解淀粉芽孢杆菌在农业生产中的应用

刘小玉，付登强

（中国热带农业科学院椰子研究所，海南省槟榔产业工程研究中心，海南文昌 571339）

解淀粉芽孢杆菌（Bacillus amyloliquefaciens）是国内微生物肥料使用的免检菌种，也是第一批通过美国食品和药物管理局安全认证的菌种[1]，广泛分布于植物表面、土壤、空气、海洋及水底污泥中，在污水处理、畜产品加工、生物肥料等方面应用广泛。如Ben 等[2]发现解淀粉芽孢杆菌32a 可用于农杆菌的生物防治；刘清兵[3]发现解淀粉芽孢杆菌Am11 可对污水净化起重要作用；时威等[4]发现解淀粉芽孢杆菌发酵液对冷却肉有防腐保鲜效果；蒋晓玲[5]发现解淀粉芽孢杆菌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环境。

由于解淀粉芽孢杆菌生长速度快、营养需求简单且抗逆性强，在农业生产中应用广泛。本文对解淀粉芽孢杆菌的主要功效及其作用机理进行了概括，总结了解淀粉芽孢杆菌在农业方面的应用，为进一步推动该菌株的应用提供参考。

1 解淀粉芽孢杆菌的功效及其机理

解淀粉芽孢杆菌属芽孢杆菌，革兰氏阳性菌。在固体培养基上菌落呈淡黄色，不透明，表面粗糙，边缘不规则[6]。其在生长过程中分泌多种胞外物质，如肽类、蛋白质、吡嗪类和酚类等，能够抑制植物病原菌的生长，增强机体的抗菌能力；也能定殖在植物根系周围，改善土壤微生物群落结构，提高土壤酶活性，改良土壤；或通过产生赤霉素、吲哚乙酸、细胞分裂素等多种生理活性物质和氨基酸类物质，提高植物抗病性，促进植物根系及植株健康生长，提高作物产量，改善其品质。

1.1 抗病抑菌

解淀粉芽孢杆菌抗逆性强、抗菌谱广泛，其次生代谢产物对各类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种之一。解淀粉芽孢杆菌的作用机理主要包含以下三方面：一是分泌的代谢产物可能对病原菌细胞结构进行破坏或在生长过程中向胞外分泌各种抑菌活性物质。程敏等[7]认为，解淀粉芽孢杆菌CGMCC11640 代谢物主要通过破坏菌丝和孢子的细胞壁与细胞膜，使细胞原生质化，从而杀死病原菌。王伟等[8]认为，解淀粉芽孢杆菌DH8030 产生的解淀粉芽孢杆菌素作用于蜡样芽孢杆菌的细胞壁，破坏病原菌细胞结构后形成孔洞，使处于生长或生殖阶段的细菌无法正常代谢，从而导致细菌死亡。二是诱导寄主做出防御反应，提高与抗病性相关的酶活性。张晓冰等[9]认为，接种解淀粉芽孢杆菌的植株中赤霉素、生长素等植物生长促进激素含量更高，过氧化物酶等防御相关酶的活性也更高。梁艳琼等[10]认为，解淀粉芽孢杆菌TWC2 能诱导甘蔗体内抗性酶活性，增强植物的抗病能力。三是在生长过程中解淀粉芽孢杆菌能产生挥发性物质，抑制病原菌生长发育。郝象瑢等[11]发现，解淀粉芽孢杆菌LJ02 产生的34 种挥发性物质，对黑腐皮壳菌等多种病原菌均有抑制作用。Yuan 等[12]发现，解淀粉芽孢杆菌NJN-6 产生的36 种挥发性物质中有11 种气体可以完全抑制尖孢镰刀菌的生长，对香蕉枯萎病有防治作用。

1.2 抗逆防衰

解淀粉芽孢杆菌是一类植物根际促生细菌，能够在植物根部定殖，通过调控根际微生物群落结构多样性，产生吲哚乙酸、赤霉酸、脱落酸、细胞分裂素等物质促进植物生长，提高植物抗逆性。有些解淀粉芽孢杆菌菌株也可以产生植酸酶、亚精胺等促进植物生长的物质。Zhao等[13]研究发现，解淀粉芽孢杆菌EZ99 在生长过程中合成并释放生长素吲哚乙酸，能够直接促进植物生长。Yuan等[14]认为解淀粉芽孢杆菌NJN-6 能够有效定殖在香蕉根部，并产生吲哚乙酸等促进香蕉植株生长。刘栓成等[15]研究表明，用解淀粉芽孢杆菌B9601-Y2 浸泡玉米种子后，可促进种子发芽，提高幼苗生长。

1.3 改良土壤

解淀粉芽孢杆菌能够改善作物根际土壤微生态环境，调整微生物群落结构；活化土壤中难溶的磷、钾等营养元素，提高土壤肥力，疏松板结土壤，遏制土壤退化，改良土壤。林斌等[16]研究发现解淀粉芽孢杆菌W208YF 可显著调整土壤原土著微生物的群落结构，驱动土壤氮、磷、钾有效态的转化，提高土壤营养成分，并促进铁观音茶对土壤养分的吸收。曾令涛等[17]研究发现，添加解淀粉芽孢杆菌X 益生菌活化了土壤养分，增加了土壤细菌、放线菌、解淀粉芽孢杆菌和荧光假单胞菌数量，降低了土壤真菌数量，提高了土壤酶活性。张木清等[18]的试验表明，解淀粉芽孢杆菌ZHR0 制成的生物菌肥能够提高甘蔗生物量、改善根际土壤肥力、增加细菌多样性，使土壤更加健康。

