暹罗芽孢杆菌研究进展

林志楷，林文珍

(福建省亚热带植物研究所/福建省亚热带植物生理生化重点实验室，福建 厦门 361006)

暹罗芽孢杆菌Bacillus siamensis又译为西姆芽孢杆菌，于2010年被刊物International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology收录为有效种名，属芽孢杆菌科芽孢杆菌属[1]。研究表明，芽胞杆菌属能在极端条件下生存，可用于防治植物病害，分解原油，降解土壤中化合物等，有着广泛的应用前景[2]。本文简述暹罗芽孢杆菌研究的现况，重点阐述其在生防领域的运用与作用机理，并对其研究前景进行展望。

1 暹罗芽孢杆菌的部分特性

暹罗芽孢杆菌可在含盐度0～14%(W/V)NaCl的培养基中生长，耐受温度4～55 ℃，耐受酸碱度pH 4.5～9。对氯化钠 14%的强耐受性成为区分暹罗芽孢杆菌与其他枯草群菌株的重要特征。全细胞脂肪酸分析显示主要脂肪酸为anteiso-C15:0和anteiso-C17:0。细菌全细胞极性脂质分析显示其含有双磷脂酰甘油、磷脂酰甘油、磷脂酰乙醇胺、赖氨酰磷脂酰甘油、糖脂和其他未知脂质[1]。

根据报道，暹罗芽孢杆菌广泛存在于自然环境中，菌株筛选源可归纳为以下几种：动物胃肠道与排泄物[3—9]、根际土壤[10—14]、发酵食品与饲料[1,15—23]、植物内生菌群[24—27]。杨亚男[28]利用正交试验确定其菌株的最佳生长培养基为蔗糖 2%、豆粕 1.5%、CuSO4·5H2O 0.003%；最佳发酵培养基为玉米粉2%、蛋白胨1.5%、CuSO4·5H2O 0.003%。

暹罗芽孢杆菌菌株有较好的粘附性能，其疏水性、自凝集性、共聚集性和粘蛋白结合性具备很好的加工前景。暹罗芽孢杆菌还具有成为优质生物农药的两大优势：高效广谱抗菌和高度稳定。

2 在生防领域的运用及机理

2.1 抗真菌活性

暹罗芽孢杆菌对常见病害真菌具有强大的拮抗能力，尤其对细极链格孢菌Alternaria tenuissima的相对拮抗效率高达85.3%[29]；对镰刀菌属的禾谷镰刀菌Fusarium graminearum[30]、茄病镰刀菌F.solani、尖孢镰刀菌F.oxysporum[14]具有80%左右的拮抗作用；对青枯假单胞杆菌Pseudomonas solanacearum、葡萄座腔菌Botryosphaeria dothidea、灰葡萄孢Botrytis cinerea[31]等都有高拮抗作用；对火龙果炭疽病菌Colletotrichum gloeosporioides、棉花立枯病菌Rhizoctonia solani、白绢病菌Sclerotium rolfsii、梨黑斑病菌Alternariaki kuchiana、辣椒疫霉Phytophthora capsici、立枯丝核菌Rhizoctonia solani、水稻稻瘟病菌Magnaporthe grisea、荔枝霜疫霉菌Peronophythora litchii也表现出较好的拮抗活性[32]。

芽孢杆菌在生长代谢过程中产生多种抗菌物质，其中最主要的一类是非核糖体合成的脂肽类抗生素。Chen等[33]从菌株发酵液中分离纯化出对尖孢镰刀菌有很好抑菌效果的iturin A类脂肽。许本宏[32]对提取的抗菌物质进行纯化和鉴定，共鉴定出包括挥发性物质(酮类、碳氢化合物、醇类、酯类等)及脂肽类(surfactin、fengycin、iturin A、bacillomycin F)、嗜铁素类(bacillibactin)、聚酮类和环二肽类等多种抗菌物质，通过电镜观察到iturin A和bacillomycin F可造成菌丝畸形发育，破坏真菌菌丝生长。

2.2 抗细菌活性

暹罗芽孢杆菌除了抗真菌外还能抗细菌。菌丝发酵液中抗菌物质环脂肽，能抑制多种耐药水生细菌病原体的生长[34]。暹罗芽孢杆菌另一类抗菌物质为核糖体合成的细菌素。Meidong等[17]研究认为暹罗芽孢杆菌能产生一种细菌素样物质，对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌具有广谱的抑菌活性，尤其对鱼类病原菌嗜水气单胞菌Aeromonas hydrophila和无乳酸链球菌Streptococcus agalactiae有明显的抑制作用；其对美人鱼发光杆菌Photobacterium damsela、哈维氏弧菌Vibrio harveyi、溶藻弧菌Vibrio alginolyticus、大肠杆菌Escherichia coli、迟钝爱德华氏菌Edwardsiella tarda、铜绿假单胞菌Pseudomonas aeruginosa、副溶血弧菌Vibrio Parahaemolyticus、创伤弧菌Vibrio vulnficus、查氏弧菌Vibrio chagasii均有较强抑菌作用[6]。此外，其对陆生病菌青枯劳尔氏菌Ralstonia solanacearum也有抗菌功效。

