生防芽孢桿菌的研究進(jìn)展

彭研等

摘要：針對(duì)植物病害問(wèn)題，概述了生防芽孢桿菌抗菌物質(zhì)的種類(lèi)、作用機(jī)制以及應(yīng)用現(xiàn)狀，討論了生防芽孢桿菌在實(shí)際應(yīng)用中存在的問(wèn)題及發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：生物防治；芽孢桿菌；拮抗作用

中圖分類(lèi)號(hào)：S476+.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A文章編號(hào)：1001-4942（2013）07-0138-03微生物殺菌劑的特性和發(fā)展趨勢(shì)與人類(lèi)生態(tài)環(huán)境、食品安全和生物多樣性具有良好的相容性，而且現(xiàn)代微生物工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)體系日趨完善。因此，研發(fā)可替代化學(xué)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(qiáng)，耐熱、耐酸堿、理化性質(zhì)穩(wěn)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(zhì)的種類(lèi)

生防芽孢桿菌抗菌物質(zhì)主要為抗生素、細(xì)胞壁降解酶和其他抗菌蛋白及揮發(fā)性抗菌物質(zhì)等。根據(jù)抗菌物質(zhì)的合成途徑，可以分為核糖體途徑合成的抗菌物質(zhì)，如細(xì)菌素、細(xì)胞壁降解酶、其他抗菌蛋白；非核糖體合成的抗菌物質(zhì)，如脂肽類(lèi)、多肽類(lèi)、揮發(fā)性抗菌物質(zhì)、其他抗菌物質(zhì)^[5，6]。

1.1細(xì)菌素

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

1.2細(xì)胞壁降解酶類(lèi)

生防菌在自身生長(zhǎng)代謝過(guò)程中，能夠產(chǎn)生幾丁質(zhì)酶、β-1，3-葡聚糖酶和蛋白酶等物質(zhì)來(lái)降解病原菌細(xì)胞壁中的主要成分，從而達(dá)到生防抑菌的效果。據(jù)研究發(fā)現(xiàn)：幾丁質(zhì)芽孢桿菌（B. Chitinovrous）、枯草芽孢桿菌（B. Subtilis）、凝結(jié)芽孢桿菌（B. Coagulans）等能夠產(chǎn)生幾丁質(zhì)酶，芽孢桿菌B. cereus、B. pumilis、B. licheniformis等能夠產(chǎn)生蛋白酶，它們均能抑制病原菌的生長(zhǎng)，從而達(dá)到生防效果^[5，6]。

1.3其他抗菌蛋白類(lèi)

據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，多粘芽孢桿菌A-1菌株能產(chǎn)生抑菌物質(zhì)硫素還原酶^[9]、圓孢芽孢桿菌A95菌株能產(chǎn)生一種環(huán)肽類(lèi)抗菌蛋白^[10]、地衣芽孢桿菌MKU3菌株能產(chǎn)生相對(duì)分子質(zhì)量低的類(lèi)細(xì)菌素蛋白^[11]。生防芽孢桿菌通過(guò)產(chǎn)生一些抗菌蛋白，進(jìn)而抑制病原菌的生長(zhǎng)。

1.4脂肽類(lèi)

生防芽孢桿菌產(chǎn)生的脂肽類(lèi)物質(zhì)主要有表面活性素、伊枯草桿菌素和豐原素3種物質(zhì)^[12]。該類(lèi)物質(zhì)具有廣譜抑菌性、相對(duì)分子質(zhì)量小、熱穩(wěn)定性好、耐有機(jī)溶劑、耐紫外線等特點(diǎn)^[5]。

1.5多肽類(lèi)

生防芽孢桿菌能通過(guò)產(chǎn)生環(huán)狀、線狀和分支環(huán)狀3種多肽類(lèi)物質(zhì)來(lái)抑制病原菌的生長(zhǎng)。據(jù)研究發(fā)現(xiàn)：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(huì)等自中國(guó)林蛙皮膚中獲得的抗菌肽^[15]均能抑制多種病原菌的生長(zhǎng)。

1.6揮發(fā)性抗菌物質(zhì)

有些生防芽孢桿菌能產(chǎn)生揮發(fā)性抗菌物質(zhì)，但該類(lèi)抗菌物質(zhì)在理論研究與實(shí)際應(yīng)用中都鮮見(jiàn)報(bào)道。Moore-Landecker等（1972）^[16]最早曾對(duì)該類(lèi)物質(zhì)進(jìn)行報(bào)道，研究發(fā)現(xiàn)一株蠟狀芽孢桿菌能產(chǎn)生對(duì)綠色木霉（Trichoderma viride）有抑菌活性的揮發(fā)性抗菌物質(zhì)——AFVs，并對(duì)其產(chǎn)生條件進(jìn)行了系統(tǒng)地研究。

1.7其他抗菌物質(zhì)

生防芽孢桿菌在其自身生長(zhǎng)代謝過(guò)程中，還能產(chǎn)生如下抗菌物質(zhì)：大環(huán)內(nèi)酯類(lèi)、酚類(lèi)物質(zhì)、異構(gòu)香豆素、多烯類(lèi)物質(zhì)和含有雙糖的氨基糖苷等^[5，6]。

