解淀粉芽胞杆菌分离鉴定及培养优化的研究进展

王世伟, 王卿惠

(1．齐齐哈尔大学生命与农林学院 抗性基因工程与寒地生物多样性保护重点实验室,黑龙江 齐齐哈尔 161005; 2．东北农业大学 生命科学院,黑龙江 哈尔滨 150030)

解淀粉芽胞杆菌(Bacillusamyloliquefaciens)属于芽胞杆菌属(Bacillus),能抗植物病原菌,促进植物生长,在种植业、养殖业、果蔬采后病害防治方面应用前景广泛[1-6]。解淀粉芽胞杆菌可用于生产生物农药,具有取代传统化学农药的趋势,同时还具有绿色、安全、高效等优势[7-8]。该菌在自身生长过程中,能产生抗菌物质,包括抗菌蛋白、脂肽类和聚酮化合物等,其中抗菌脂肽在植物病害防控上发挥了重要作用[9-10]。抗菌蛋白是一类对植物病原菌具有抑制作用的活性蛋白,不易产生抗性,对人体与环境不会造成危害[11]。尽管目前解淀粉芽胞杆菌抗菌和促生机理已有大量研究报道,但对该菌的生境多样性、分子鉴定以及其培养基和培养条件优化的基础工作仍不能忽视,本文对目前相关研究成果进行归纳分析,以期为解淀粉芽胞杆菌菌株的应用提供参考。

1 解淀粉芽胞杆菌的特点

1.1 解淀粉芽胞杆菌的描述

解淀粉芽胞杆菌(Bacillusamyloliquefaciens)为芽胞杆菌属细菌,与枯草芽胞杆菌(Bacillussubtilis) 具有很高的亲缘性,二者的革兰染色均呈阳性,在形态、培养特征及生理生化特性等方面十分相似;解淀粉芽胞菌属兼性厌氧菌,分布广,在LB培养基上菌落呈淡黄色、不透明,不产色素,有隆起,表面粗糙,边缘不规则,在液体静止培养时能形成菌膜;菌体细胞呈杆状,具两端钝圆的椭圆形内生芽胞,芽胞囊不膨大,中生到次端生,有运动性。

解淀粉芽胞杆菌许多生理生化试验,例如甲基红(MR)试验、硝酸盐还原试验、吲哚试验、乙酰甲基甲醇(V-P)试验、苯丙氨酸脱氨酶试验、硫化氢试验均为阴性,特别是该菌能水解淀粉和明胶[12-13]。

解淀粉芽胞杆菌能承受极端条件,因此其在不同领域包括食品(酶合成、益生元和益生菌以及功能和生物活性食品)、医药(抗微生物、抗癌和抗糖尿病)、农业(植物和动物疾病的抑制)、环境(废物处理和生物燃料)以及其他加工领域具有重要作用;解淀粉芽胞杆菌能水解不同动物和植物产品,合成不同酶、蛋白和碳水化合物,发挥益生元和益生菌的作用,并能产生酶、抗菌剂、杀虫剂、生化物质、胞外多糖(EPS)、维生素、嘌呤核苷和聚-γ-谷氨酸,其中EPS具有许多功能应用包括抗病毒、抗肿瘤、抗癌、免疫调节和抗氧化活性,其中脂肽(serrawettin、surfactin和viscosin)具有抗微生物、抗病毒、抗炎和抗粘性作用[14]。

1.2 解淀粉芽胞杆菌分离纯化、生境多样性及鉴定策略

解淀粉芽胞杆菌具有丰富的生境多样性,其分离和鉴定已有许多报道,分离方法包括初筛和复筛,可以利用平板对峙法进行菌体初筛,利用双层平板法进行复筛;其鉴定采用形态和分子生物学方法,例如16S rDNA序列分子等。

