生防芽孢桿菌的研究進展

彭研等

摘要：針對植物病害問題，概述了生防芽孢桿菌抗菌物質的種類、作用機制以及應用現狀，討論了生防芽孢桿菌在實際應用中存在的問題及發展前景。

關鍵詞：生物防治；芽孢桿菌；拮抗作用

中圖分類號：S476+.1文獻標識號：A文章編號：1001-4942（2013）07-0138-03微生物殺菌劑的特性和發展趨勢與人類生態環境、食品安全和生物多樣性具有良好的相容性，而且現代微生物工業化生產技術體系日趨完善。因此，研發可替代化學殺菌劑的微生物殺菌劑是植物病害生物防治研究的重要方面^[1～3]。

芽孢桿菌種群龐大，繁殖能力強，耐熱、耐酸堿、理化性質穩定，抑菌譜廣泛，為目前主要的生防菌株^[4]。生防芽孢桿菌主要有枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis）、解淀粉芽孢桿菌（Bacillus amyloliquefaciens）、多粘芽孢桿菌（Bacillus polymyxa）、蠟狀芽孢桿菌（Bacillus cereus）、地衣芽孢桿菌（Bacillus licheniformis）、巨大芽孢桿菌（Bacillus megaterium）和短小芽孢桿菌（Bacillus pumilis）等。

1生防芽孢桿菌抗菌物質的種類

生防芽孢桿菌抗菌物質主要為抗生素、細胞壁降解酶和其他抗菌蛋白及揮發性抗菌物質等。根據抗菌物質的合成途徑，可以分為核糖體途徑合成的抗菌物質，如細菌素、細胞壁降解酶、其他抗菌蛋白；非核糖體合成的抗菌物質，如脂肽類、多肽類、揮發性抗菌物質、其他抗菌物質^[5，6]。

1.1細菌素

細菌素是由細菌核糖體產生的具有抑菌活性的小分子量抗菌肽。如枯草芽孢桿菌產生的枯草菌素（Subtilin）、細菌素（Subtilosin）、殺葡孢菌素（Botrycidin AJ316）、Alirin B-1，巨大芽孢桿菌產生的巨桿菌素（Megacins）等。他們大都具有低分子量、水溶性好、熱穩定、酸堿耐受性強和廣譜抗菌等特點，最近發現的植物乳桿菌（L. plantarum）TN635能夠合成對真菌熱帶假絲酵母（Candida tropicalis ）R2CIP203和革蘭氏陰性菌──腸道沙門氏菌（Salmonella enterica） ATCC43972均有抑制作用的細菌素^[5～8]。

1.2細胞壁降解酶類

生防菌在自身生長代謝過程中，能夠產生幾丁質酶、β-1，3-葡聚糖酶和蛋白酶等物質來降解病原菌細胞壁中的主要成分，從而達到生防抑菌的效果。據研究發現：幾丁質芽孢桿菌（B. Chitinovrous）、枯草芽孢桿菌（B. Subtilis）、凝結芽孢桿菌（B. Coagulans）等能夠產生幾丁質酶，芽孢桿菌B. cereus、B. pumilis、B. licheniformis等能夠產生蛋白酶，它們均能抑制病原菌的生長，從而達到生防效果^[5，6]。

1.3其他抗菌蛋白類

據研究發現，多粘芽孢桿菌A-1菌株能產生抑菌物質硫素還原酶^[9]、圓孢芽孢桿菌A95菌株能產生一種環肽類抗菌蛋白^[10]、地衣芽孢桿菌MKU3菌株能產生相對分子質量低的類細菌素蛋白^[11]。生防芽孢桿菌通過產生一些抗菌蛋白，進而抑制病原菌的生長。

1.4脂肽類

生防芽孢桿菌產生的脂肽類物質主要有表面活性素、伊枯草桿菌素和豐原素3種物質^[12]。該類物質具有廣譜抑菌性、相對分子質量小、熱穩定性好、耐有機溶劑、耐紫外線等特點^[5]。

1.5多肽類

生防芽孢桿菌能通過產生環狀、線狀和分支環狀3種多肽類物質來抑制病原菌的生長。據研究發現：賴仞等自大蹼鈴蟾皮膚分泌液中獲得的抗菌活性肽^[13]、崔東波等自蚯蚓中分離獲得的抗菌肽^[14]、于文會等自中國林蛙皮膚中獲得的抗菌肽^[15]均能抑制多種病原菌的生長。

1.6揮發性抗菌物質

有些生防芽孢桿菌能產生揮發性抗菌物質，但該類抗菌物質在理論研究與實際應用中都鮮見報道。Moore-Landecker等（1972）^[16]最早曾對該類物質進行報道，研究發現一株蠟狀芽孢桿菌能產生對綠色木霉（Trichoderma viride）有抑菌活性的揮發性抗菌物質——AFVs，并對其產生條件進行了系統地研究。

