《食品科学》：宜昌市农业科学研究院李念祖农艺师等：不同道地产区木瓜内生微生物群落组成及代谢通路的差异分析

植物内生微生物是一类生活在植物组织内，而不对植物引发致病反应的微生物，在促进植物生长发育、提高次生代谢产物产量、增强植物环境适应性等方面发挥重要作用。内生菌最初存在于土壤、肥料等生长空间中，附着于植物根部或地上分布的表面，通过根的开口、茎叶气孔等开放结构进入植物组织内。植物内生菌类群是一个庞大的微生物资源库，几乎存在所有已研究过的植物中。内生菌群落的多样性、丰度和均一性特征受到品种、生长周期、生理部位、温度、地理位置、海拔等因素的影响，是植物生理状态的评价标志之一。大量研究表明，植物内生菌群落结构具有宿主特异性和组织专一性，其为应对外界环境胁迫及宿主共生的影响参与调控植物内多种生理功能的代谢，包括生物碱、萜类、酮类、酯类化合物等，参与植物生长、抗病、抗虫等特性。因此，深入了解药用植物内生微生物群落结构，挖掘功能微生物，对药用植物次生代谢产物的富集具有重要意义。

木瓜为蔷薇科植物贴梗海棠（Chaenomeles speciosa(Sweet) Nakai）的干燥、近成熟果实，是一种既是食品又是中药材的物质。在中国，木瓜种植主要分布于长江流域以及长江以北、黄河以南的丘陵与半高山区域，栽培面积已达6.67万 hm2，据《中药材传统鉴别经验》记载，以安徽宣木瓜、浙江淳木瓜、湖北资丘木瓜品质最佳。现代研究表明，木瓜富含黄酮类、萜类、多糖、皂苷类、鞣质等代谢产物，具有抗炎、抗胃溃疡和肠损伤、保肝、抑菌等生理功能，已在医药、保健、食品、日化等领域得到应用。木瓜因具备较广的应用范围，近年来，关于木瓜的研究多集中在品质评价与分类鉴定、功能基因组、代谢产物功能分析、天然产物提取等领域，鲜见关于其内生微生物的研究，对其内生微生物与次生代谢产物之间的关系还不清楚。因此，宜昌市农业科学研究院的李念祖*、李云飞、李蓉芳等人以木瓜果实为材料，采用高通量测序与活性成分检测相结合的策略，解析不同道地产区木瓜内生微生物的群落结构和功能。在此基础上，分析木瓜主要活性成分与内生微生物群落之间的关联性，以期为构建稳定有效的微生物群落、促进次生代谢产物合成提供理论依据。

1 内生微生物群落物种组成分析

3个不同产区的18个木瓜样品内生细菌测序共获得2 570 979条序列，经过序列去噪、过滤嵌合体共检测到1 206 439条高质量序列（clean reads）；其中，从湖北长阳资丘镇S1、湖北长阳榔坪镇S2、安徽宣州区新田镇S3木瓜群体中检测到的细菌序列数分别为353 059、420 467、432 913，每个样品至少产生54 234条高质量序列。稀释曲线表明，测序深度可反应样品中大部分细菌的菌落特征（图1A）。按照样品最小序列抽平后，共检测到4 002个细菌ASV，包括24个门、189个科、344个属。Venn分析发现（图2A），不同产区木瓜之间共有的ASV为129个，S1中特有的ASV最高，达1 691个。

真菌测序中共获得2 446 699条序列，经过序列去噪、过滤嵌合体共检测到1 684 486条高质量序列；其中，从湖北长阳资丘镇S1、湖北长阳榔坪镇S2、安徽宣州区新田镇S3木瓜群体中检测到的真菌序列数分别为538 379、563 764、582 343，每个样品至少产生76 582条高质量序列。稀释曲线表明，测序深度可反映样品中大部分真菌的菌落特征（图1B）。按照样品最小序列抽平后，共检测到218个真菌ASV，包括5个门、48个科、67个属。Venn分析发现（图2B），不同产区木瓜之间共有的ASV为17个，S3中特有的ASV最多，达85个。