如表1所示,有些菌株能产生广谱抗菌物质,对细菌、霉菌和酵母菌均具抑制作用,但对不同病原真菌、细菌的抑菌作用强弱不同。已报道从各种环境中,均能分离出解淀粉芽胞杆菌,包括土壤(包括根际土壤)[15-16]、植物(棉籽壳)[17]、动物体(鲫鱼肠道)[18]、海水[19]等。笔者[20]曾报道,北大仓白酒大曲具有丰富的细菌多样性,也存在解淀粉芽胞杆菌。司世飞等[15]从土样中分离了82种细菌,具体方法为称取10 g土样于装有90 mL无菌水锥形瓶中,摇床震荡20 min后,采用稀释涂布平板法将稀释至10-6和10-7的菌液涂布NA平板,35 ℃恒温培养箱倒置培养36 h后挑选不同形态的细菌进行纯培养并保存于NA斜面,然后再经初筛和复筛获得具有不同功能的解淀粉芽胞杆菌。努尔孜亚等[17]将1 g棉籽壳加入100 mL蒸馏水中,制备悬浊液,稀释至10-6、10-7、10-8(W/V) 的样品溶液,分别取0.1 mL 涂布于固体初筛培养基平板上,30 ℃培养24 h;然后以对峙平板法复筛,从初筛平板上挑取形态不同的菌落在木霉病菌琼脂块的一侧划线,以不划线的作为对照组,培养4 d,测其抑菌率,获得细菌的纯化培养物。朱芝秀等[18]取鄱阳湖野外生长健康鲫鱼肠道，60 ℃水浴加热15 min后，取肠道黏膜划线接种普通琼脂平板37 ℃培养24 h，观察菌落特征，挑取典型菌落，进行革兰染色、镜检，观察菌体显微形态特征。挑取经革兰染色后的单个菌落，划线接种于普通琼脂平板进行纯培养；将分离菌按常规细菌生化试验方法接种各种微量生化发酵管，37 ℃生化培养箱培养24～48 h后，观察记录生化特性；将分离菌接种普通肉汤培养液，37 ℃生化培养箱培养24 h后，按琼脂扩散法做药敏试验，测量抑菌圈大小；将牛津杯轻放于脱脂奶蔗糖胰蛋白胨琼脂培养基上，其内加入分离菌肉汤培养物，37 ℃培养24 h 后，观察溶蛋白现象，同时以培养时间为横坐标，溶蛋白透明圈直径为纵坐标，绘制分离菌产蛋白酶曲线图。笔者从北大仓白酒大曲中分离的解淀粉芽胞杆菌M1-1菌株的纯培养物的获得方法与上述方法类似(研究成果待发表)。可见解淀粉芽胞杆菌在食品、植物、动物、土壤及其他环境中无处不在，具有丰富的生境多样性，其纯化方法大同小异，一般采用稀释平板法结合平板对峙可以进行有效的分离纯化。