1.4 降低农残

解淀粉芽孢杆菌能降低亚硝酸盐含量，降解农残，提高果实中维生素和糖的含量，改善农产品质量，提高产量。张晓冰等[19]认为芽孢杆菌具有分泌铁载体和氨的能力，分泌的次生代谢产物能促进环境中难溶金属离子的溶解，降低铬污染土壤的毒性，减轻作物受害程度。

Raheem 等[20]分离筛选得到的解淀粉芽孢杆菌RWL-1能显著促进铜污染土壤中植物的生长，减少重金属的积累。也有研究表明，解淀粉芽孢杆菌对水中的丁草胺有明显的降解效果[21]，可以溶解水华鱼腥藻[22]。

2 解淀粉芽孢杆菌在农业生产中的应用

2.1 用作肥料

有些解淀粉芽孢杆菌能溶磷、解钾，促进土壤中的难溶性磷和钾转化为有效磷、有效钾，提高磷、钾资源的利用率。解淀粉芽孢杆菌可产生吲哚乙酸、脱落酸、赤霉素等植物生长调节剂，促进植物生长，提高植物抗逆性，因此可以将其开发为微生物肥料。王蓓蓓[23]研究发现，含解淀粉芽孢杆菌W19 的生物有机肥可以促进香蕉植株的生长，增加苗期植株的干质量和鲜质量，使果实增产。邵铖[24]认为将含有SQR9 菌株的生物氨基酸水溶肥应用在黄瓜种植上，能显著提高黄瓜株高、茎粗、植株鲜质量，增加黄瓜产量。Cui 等[25]筛选的解淀粉芽孢杆菌B9601-Y2 能显著促进玉米幼苗生长，改善与土壤质量有关的几种酶，提高叶绿素含量。

虽然解淀粉芽孢杆菌可开发成微生物肥料，但由于生产成本相对过高，菌株稳定性较低，因此在开发成产品时存在一定的局限性。

2.2 用作果蔬保鲜剂

利用微生物菌体或代谢产物制成的具有保鲜作用的制剂产品称为微生物保鲜剂。果蔬的保鲜主要是抑制果蔬表面的有害生物，解淀粉芽孢杆菌对各类采后病害具有良好的控制作用。因此，解淀粉芽孢杆菌被尝试开发为保鲜剂。如赵延存等[26]将含有解淀粉芽孢杆菌BGP20 的微生物保鲜剂应用在蔬菜上，结果显示对大白菜细菌性软腐病、樱桃番茄匍枝根霉软腐病、芋头疫霉病和细菌性软腐病均具有良好的控制效果。张立新等[27]利用解淀粉芽孢杆菌Y-3 制得微生物保鲜剂，处理采后番茄，可降低80%由灰霉菌和早疫病菌引起的番茄病害。裘纪莹等[28]研究发现，解淀粉芽孢杆菌NCPSJ7 不同处理液对梨青霉病病原菌均有抑制作用,同时对梨采后青霉病有不同程度的防治作用，且其无菌胞外蛋白对梨果实的防腐保鲜作用较好。

虽然已证实解淀粉芽孢杆菌对果蔬病原菌有防治作用，可用于果蔬的保鲜，但目前商业化生产的解淀粉芽孢杆菌菌株却很少，可能是因为部分解淀粉芽孢杆菌防效不稳定，易受环境影响，且安全性有待验证。

2.3 用作杀菌剂

微生物杀菌剂即是利用微生物及其代谢产物开发的杀菌剂。由于解淀粉芽孢杆菌能够在植物根部定殖，且对植物病原菌具有广谱的抑菌效果，因而可开发为杀菌剂。如刘伟成等[29]研究发现，解淀粉芽孢杆菌MH71 可产生具有抗菌活性的物质，对镰刀病菌、平菇褐斑、灰葡萄孢等多种植物病原菌均有较强的抑制作用。Vairagkar等[30]对解淀粉芽孢杆菌mtcc10456 进行了抗菌代谢产物的发酵生产，发现其能抑制糠秕马拉色菌和球形马拉色菌的活性。Rababe 等[31]研究结果表明，解淀粉芽孢杆菌对草莓炭疽病病原菌菌丝生长的抑制作用达50%以上。

3 展望

解淀粉芽孢杆菌既能防治植物病害，又能产生重要的代谢酶类，促进植物生长，在农业生产方面应用广泛。目前，相关产品开发主要围绕微生物菌肥、种子处理剂、微生物杀菌剂和果蔬采后保鲜剂进行，但由于解淀粉芽孢杆菌稳定性不好、速效性不强、生产成本过高等问题，限制了更多产品的开发。为更大限度地开发利用解淀粉芽孢杆菌，建议从以下方面深入研究。

3.1 选育高效的功能性菌株

长期以来通过传统的技术筛选得到了不少生防功能优良的解淀粉芽孢杆菌，然而对这些优良菌株的机理缺乏认识，进一步改进的随机性大，往往由于反复诱变筛选导致失去了原野生菌的一些优良性能。因此，需要用基因组学、代谢组学技术对这些诱变的优良菌株进行“表型表征”，在此基础上将其优良性能通过重组技术转入适宜的野生菌株中，选育更高效的功能性解淀粉芽孢杆菌。

3.2 开展解淀粉芽孢杆菌与大田根际微生物群落的互作研究

由于大田环境复杂多变，且不完全符合微生物最适生长的需求，因此室内效果显著的微生物菌肥在田间难以保持稳定防效，只有通过宏基因组技术分析环境关联因子，寻找关键影响因子，再有针对性地优化菌肥发酵条件，提高生防产品中的芽孢数量，优化生防产品的田间表现。随着蛋白质组学、基因组学、宏基因组等技术在该领域的应用，解淀粉芽孢杆菌将会在农业、食品和医药等领域得到更好的应用。