2不同道地产地木瓜内生菌多样性分析

不同产地木瓜内生细菌群落丰富度、多样性不同（图3A），Chao1指数和Observed species指数分析显示S1与S2、S3之间丰富度呈显著性差异，S2与S3之间差异不显著；Shannon指数分析显示S1与S2、S3之间多样性呈显著性差异，S2与S3之间差异不显著，而Simpson指数分析发现S1、S2、S3之间差异不显著；Good’s coverage指数分析显示S1、S2、S3覆盖度高，三者之间无显著性差异。不同产地木瓜内生真菌菌落在丰富度、多样性均不同（图3B），Chao1指数和Observed species指数分析得出S1与S2丰富度呈极显著差异，而S1与S3之间、S2与S3之间差异不显著；Shannon指数和Simpson指数分析发现S1与S3之间内生真菌多样性呈极显著差异，而S1与S2之间、S2与S3之间差异不显著；Good’s coverage指数分析显示S1、S2、S3覆盖度高，三者之间无显著性差异。

利用主坐标分析（PCoA）结合PERMANOVA探究不同产地木瓜的内生细菌和真菌群落β多样性的关系（图4）。3个产地木瓜内生细菌群落的PCo1与PCo2之和为27.4%，S1与S2（P＞0.05）、S1与S3（P＞0.05）、S2与S3（P＞0.05）两两之间细菌群落差异性不显著。真菌群落的PCo1与PCo2之和为47.8%，S1与S2（P＜0.01）、S1与S3（P＜0.01）、S2与S3（P＜0.01）两两之间真菌群落差异显著，结构相似性较低。

3不同道地产地木瓜内生菌物种组成分析

不同产地木瓜内生微生物的组成和结构有差异。在门水平上（图5），相对丰度前10的木瓜内生细菌组成，3个产地中均是厚壁菌门（Firmicutes）最为丰富，其次是变形菌门（Proteobacteria）、放线菌门（Actinobacteria）和酸杆菌门（Acidobacteria）。在结构上，S1、S2、S3中Firmicutes的相对丰度分别为76.65%、70.36%、78.37%，S1、S2、S3中Proteobacteria的相对丰度分别为20.16%、24.91%、18.43%，表明Firmicutes和Proteobacteria是木瓜内生细菌的主要菌群，且两者相对丰度受产地的影响。在属水平上，3个产地中平均相对丰度最高的为乳杆菌属（Lactobacillus），占10.14%，发光杆菌属(Photobacterium)、毛螺菌属NK4A136组(Lachnospiraceae_NK4A136_group)、罗氏菌属(Roseburia)、Ligilactobacillus、詹森菌属（Janthinobacterium）的平均相对丰度分别为9.27%、9.04%、5.71%、3.25%、2.03%，上述6个主要菌属相对丰度均受到不同产地的影响。

对不同产地木瓜内生真菌相对丰度分析发现（图6），在门水平上主要分为子囊菌门（Ascomycota）、担子菌门（Basidiomycota）、被孢霉门（Mortierellomycota）三大类，S1、S2、S3中Ascomycota的相对丰度分别为78.8%、74.11%、47.25%，Basidiomycota在S1、S2、S3中相对丰度分别为0.23%、13.80%、0.14%，而Mortierellomycota在S1、S2、S3中相对丰度低于0.01%。在属水平上，相对丰度较高的分别为念珠菌属（Candida）、柱隔孢属（Ramularia）、枝孢霉属（Cladosporium）、腐质霉属（Humicola）、瓶头霉属（Phialocephala）、Albophoma、曲霉属（Aspergillus）、Clypeosphaerella、链格孢属（Alternaria）、节丛孢属（Arthrobotrys）；Candida在S3中相对丰度为46.48%，S1中相对丰度仅为0.03%，S2中相对丰度低于0.01%；Ramularia在S2中相对丰度最高，达24.02%，S1、S3中相对丰度低于0.01%；Cladosporium为S1、S2都含有的菌群，相对丰度分别为4.07%、14.44%，而在S3中相对丰度低于0.01%；Humicola、Phialocephala在S1中相对丰度分别为17.20%、13.90%，在S2、S3中相对丰度低于0.01%；Albophoma、Aspergillus在S2中相对丰度分别达12.57%、10.85%，在S1、S3中相对丰度均小于0.1%；Clypeosphaerella、Alternaria、Arthrobotrys在S1中的相对丰度分别为9.36%、5.97%、3.51%，在S2、S3中相对丰度低于0.01%。综合显示，在木瓜内生真菌属水平上，不同产地均呈现出相对富集的特有菌属。

