解淀粉芽孢桿菌在農業生產中的應用

劉小玉，付登強

（中國熱帶農業科學院椰子研究所，海南省檳榔產業工程研究中心，海南文昌 571339）

解淀粉芽孢桿菌（Bacillus amyloliquefaciens）是國內微生物肥料使用的免檢菌種，也是第一批通過美國食品和藥物管理局安全認證的菌種[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、畜產品加工、生物肥料等方面應用廣泛。如Ben 等[2]發現解淀粉芽孢桿菌32a 可用于農桿菌的生物防治；劉清兵[3]發現解淀粉芽孢桿菌Am11 可對污水凈化起重要作用；時威等[4]發現解淀粉芽孢桿菌發酵液對冷卻肉有防腐保鮮效果；蔣曉玲[5]發現解淀粉芽孢桿菌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境。

由于解淀粉芽孢桿菌生長速度快、營養需求簡單且抗逆性強，在農業生產中應用廣泛。本文對解淀粉芽孢桿菌的主要功效及其作用機理進行了概括，總結了解淀粉芽孢桿菌在農業方面的應用，為進一步推動該菌株的應用提供參考。

1 解淀粉芽孢桿菌的功效及其機理

解淀粉芽孢桿菌屬芽孢桿菌，革蘭氏陽性菌。在固體培養基上菌落呈淡黃色，不透明，表面粗糙，邊緣不規則[6]。其在生長過程中分泌多種胞外物質，如肽類、蛋白質、吡嗪類和酚類等，能夠抑制植物病原菌的生長，增強機體的抗菌能力；也能定殖在植物根系周圍，改善土壤微生物群落結構，提高土壤酶活性，改良土壤；或通過產生赤霉素、吲哚乙酸、細胞分裂素等多種生理活性物質和氨基酸類物質，提高植物抗病性，促進植物根系及植株健康生長，提高作物產量，改善其品質。

1.1 抗病抑菌

解淀粉芽孢桿菌抗逆性強、抗菌譜廣泛，其次生代謝產物對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理主要包含以下三方面：一是分泌的代謝產物可能對病原菌細胞結構進行破壞或在生長過程中向胞外分泌各種抑菌活性物質。程敏等[7]認為，解淀粉芽孢桿菌CGMCC11640 代謝物主要通過破壞菌絲和孢子的細胞壁與細胞膜，使細胞原生質化，從而殺死病原菌。王偉等[8]認為，解淀粉芽孢桿菌DH8030 產生的解淀粉芽孢桿菌素作用于蠟樣芽孢桿菌的細胞壁，破壞病原菌細胞結構后形成孔洞，使處于生長或生殖階段的細菌無法正常代謝，從而導致細菌死亡。二是誘導寄主做出防御反應，提高與抗病性相關的酶活性。張曉冰等[9]認為，接種解淀粉芽孢桿菌的植株中赤霉素、生長素等植物生長促進激素含量更高，過氧化物酶等防御相關酶的活性也更高。梁艷瓊等[10]認為，解淀粉芽孢桿菌TWC2 能誘導甘蔗體內抗性酶活性，增強植物的抗病能力。三是在生長過程中解淀粉芽孢桿菌能產生揮發性物質，抑制病原菌生長發育。郝象瑢等[11]發現，解淀粉芽孢桿菌LJ02 產生的34 種揮發性物質，對黑腐皮殼菌等多種病原菌均有抑制作用。Yuan 等[12]發現，解淀粉芽孢桿菌NJN-6 產生的36 種揮發性物質中有11 種氣體可以完全抑制尖孢鐮刀菌的生長，對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菌，能夠在植物根部定殖，通過調控根際微生物群落結構多樣性，產生吲哚乙酸、赤霉酸、脫落酸、細胞分裂素等物質促進植物生長，提高植物抗逆性。有些解淀粉芽孢桿菌菌株也可以產生植酸酶、亞精胺等促進植物生長的物質。Zhao等[13]研究發現，解淀粉芽孢桿菌EZ99 在生長過程中合成并釋放生長素吲哚乙酸，能夠直接促進植物生長。Yuan等[14]認為解淀粉芽孢桿菌NJN-6 能夠有效定殖在香蕉根部，并產生吲哚乙酸等促進香蕉植株生長。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，可促進種子發芽，提高幼苗生長。

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環境，調整微生物群落結構；活化土壤中難溶的磷、鉀等營養元素，提高土壤肥力，疏松板結土壤，遏制土壤退化，改良土壤。林斌等[16]研究發現解淀粉芽孢桿菌W208YF 可顯著調整土壤原土著微生物的群落結構，驅動土壤氮、磷、鉀有效態的轉化，提高土壤營養成分，并促進鐵觀音茶對土壤養分的吸收。曾令濤等[17]研究發現，添加解淀粉芽孢桿菌X 益生菌活化了土壤養分，增加了土壤細菌、放線菌、解淀粉芽孢桿菌和熒光假單胞菌數量，降低了土壤真菌數量，提高了土壤酶活性。張木清等[18]的試驗表明，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、增加細菌多樣性，使土壤更加健康。