表1 解淀粉芽胞杆菌抗真菌活性物质的分离、纯化和功能研究

通常可以依形态、生理生化特征及分子手段对菌株进行鉴定,但采用16S rDNA分子标记鉴定菌株方法较为多见。实际上除了采用16S rDNA分子标记外,还可结合菌株特异性酶基因扩增进行菌种鉴定,例如Khan等[21]使用16S rRNA基因序列分析并结合物种特异性的限制性核酸内切酶(BamH I)基因和核糖核酸酶基因扩增准确鉴定了解淀粉芽胞杆菌COFCAU_P1。Camacho等[22]从San Pablo河淡水沉积物中分离出一株芽胞杆菌,经16S rRNA基因分析确定该分离株A3属于解淀粉芽胞杆菌操作群,通过gyrA基因序列系统发育分析鉴定该菌属于解淀粉芽胞杆菌亚种植物丛。通常使用核糖体RNA小亚基部分(16S)高通量DNA测序鉴定解淀粉芽胞杆菌[23],但有时无法鉴定到亚种水平,而管家基因鉴定解淀粉芽胞杆菌是可行的,如rpoB基因、gyrA基因和gyrB基因等是评估微生物多样性的潜在候选基因,比用16S rRNA基因分析方法有更高系统发育分析的分辨率;通常每个基因组只有1个或2个管家基因拷贝,与高拷贝数基因相比,使用低拷贝数基因可以避免因不同基因拷贝中的SNPs而高估多样性,从而实现更准确的鉴定结果[24];事实上,一些研究已经测试rpoB基因和gyrB基因作为分子标记,通过扩增子测序来分析细菌群落的多样性,在某些条件下持家基因测序比16S rRNA测序能更准确[25-26]。Liu等[27]发现持家基因gyrA也可以作为确定芽胞杆菌物种多样性的分子标记的潜力,通过引物设计能显著提高芽胞杆菌物种多样性的扩增效率;通过新引物对gyrA3的设计,经92种芽胞杆菌和相关物种的检测,发现gyrA基因高变异性允许在亚种水平上对解淀粉芽胞杆菌、短小芽胞杆菌和巨大芽胞杆菌进行更详细聚类,而16S rRNA基因无法实现这一点,说明gyrA可以提供比16S rRNA基因更好的系统发育分辨率。总之,解淀粉芽胞杆菌的生境能使我们深入了解解淀粉芽胞杆菌的生态。了解如何对解淀粉芽胞杆菌进行准确鉴定是一个关键的问题,在形态、生态和生理生化的基础上,采用16S rRNA基因分析和管家基因分析的结合,可提高对解淀粉芽胞杆菌鉴定的可靠性和准确性。

2 解淀粉芽胞杆菌培养条件优化

2.1 解淀粉芽胞杆菌培养基优化

培养基优化是提高解淀粉芽胞杆菌发酵的重要手段。培养基碳源、氮源的筛选,缓冲液甄别、金属离子和生长因子的选用,是培养基优化应该考虑的重要参数。可以采用单因素、双向单因素、正交试验、Plackett-Burman设计、响应面法等方法优化培养基。腾军伟等[28]从甜酒曲中筛选到产凝乳酶的解淀粉芽胞杆菌GSBa-1,并采用单因素实验和响应面法进行培养条件优化,凝乳酶活力比优化前提高1.88倍。

如表2所示,培养基优化可提高解淀粉芽胞杆菌产孢率、抗菌活性和抗菌物合成能力,要根据不同目的优化选择不同培养基成分。吕钊等[29]采用Box-Behnken试验及响应面法对解淀粉芽胞杆菌产抗菌素发酵培养基进行了优化,使用迟效碳源淀粉作为碳源,显著提高了该菌的抗菌活性。梁昌聪等[30]利用Plackett-Burman优化C101菌株培养基,筛选出MnSO4、KHPO3和(NH)2SO4为影响产孢的3个主要因素,再运用最陡爬坡路径法逼近最大响应值区域,最后利用响应面分析法确定主要因子之间的交互作用及最佳条件,发现尿素是添加的必须物质。杨胜远等[31]使用兰迪培养基优化K6菌株培养基发现,KH2PO4、MgSO4和MnSO4能显著影响抗菌活性物质合成,而KCl不利于抗菌活性物质合成;FeSO4和CuSO4几乎对抗菌活性物质合成没有影响。杨代凯等[32]优化了ZM9液体发酵产伊枯草菌素A培养基,采用液化玉米淀粉、豆粕为碳源和氮源,显著提高了伊枯草菌素A产量。解淀粉芽胞杆菌W36还可以对考马斯亮蓝、刚果红和Sarranine等染料进行需氧脱色,利用最优化的培养基培养该菌能发挥最好的脱色效果[33]。

表2 解淀粉芽胞杆菌培养基优化

聚乳酸(PLA)是可生物降解塑料,可替代一次性包装材料和地膜。尽管PLA在浸没或堆肥条件下的生物降解速度加快,但在土壤埋置条件下提高PLA生物降解能力仍然是一个挑战。实验证实在解淀粉芽胞杆菌中,使用大豆蛋白作为氮源可提高其对PLA膜的生物降解能力;控制氮源可能是增加聚乳酸生物降解的新途径[35]。可见有时仅仅优化培养基中一种物质,例如氮源,就能使该细菌某种生物功能得到显著改善。

