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卯晓岚:真菌是生物圈第二大类群

 汀澜书院 2022-10-09 发布于重庆

真菌是地球生物圈中第二大类群,虽然己描述和记载的物种数目约10万种,但据有关专家估计和预测,地球上可能有真菌300万~500万种,仅次于昆虫。目前被人类认知的真菌仅占2%~3.3%,已进行功能评价、化学研究和开发利用的物种,比例则低。人类对真菌的利用始于食药用菌和发酵工业,即对子实体和发酵产物的利用,而寻找具有活性、功能的次级代谢产物,并进行深入研究与开发,真菌资源中仍蕴藏着巨大的潜能。例如,近年从担子菌藻珊瑚(Alulticlavula sl’nensl’3-R.Petersen&M.zang)和地衣内生真菌拟盘多毛孢(Pestalotiopsis sp.)中分离得到23种代谢产物,其中21种为首次发现的新结构化合物,并具有明显的抗金色葡萄球菌活性。菌物在各种生存环境中不断演化,形成了特殊的代谢产物和防御系统,进而产生结构类型新颖、活性广泛、多样的次级代谢产物,是有用物质研究中不可或缺的宝贵来源,在未来工农业生产和医药卫生等领域将占据重要地位。但是,研究材料、筛选方法和代谢途径分析等方面的局限性,导致发现具开发价值和应用前景的新结构活性化合物的概率较低,严重制约了其活性、功能产物的研究与利用。

菌物起源悠远、生命顽强、形态多样、生理独特、生境复杂,注定并预示着它将对服务于人类作出巨大贡献。真菌蕴藏着巨大的生物潜能,是有价值的战略生物资源,对未来的上农业、医药卫生、环境保护等领域的发展甚至衣食住行将产生巨大影响。在宏观上,少数种已被人类直接利用,如食用菌、药用菌、生防菌等;而在微观上,物种作为基因的载体,众多状似缺乏经济价值的种类,正挑战着人类的智慧和科技水平。最近,在一株腐生子囊菌上发现了具有广谱抗菌作用的短肽(plectasin),大量具潜在应用前景的新颖骨架化合物正以前所未有的速度被发现。目前,以真菌为材料进行生命本质的研究已经成为国际前沿和热点。可以预见,真菌学研究所取得的重大进展和突破,必将极大地推动以真菌为米源的功能物质的研发。此外,真菌在地球生态系统维持和物质能量循环中起着不可替代的巨大作用,任分解各种复杂的含碳化合物,使之简化而归还给大自然的过程中起了决定性的作用,被誉为“大自然的清道夫”,功莫大焉!

近代真菌学的历史还不足300年。早期研究者多凭个人兴趣,单枪匹马独干,偶有家人协助,都有杰作问世。例如,意大利P Micheli出版的《植物新属》(1’729),瑞典C.Linnaeus的《植物种志》(1753),出生于南非好望角而就读和研究于德、法的C.H.Persoon的《菌物纲要》(1801),瑞典E.M.Fries的《菌物系统》(1821~1829),德国A.de Bary的《菌物的比较形态学和生物学》(1884),意大利PA.Saccar-do及其女婿的《真菌汇刊》(1882~1925)及德国H.Sydow和P Sydow父子的《锈菌专著》(1902~1924)等。学科在发展,参加研究者与日俱增,分支学科相互渗入,展现出广博的信息,对研究类群的认识日趋深入。研究素材之丰富,处理方法之多样,使系统分类学成为“无穷综合的科学”。由r分子生物学的发展,人们逐渐认识到多糖及其复合物分子具有极其重要的生物功能,21世纪似将成为多糖生命科学的时代,目前从自然界提取分离出来的多糖已超过300种,真菌多糖占据优势。真菌多糖分“结构多糖”和“活性多糖”两类:真菌细胞壁中的几丁质属于结构多糖;而另一类多糖则是由菌丝体产牛的次级代谢产物。真菌多糖在维护人类健康及益寿延年等方面具有独特的生理活性,是目前我国学者研究较多、引人注目的领域,真菌多糖将在2l世纪显现神威,吾侪真菌学家,万万不可等闲视之。

