枯草芽孢杆菌的应用现状概述

闫 杨 刘月静 陈 芳

(山东聊城大学药学院 聊城 252059)

芽孢杆菌是人们最早开始接触并研究的益生菌类群，而枯草芽孢杆菌是其属中比较受关注的一种细菌。枯草芽孢杆菌是一种分布广泛、能生成抗逆性孢子、可厌氧繁殖的革兰氏阳性菌[1]。枯草芽孢杆菌具有液化明胶、还原硝酸盐以及水解淀粉的功能[2]，对动植物及人体均有益无害。研究表明，枯草芽孢杆菌在动物饲料、水产养殖业及植物病害防治等方面展现了优良的特性，具有广阔的应用前景。

1 枯草芽孢杆菌在动物饲料生产中的应用

枯草芽孢杆菌是动物饲料中常添加的益生菌种，它以芽孢的形式添加于动物饲料中。芽孢是处于休眠状态的活细胞，能够耐受饲料加工过程中的不良环境，制备成菌剂后稳定且易存储，并且在进入动物肠道后能够迅速复苏和繁殖。枯草芽孢杆菌在动物肠道中复苏增殖后就可发挥其益生特性，包括改善动物肠道菌群、增强机体免疫力以及提供多种动物所需的酶类等[3]，可以弥补动物体内源酶的不足，促进动物的生长发育，具有显著的益生作用。例如，徐登峰等[4]的研究表明，在动物饲料中添加枯草芽孢杆菌可以有效抑制动物肠道中有害病原菌的生长，营造良好的肠道环境，保护了幼兔的肠黏膜，幼兔的腹泻发生率明显下降；赵效南等[5]的研究表明，在动物饲料中添加的枯草芽孢杆菌，能够有效调节动物肠道中菌群的种类结构，增加肠道微生物菌群的多样性，能在抑制动物肠道中有害菌生长的同时促进有益菌生长，进而达到促进家禽健康生长的目的；华洵璐等[6]的研究表明，在动物饲料中添加芽孢杆菌组合制剂后，仔猪对饲料中营养物质的消化和吸收水平明显提高；赵玉超等[7]的研究表明，在饲料中添加枯草芽孢杆菌能够显著影响三疣梭子蟹免疫相关酶的活力，并能有效提高幼年三疣梭子蟹的存活率。研究表明，在禽类、牲畜和水产动物的饲料中添加枯草芽孢杆菌，可明显升高饲料的利用率，有效提高动物的肠道菌群多样性，增强消化机能，有利于提高肉品质量。

2 枯草芽孢杆菌在水质净化中的应用

枯草芽孢杆菌可以作为微生物调节剂，起到改善水质、抑制有害微生物的作用，能够创造优良的水生生态环境。水产养殖的水体由于长期高密度养殖动物，有大量的饵料残余、动物残骸和粪便沉积等污染物积累，容易引起水质恶化进而危害养殖动物的健康，甚至削减产量引起亏损，对水产养殖业的可持续发展危害巨大。而枯草芽孢杆菌可以定殖在水体中，并通过营养竞争或空间位点竞争形成优势菌群，抑制有害病原菌(如弧菌、大肠杆菌)等有害微生物在水体中的生长繁殖，从而改变水体和底泥中的微生物数量和结构，有效预防水产动物因水质恶化而引起的疾病。同时，枯草芽孢杆菌作为一种可以分泌胞外酶的菌种，其分泌的多种酶类能够有效分解水体有机物，改善水质。例如，枯草芽孢杆菌产生的活性物质几丁质酶、蛋白酶和脂肪酶等，可以分解水体中的有机物，降解动物饲料中的营养素，不但使动物充分吸收和利用饲料中的营养物质，而且能大大改善水质；枯草芽孢杆菌还能调节养殖水体的pH值。

3 枯草芽孢杆菌在医药生产中的应用

枯草芽孢杆菌分泌的多种胞外酶已应用到许多不同领域中，其中脂肪酶和丝氨酸纤溶蛋白酶(即纳豆激酶)被广泛应用于医药行业。脂肪酶具有多种催化能力，其在动物或人体的消化道中与原本存在的消化酶类共同发挥作用，使消化道处于健康的平衡状态。纳豆激酶是纳豆枯草芽孢杆菌分泌的一种丝氨酸蛋白酶，该酶具有溶解血栓、改善血液循环、软化血管以及增加血管弹性等作用。