通过解淀粉芽胞杆菌C10培养基的优化,芽胞产率提高188%。最近有报道显示,在芽胞杆菌中,孢子形成过程与次级代谢产物的合成和释放有关,例如次级代谢产物杆菌霉素D(BD)就与解淀粉芽胞杆菌fmbJ的孢子形成相关,研究发现,BD和Mn2+通过刺激kinB、kinD的转录以及增加spo0F-spo0A磷酸化传递的影响,促进了fmbJ的孢子形成[36]。

优化培养基是提高解淀粉芽胞杆菌产酶活性的最重要策略之一。Zhao等[37]采用平板透明圈法从动物粪便中筛选出蛋白酶产量高的解淀粉芽胞杆菌FMME ZK003。为了实现蛋白酶的高效生产,经过菌种改良再进行培养基优化,蛋白酶活性提高到(456.9±0.23)U/mL,5 L发酵罐发酵解淀粉芽胞杆菌蛋白酶活性达到823 U/mL。甲喹酮-7能预防心血管疾病和骨质疏松症。Li等[38]通过改良解淀粉芽胞杆菌和培养基优化组合策略提高甲喹酮-7(MK-7)产量。首次通过常压和室温等离子体诱变和原生质体融合,改变生物合成途径,构建MK-7高产菌株Ba-4。随后,使用单因素优化和响应面法(RSM)优化培养基组分,提高了菌株Ba-4的MK-7产量;响应面法结果表明,甘油、大豆蛋白胨和吐温-80对MK-7的产生有显著影响,MK-7产量比初始培养基显著提高。

可见,解淀粉芽胞杆菌是一种益生菌,它有许多特性可供人们利用。因此,在优化培养基的实验中,为了达到不同目的必须选择合适碳源和氮源,去除对发酵不利的或无用的培养基成分,增添对发酵有利的成分,使菌株获得最佳营养,从而达到不同的优化目的和最佳效果。

2.2 解淀粉芽胞杆菌培养条件优化

培养条件优化一般包括温度、接种量、转速、培养时间、初始和装液量,优化的目的多种多样,比如增加菌株脂肽、抗性蛋白和抗菌物质等。解淀粉芽胞杆菌脂肽在植物对真菌、细菌和病毒的保护中发挥着重要作用,表现出杀菌、抗菌、抗病毒和杀虫能力,以及植物免疫调节活性[39]。

如表3所示,王勇等[40]对解淀粉芽胞杆菌GZ-5进行了研究,在发酵条件优化的基础上,发现用10倍稀释液、菌悬液原液对番茄的促生效果最佳。解淀粉芽胞杆菌具有广泛的抑菌活性,其菌体能产生多种抑菌蛋白[41]。秦楠等[42]对菌株HRH317抑菌蛋白生产条件进行了优化,发现37 ℃适合抑菌蛋白表达,发酵时间控制在对数期比较合适,转速略高较好。裘纪莹等[43]对解淀粉芽胞杆菌NCPSJ7菌株发酵生产胞外抗菌物质进行了研究,以该菌株发酵液对西瓜枯萎病菌产生的抑菌圈直径为指标,经单因素试验、Plackett-Burman设计及Box-Behnken响应面法优化,确定了其最佳发酵条件,优化后显著提高了发酵液抑菌活性。牛奶凝固酶(MCE)是奶酪生产中的关键成分,由于传统凝固酶的局限性,寻找可行的替代品是一个紧迫的问题[44]。解淀粉芽胞杆菌D4凝固酶的培养时间和摇床转速是优化培养的关键[45]。从上面的研究可以看出,抑菌蛋白和其他抗菌物质生产时,所需温度应更符合细菌正常生长温度,而其他抑菌物生产要求较低温度;同样,抑菌蛋白形成在对数早期,而其他抗菌物质多在发酵稳定期和后期,这可能是其他抗菌物多为细菌次生代谢产物,因而多在细菌生长的稳定期或衰亡期,即发酵后期产生。可见,不同解淀粉芽胞杆菌对培养基成分及培养条件要求不同,但是总体来说维持在一定的范围内,不同的培养基,其培养温度一般为25～37 ℃,pH为偏中性,摇床转速140～241 r/min;培养时间24～60 h为宜。蛋白酶作为一种重要的工业酶,一般从微生物中获得的蛋白酶活性并不高,难以满足工业化生产。Zhao等[46]采用平板透明圈法从动物粪便中筛选出蛋白酶产量高的解淀粉芽胞杆菌,通过常压室温等离子体(ARTP)、60Co-γ辐射进行联合诱变,菌株FMME ZK003蛋白酶活性大幅度提高,优化发酵条件后,蛋白酶活性显著提高;最后,5 L发酵罐发酵使蛋白酶活性达到823 U/mL。可见,了解优化数据,可能找出一定的规律,按相关的实验方法进行优化,可能达到最佳的效果。