国际上曾组织了不少专属的学术研讨会,如对疫霉属(Phytophthora de Batv)、青霉属(PenicilliumLink)和镰孢属(.Fusat。l。Ure Link。)等进行了广泛而深入的讨论,这是多学科专家共同研究和探讨的一种国际性协作形式。近年来,协作有所发展和扩大,如1996年欧洲、美国、加拿大和日本等96个实验室的633位科学家通力协作,第一个真核生物酿酒酵母(Sacchal—omvc·甜cere~,l’sl'ae Itansen)的基因组测序完成;2002年粟酒裂殖酵母(.~chizosacchar-omvces—pombe,Lindn.)基因组测序也完成;两年后第一个丝状真菌粗糙脉孢菌(Neurospora crassa Shear et Dodge)的全基因组序列问世,目前约100个种的180个基因组测序工作已经完成,由此开创了真菌基因组学的新纪元。真菌是探索生命起源和演化的重要材料,20世纪90年代初期,美国倾全国之力并联合国际同行开展了“真菌生命之树’’(Assembli.ng the Fungal Tree ofLife)项目,以一系列分子系统学文章发表为标志,其中400多篇属于真菌分子演化研究。“真菌生命之树”的一期项目得到20多个国家100多位真菌学家的支持。欧盟也组织了类似课题(G6noleⅦres)。

“真菌”一词是从拉丁文名词“Eumycetes”意译而来,研究真菌的科学称为“真菌学,,(mvcologv),也来自西方。美国康奈尔大学教授H_H.Whetzel(1877~1944)是植物病理学家,1907年创建了美国第一个“植物病理学系”,也是世界第一个;他也是真菌学家,是美国真菌学会的主要发起人,并对真菌学教学进行了改革:将原来的期课改为年课(year course),将对细菌的研究排除于真菌学之外(戴芳澜、邓叔群、林传光、林孔湘曾听过他讲授真菌学)。美国艾奥瓦大学教授Gw Martin(1886~1971)是著名真菌学家,国际权威性的安一毕氏《菌物辞典》,从第一版(1943)开始直到第五版(1971),每一版都刊载了他的真菌分科检索表并介绍他的真菌分类系统(俞大绂、陈鸿逵、何文俊曾在该校学习并获博士学位)。上述中国学者回国后,成为真菌学界和植病学界颇具影响的人物,但他们并不全盘照搬美国模式,如戴芳澜、俞大绂所授真菌学课程不包括黏菌。随着时代的进步和科学的发展,从系统发育的角度审视,早期纳入真菌学教程的卵菌和黏菌与真菌的亲缘关系相距甚远,均不属于真菌。针对这一变化,裘维蕃教授提出了“菌物”一词。“真菌”指系统发育上亲缘关系较近的真菌界生物,而“菌物,,则是真菌、卵菌和黏菌等生物的泛称,此提法得到多数同行的认同。

培养高层次创新人才和产出高水平科研成果是菌物学发展的关键。经过几代人的不懈努力,中国建立起较完善的人才培养模式和课程设置体系。我国真菌学家在选择研究课题时,有时会在基础理论和应用研究两者问犹豫不决。其实两者是对立矛盾的统一,正如王鸣岐教授所阐明的那样:“基础科学和应用科学,二者不可偏废,这就像一棵果树,基础科学就是树根、树干、树叶,应用科学就是果实”。中国目前偏重于真菌应用基础研究,加强真菌遗传与分子生物学研究,将有利于提高我国真菌学研究的总体水平。

在真菌分类学方面,经过多年全国性的资源考查、标本采集和分类鉴定及分子系统学研究,我国已知菌物的数目猛增至约16 000种;已出版《中国真菌志》47卷,约2000万字。在食用菌的研究、开发、生产和贸易方面,我国已是泱泱大国,产量占世界总产量的70%~80%,雄踞全球之首。在药用菌物方面,历史悠久、种类众多、研究和应用双馨,独步世界,无人可及。我国虫生真菌的基础研究和应用研究已步入分子和产业化时代。医学真菌和菌物生态学也有了长足的发展。此外,在中国菌物产业与国民经济、中国地衣学简史及现状与展望、非地衣型子囊菌研究、DNA条形码的测试与筛选、丝状真菌的次级代谢产物研究、真菌侵染线虫的分子机制、真菌捕食器官的演化、酵母菌的起源与群体遗传学、中国荒漠真菌研究、沙漠生物地毯工程等方面都有一些开拓性的进展。近100年来,中国菌物学事业迅猛发展,已取得骄人的成绩,我炎黄菌物学人,继往开来,众志成城,雄踞东方,指日可待。

自《中国菌物学100年》

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