《Biocatalysis and Agricultural Biotechnology》：Bioherbicidal activity against weeds and chemical profiling of metabolites from endophytic fungi associated with Serjania laruotteana
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评估了 Serjania laruotteana 内生真菌 Phyllosticta capitalensis (SL30)、Curvularia americana (SL06) 和 Muyocopron sp. (SL18) 提取物对杂草 Ipomoea triloba 和 Digitaria insularis 的化感作用，发现乙醚分数 SL30 显著抑制 I. triloba 根和假茎生长（90%/78%），并诱导根直径和皮质增厚。UHPLC-MS/MS鉴定出香豆素、肉桂酸衍生物等关键代谢物，为开发基于内生真菌代谢物的生物除草剂提供依据。
卡罗莱纳·德索萨（Carolina de Sousa）、卡罗琳·巴贝罗（Caroline Barbeiro）、维尼修斯·里贝罗·蒙特斯（Vinicius Ribeiro Montes）、爱德华多·豪尔赫·皮劳（Eduardo Jorge Pilau）、胡里奥·塞萨尔·波洛尼奥（Julio Cesar Polonio）、林达米尔·埃尔南德斯·帕斯托里尼（Lindamir Hernandez Pastorini）和克劳德特·阿帕雷西达·曼戈林（Claudete Aparecida Mangolin）
巴西马林加州立大学（Universidade Estadual de Maringá，简称UEM）环境生物技术研究生项目
摘要
化感作用是指由植物和微生物（包括内生真菌）产生的次级代谢物介导的抑制性和促进性相互作用。本研究评估了从Phyllosticta capitalensis（SL30）、Curvularia americana（SL06）和Muyocopron属（SL18）中提取的真菌提取物对目标杂草Ipomoea triloba（旋花科）和Digitaria insularis（禾本科）的植物毒性。初始生长试验在0.2至1.6克/升的浓度范围内进行。为了进行解剖学评估，I. triloba幼苗被置于浓度为1.6克/升的乙酸乙酯和甲醇溶液中。使用UHPLC-MS/MS技术鉴定真菌提取物中的化学成分。在生长测定中，两种杂草的多个参数均表现出下降趋势，其中I. triloba受影响最严重，在SL30乙酸乙酯处理下，其根长和胚轴长度分别减少了约90%和78%。由于D. insularis的敏感性较低，因此未将其纳入解剖学评估。与对照组相比，I. triloba的根在SL18和SL30乙酸乙酯处理下的直径（分别为833微米和631微米）以及皮层薄壁组织厚度（分别为260微米和200微米）显著增加。化学分析共鉴定出52种（阳性模式）和49种（阴性模式）分子，表明4-羟基苯甲酸、反式肉桂酸、焦性没食子酸、葡萄糖酸、吡哆醇和香豆素可能是具有除草活性的关键代谢物。
引言
化感化学物质是一类具有化感活性的有机化合物，可由植物或微生物产生（Molish, 1937; Wang et al., 2022）。人们正在探索将其作为除草剂和其他农用化学品的替代品。目前已有几种基于植物或真菌提取物的生物除草剂上市。这些化合物大多来源于生物体的次级代谢产物，对病毒、微生物、昆虫、病原体或捕食者具有生物活性（Souza Barros et al., 2021; Portela et al., 2022; Chaves et al., 2021）。迄今为止，已鉴定出约45,000种次级代谢物，并将其分为三大类：含氮化合物、酚类化合物和萜类（Mushtaq & Fauconnier, 2024）。
化感化学物质可影响多种生理过程，包括种子萌发、呼吸作用、光合作用、离子运输、酶活性、水分状态、蒸腾作用、气孔开闭和激素平衡（Parthasarathy et al., 2021）。此外，它们还可能影响细胞分裂和分化、基因表达以及细胞膜和细胞壁的通透性（Kumar et al., 2020）。研究还发现，这些物质可导致坏死、根和胚轴长度缩短以及根毛数量减少（Sathishkumar, 2020）。