表3 解淀粉芽胞杆菌培养条件的优化

2.3 解淀粉芽胞杆菌培养基和培养条件的同时优化

对培养基和培养条件同时优化的目的是为了提高解淀粉芽胞杆菌活菌数,增强抑制病原菌活性,提高次生代谢产物产量,提高菌种产酶活性,增加胞外多糖产量以及净化水质等,可采用单因素和正交试验进行优化。

如表4所示,在优化解淀粉芽胞杆菌T1发酵条件之前,从五种培养基中选出最有利于其生长的发酵培养基,加入复合氨基酸营养液和蜜糖作为培养基的必要成分[47],不同菌株最佳发酵参数不同。FS6菌株能抑制人参立枯丝核菌,需添加酵母浸膏和甘油作为最优培养基的必要成分,培养12 h,相对培养时间较短[48]。12-7菌株对棉花黄萎病菌大丽轮枝菌具有明显拮抗作用,经优化其抗菌蛋白抑菌活性明显提高[49]。GZUB-7菌株可产中性蛋白酶,优化后中性蛋白酶活力明显提升[50]。可见,对不同菌株培养基的优化的目的不同,如为了提高菌体数、提升抑菌活性、提高产蛋白酶的能力等。芽胞杆菌能分泌高分子量和结构多样的胞外多糖(EPS)以抵抗环境压力,EPS由于其高水溶性和截留率,在食品工业中被广泛用作增稠剂和乳化剂,其具有降低胆固醇、抗肿瘤和调节免疫能力的作用[51]。解淀粉芽胞杆菌DMBA-K4可生产胞外多糖,添加蔗糖可优化发酵培养基,使胞外多糖产量达 171.31 mg/L,较原始条件提高155.7%;抗氧化实验结果表明,DMBA-K4 所产胞外多糖具有较强的抗氧化活性,当EPS质量浓度为5 mg/mL时,其 1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH) 自由基清除率达78.6%,对·OH 的清除率为75.47%,该研究为微生物胞外多糖的工业生产提供理论支持,丰富了新型微生物多糖的应用前景[52]。HN菌株培养基及培养条件优化后,采用100 L发酵罐对优化发酵参数进行了验证,在9 h后进入对数生长期,24 h后达到稳定期,菌液浓度达35.6×108cfu/mL,最高芽胞浓度达到30.4×108cfu/mL;100 L发酵罐验证试验表明,37 ℃发酵26 h活菌浓度可达 37.0×108cfu/mL,芽胞浓度为33×108cfu/mL[53]。

