解淀粉芽孢桿菌在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用

劉小玉，付登強(qiáng)

（中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院椰子研究所，海南省檳榔產(chǎn)業(yè)工程研究中心，海南文昌 571339）

解淀粉芽孢桿菌（Bacillus amyloliquefaciens）是國(guó)內(nèi)微生物肥料使用的免檢菌種，也是第一批通過(guò)美國(guó)食品和藥物管理局安全認(rèn)證的菌種[1]，廣泛分布于植物表面、土壤、空氣、海洋及水底污泥中，在污水處理、畜產(chǎn)品加工、生物肥料等方面應(yīng)用廣泛。如Ben 等[2]發(fā)現(xiàn)解淀粉芽孢桿菌32a 可用于農(nóng)桿菌的生物防治；劉清兵[3]發(fā)現(xiàn)解淀粉芽孢桿菌Am11 可對(duì)污水凈化起重要作用；時(shí)威等[4]發(fā)現(xiàn)解淀粉芽孢桿菌發(fā)酵液對(duì)冷卻肉有防腐保鮮效果；蔣曉玲[5]發(fā)現(xiàn)解淀粉芽孢桿菌Y19 有合成吲哚乙酸的能力和固氮解磷能力，Y19 微生物菌肥可改善土壤微環(huán)境。

由于解淀粉芽孢桿菌生長(zhǎng)速度快、營(yíng)養(yǎng)需求簡(jiǎn)單且抗逆性強(qiáng)，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛。本文對(duì)解淀粉芽孢桿菌的主要功效及其作用機(jī)理進(jìn)行了概括，總結(jié)了解淀粉芽孢桿菌在農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用，為進(jìn)一步推動(dòng)該菌株的應(yīng)用提供參考。

1 解淀粉芽孢桿菌的功效及其機(jī)理

解淀粉芽孢桿菌屬芽孢桿菌，革蘭氏陽(yáng)性菌。在固體培養(yǎng)基上菌落呈淡黃色，不透明，表面粗糙，邊緣不規(guī)則[6]。其在生長(zhǎng)過(guò)程中分泌多種胞外物質(zhì)，如肽類、蛋白質(zhì)、吡嗪類和酚類等，能夠抑制植物病原菌的生長(zhǎng)，增強(qiáng)機(jī)體的抗菌能力；也能定殖在植物根系周圍，改善土壤微生物群落結(jié)構(gòu)，提高土壤酶活性，改良土壤；或通過(guò)產(chǎn)生赤霉素、吲哚乙酸、細(xì)胞分裂素等多種生理活性物質(zhì)和氨基酸類物質(zhì)，提高植物抗病性，促進(jìn)植物根系及植株健康生長(zhǎng)，提高作物產(chǎn)量，改善其品質(zhì)。