1.7其他抗菌物質

生防芽孢桿菌在其自身生長代謝過程中，還能產生如下抗菌物質：大環內酯類、酚類物質、異構香豆素、多烯類物質和含有雙糖的氨基糖苷等^[5，6]。

2生防芽孢桿菌的作用機制

芽孢桿菌的生防作用機制多種多樣，概括起來主要有以下幾種：競爭作用、誘導植物抗性作用、拮抗作用和促進植物生長作用。

2.1競爭作用

隨著分子生物學與生化分析技術的發展，研究人員利用掃描電鏡、熒光標記等技術研究生防芽孢桿菌的競爭作用機制。認為生防芽孢桿菌的競爭機制主要為營養競爭與空間競爭，前者指生防芽孢桿菌對營養物質等具有較強的競爭力，從而抑制病原菌的生長；而后者指生防芽孢桿菌在植物體表、體內與土壤中迅速繁殖，爭奪生存空間，從而抑制病原菌的生長。

2.2誘導植物抗性作用

研究發現，有些生防芽孢桿菌能分泌信號蛋白、活性物質等，從而誘導植物產生抗性，亦或增強植物的抗性。植物在組織木質化增強細胞機械屏障和產生植保素的過程中，涉及苯丙氨酸解氨酶（PAL）、過氧化酶（PO）、多酚氧化酶（PPO）與超氧化物歧化酶（SOD）的活性。諸如生防菌Bacillus subtilis B3能誘導上述酶的活性^[17，18]。

2.3拮抗作用

生防芽孢桿菌通過同化作用產生細菌素、細胞壁降解酶、抗菌蛋白、脂肽類、多肽類、揮發性抗菌物質等抑菌因子。該類抗菌物質能抑制甚至殺滅病原微生物，從而起到抑菌作用。

2.4促進植物生長作用

研究發現，生防芽孢桿菌在抑制病原菌生長的同時，亦能促進植物的生長。辣椒內生枯草芽孢桿菌Bs-2能提升辣椒體內吲哚乙酸等促進生長激素的含量，降低脫落酸等抑制生長激素的含量，從而促進植物的生長。

上述即生防芽孢桿菌的主要作用機制，但報道稱生防芽孢桿菌在抑菌過程中并非單獨一種機制發揮作用，更多的是兩種或兩種以上機制共同發揮作用^[18，19]。

3生防芽孢桿菌在植物病害中的應用

針對防治植物病害等問題，長期使用化學農藥已帶來一系列的嚴重問題。芽孢桿菌因其具有廣譜抑菌性，理化性質穩定，對人畜無害，不污染環境，人們越來越注重研發生防芽孢桿菌來解決植物病害等問題。

3.1國內生防芽孢桿菌防治植物病害的研究進展

賈鳳安等（2010）^[20]篩選獲得的枯草芽孢桿菌FCJ2，盆栽試驗結果顯示，對甜瓜白粉病菌、甜瓜霜霉病菌均有良好的防治作用。熊艷等（2011）^[21]從農田土壤中分離出的生防芽孢桿菌Loq18對多種病原真菌均有拮抗作用，而且其理化性質穩定，121℃處理20 min仍具有活性，紫外線照射10 h以上活性基本無影響。除實驗室研究外，我國已研發成功并投入生產的生防芽孢桿菌商品制劑有百抗、麥豐寧、紋曲寧、伊天得、根腐消等^[19]。

3.2國外生防芽孢桿菌防治植物病害的研究進展

目前，國外已有許多生防菌株投入到生產實踐。美國公司已成功生產出解淀粉芽孢桿菌和枯草芽孢桿菌的混合生防制劑──BioYield，俄羅斯合成的Alifine-B，田間防效高達60%～95%，從而達到增產目的^[19]。

4問題與展望

生防芽孢桿菌的研究雖然已取得很大的進展，但仍舊存在一些問題。諸如：（1）生產成本：生防菌與化學農藥相比，分泌量較低，生產周期較長，這些因素都相應地增加了生產成本。（2）應用問題：將生物殺菌劑投入田間使用，生防菌的性能會受田間微生物、溫度、pH值等因素影響而發生變化，從而影響抑菌性能，生防菌與土壤本身存在的微生物易發生排斥作用，另外田間存在的農藥不適于生防菌的增殖^[22]。

隨著生物技術的不斷發展，會解決諸多問題，將不同生防菌聯用，以增強其生防效果^[23]；將抑菌基因克隆，以提升抑菌因子產量等。從而充分發揮芽孢桿菌的生防優勢^[24]，促進生態和諧，提高經濟價值。

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