为进一步确定不同产地木瓜内生细菌和真菌的差异，基于细菌和真菌物种相对丰度进行线性判别分析（LDA），以lg LDA＞2判定为差异物种。结果显示，3个不同产地在内生细菌、真菌分别得到差异物种25、36个（图7）。内生细菌的差异物种集中在科和属水平，主要为黄单胞菌目（Xanthomonadales）、放线菌属（Actinomyces）、甲基杆菌属-甲基红菌属（M e t h y l o b a c t e r i u m_Methylorubrum）、副球菌属（Paracoccus）、固氮螺菌科（Azospirillaceae）等；内生真菌的差异物种主要集中在科和属水平，主要为Humicola、Clypeosphaerella、Phialocephala、圆盘菌科（Orbiliaceae）、Dissoconiaceae等。

4不同道地产地木瓜微生物群落功能分析

使用PICRUSt 2软件对不同产地木瓜内生细菌ASV进行功能预测，得到7类一级代谢通路（表2），各功能通路在样本种的丰度由高到低依次为：生物合成、降解/利用/同化、前体代谢物和能量的生成、代谢集群、糖途径、大分子修饰、解毒作用，组间丰度分析显示S1与S3在降解/利用/同化中呈现显著性差异，其他一级代谢通路丰度在各组间均呈现无显著差异，显示出木瓜产地之间相对距离越近内生细菌差异性越小。

对内生真菌ASV进行功能预测，得到5类一级代谢通路（表3），各功能通路在样本中的丰度依次为：生物合成、前体代谢物和能量的生成、降解/利用/同化、代谢集群、糖途径，相比内生细菌少了解毒作用、大分子修饰。对组间真菌丰度分析显示：生物合成、前体代谢物和能量、代谢集群的生成通路中S1与S2之间无显著性差异，但两地与S3之间存在显著性差异；在降解/利用/同化通路中S2与S3之间丰度呈现显著性差异，S1与S2、S3之间差异不显著；糖途径通路中，S1与S3之间存在显著性差异，S2与S1、S3之间差异不显著。综合说明，木瓜内生真菌主要功能的丰度差异与地理位置的远近相关，两则之间相对距离越近差异越小，反之越大。

萜类化合物是木瓜中的主要活性成分，包括齐墩果酸、熊果酸、山楂酸等，2025年版《中华人民共和国药典》以三萜物质齐墩果酸、熊果酸含量为木瓜品质检测核心指标之一。通过对3个产区木瓜齐墩果酸、熊果酸、齐墩果酸＋熊果酸分析显示（表4），S2显著高于S1、S3，但S1与S3之间差异不显著，说明产地对木瓜齐墩果酸、熊果酸及两者之和的含量有影响。对不同产地木瓜内生细菌和真菌代谢通路分析发现，分别有3、1条异戊烯基焦磷酸合成途径，其为萜类合成前体物质。其中，木瓜内生细菌中还含有3条合成二萜类物质、2条合成四萜内物质的代谢通路，而内生真菌无二萜、四萜物质代谢通路。对木瓜内生菌异戊烯基焦磷酸生物合成通路丰度分析显示（表5）：内生细菌中，S1、S2、S3三者之间通路合成丰度无显著性差异；内生真菌中，S3与S1、S2之间差异显著，但S1与S2之间差异不显著。由此可见，木瓜产地之间的相对距离远近，对内生微生物介导的代谢通路丰度具有显著影响，即相对距离近的S2、S1之间内生微生物萜类代谢通路丰度无显著性差异，相对距离远的S2与S3之间呈现显著性差异。