无患子科（Sapindaceae）在热带和亚热带地区分布广泛，巴西共有35属442种（Flora e Funga do Brasil, 2025）。在该科中，Serjania属的物种数量最多，共计121种（Flora e Funga do Brasil, 2025）。无患子科植物对杂草的植物毒性已被证实，表明该科物种适合作为化感研究对象（Grisi et al., 2012; Dai et al., 2021）。
Serjania laruotteana Cambess是一种原产于巴西的无患子科攀缘植物，常见于巴伊亚州、戈亚斯州、马托格罗索州、米纳斯吉拉斯州、里约热内卢州、圣保罗州、巴拉那州和南里奥格兰德州。它同时分布于大西洋森林和塞拉多植被类型区（Flora e Funga do Brasil, 2025）。
关于S. laruotteana的生物学和生物技术潜力的研究仍较为有限。尽管Silva和Pastorini（2021）证明了该物种水提取物的化感作用，Ribeiro等人（2021）分离出了261种叶内生真菌，显示出较高的微生物多样性，但这些内生真菌的功能和代谢能力仍需进一步探索。
在S. laruotteana中鉴定出的内生真菌中，Curvularia americana、Phyllosticta capitalensis和Muyocopron属尤为值得关注，因为它们能产生具有生物活性的次级代谢物，并具有丰富的系统发育多样性。属于Phyllostictaceae科的内生真菌P. capitalensis Henn.分布广泛，可感染近70个植物科（Norphanphoun et al., 2020; Wikee et al., 2013）。属于Pleosporaceae科的C. americana（Da Cunha, Madrid, Gené & Cano）是一种丝状真菌，其名称来源于首次发现它的地区。该真菌既可以内生形式存在，也可以腐生或寄生形式存在（Sneha et al., 2024; Madrid et al., 2014）。属于Muyocopronaceae科的Muyocopron属在全球范围内广泛分布，包括澳大利亚、印度、泰国、巴西和美国，能与多种植物共生（Ferro et al., 2023; Hernández-Restrepo, 2019）。
内生真菌在农业中发挥着重要作用，它们被用作生物控制剂来对抗害虫和疾病，同时还能增强植物对非生物胁迫（如营养缺乏和极端温度）的抵抗力（Morales-Vargas et al., 2024）。结合化感作用，内生微生物的生物技术潜力为解决农业挑战提供了新途径。然而，针对S. laruotteana内生真菌提取物的化感或植物毒性研究仍较为有限。Macias-Rubalcava和Garrido-Santos（2021）指出，内生真菌是合成具有潜在农业应用价值的新型化合物的理想来源，包括除草剂。
内生真菌产生植物毒性代谢物的过程可通过防御性互惠生态理论来解释。在这种共生关系中，真菌产生的化感化学物质通过抑制邻近杂草的生长为宿主植物提供竞争优势（Vázquez-de-Aldana et al., 2012）。这种共同进化策略使宿主植物能够在资源有限的环境中茁壮成长，通过化学手段抑制竞争植物，从而扩大其生态位（Alam et al., 2021）。这种防御性互惠现象在植物-真菌共生关系中普遍存在（Nicoletti & Vinale, 2021）。这些生物活性化合物（如霉菌毒素和酚酸）不仅直接抑制竞争植物，还能调节根际环境（Kentjens et al., 2024; Lygia El Id & Santos-Junior, 2023）。因此，内生真菌合成的这些次级代谢物为宿主植物提供了强大的化学保护机制，有助于排除竞争者（Fite et al., 2023; Saunders et al., 2010）。
Digitaria insularis
（禾本科）是一种原产于美洲热带和亚热带地区的杂草，常见于牧场。该植物通过风力和根茎繁殖，能在免耕农业环境中生存，并且对干旱和除草剂（尤其是草甘膦）具有耐受性（Lessa et al., 2023; Moisinho et al., 2024）。
Ipomoea triloba文献表明，已鉴定出至少545种具有植物毒性的真菌次级代谢物，包括多酮类、酚类、酚酸和萜类化合物，其中许多具有潜在的除草活性（Xu et al., 2021）。