1.1 抗病抑菌

解淀粉芽孢桿菌抗逆性強(qiáng)、抗菌譜廣泛，其次生代謝產(chǎn)物對(duì)各類病原菌均有不同程度的抑制作用，是目前生防菌研究的主要菌種之一。解淀粉芽孢桿菌的作用機(jī)理主要包含以下三方面：一是分泌的代謝產(chǎn)物可能對(duì)病原菌細(xì)胞結(jié)構(gòu)進(jìn)行破壞或在生長(zhǎng)過(guò)程中向胞外分泌各種抑菌活性物質(zhì)。程敏等[7]認(rèn)為，解淀粉芽孢桿菌CGMCC11640 代謝物主要通過(guò)破壞菌絲和孢子的細(xì)胞壁與細(xì)胞膜，使細(xì)胞原生質(zhì)化，從而殺死病原菌。王偉等[8]認(rèn)為，解淀粉芽孢桿菌DH8030 產(chǎn)生的解淀粉芽孢桿菌素作用于蠟樣芽孢桿菌的細(xì)胞壁，破壞病原菌細(xì)胞結(jié)構(gòu)后形成孔洞，使處于生長(zhǎng)或生殖階段的細(xì)菌無(wú)法正常代謝，從而導(dǎo)致細(xì)菌死亡。二是誘導(dǎo)寄主做出防御反應(yīng)，提高與抗病性相關(guān)的酶活性。張曉冰等[9]認(rèn)為，接種解淀粉芽孢桿菌的植株中赤霉素、生長(zhǎng)素等植物生長(zhǎng)促進(jìn)激素含量更高，過(guò)氧化物酶等防御相關(guān)酶的活性也更高。梁艷瓊等[10]認(rèn)為，解淀粉芽孢桿菌TWC2 能誘導(dǎo)甘蔗體內(nèi)抗性酶活性，增強(qiáng)植物的抗病能力。三是在生長(zhǎng)過(guò)程中解淀粉芽孢桿菌能產(chǎn)生揮發(fā)性物質(zhì)，抑制病原菌生長(zhǎng)發(fā)育。郝象瑢等[11]發(fā)現(xiàn)，解淀粉芽孢桿菌LJ02 產(chǎn)生的34 種揮發(fā)性物質(zhì)，對(duì)黑腐皮殼菌等多種病原菌均有抑制作用。Yuan 等[12]發(fā)現(xiàn)，解淀粉芽孢桿菌NJN-6 產(chǎn)生的36 種揮發(fā)性物質(zhì)中有11 種氣體可以完全抑制尖孢鐮刀菌的生長(zhǎng)，對(duì)香蕉枯萎病有防治作用。

1.2 抗逆防衰

解淀粉芽孢桿菌是一類植物根際促生細(xì)菌，能夠在植物根部定殖，通過(guò)調(diào)控根際微生物群落結(jié)構(gòu)多樣性，產(chǎn)生吲哚乙酸、赤霉酸、脫落酸、細(xì)胞分裂素等物質(zhì)促進(jìn)植物生長(zhǎng)，提高植物抗逆性。有些解淀粉芽孢桿菌菌株也可以產(chǎn)生植酸酶、亞精胺等促進(jìn)植物生長(zhǎng)的物質(zhì)。Zhao等[13]研究發(fā)現(xiàn)，解淀粉芽孢桿菌EZ99 在生長(zhǎng)過(guò)程中合成并釋放生長(zhǎng)素吲哚乙酸，能夠直接促進(jìn)植物生長(zhǎng)。Yuan等[14]認(rèn)為解淀粉芽孢桿菌NJN-6 能夠有效定殖在香蕉根部，并產(chǎn)生吲哚乙酸等促進(jìn)香蕉植株生長(zhǎng)。劉栓成等[15]研究表明，用解淀粉芽孢桿菌B9601-Y2 浸泡玉米種子后，可促進(jìn)種子發(fā)芽，提高幼苗生長(zhǎng)。

1.3 改良土壤

解淀粉芽孢桿菌能夠改善作物根際土壤微生態(tài)環(huán)境，調(diào)整微生物群落結(jié)構(gòu)；活化土壤中難溶的磷、鉀等營(yíng)養(yǎng)元素，提高土壤肥力，疏松板結(jié)土壤，遏制土壤退化，改良土壤。林斌等[16]研究發(fā)現(xiàn)解淀粉芽孢桿菌W208YF 可顯著調(diào)整土壤原土著微生物的群落結(jié)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)土壤氮、磷、鉀有效態(tài)的轉(zhuǎn)化，提高土壤營(yíng)養(yǎng)成分，并促進(jìn)鐵觀音茶對(duì)土壤養(yǎng)分的吸收。曾令濤等[17]研究發(fā)現(xiàn)，添加解淀粉芽孢桿菌X 益生菌活化了土壤養(yǎng)分，增加了土壤細(xì)菌、放線菌、解淀粉芽孢桿菌和熒光假單胞菌數(shù)量，降低了土壤真菌數(shù)量，提高了土壤酶活性。張木清等[18]的試驗(yàn)表明，解淀粉芽孢桿菌ZHR0 制成的生物菌肥能夠提高甘蔗生物量、改善根際土壤肥力、增加細(xì)菌多樣性，使土壤更加健康。