1.4 降低農殘

解淀粉芽孢桿菌能降低亞硝酸鹽含量，降解農殘，提高果實中維生素和糖的含量，改善農產品質量，提高產量。張曉冰等[19]認為芽孢桿菌具有分泌鐵載體和氨的能力，分泌的次生代謝產物能促進環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能顯著促進銅污染土壤中植物的生長，減少重金屬的積累。也有研究表明，解淀粉芽孢桿菌對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業生產中的應用

2.1 用作肥料

有些解淀粉芽孢桿菌能溶磷、解鉀，促進土壤中的難溶性磷和鉀轉化為有效磷、有效鉀，提高磷、鉀資源的利用率。解淀粉芽孢桿菌可產生吲哚乙酸、脫落酸、赤霉素等植物生長調節劑，促進植物生長，提高植物抗逆性，因此可以將其開發為微生物肥料。王蓓蓓[23]研究發現，含解淀粉芽孢桿菌W19 的生物有機肥可以促進香蕉植株的生長，增加苗期植株的干質量和鮮質量，使果實增產。邵鋮[24]認為將含有SQR9 菌株的生物氨基酸水溶肥應用在黃瓜種植上，能顯著提高黃瓜株高、莖粗、植株鮮質量，增加黃瓜產量。Cui 等[25]篩選的解淀粉芽孢桿菌B9601-Y2 能顯著促進玉米幼苗生長，改善與土壤質量有關的幾種酶，提高葉綠素含量。

雖然解淀粉芽孢桿菌可開發成微生物肥料，但由于生產成本相對過高，菌株穩定性較低，因此在開發成產品時存在一定的局限性。

2.2 用作果蔬保鮮劑

利用微生物菌體或代謝產物制成的具有保鮮作用的制劑產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發為保鮮劑。如趙延存等[26]將含有解淀粉芽孢桿菌BGP20 的微生物保鮮劑應用在蔬菜上，結果顯示對大白菜細菌性軟腐病、櫻桃番茄匍枝根霉軟腐病、芋頭疫霉病和細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。裘紀瑩等[28]研究發現，解淀粉芽孢桿菌NCPSJ7 不同處理液對梨青霉病病原菌均有抑制作用,同時對梨采后青霉病有不同程度的防治作用，且其無菌胞外蛋白對梨果實的防腐保鮮作用較好。

雖然已證實解淀粉芽孢桿菌對果蔬病原菌有防治作用，可用于果蔬的保鮮，但目前商業化生產的解淀粉芽孢桿菌菌株卻很少，可能是因為部分解淀粉芽孢桿菌防效不穩定，易受環境影響，且安全性有待驗證。

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物開發的殺菌劑。由于解淀粉芽孢桿菌能夠在植物根部定殖，且對植物病原菌具有廣譜的抑菌效果，因而可開發為殺菌劑。如劉偉成等[29]研究發現，解淀粉芽孢桿菌MH71 可產生具有抗菌活性的物質，對鐮刀病菌、平菇褐斑、灰葡萄孢等多種植物病原菌均有較強的抑制作用。Vairagkar等[30]對解淀粉芽孢桿菌mtcc10456 進行了抗菌代謝產物的發酵生產，發現其能抑制糠秕馬拉色菌和球形馬拉色菌的活性。Rababe 等[31]研究結果表明，解淀粉芽孢桿菌對草莓炭疽病病原菌菌絲生長的抑制作用達50%以上。

3 展望

解淀粉芽孢桿菌既能防治植物病害，又能產生重要的代謝酶類，促進植物生長，在農業生產方面應用廣泛。目前，相關產品開發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行，但由于解淀粉芽孢桿菌穩定性不好、速效性不強、生產成本過高等問題，限制了更多產品的開發。為更大限度地開發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

長期以來通過傳統的技術篩選得到了不少生防功能優良的解淀粉芽孢桿菌，然而對這些優良菌株的機理缺乏認識，進一步改進的隨機性大，往往由于反復誘變篩選導致失去了原野生菌的一些優良性能。因此，需要用基因組學、代謝組學技術對這些誘變的優良菌株進行“表型表征”，在此基礎上將其優良性能通過重組技術轉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

由于大田環境復雜多變，且不完全符合微生物最適生長的需求，因此室內效果顯著的微生物菌肥在田間難以保持穩定防效，只有通過宏基因組技術分析環境關聯因子，尋找關鍵影響因子，再有針對性地優化菌肥發酵條件，提高生防產品中的芽孢數量，優化生防產品的田間表現。隨著蛋白質組學、基因組學、宏基因組等技術在該領域的應用，解淀粉芽孢桿菌將會在農業、食品和醫藥等領域得到更好的應用。