inhibitory concentration, MIC)的测定

最低抑菌浓度的测定参考段伟丽的方法22,略有修改,即采用96孔细胞培养板进行不同浓度下多糖抑菌效果的测定。利用二倍稀释法配置一系列浓度的多糖溶液(浓度范围为0.59~300 mg/mL)。试验各组别加样详情如表1所示。37 ℃下避光培养24 h后使用酶标仪测定吸光度。多糖溶液本身有底色,因此测得的吸光值需进行相应的计算处理,再与空白对照组进行对比,以无菌落生长的孔中对应的多糖溶液浓度作为最低抑菌浓度,重复3次。

1.3.5 计算结果及统计

使用Excel 2019软件,按以下公式对试验中所获得的数据进行处理:

A=|AXA0|

式中,A为去除多糖溶液底色后各多糖浓度下菌液吸光值,即菌液浊度;AX 为实验组测得的吸光值;A0为多糖对照组测得的吸光值(多糖本底吸光值)。A与空白对照组的吸光值相比较,以指示多糖溶液对金黄色葡萄球菌及铜绿假单胞菌的抑菌效果。使用GraphPad Prism软件对处理获得的数据进行统计学分析及作图。

2 结 果

2.1 内生菌E190189⁃1的鉴定

内生菌E190189⁃1菌株转接到PDA平板后生长较为旺盛,培养20 d后培养基平板不变色,菌落直径7.2 cm,菌丝体质地绒状,呈同心圈状生长,菌落内圈老化菌丝呈淡黄色,菌丝表面有淡灰色孢子层,菌落边缘为白色菌丝,菌落背面为淡黄棕色,具放射状沟纹(图1A,1B);显微镜下观察培养了7 d的菌丝体,其菌丝管状,壁光滑,无色透明,直径大小为1.5~3.0 μm。分生孢子为单胞孢子,长4.5~5.5 μm,宽1.0~1.7 μm,呈柱形或长椭圆形,壁光滑,无色,不规则分布于可育菌丝周围,稠密(图1C,1D)。初步鉴定为虫草属真菌23

将提取的内生菌E190189⁃1基因组DNA用ITS1/ITS4引物进行PCR扩增得到大约600 bp的片段,经测序后提交GenBank获得登录号为MT138575,经过BioEdit软件修饰序列后,使用NCBI在线blast比对结果显示,该菌株与爪哇虫草相似性为99.8%~100%。此外系统发育树显示,该菌株与爪哇虫草聚为一类。因此,采用形态学特征与rDNA⁃ITS序列分析相结合的方法24,将内生菌E190189⁃1鉴定为爪哇虫草(图2)。

2.2 多糖提取物对金黄色葡萄球菌和铜绿假单胞菌的抑制作用

采用牛津杯法测定多糖提取物在浓度为300 mg/mL条件下的抑菌活性,通过抑菌圈大小评估胞外、胞内多糖对金黄色葡萄球菌和铜绿假单胞菌的抑菌活性,结果见表2图3。结果显示:胞内、胞外多糖均对金黄色葡萄球菌和铜绿假单胞菌具有抑菌性,对金黄色葡萄球菌的抑菌圈分别为18.20 mm和18.96 mm,而对铜绿假单胞菌的抑菌圈则分别为14.37 mm和14.68 mm。由抑菌结果可知,在相同浓度下,胞内、胞外多糖对两种不同细菌的抑制作用表现出明显差异(P<0.000 1),对金黄色葡萄球菌的抑制作用明显强于铜绿假单胞菌;此外,对于同一指示细菌,水溶胞外多糖溶液和水溶胞内多糖溶液的抑菌活性无明显差异(P>0.05)。

2.3 最低抑菌浓度(MIC)

将去除多糖溶液底色后各多糖浓度下菌液吸光值与空白对照吸光值进行对比,以无显著性差异的最低多糖浓度,即无菌落生长的孔中对应的多糖溶液浓度作为最低抑菌浓度。如图4所示,a~d为不同多糖浓度下菌液的浊度,及其与空白对照(CK)吸光值间的差异对比。从图4中a~d可看出,多糖浓度在37.5~300 mg/mL范围内时,指示菌菌液的吸光值与CK吸光值之间并无明显差异,但在多糖浓度为18.75 mg/mL时,指示菌菌液浊度均开始出现了显著性升高,这表明在一系列浓度的多糖溶液中,18.75 mg/mL及其更低浓度的多糖溶液对于金黄色葡萄球菌及铜绿假单胞菌均已失去了抑菌效果。由此可知,在本实验设定条件下,水溶胞内、胞外多糖对于金黄色葡萄球菌及铜绿假单胞菌的最低抑菌浓度(MIC)均为37.5 mg/mL。

