枯草芽孢桿菌的應用現狀概述

閆 楊 劉月靜 陳 芳

(山東聊城大學藥學院 聊城 252059)

芽孢桿菌是人們最早開始接觸并研究的益生菌類群，而枯草芽孢桿菌是其屬中比較受關注的一種細菌。枯草芽孢桿菌是一種分布廣泛、能生成抗逆性孢子、可厭氧繁殖的革蘭氏陽性菌[1]。枯草芽孢桿菌具有液化明膠、還原硝酸鹽以及水解淀粉的功能[2]，對動植物及人體均有益無害。研究表明，枯草芽孢桿菌在動物飼料、水產養殖業及植物病害防治等方面展現了優良的特性，具有廣闊的應用前景。

1 枯草芽孢桿菌在動物飼料生產中的應用

枯草芽孢桿菌是動物飼料中常添加的益生菌種，它以芽孢的形式添加于動物飼料中。芽孢是處于休眠狀態的活細胞，能夠耐受飼料加工過程中的不良環境，制備成菌劑后穩定且易存儲，并且在進入動物腸道后能夠迅速復蘇和繁殖。枯草芽孢桿菌在動物腸道中復蘇增殖后就可發揮其益生特性，包括改善動物腸道菌群、增強機體免疫力以及提供多種動物所需的酶類等[3]，可以彌補動物體內源酶的不足，促進動物的生長發育，具有顯著的益生作用。例如，徐登峰等[4]的研究表明，在動物飼料中添加枯草芽孢桿菌可以有效抑制動物腸道中有害病原菌的生長，營造良好的腸道環境，保護了幼兔的腸黏膜，幼兔的腹瀉發生率明顯下降；趙效南等[5]的研究表明，在動物飼料中添加的枯草芽孢桿菌，能夠有效調節動物腸道中菌群的種類結構，增加腸道微生物菌群的多樣性，能在抑制動物腸道中有害菌生長的同時促進有益菌生長，進而達到促進家禽健康生長的目的；華洵璐等[6]的研究表明，在動物飼料中添加芽孢桿菌組合制劑后，仔豬對飼料中營養物質的消化和吸收水平明顯提高；趙玉超等[7]的研究表明，在飼料中添加枯草芽孢桿菌能夠顯著影響三疣梭子蟹免疫相關酶的活力，并能有效提高幼年三疣梭子蟹的存活率。研究表明，在禽類、牲畜和水產動物的飼料中添加枯草芽孢桿菌，可明顯升高飼料的利用率，有效提高動物的腸道菌群多樣性，增強消化機能，有利于提高肉品質量。

2 枯草芽孢桿菌在水質凈化中的應用

枯草芽孢桿菌可以作為微生物調節劑，起到改善水質、抑制有害微生物的作用，能夠創造優良的水生生態環境。水產養殖的水體由于長期高密度養殖動物，有大量的餌料殘余、動物殘骸和糞便沉積等污染物積累，容易引起水質惡化進而危害養殖動物的健康，甚至削減產量引起虧損，對水產養殖業的可持續發展危害巨大。而枯草芽孢桿菌可以定殖在水體中，并通過營養競爭或空間位點競爭形成優勢菌群，抑制有害病原菌(如弧菌、大腸桿菌)等有害微生物在水體中的生長繁殖，從而改變水體和底泥中的微生物數量和結構，有效預防水產動物因水質惡化而引起的疾病。同時，枯草芽孢桿菌作為一種可以分泌胞外酶的菌種，其分泌的多種酶類能夠有效分解水體有機物，改善水質。例如，枯草芽孢桿菌產生的活性物質幾丁質酶、蛋白酶和脂肪酶等，可以分解水體中的有機物，降解動物飼料中的營養素，不但使動物充分吸收和利用飼料中的營養物質，而且能大大改善水質；枯草芽孢桿菌還能調節養殖水體的pH值。

3 枯草芽孢桿菌在醫藥生產中的應用

枯草芽孢桿菌分泌的多種胞外酶已應用到許多不同領域中，其中脂肪酶和絲氨酸纖溶蛋白酶(即納豆激酶)被廣泛應用于醫藥行業。脂肪酶具有多種催化能力，其在動物或人體的消化道中與原本存在的消化酶類共同發揮作用，使消化道處于健康的平衡狀態。納豆激酶是納豆枯草芽孢桿菌分泌的一種絲氨酸蛋白酶，該酶具有溶解血栓、改善血液循環、軟化血管以及增加血管彈性等作用。