解淀粉芽胞杆菌能产生多种多样的生物酶,Shang等[55]从健康藏猪的粪便中分离一株能产纤维素酶的解淀粉芽胞杆菌TL106,经基因组测序分析发现,其包括β-葡萄糖苷酶、内切葡聚糖酶、β-葡聚糖酶和木聚糖酶基因,并探索了其纤维素降解能力,发现其发酵上清液含淀粉酶、纤维素酶、木聚糖酶和β-葡聚糖酶,这些酶对小麦和青稞粗纤维、中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维、淀粉、阿拉伯木聚糖和β-葡聚糖均具有较好的降解效果。解淀粉芽胞杆菌L-S60有较宽酸碱耐受性,能产多种酶,包括蛋白酶、纤维素酶和淀粉酶,对多种病原真菌有抑制作用,王卉等[56]优化了L-S60固态发酵工艺,其最佳固体培养基组成的质量分数比为花生饼粉∶麦麸∶棉粕为53∶35∶12;最佳固体发酵条件为温度35 ℃、接种量30%(体积分数)、料水质量比1∶0.45、装瓶量40%,发酵时间42 h;L-S60菌落数达2.42×1010cfu/g。显然,研究解淀粉芽胞菌酶的合成的优化对应用是十分有意义的。

从上述报道可以总结出下列规律：发酵中添加可溶性淀粉、葡萄糖、蔗糖为碳源,添加胰蛋白胨、花生饼粉、尿素、豆粕、牛肉膏、酵母膏作为氮源能得到良好的发酵效果;磷酸盐可作为最佳缓冲溶液,加入适当Mn2+和 Ca2+有助于芽胞形成。对于培养条件而言,发酵温度一般控制在28～40 ℃之间,30 ℃左右比较普遍;初始pH在6.0～7.3之间,一般控制在7.0左右比较适宜;转速在150～180 r/min之间;接种量一般在3%～6%(体积分数)范围内;装液量(50～100) mL/250 mL比较合适;发酵时间跨度较大在12～60 h之间,但25～30 h内比较普遍。了解上述规律,可在优化发酵培养条件时作为必要参考。

3 解淀粉芽胞杆菌其他优化方法

近年来,随着对解淀粉芽胞杆菌研究的不断深入,出现了培养基、培养条件优化的新方法,包括多参数优化、结合BP神经网络优化、自适应神经网络训练优化等。

3.1 解淀粉芽胞杆菌多参数优化

王涛等[57]以平板菌落直径、培养后活菌浓度为指标,对解淀粉芽胞杆菌841种子保存、活化方式和发酵培养基中酵母粉和大豆蛋白粉用量,以及发酵后期调控进行筛选和优化。研究发现,841菌株最佳保存条件为甘油30%,温度-64 ℃,先采用PDA活化,并经过一次48 h活化和24 h二次活化效果最佳;种子培养后17～18 h进行转菌为最佳时间,酵母粉和大豆蛋白粉最佳浓度分别为20、40 g/L;通过补料和流加氨水将pH控制在7.0～7.2作为发酵后期调控方法;发酵时间可延长至72 h;在100 L发酵罐上进行高密度发酵,浓度可达常规发酵的100倍。多参数优化需要进行几次,最终才能达到很好的效果。

3.2 解淀粉芽胞杆菌BP神经网络优化

BP神经网络由Rumelhart和McClelland提出,是一种按照误差逆向传播算法训练的多层前馈神经网络。周广麒[58]为了提高解淀粉芽胞杆菌抑菌活性,运用响应面法优化了Q-426发酵培养基组分,并利用BP神经网络对抑菌活性进行了研究,优化后培养基最佳配方(g/L)：葡萄糖3.92、牛肉膏5.00、NH4Cl 0.19、MgCl23.83,并以此作为输入数据,将抑菌活性作为输出数据,建立BP神经网络预测模型。结果表明,优化后抑菌圈直径由24 mm增加到29 mm,并计算训练BP神经网络抑菌圈直径拟合值与实际值之间相对误差、相对误差绝对值的平均值,同时,计算测试BP神经网络抑菌圈直径预测值与实际值相对误差、相对误差绝对值的平均值,最后证实建立基于培养基成份的抑菌圈直径BP神经网络预测模型是可行的。可见,利用BP神经网络优化方法能更准确、更方便地找到最佳培养基优化方案。