1.4 降低農(nóng)殘

解淀粉芽孢桿菌能降低亞硝酸鹽含量，降解農(nóng)殘，提高果實(shí)中維生素和糖的含量，改善農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量，提高產(chǎn)量。張曉冰等[19]認(rèn)為芽孢桿菌具有分泌鐵載體和氨的能力，分泌的次生代謝產(chǎn)物能促進(jìn)環(huán)境中難溶金屬離子的溶解，降低鉻污染土壤的毒性，減輕作物受害程度。

Raheem 等[20]分離篩選得到的解淀粉芽孢桿菌RWL-1能顯著促進(jìn)銅污染土壤中植物的生長(zhǎng)，減少重金屬的積累。也有研究表明，解淀粉芽孢桿菌對(duì)水中的丁草胺有明顯的降解效果[21]，可以溶解水華魚腥藻[22]。

2 解淀粉芽孢桿菌在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用

2.1 用作肥料

有些解淀粉芽孢桿菌能溶磷、解鉀，促進(jìn)土壤中的難溶性磷和鉀轉(zhuǎn)化為有效磷、有效鉀，提高磷、鉀資源的利用率。解淀粉芽孢桿菌可產(chǎn)生吲哚乙酸、脫落酸、赤霉素等植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑，促進(jìn)植物生長(zhǎng)，提高植物抗逆性，因此可以將其開(kāi)發(fā)為微生物肥料。王蓓蓓[23]研究發(fā)現(xiàn)，含解淀粉芽孢桿菌W19 的生物有機(jī)肥可以促進(jìn)香蕉植株的生長(zhǎng)，增加苗期植株的干質(zhì)量和鮮質(zhì)量，使果實(shí)增產(chǎn)。邵鋮[24]認(rèn)為將含有SQR9 菌株的生物氨基酸水溶肥應(yīng)用在黃瓜種植上，能顯著提高黃瓜株高、莖粗、植株鮮質(zhì)量，增加黃瓜產(chǎn)量。Cui 等[25]篩選的解淀粉芽孢桿菌B9601-Y2 能顯著促進(jìn)玉米幼苗生長(zhǎng)，改善與土壤質(zhì)量有關(guān)的幾種酶，提高葉綠素含量。

雖然解淀粉芽孢桿菌可開(kāi)發(fā)成微生物肥料，但由于生產(chǎn)成本相對(duì)過(guò)高，菌株穩(wěn)定性較低，因此在開(kāi)發(fā)成產(chǎn)品時(shí)存在一定的局限性。

2.2 用作果蔬保鮮劑

利用微生物菌體或代謝產(chǎn)物制成的具有保鮮作用的制劑產(chǎn)品稱為微生物保鮮劑。果蔬的保鮮主要是抑制果蔬表面的有害生物，解淀粉芽孢桿菌對(duì)各類采后病害具有良好的控制作用。因此，解淀粉芽孢桿菌被嘗試開(kāi)發(fā)為保鮮劑。如趙延存等[26]將含有解淀粉芽孢桿菌BGP20 的微生物保鮮劑應(yīng)用在蔬菜上，結(jié)果顯示對(duì)大白菜細(xì)菌性軟腐病、櫻桃番茄匍枝根霉軟腐病、芋頭疫霉病和細(xì)菌性軟腐病均具有良好的控制效果。張立新等[27]利用解淀粉芽孢桿菌Y-3 制得微生物保鮮劑，處理采后番茄，可降低80%由灰霉菌和早疫病菌引起的番茄病害。裘紀(jì)瑩等[28]研究發(fā)現(xiàn)，解淀粉芽孢桿菌NCPSJ7 不同處理液對(duì)梨青霉病病原菌均有抑制作用,同時(shí)對(duì)梨采后青霉病有不同程度的防治作用，且其無(wú)菌胞外蛋白對(duì)梨果實(shí)的防腐保鮮作用較好。