枯草芽孢杆菌制剂能够有效促进成纤维细胞和血管内皮细胞的增生，加速烧伤创面肉芽增生，对于预防和治疗烧伤创面感染以及促进烧伤创面愈合具有良好的作用[8]。早期新生儿常见高胆红素血症，目前临床上常用蓝光照射治疗，但是黄疸程度重者常需要反复照射，所需住院时间较长。黄永昌等[9]的研究发现，枯草芽孢杆菌活菌胶囊的安全性较高、基本无不良反应，且口感较好，在临床上使用枯草芽孢杆菌活菌胶囊加蓝光照射共同治疗早期新生儿高胆红素血症得到了很好的效果，而且具有住院时间短、复发率低等特点。此外，枯草芽孢杆菌的芽孢可作为黏膜佐剂用于疫苗的制备，能有效刺激动物机体产生特异性的免疫反应。动物试验的结果表明，枯草芽孢杆菌作为免疫佐剂能够产生巨大的功效，具有良好的开发应用前景[10]。

4 枯草芽孢杆菌在植物病害防治中的应用

植物病害是由病原真菌或细菌侵害引起的，常表现为叶片发黄、萎蔫及溃烂等症状。常用的植物病害防治方法为化学防治，即喷洒农药等。但是，化学防治有多种弊端。因此，生物防治植物病害成为研究的热点，而枯草芽孢杆菌是其中极具代表性的生防菌种。枯草芽孢杆菌分泌的抗菌物质主要包括： ①脂肽类物质： 易溶于水，是枯草芽孢杆菌主要抗菌产物之一；②蛋白类抗菌物质： 主要包括几丁质酶、多肽类和抗菌蛋白；③酚类物质： 一种拮抗物质，可以对抗病原菌；④多烯类物质： 可以结合真菌细胞膜中的某些物质，起到干扰真菌的代谢途径、增加细胞膜通透性的作用，导致细胞死亡。芽孢杆菌分泌的抗菌物质可能通过以下几种途径来抑制病原菌： ①阻碍病原菌的细胞壁合成，并损伤细胞膜；②作用于病原菌的蛋白质合成系统，阻碍蛋白质合成；③作用于能量代谢系统，使真菌无法生成孢子；④加速植物种子萌发，增强植物自身抗病能力。

枯草芽孢杆菌作为防治植物病害的主要生防菌，其主要作用机制如下： ①影响植物根际土壤中关键酶活性。在淮安红椒根际土壤中施加枯草芽孢杆菌菌剂后，土壤中的有机质和有效养分的利用率均有所升高，且一些关键土壤酶(如脲酶、过氧化物酶等)的活性均有明显提高。该变化发生的原因可能在于芽孢杆菌能够调节土壤酶活性，改善土壤生态环境[11]。高吉坤等[12]的研究也表明在植物根际施加枯草芽孢杆菌能够显著提高土壤中脲酶、蔗糖酶和磷酸酶等的活性，对考量土壤肥力具有重要意义。②影响植物根际土壤中微生物多样性。在植物根际土壤施加生防枯草芽孢杆菌菌剂，主要受影响的是土壤中真菌和细菌的数量与种类变化。陈雪丽等[13]发现，在不同蔬菜根际土壤中施加枯草芽孢杆菌菌剂后，由于蔬菜种类不同，在相同时期土壤中细菌和真菌的多样性受到的影响也不相同，因此枯草芽孢杆菌所起到的功效与植物本身也有关系。余贤美等[14]的研究表明，在检测施入枯草芽孢杆菌后的土壤样品中的总DNA时，5种用来表征微生物多样性的指标(即Shannon、 Simpson、 McIntosh多样性指数，Simpson和McIntosh均匀度)均明显升高，说明枯草芽孢杆菌能改善植物根际土壤微生物群落结构和功能的多样性，对微生物物种的数量产生了有益影响。

5 结语与展望

目前，对枯草芽孢杆菌的研究不论是在理论研究、作用机制还是在产品应用等方面均已取得较大成就，在动物饲料、水质净化、医药行业以及植物病害的生物防治方面的应用尤为突出。这些研究成果在理论和应用方面均具有重要意义。科学家对枯草芽孢杆菌仍在继续进行开发，其在不同领域的微生物益生制剂的应用方面已展现良好的前景。但是，枯草芽孢杆菌活性产物的开发研究在取得成绩的同时也暴露出了一些缺点，如菌剂产品的持效期短、起效慢、作用对象较为单一、易受到自然环境影响等，这些问题仍有待进一步深入研究加以解决。

(基金项目： 国家自然科学基金项目，No.31401799;山东省自然科学基金项目,No.ZR2016HB05；山东省抗体制药协同创新中心开放课题,No.CIC-AD1816；泰山学者工程专项资金)