暹羅芽孢桿菌研究進(jìn)展

林志楷，林文珍

(福建省亞熱帶植物研究所/福建省亞熱帶植物生理生化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建 廈門 361006)

暹羅芽孢桿菌Bacillus siamensis又譯為西姆芽孢桿菌，于2010年被刊物International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology收錄為有效種名，屬芽孢桿菌科芽孢桿菌屬[1]。研究表明，芽胞桿菌屬能在極端條件下生存，可用于防治植物病害，分解原油，降解土壤中化合物等，有著廣泛的應(yīng)用前景[2]。本文簡(jiǎn)述暹羅芽孢桿菌研究的現(xiàn)況，重點(diǎn)闡述其在生防領(lǐng)域的運(yùn)用與作用機(jī)理，并對(duì)其研究前景進(jìn)行展望。

1 暹羅芽孢桿菌的部分特性

暹羅芽孢桿菌可在含鹽度0～14%(W/V)NaCl的培養(yǎng)基中生長(zhǎng)，耐受溫度4～55 ℃，耐受酸堿度pH 4.5～9。對(duì)氯化鈉 14%的強(qiáng)耐受性成為區(qū)分暹羅芽孢桿菌與其他枯草群菌株的重要特征。全細(xì)胞脂肪酸分析顯示主要脂肪酸為anteiso-C15:0和anteiso-C17:0。細(xì)菌全細(xì)胞極性脂質(zhì)分析顯示其含有雙磷脂酰甘油、磷脂酰甘油、磷脂酰乙醇胺、賴氨酰磷脂酰甘油、糖脂和其他未知脂質(zhì)[1]。

根據(jù)報(bào)道，暹羅芽孢桿菌廣泛存在于自然環(huán)境中，菌株篩選源可歸納為以下幾種：動(dòng)物胃腸道與排泄物[3—9]、根際土壤[10—14]、發(fā)酵食品與飼料[1,15—23]、植物內(nèi)生菌群[24—27]。楊亞男[28]利用正交試驗(yàn)確定其菌株的最佳生長(zhǎng)培養(yǎng)基為蔗糖 2%、豆粕 1.5%、CuSO4·5H2O 0.003%；最佳發(fā)酵培養(yǎng)基為玉米粉2%、蛋白胨1.5%、CuSO4·5H2O 0.003%。

暹羅芽孢桿菌菌株有較好的粘附性能，其疏水性、自凝集性、共聚集性和粘蛋白結(jié)合性具備很好的加工前景。暹羅芽孢桿菌還具有成為優(yōu)質(zhì)生物農(nóng)藥的兩大優(yōu)勢(shì)：高效廣譜抗菌和高度穩(wěn)定。

2 在生防領(lǐng)域的運(yùn)用及機(jī)理

2.1 抗真菌活性

暹羅芽孢桿菌對(duì)常見病害真菌具有強(qiáng)大的拮抗能力，尤其對(duì)細(xì)極鏈格孢菌Alternaria tenuissima的相對(duì)拮抗效率高達(dá)85.3%[29]；對(duì)鐮刀菌屬的禾谷鐮刀菌Fusarium graminearum[30]、茄病鐮刀菌F.solani、尖孢鐮刀菌F.oxysporum[14]具有80%左右的拮抗作用；對(duì)青枯假單胞桿菌Pseudomonas solanacearum、葡萄座腔菌Botryosphaeria dothidea、灰葡萄孢Botrytis cinerea[31]等都有高拮抗作用；對(duì)火龍果炭疽病菌Colletotrichum gloeosporioides、棉花立枯病菌Rhizoctonia solani、白絹病菌Sclerotium rolfsii、梨黑斑病菌Alternariaki kuchiana、辣椒疫霉Phytophthora capsici、立枯絲核菌Rhizoctonia solani、水稻稻瘟病菌Magnaporthe grisea、荔枝霜疫霉菌Peronophythora litchii也表現(xiàn)出較好的拮抗活性[32]。