3 讨 论

爪哇虫草的抑菌活性的初步筛选结果表明,其胞内、胞外多糖对金黄色葡萄球菌和铜绿假单胞菌均具有抑菌活性,且通过二倍稀释法测定的MIC为37.5 mg/mL。前人曾研究多种其他虫草类真菌代谢产物的抑菌效果,如蛹虫草(Cordyceps militaris)发酵液的乙酸乙酯和正丁醇萃取物在50 mg/mL浓度下对金黄色葡萄球菌等细菌以及绿色木霉等有明显的抑制作用25,同时70%醇沉的胞内及胞外多糖也具有较好的抑菌效果26,对艰难梭菌(Clostridium difficile)等肠道有害的梭菌属细菌有强烈抑制作用27,进一步的分析表明其主要抑菌活性物质为虫草素2527。冬虫夏草(Ophiocordyceps sinensis)的菌丝体提取物对金黄色葡萄球菌等具有较好的抑制作用28,人工培育的大蝉虫草(Cordyceps cicadae)发酵液的乙酸乙酯提取物对白色念珠菌具有较好的抑制作用29,活性成分的研究表明抗菌物质有多球壳菌素30,十八碳二烯酸、麦角甾醇、白僵菌酮31。深红虫草(Cordyceps cardinalis)的乙酸乙酯提取物在浓度为50 mg/mL时,对金黄色葡萄球菌等细菌有较高的抗菌活性32。新疆细虫草(Ophiocordyceps gracilis)的水提取物和醇提取物对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等有很好的抑制效果33。其他的虫生真菌如古尼拟青霉(Paecilomyces gunnii)、斜链拟青霉(Paecilomyces sp.)、多形白僵菌(Baeuveria amorpha)、绿色野村菌(Nomuraea prasina)对白色念珠菌也具有较强的抑菌活性34。本研究中涉及到的爪哇虫草多糖抑菌效果为首次报道,研究表明其胞内及胞外多糖浓度为300 mg/mL时对金黄色葡萄球菌和铜绿假单胞菌有较好的抑制效果,其中对金黄色葡萄球菌效果较为明显。与其他虫草类真菌代谢产物相比,爪哇虫草抑菌多糖浓度较高,但由于研究中所用多糖为粗提取物,其具体抑菌物质尚不明确,有待对其活性成分进行分离、纯化研究,进一步明确其有效抑菌成分。

内生真菌常寄生于植物组织内35,在大型真菌,如裂褶菌(Schizophyllum commune Franch.)、鹅膏菌(Amanita)、牛肝菌(Boletus)、红菇(Russula)中也有发现36~38。红菇属于珍贵的外生菌根食用真菌,由于其野外生长环境的复杂性,导致红菇子实体内时常伴有其他真菌。前期有研究者以红菇为材料进行组织分离获得内生真菌,经鉴定为丛赤壳菌属(Nectria)真菌39,本研究从野生灰肉红菇子实体内分离得到多株内生真菌,在完成鉴定的35株内生真菌中大部分为霉菌类真菌、拟盘多毛孢(Pestalotiopsis)及菌寄生菌(Hypomyces),此外在本实验室目前已完成的4 000多份活标鉴定和5 000多株菌株鉴定中并未发现爪哇虫草,此株爪哇虫草是目前分离鉴定获得的唯一一株内生虫草类真菌,此菌株的获得进一步丰富了灰肉红菇的内生真菌种类。该虫草菌株首次发现于大型真菌担子果中,而常寄生在昆虫体内的真菌是如何转移到大型真菌子实体内仍未明确。在作者野外采集过程中发现成熟的红菇大多数都有虫蛀的情况,特别是菌柄基部位置,推测是携带了爪哇虫草真菌的昆虫作为传递者,将其带入红菇组织内,在后续研究中也将持续关注野生灰肉红菇内生真菌中的虫草类真菌。本文的研究将为灰肉红菇的开发和利用提供新的物质基础。

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基金资助

广东省科技计划项目(2019B121202005)

广东扬帆计划引进创新创业团队项目(2017YT05S115)

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