2生防芽孢桿菌的作用機(jī)制

芽孢桿菌的生防作用機(jī)制多種多樣，概括起來(lái)主要有以下幾種：競(jìng)爭(zhēng)作用、誘導(dǎo)植物抗性作用、拮抗作用和促進(jìn)植物生長(zhǎng)作用。

2.1競(jìng)爭(zhēng)作用

隨著分子生物學(xué)與生化分析技術(shù)的發(fā)展，研究人員利用掃描電鏡、熒光標(biāo)記等技術(shù)研究生防芽孢桿菌的競(jìng)爭(zhēng)作用機(jī)制。認(rèn)為生防芽孢桿菌的競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制主要為營(yíng)養(yǎng)競(jìng)爭(zhēng)與空間競(jìng)爭(zhēng)，前者指生防芽孢桿菌對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)等具有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力，從而抑制病原菌的生長(zhǎng)；而后者指生防芽孢桿菌在植物體表、體內(nèi)與土壤中迅速繁殖，爭(zhēng)奪生存空間，從而抑制病原菌的生長(zhǎng)。

2.2誘導(dǎo)植物抗性作用

研究發(fā)現(xiàn)，有些生防芽孢桿菌能分泌信號(hào)蛋白、活性物質(zhì)等，從而誘導(dǎo)植物產(chǎn)生抗性，亦或增強(qiáng)植物的抗性。植物在組織木質(zhì)化增強(qiáng)細(xì)胞機(jī)械屏障和產(chǎn)生植保素的過(guò)程中，涉及苯丙氨酸解氨酶（PAL）、過(guò)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(dǎo)上述酶的活性^{[17，18]}。

2.3拮抗作用

生防芽孢桿菌通過(guò)同化作用產(chǎn)生細(xì)菌素、細(xì)胞壁降解酶、抗菌蛋白、脂肽類(lèi)、多肽類(lèi)、揮發(fā)性抗菌物質(zhì)等抑菌因子。該類(lèi)抗菌物質(zhì)能抑制甚至殺滅病原微生物，從而起到抑菌作用。

2.4促進(jìn)植物生長(zhǎng)作用

研究發(fā)現(xiàn)，生防芽孢桿菌在抑制病原菌生長(zhǎng)的同時(shí)，亦能促進(jìn)植物的生長(zhǎng)。辣椒內(nèi)生枯草芽孢桿菌Bs-2能提升辣椒體內(nèi)吲哚乙酸等促進(jìn)生長(zhǎng)激素的含量，降低脫落酸等抑制生長(zhǎng)激素的含量，從而促進(jìn)植物的生長(zhǎng)。

上述即生防芽孢桿菌的主要作用機(jī)制，但報(bào)道稱生防芽孢桿菌在抑菌過(guò)程中并非單獨(dú)一種機(jī)制發(fā)揮作用，更多的是兩種或兩種以上機(jī)制共同發(fā)揮作用^[18，19]。

3生防芽孢桿菌在植物病害中的應(yīng)用

針對(duì)防治植物病害等問(wèn)題，長(zhǎng)期使用化學(xué)農(nóng)藥已帶來(lái)一系列的嚴(yán)重問(wèn)題。芽孢桿菌因其具有廣譜抑菌性，理化性質(zhì)穩(wěn)定，對(duì)人畜無(wú)害，不污染環(huán)境，人們?cè)絹?lái)越注重研發(fā)生防芽孢桿菌來(lái)解決植物病害等問(wèn)題。

3.1國(guó)內(nèi)生防芽孢桿菌防治植物病害的研究進(jìn)展

賈鳳安等（2010）^[20]篩選獲得的枯草芽孢桿菌FCJ2，盆栽試驗(yàn)結(jié)果顯示，對(duì)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(nóng)田土壤中分離出的生防芽孢桿菌Loq18對(duì)多種病原真菌均有拮抗作用，而且其理化性質(zhì)穩(wěn)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(wú)影響。除實(shí)驗(yàn)室研究外，我國(guó)已研發(fā)成功并投入生產(chǎn)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(guó)外生防芽孢桿菌防治植物病害的研究進(jìn)展

目前，國(guó)外已有許多生防菌株投入到生產(chǎn)實(shí)踐。美國(guó)公司已成功生產(chǎn)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(dá)60%～95%，從而達(dá)到增產(chǎn)目的^[19]。

4問(wèn)題與展望

生防芽孢桿菌的研究雖然已取得很大的進(jìn)展，但仍舊存在一些問(wèn)題。諸如：（1）生產(chǎn)成本：生防菌與化學(xué)農(nóng)藥相比，分泌量較低，生產(chǎn)周期較長(zhǎng)，這些因素都相應(yīng)地增加了生產(chǎn)成本。（2）應(yīng)用問(wèn)題：將生物殺菌劑投入田間使用，生防菌的性能會(huì)受田間微生物、溫度、pH值等因素影響而發(fā)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(fā)生排斥作用，另外田間存在的農(nóng)藥不適于生防菌的增殖^[22]。

隨著生物技術(shù)的不斷發(fā)展，會(huì)解決諸多問(wèn)題，將不同生防菌聯(lián)用，以增強(qiáng)其生防效果^[23]；將抑菌基因克隆，以提升抑菌因子產(chǎn)量等。從而充分發(fā)揮芽孢桿菌的生防優(yōu)勢(shì)^[24]，促進(jìn)生態(tài)和諧，提高經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

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