芽孢桿菌在生長(zhǎng)代謝過程中產(chǎn)生多種抗菌物質(zhì)，其中最主要的一類是非核糖體合成的脂肽類抗生素。Chen等[33]從菌株發(fā)酵液中分離純化出對(duì)尖孢鐮刀菌有很好抑菌效果的iturin A類脂肽。許本宏[32]對(duì)提取的抗菌物質(zhì)進(jìn)行純化和鑒定，共鑒定出包括揮發(fā)性物質(zhì)(酮類、碳?xì)浠衔?、醇類、酯類?及脂肽類(surfactin、fengycin、iturin A、bacillomycin F)、嗜鐵素類(bacillibactin)、聚酮類和環(huán)二肽類等多種抗菌物質(zhì)，通過電鏡觀察到iturin A和bacillomycin F可造成菌絲畸形發(fā)育，破壞真菌菌絲生長(zhǎng)。

2.2 抗細(xì)菌活性

暹羅芽孢桿菌除了抗真菌外還能抗細(xì)菌。菌絲發(fā)酵液中抗菌物質(zhì)環(huán)脂肽，能抑制多種耐藥水生細(xì)菌病原體的生長(zhǎng)[34]。暹羅芽孢桿菌另一類抗菌物質(zhì)為核糖體合成的細(xì)菌素。Meidong等[17]研究認(rèn)為暹羅芽孢桿菌能產(chǎn)生一種細(xì)菌素樣物質(zhì)，對(duì)革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌具有廣譜的抑菌活性，尤其對(duì)魚類病原菌嗜水氣單胞菌Aeromonas hydrophila和無乳酸鏈球菌Streptococcus agalactiae有明顯的抑制作用；其對(duì)美人魚發(fā)光桿菌Photobacterium damsela、哈維氏弧菌Vibrio harveyi、溶藻弧菌Vibrio alginolyticus、大腸桿菌Escherichia coli、遲鈍愛德華氏菌Edwardsiella tarda、銅綠假單胞菌Pseudomonas aeruginosa、副溶血弧菌Vibrio Parahaemolyticus、創(chuàng)傷弧菌Vibrio vulnficus、查氏弧菌Vibrio chagasii均有較強(qiáng)抑菌作用[6]。此外，其對(duì)陸生病菌青枯勞爾氏菌Ralstonia solanacearum也有抗菌功效。

2.3 穩(wěn)定性

對(duì)暹羅芽孢桿菌菌株的發(fā)酵上清液理化性質(zhì)研究表明，發(fā)酵上清液的抗菌活性物質(zhì)對(duì)酶、溫度、酸堿度、紫外線均較穩(wěn)定[18]，且在4 ℃下儲(chǔ)存28 d后仍保持較高的活性[32]。比較不同方法粗提取的抗菌物質(zhì)活性，結(jié)果表明硫酸銨沉淀、鹽酸沉淀甲醇抽提和乙酸乙酯萃取3種方法提取的粗提物對(duì)15株水產(chǎn)病原菌和5株植物病原真菌均具有較強(qiáng)的抑制活性[32]。

2.4 潛在獨(dú)特性

基因組序列分析發(fā)現(xiàn)，bmyD、dfn和mln等3個(gè)抗病相關(guān)基因只存在于暹羅芽孢桿菌和其他兩種近緣芽孢桿菌中，在枯草芽孢桿菌Bacillus subtilis中并未發(fā)現(xiàn)[35]，說明其可能具有獨(dú)特的抗病機(jī)制。

3 作為促生菌的運(yùn)用及機(jī)理

國(guó)外首先報(bào)道了暹羅芽孢桿菌在養(yǎng)殖和作物栽培上的促進(jìn)作用。Meidong等[17]用含有菌株的飼料喂食鲇魚不僅無副作用，而且能促進(jìn)魚生長(zhǎng)；Pastor-Bueis等[36]以厭氧消化液為主要原料，加入暹羅芽孢桿菌研制生物肥料，施用后作物的氮素利用效率提高，產(chǎn)量也顯著提高。