选择Serjania laruotteana作为宿主植物的原因在于其生态重要性和丰富的内生微生物群落（Ribeiro et al., 2021）。在分离出的261种叶内生真菌中，SL30（P. capitalensis）、SL06（C. americana）和SL18（Muyocopron）因分类学代表性和稳定性而被选中。此外，Phyllosticta和Curvularia属具有产生植物毒素（如phyllostoxin和curvularin）的能力（Evidente et al., 2008; Mehta et al., 2022），这也进一步支持了这一选择。Muyocopron虽然在除草剂研究中的应用较少，但其显著的生物合成和生物催化潜力使其成为发现新生物活性分子的有力候选者（Díaz et al., 2024）。
尽管内生真菌具有潜力，但在针对具有高入侵性和抗除草剂性的杂草（如D. insularis和I. triloba）的生物除草剂研发方面仍存在空白。大多数研究仅关注生长抑制作用，未能充分了解这些代谢物对植物内部结构的损害。本研究首次报道了从S. laruotteana中分离出的P. capitalensis（SL30）、C. americana（SL06）和Muyocopron（SL18）的植物毒性及化学特性。本研究结合了UHPLC-MS/MS代谢组学和详细的根解剖学分析，是一种综合方法。虽然宏观参数（如幼苗长度）在除草剂研究中较为常见，但解剖学评估有助于更深入地理解植物毒性作用。通过分析内部结构变化（如组织肥大或细胞重组），可以揭示代谢物如何影响杂草的内部发育。
生物材料
本研究使用的内生真菌菌株Phyllosticta capitalensis（SL30）、Curvularia americana（SL06）和Muyocopron属（SL18）来自巴西马林加州立大学（UEM）微生物生物技术实验室“Jo?o Alencar Pamphile”（LBIOMIC）的内生菌和环境微生物收藏库（CMEA）。相关遗传资源的访问信息已登记在国家遗传资源管理系统中。
化合物分析
由于代谢组学分析是非靶向性的，因此重点是对特定代谢物进行全面鉴定，以提供观察到的植物毒性作用的化学依据。尽管该方法无法提供定量数据，但有助于识别文献中已有明确生物学活性的关键化合物，从而验证生长和解剖学数据的相关性。
在六个评估组分（SL06、SL18和SL30）中获得的质谱数据……
结论
研究表明，真菌提取物对Digitaria insularis和Ipomoea triloba的生长发育有显著影响。I. triloba受影响最严重，尤其是SL30（P. capitalensis）的乙酸乙酯组分，其处理显著抑制了根和胚轴的生长。SL06组分则对植物内部结构造成显著改变。
作者贡献声明
卡罗莱纳·德索萨（Carolina de Sousa）：负责撰写初稿、验证数据、软件使用、方法设计、实验设计、资金申请、数据分析、概念框架构建。卡罗琳·巴贝罗（Caroline Barbeiro）：负责撰写初稿、软件使用、方法设计、数据分析。维尼修斯·里贝罗·蒙特斯（Vinicius Ribeiro Montes）：负责撰写初稿、软件使用、方法设计、数据分析。爱德华多·豪尔赫·皮劳（Eduardo Jorge Pilau）：负责方法设计、数据分析。胡里奥·塞萨尔·波洛尼奥（Julio Cesar Polonio）：负责撰写初稿、实验指导、软件使用、方法设计。
未引用参考文献
Asaduzzaman et al., 2016; Chaves Neto et al., 2021; De Souza Barros et al., 2021; Flora e Funga do Brasil, 2025; Flora e Funga do Brasil, 2025; Hernández-Restrepo et al., 2019; Kostina-Bednarz et al., 2023; Li et al., 2025; Macías-Rubalcava and Garrido-Santos, 2022; Marachin-Silva and Aquila, 2006; Molisch, 1937; O'Brien et al., 1964; Sathishkumar et al., 2020; Urban and Hura, 2023; Vázquez-de-Aldana et al., 2013.
资金支持
本研究由CAPES（巴西高等教育人员培训协调委员会）资助。
利益冲突声明
作者声明没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。
致谢
感谢马林加州立大学提供研究机会，以及CAPES（巴西高等教育人员培训协调委员会）的财政支持。