枯草芽孢桿菌制劑能夠有效促進成纖維細胞和血管內皮細胞的增生，加速燒傷創面肉芽增生，對于預防和治療燒傷創面感染以及促進燒傷創面愈合具有良好的作用[8]。早期新生兒常見高膽紅素血癥，目前臨床上常用藍光照射治療，但是黃疸程度重者常需要反復照射，所需住院時間較長。黃永昌等[9]的研究發現，枯草芽孢桿菌活菌膠囊的安全性較高、基本無不良反應，且口感較好，在臨床上使用枯草芽孢桿菌活菌膠囊加藍光照射共同治療早期新生兒高膽紅素血癥得到了很好的效果，而且具有住院時間短、復發率低等特點。此外，枯草芽孢桿菌的芽孢可作為黏膜佐劑用于疫苗的制備，能有效刺激動物機體產生特異性的免疫反應。動物試驗的結果表明，枯草芽孢桿菌作為免疫佐劑能夠產生巨大的功效，具有良好的開發應用前景[10]。

4 枯草芽孢桿菌在植物病害防治中的應用

植物病害是由病原真菌或細菌侵害引起的，常表現為葉片發黃、萎蔫及潰爛等癥狀。常用的植物病害防治方法為化學防治，即噴灑農藥等。但是，化學防治有多種弊端。因此，生物防治植物病害成為研究的熱點，而枯草芽孢桿菌是其中極具代表性的生防菌種。枯草芽孢桿菌分泌的抗菌物質主要包括： ①脂肽類物質： 易溶于水，是枯草芽孢桿菌主要抗菌產物之一；②蛋白類抗菌物質： 主要包括幾丁質酶、多肽類和抗菌蛋白；③酚類物質： 一種拮抗物質，可以對抗病原菌；④多烯類物質： 可以結合真菌細胞膜中的某些物質，起到干擾真菌的代謝途徑、增加細胞膜通透性的作用，導致細胞死亡。芽孢桿菌分泌的抗菌物質可能通過以下幾種途徑來抑制病原菌： ①阻礙病原菌的細胞壁合成，并損傷細胞膜；②作用于病原菌的蛋白質合成系統，阻礙蛋白質合成；③作用于能量代謝系統，使真菌無法生成孢子；④加速植物種子萌發，增強植物自身抗病能力。

枯草芽孢桿菌作為防治植物病害的主要生防菌，其主要作用機制如下： ①影響植物根際土壤中關鍵酶活性。在淮安紅椒根際土壤中施加枯草芽孢桿菌菌劑后，土壤中的有機質和有效養分的利用率均有所升高，且一些關鍵土壤酶(如脲酶、過氧化物酶等)的活性均有明顯提高。該變化發生的原因可能在于芽孢桿菌能夠調節土壤酶活性，改善土壤生態環境[11]。高吉坤等[12]的研究也表明在植物根際施加枯草芽孢桿菌能夠顯著提高土壤中脲酶、蔗糖酶和磷酸酶等的活性，對考量土壤肥力具有重要意義。②影響植物根際土壤中微生物多樣性。在植物根際土壤施加生防枯草芽孢桿菌菌劑，主要受影響的是土壤中真菌和細菌的數量與種類變化。陳雪麗等[13]發現，在不同蔬菜根際土壤中施加枯草芽孢桿菌菌劑后，由于蔬菜種類不同，在相同時期土壤中細菌和真菌的多樣性受到的影響也不相同，因此枯草芽孢桿菌所起到的功效與植物本身也有關系。余賢美等[14]的研究表明，在檢測施入枯草芽孢桿菌后的土壤樣品中的總DNA時，5種用來表征微生物多樣性的指標(即Shannon、 Simpson、 McIntosh多樣性指數，Simpson和McIntosh均勻度)均明顯升高，說明枯草芽孢桿菌能改善植物根際土壤微生物群落結構和功能的多樣性，對微生物物種的數量產生了有益影響。

5 結語與展望

目前，對枯草芽孢桿菌的研究不論是在理論研究、作用機制還是在產品應用等方面均已取得較大成就，在動物飼料、水質凈化、醫藥行業以及植物病害的生物防治方面的應用尤為突出。這些研究成果在理論和應用方面均具有重要意義。科學家對枯草芽孢桿菌仍在繼續進行開發，其在不同領域的微生物益生制劑的應用方面已展現良好的前景。但是，枯草芽孢桿菌活性產物的開發研究在取得成績的同時也暴露出了一些缺點，如菌劑產品的持效期短、起效慢、作用對象較為單一、易受到自然環境影響等，這些問題仍有待進一步深入研究加以解決。

(基金項目： 國家自然科學基金項目，No.31401799;山東省自然科學基金項目,No.ZR2016HB05；山東省抗體制藥協同創新中心開放課題,No.CIC-AD1816；泰山學者工程專項資金)