雖然已證實(shí)解淀粉芽孢桿菌對(duì)果蔬病原菌有防治作用，可用于果蔬的保鮮，但目前商業(yè)化生產(chǎn)的解淀粉芽孢桿菌菌株卻很少，可能是因?yàn)椴糠纸獾矸垩挎邨U菌防效不穩(wěn)定，易受環(huán)境影響，且安全性有待驗(yàn)證。

2.3 用作殺菌劑

微生物殺菌劑即是利用微生物及其代謝產(chǎn)物開(kāi)發(fā)的殺菌劑。由于解淀粉芽孢桿菌能夠在植物根部定殖，且對(duì)植物病原菌具有廣譜的抑菌效果，因而可開(kāi)發(fā)為殺菌劑。如劉偉成等[29]研究發(fā)現(xiàn)，解淀粉芽孢桿菌MH71 可產(chǎn)生具有抗菌活性的物質(zhì)，對(duì)鐮刀病菌、平菇褐斑、灰葡萄孢等多種植物病原菌均有較強(qiáng)的抑制作用。Vairagkar等[30]對(duì)解淀粉芽孢桿菌mtcc10456 進(jìn)行了抗菌代謝產(chǎn)物的發(fā)酵生產(chǎn)，發(fā)現(xiàn)其能抑制糠秕馬拉色菌和球形馬拉色菌的活性。Rababe 等[31]研究結(jié)果表明，解淀粉芽孢桿菌對(duì)草莓炭疽病病原菌菌絲生長(zhǎng)的抑制作用達(dá)50%以上。

3 展望

解淀粉芽孢桿菌既能防治植物病害，又能產(chǎn)生重要的代謝酶類，促進(jìn)植物生長(zhǎng)，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面應(yīng)用廣泛。目前，相關(guān)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)主要圍繞微生物菌肥、種子處理劑、微生物殺菌劑和果蔬采后保鮮劑進(jìn)行，但由于解淀粉芽孢桿菌穩(wěn)定性不好、速效性不強(qiáng)、生產(chǎn)成本過(guò)高等問(wèn)題，限制了更多產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)。為更大限度地開(kāi)發(fā)利用解淀粉芽孢桿菌，建議從以下方面深入研究。

3.1 選育高效的功能性菌株

長(zhǎng)期以來(lái)通過(guò)傳統(tǒng)的技術(shù)篩選得到了不少生防功能優(yōu)良的解淀粉芽孢桿菌，然而對(duì)這些優(yōu)良菌株的機(jī)理缺乏認(rèn)識(shí)，進(jìn)一步改進(jìn)的隨機(jī)性大，往往由于反復(fù)誘變篩選導(dǎo)致失去了原野生菌的一些優(yōu)良性能。因此，需要用基因組學(xué)、代謝組學(xué)技術(shù)對(duì)這些誘變的優(yōu)良菌株進(jìn)行“表型表征”，在此基礎(chǔ)上將其優(yōu)良性能通過(guò)重組技術(shù)轉(zhuǎn)入適宜的野生菌株中，選育更高效的功能性解淀粉芽孢桿菌。

3.2 開(kāi)展解淀粉芽孢桿菌與大田根際微生物群落的互作研究

由于大田環(huán)境復(fù)雜多變，且不完全符合微生物最適生長(zhǎng)的需求，因此室內(nèi)效果顯著的微生物菌肥在田間難以保持穩(wěn)定防效，只有通過(guò)宏基因組技術(shù)分析環(huán)境關(guān)聯(lián)因子，尋找關(guān)鍵影響因子，再有針對(duì)性地優(yōu)化菌肥發(fā)酵條件，提高生防產(chǎn)品中的芽孢數(shù)量，優(yōu)化生防產(chǎn)品的田間表現(xiàn)。隨著蛋白質(zhì)組學(xué)、基因組學(xué)、宏基因組等技術(shù)在該領(lǐng)域的應(yīng)用，解淀粉芽孢桿菌將會(huì)在農(nóng)業(yè)、食品和醫(yī)藥等領(lǐng)域得到更好的應(yīng)用。