2.3 稳定性

对暹罗芽孢杆菌菌株的发酵上清液理化性质研究表明，发酵上清液的抗菌活性物质对酶、温度、酸碱度、紫外线均较稳定[18]，且在4 ℃下储存28 d后仍保持较高的活性[32]。比较不同方法粗提取的抗菌物质活性，结果表明硫酸铵沉淀、盐酸沉淀甲醇抽提和乙酸乙酯萃取3种方法提取的粗提物对15株水产病原菌和5株植物病原真菌均具有较强的抑制活性[32]。

2.4 潜在独特性

基因组序列分析发现，bmyD、dfn和mln等3个抗病相关基因只存在于暹罗芽孢杆菌和其他两种近缘芽孢杆菌中，在枯草芽孢杆菌Bacillus subtilis中并未发现[35]，说明其可能具有独特的抗病机制。

3 作为促生菌的运用及机理

国外首先报道了暹罗芽孢杆菌在养殖和作物栽培上的促进作用。Meidong等[17]用含有菌株的饲料喂食鲇鱼不仅无副作用，而且能促进鱼生长；Pastor-Bueis等[36]以厌氧消化液为主要原料，加入暹罗芽孢杆菌研制生物肥料，施用后作物的氮素利用效率提高，产量也显著提高。

暹罗芽孢杆菌具有很高的分泌 α-淀粉酶、蛋白酶、纤维素酶能力，可作为饲料发酵剂和添加剂应用于畜禽饲料，能有效提高养殖动物的生产性能[37]。

施用暹罗芽孢杆菌的土壤中其种群数量能占据一定优势，并在作物根际土壤中稳定定殖。目前已有文献报道暹罗芽孢杆菌具备产 1-氨基环丙烷-1-羧酸(ACC)脱氨酶的能力[38]，还能够产生铁载体、植物生长激素吲哚乙酸、氨，分泌纤维素酶与蛋白酶[39]，这些物质都有助于植物生长。Jeong等[40]从暹罗芽孢杆菌中测定了3.8 Mb的相关基因组序列，为植物促生机制研究提供了重要信息。

4 其他方面应用

暹罗芽孢杆菌除了在生防等领域被关注外，还在其他方面有应用潜力，值得进一步研究挖掘。诸如用于发酵生产生物表面活性剂[41—42]，用于改善烟叶香气品质[43—44]，生产纤维素酶[4—5,8,19]，制备 γ-聚谷氨酸[45]，降氨除臭[46]等。

在食品加工领域也进行了尝试，如筛选暹罗芽孢杆菌 T-2毒素脱毒菌株为受霉菌毒素污染的饲料原料及原粮脱毒[47—48]；筛选高产蛋白酶菌株以提高豆粕营养品质和饲用价值[23,49—50]；筛选高产四甲基吡嗪菌株用于提高酒类的保健功能[21]。

在环保领域，已有发明利用暹罗芽孢杆菌的高效溶藻作用开发出杀藻剂[51]；利用其以邻苯二甲酸二丁酯(DBP)为唯一碳源生长的特点开发了降解塑化剂[52]。

5 展望

国内外关于暹罗芽孢杆菌的研究不相上下。截止2019年11月，国内申请相关发明专利(包括申请的国际专利)共22项[37,39,48,53—71]，但鲜有成果能推广转化。可能存在两方面制约原因：一方面新种研究刚起步，暹罗芽孢杆菌作为有效发表的新种不过10年，对其遗传背景、代谢途径、功能机理了解相对较少，还有许多特性需明确；另一方面，作为枯草芽孢杆菌近缘种，暹罗芽孢杆菌的活性功能与之重叠，如果没有明显的优点将很难打开市场。

随着环境保护意识不断增强，人们在工农业生产中对环境友好型生物农药、有机肥料的需求日益紧迫，暹罗芽孢杆菌作为一个有潜力的物种急需加大研究力度，着重开展以下几方面的工作：一是关于暹罗芽孢杆菌耐盐机制的研究，其独特的耐高盐特性，有可能成为发现新活性物质的关键；二是在提高菌株抗菌活性方面继续探索，根据报道暹罗芽孢杆菌对植物病害真菌的抑制率最高为 80%左右，与其他低毒高效的生物农药相比仍有差距；三是建立菌株筛选平台，挑选优良的种子菌株开展研究。