自然界中异戊烯基焦磷酸生物合成通路有两条，即甲基赤藓糖醇磷酸途径和甲羟戊酸途径，其中甲基赤藓糖醇磷酸途径仅存在于木瓜内生细菌代谢通路中，而甲羟戊酸途径在木瓜内生细菌、真菌代谢通路中都存在（图8、9）。在属水平上，木瓜内生细菌中参与甲基赤藓糖醇磷酸途径的菌群为毛螺菌属NK4A136组、Photobacterium、unclassified_Lachnospiraceae、Roseburia、Eubacterium_coprostanoligenes_group、乳酸杆菌属（Lactobacillus）、Colidextribacter、Lachnoclostridium、Janthinobacterium，参与甲羟戊酸途径的主要菌群为Lactobacillus、链球菌属（Streptococcus）、Photobacterium、Ligilactobacillus、毛螺菌属NK4A136组、unclassified_Lachnospiraceae、Roseburia、Janthinobacterium、假单胞菌属（Pseudomonas），共同参与两条途径的细菌菌群为毛螺菌属NK4A136组、Photobacterium、Lactobacillus、unclassified_Lachnospiraceae、Roseburia、Janthinobacterium，其中Photobacterium在两条途径中相对丰度较高。在属水平上，木瓜内生真菌参与甲羟戊酸途径的主要菌群为Candida、unclassified_Aspergillaceae、unclassified_Agaricomycetes、Ramularia、Cladosporium、Agaricomycetes_gen_Incertae_sedis、Paramycosphaerella、Humicola、Phialocephala，其中Candida的代谢通路相对丰度在S3中较高，使得不同产地间甲羟戊酸途径代谢通路丰度呈现显著性差异。

5讨 论

植物内生微生物多样性和群落组成受多种生物和非生物因子的影响，与宿主植物存在互利共生、协同进化的相互作用关系。本研究中，处于湖北产区的两个采样乡镇直线距离16.2 km，而湖北与安徽产区之间直线距离约780 km，内生细菌多样性差异分析结果显示3个产区之间无显著性差异，但3个产地之间真菌多样性呈现显著性差异。已有报道显示，不同围栏管理措施对柠条锦鸡儿（Caragana korshinskii）种子内生真菌群落的影响大于内生细菌，不同区域对垂穗披碱草（Elymus nutans）种子内生细菌分类群无明显差异，但对内生真菌分类群存在明显差异，与本研究结果基本一致，这一特征也在不同区域的豌豆（Pisum sativum）种子、大麦（Hordeum vulgare）种子均有体现。

在门水平上，木瓜内生细菌群落主要为厚壁菌门和变形菌门，这一发现与先前报道的苹果（Malus spp.）果实、葡萄（Vitis vinifera L.）果实、桑树（Hordeum vulgare）枝条的研究结果一致，但与植物种子内常见的假单胞门、放线菌门、芽孢杆菌门细菌群有则明显的区别，可能是果实与种子内生环境存在差异有关。已有研究显示，厚壁菌门和变形菌门可能与Fe2＋氧化、NH4＋同化和硫代硫酸盐还原等功能有关，促进植物生长代谢。本研究还发现了相对丰度较低的放线菌门和酸杆菌门，可能与木瓜果肉富含有机酸，且呈厌氧环境有关。在属水平上，排名前3的乳杆菌属、Photobacterium、毛螺菌属NK4A136组菌群丰度在不同道地产地之间无显著性差异，但占比上有差别。湖北与安徽产地之间菌群呈显著差异的有黄单胞菌目、放线菌属、链球菌科（Streptococcaceae）、红色杆菌目（Rubrobacterales）、Eubacterium_coprostanoligenes_group、MB_A2_108，其显著性差异的形成可能与木瓜各产地中的气候条件、土壤环境、海拔差异密切相关。木瓜在门水平上的真菌相对较为简单，主要为子囊菌门，与植物组织内生真菌中子囊菌门占主导的研究结论一致，但是产地差异对子囊菌门相对丰度存在影响。在属水平上，念珠菌属、柱隔孢属、枝孢霉属、腐霉属、瓶头霉属等菌群特异性的在一个或两个产地富集，其他产地则相对丰度低于1%，显示出木瓜内生真菌的特异性富集现象明显，这一现象可能与产区土壤、环境气候、种植投入品管理相关联；湖北两个产地之间共同含有的真菌菌群种类比湖北与安徽产地之间共同含有的菌群种类多，显示产地之间距离越近，两者共同含有的真菌菌群种类也越相近，但各真菌菌群相对丰度之间差异较大，该现象可运用于药材道地属性的特异性标记领域。对木瓜内生微生物代谢通路分析发现，在内生细菌的一级代谢通路丰度中仅降解/利用/同化功能中存在产地差异，内生真菌的一级代谢通路丰度中安徽产区与湖北产区存在显著性差异，而湖北产区之间差异不显著，可能与湖北、安徽产地木瓜果实生长周期不完全一致有关。