暹羅芽孢桿菌具有很高的分泌 α-淀粉酶、蛋白酶、纖維素酶能力，可作為飼料發(fā)酵劑和添加劑應(yīng)用于畜禽飼料，能有效提高養(yǎng)殖動(dòng)物的生產(chǎn)性能[37]。

施用暹羅芽孢桿菌的土壤中其種群數(shù)量能占據(jù)一定優(yōu)勢(shì)，并在作物根際土壤中穩(wěn)定定殖。目前已有文獻(xiàn)報(bào)道暹羅芽孢桿菌具備產(chǎn) 1-氨基環(huán)丙烷-1-羧酸(ACC)脫氨酶的能力[38]，還能夠產(chǎn)生鐵載體、植物生長(zhǎng)激素吲哚乙酸、氨，分泌纖維素酶與蛋白酶[39]，這些物質(zhì)都有助于植物生長(zhǎng)。Jeong等[40]從暹羅芽孢桿菌中測(cè)定了3.8 Mb的相關(guān)基因組序列，為植物促生機(jī)制研究提供了重要信息。

4 其他方面應(yīng)用

暹羅芽孢桿菌除了在生防等領(lǐng)域被關(guān)注外，還在其他方面有應(yīng)用潛力，值得進(jìn)一步研究挖掘。諸如用于發(fā)酵生產(chǎn)生物表面活性劑[41—42]，用于改善煙葉香氣品質(zhì)[43—44]，生產(chǎn)纖維素酶[4—5,8,19]，制備 γ-聚谷氨酸[45]，降氨除臭[46]等。

在食品加工領(lǐng)域也進(jìn)行了嘗試，如篩選暹羅芽孢桿菌 T-2毒素脫毒菌株為受霉菌毒素污染的飼料原料及原糧脫毒[47—48]；篩選高產(chǎn)蛋白酶菌株以提高豆粕營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)和飼用價(jià)值[23,49—50]；篩選高產(chǎn)四甲基吡嗪菌株用于提高酒類的保健功能[21]。

在環(huán)保領(lǐng)域，已有發(fā)明利用暹羅芽孢桿菌的高效溶藻作用開發(fā)出殺藻劑[51]；利用其以鄰苯二甲酸二丁酯(DBP)為唯一碳源生長(zhǎng)的特點(diǎn)開發(fā)了降解塑化劑[52]。

5 展望

國(guó)內(nèi)外關(guān)于暹羅芽孢桿菌的研究不相上下。截止2019年11月，國(guó)內(nèi)申請(qǐng)相關(guān)發(fā)明專利(包括申請(qǐng)的國(guó)際專利)共22項(xiàng)[37,39,48,53—71]，但鮮有成果能推廣轉(zhuǎn)化?？赡艽嬖趦煞矫嬷萍s原因：一方面新種研究剛起步，暹羅芽孢桿菌作為有效發(fā)表的新種不過10年，對(duì)其遺傳背景、代謝途徑、功能機(jī)理了解相對(duì)較少，還有許多特性需明確；另一方面，作為枯草芽孢桿菌近緣種，暹羅芽孢桿菌的活性功能與之重疊，如果沒有明顯的優(yōu)點(diǎn)將很難打開市場(chǎng)。

隨著環(huán)境保護(hù)意識(shí)不斷增強(qiáng)，人們?cè)诠まr(nóng)業(yè)生產(chǎn)中對(duì)環(huán)境友好型生物農(nóng)藥、有機(jī)肥料的需求日益緊迫，暹羅芽孢桿菌作為一個(gè)有潛力的物種急需加大研究力度，著重開展以下幾方面的工作：一是關(guān)于暹羅芽孢桿菌耐鹽機(jī)制的研究，其獨(dú)特的耐高鹽特性，有可能成為發(fā)現(xiàn)新活性物質(zhì)的關(guān)鍵；二是在提高菌株抗菌活性方面繼續(xù)探索，根據(jù)報(bào)道暹羅芽孢桿菌對(duì)植物病害真菌的抑制率最高為 80%左右，與其他低毒高效的生物農(nóng)藥相比仍有差距；三是建立菌株篩選平臺(tái)，挑選優(yōu)良的種子菌株開展研究。