3.3 解淀粉芽胞杆菌BP神经网络与适应神经网络训练比较

刘爽等[59]运用响应面法优化共培养的解淀粉芽胞杆菌Q426和Q-12培养基,确定优化培养基组成(g/L)：MgSO4·7H2O 0.91、柠檬酸钠3.31、酵母粉16.10、NH4Cl 2.0、K2HPO41.5及KH2PO40.6,优化后抑菌圈直径由27 mm增加到31 mm;再以培养基组成作为输入数据,将抑菌圈直径作为输出数据,建立了基于BP神经网络和自适应神经网络的训练模型,通过比较训练结果均方误差和平均相对误差,证明了自适应神经网络训练效果优于BP神经网络的训练效果。可见,随着计算机网络模型的应用,势必会简化优化程序,获得简单易行的优化手段。

4 解淀粉芽胞杆菌重要的工业和商业化产品的应用

微生物杀菌剂就是利用微生物及其代谢产物开发的一类杀菌剂。解淀粉芽胞杆菌可以定植在植物根际,繁殖迅速,对多种植物病原菌具有良好的抑制效果。如表5所示,解淀粉芽胞杆菌作为杀虫剂在国内应用较少,国外特别是德国的巴斯夫(BASF)和 美国Certis应用较早、较成熟,产品较多。国内几乎没有种衣剂的登记,国外已开始将微生物作为种子处理的一种新手段,就解淀粉芽胞杆菌而言,美国和德国已经取得若干种子处理剂的登记。随着对解淀粉芽胞杆菌及其产生的有效抗菌物质的深入研究,其生防优势越来越明显,并展现出广阔的应用前景。但是,与国际前沿相比,我国在对解淀粉芽胞杆菌的研究还有待进一步深入,产业开发也有待进一步加强。

表5 解淀粉芽胞杆菌重要的工业和商业化产品的应用[60-61]

5 展 望

解淀粉芽胞杆菌是FDA认定的安全级(GRAS)菌株,在绿色生物农药、工业酶制剂、大宗化学品等生产上具有突出优势。解淀粉芽胞杆菌培养成本低、发酵产物稳定等特点使其具有成为生防菌剂的优势,其能促进农作物生长,防治作物病害,改善土壤环境;应用于农业能消除化学农药带来的土壤营养失衡、农产品质量下降等弊端,符合现代农业的发展要求。解淀粉芽胞杆菌也是一类能够合成多种生物活性化合物如抗菌蛋白、酶、脂肽、氨基酸、核苷酸和胞外多糖等重要的平台化微生物,在工业、食品、医疗和日化等领域具有重要应用价值。

截至目前,国内关于解淀粉芽胞杆菌的抗菌物质研究主要集中在目标菌株的筛选,以及抗菌成分的分离、纯化、鉴定、培养基和培养条件优化以及抗菌物质的表征和作用机理上。芽胞杆菌产生的抗菌物质虽然很多,但单一抗菌成分的收率低,纯化工艺复杂,难以满足农业、工业、食品等行业对抗菌物质日益增长的需求。因此,寻找合适的方法同时提高抗菌物质的产量和使用效率是未来研究和开发的重要方向。

针对解淀粉芽胞杆菌开展更多产物的人工合成通路设计和代谢网络重构、底盘的适配性组装与优化等,将进一步丰富该底盘菌株在生物工程领域中的运用;随着分子生物学等高新技术的发展,解淀粉芽胞杆菌的鉴定必将更加科学、快捷和准确,解淀粉芽胞杆菌发酵培养工艺也必然日臻完善;随着更先进的基因工程、蛋白质工程及发酵工程等手段用于解淀粉芽胞杆菌的细胞改造和发酵优化,解淀粉芽胞杆菌的应用必将有更好的前景。