萜类化合物是自然界广泛分布、种类繁多的一类天然产物，涵盖了植物、动物以及微生物次生代谢途径。有研究显示，木瓜中齐墩果酸、熊果酸含量受不同产地、不同采收期、不同加工方法的影响。本研究显示且湖北长阳榔坪产地显著高于湖北长阳资丘产地、安徽宣州新田产地，但湖北长阳资丘产地与安徽宣州新田产地之间差异不显著，指出木瓜的齐墩果酸和熊果酸总含量受到不同产地的影响，可能与海拔、气候、土壤等非生物因素有关，与已有报道显示的结果一致。对木瓜内生微生物萜类代谢通路分析结果显示，3个产地之间萜类前体物质异戊烯基焦磷酸生物合成通路中内生细菌通路丰度无显著性差异，但内生真菌之间存在显著性差异，即安徽产地显著高于湖北产地，结合齐墩果酸、熊果酸总含量之间的差异，显示出内生微生物代谢产生的萜类前体物质与木瓜齐墩果酸和熊果酸总量积累关联性小，可能与内生微生物代谢相对丰度不高、异戊烯基焦磷酸合成其他类萜类物质有关。进一步分析显示，木瓜内生微生物中，参与异戊烯基焦磷酸合成的细菌菌群主要为毛螺菌属NK4A136组、发光杆菌属、乳酸杆菌属，参与异戊烯基焦磷酸合成的已知主要真菌菌群为念珠菌属、柱隔孢属、枝孢霉属，即上述菌属可能与甲基赤藓糖醇磷酸途径、甲羟戊酸途径中相关底物或酶的生成有关，为今后木瓜内生菌群的分离鉴定，构建诱导木瓜大量合成萜类物质菌群奠定基础。

6 结 论

3个不同产区木瓜内生微生物菌落研究结果表明，产地对木瓜内生细菌多样性的影响小于对内生真菌多样性的影响，产地之间相对距离越近两者之间的内生微生物多样性差异性越小。木瓜齐墩果酸、熊果酸总含量受不同产地的影响，且存在显著性差异，但内生微生物合成的萜类前体物质——异戊烯基焦磷酸与其总含量积累关联性小。在后续研究中可以进一步探讨木瓜内生真菌群落的产地特异性富集，有望构建木瓜产地鉴定的方法之一；木瓜内生微生物介导的异戊烯基焦磷酸合成，可为开发木瓜萜类前体物质合成的复合微生物菌群提供参考。

作者简介

通信作者

李念祖，农艺师，宜昌市农业科学研究院副院长，主要从事中药材栽培与生理生化研究与推广，即道地药材标准化与生态种植关键因子研究、道地药材品质成因解析与产地标记研究，核心研究对象为鄂西天麻、木瓜、陈皮等道地药材。本人先后主持与承担国家、省、市级科研推广项目23 项；获省科技进步一等奖1 项，获得省级成果登记4 项；制定省级标准5 项、市级标准7项；授权发明专利1 项，实用新型专利2 项，发表科技论文10余篇；主编、副主编丛书各1 本；撰写的多篇论文分别获湖北省、宜昌市自然科研奖励。

引文格式：

李念祖, 李云飞, 李蓉芳, 等. 不同道地产区木瓜内生微生物群落组成及代谢通路的差异分析[J]. 食品科学, 2026, 47(5): 141-150. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250916-123.

LI Nianzu, LI Yunfei, LI Rongfang, et al.Composition and differential metabolic pathway analysis of endophytic microbial communities in Chaenomeles speciosa (Sweet) Nakai from different genuine production areas[J]. Food Science, 2026, 47(5): 141-150. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250916-123.

实习编辑：王忠；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网

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