地衣芽胞杆菌生物活性物质应用研究进展

杨 阳， 张付云， 苍桂璐， 王 斌， 卢 航

大连海洋大学食品科学与工程学院，辽宁大连116023

地衣芽胞杆菌生物活性物质应用研究进展

杨 阳， 张付云*， 苍桂璐， 王 斌， 卢 航

大连海洋大学食品科学与工程学院，辽宁大连116023

地衣芽胞杆菌是一种常见革兰氏阳性菌，具有耐热、酶系丰富、产酶量高和安全等优良特性，同时在代谢过程中还可产生多种活性物质，例如多糖、脂肽类生物表面活性剂、杆菌肽及小分子等活性物质。本文对地衣芽胞杆菌的活性物质及其生物活性的应用研究进展进行概括，并且对其通过基因工程手段开发新型菌种的发展方向进行了展望，以期为地衣芽胞杆菌的利用提供参考。

地衣芽胞杆菌；生物活性物质；应用

地衣芽胞杆菌（Bacillus licheniformis）属厚壁菌门（Firmicutes）芽胞杆菌科（Bacillaceae），是一种常见的革兰氏阳性（G＋）细菌，广泛分布在土壤、空气和腐败有机物上。细胞形态和排列呈杆状、单生，长2.5～3.5μm；宽0.8～1.5μm。产生近中生的椭圆状芽胞，包囊稍膨大。细胞染色均匀，很少成链。无荚膜，无鞭毛，能运动。最佳生长环境为35±1℃、pH 7.0左右。地衣芽胞杆菌具有耐热、酶系丰富、产酶量高和安全等诸多优良特性，被认为是较理想的工业生产菌株，主要用来生产淀粉酶及蛋白酶［1～2］。

近年国内外对地衣芽胞杆菌的研究报道逐渐增多。研究表明，地衣芽胞杆菌能够产生多种生物活性物质，包括多糖、蛋白质、非肽类物质，和一些小分子活性物质［3～4］。本文综述了地衣芽胞杆菌活性物质的种类、生物活性及应用情况。

1 多糖类物质

根据多糖的来源，可将其分为动物多糖、植物多糖和微生物多糖三类。多糖具有抗氧化、增强免疫应答能力、抑制有害菌、促进有益菌生长等作用，可增强机体抗肿瘤、抗衰老的能力［5］。此外，多糖还具有抗病毒的作用［6］。现在多糖已经广泛应用到各种领域，并取得了较好的成效。比如Hayen等［7］报道，在日粮中添加酵母多糖，可显著促进猪、鸡和牛等的日增质量和饲料转化率，并且可显著降低动物的病死率。

地衣芽胞杆菌TS-01是一种益生菌，在发酵过程中的主要代谢产物之一为多糖。彭爱铭等［5］证明地衣芽胞杆菌TS-01生产的胞外多糖可清除胞内DPPH自由基，且多糖浓度越高作用越强，此外还对T淋巴细胞和B淋巴细胞转化有增强作用。由于地衣芽胞杆菌TS-01繁殖速度快，胞外多糖易与菌体分离，其应用前景非常乐观。

2 酶类活性物质

地衣芽胞杆菌可产生丰富的胞外酶系，可以有效地降解各种大分子物质。

2.1 碱性蛋白酶

碱性蛋白酶是一类非常重要的工业用酶，它存在于动物、植物及微生物体中，被广泛应用于洗涤剂、制革、银回收、医药、食品加工、饲料、化工业和废物处理等行业［8］。

方海红等［9］对多株Bacillus licheniformis subsp.dangshanensis进行物理化学诱变，获得了一株高产碱性蛋白酶的变异株C-03，该菌株产酶活力高达12 425 U／mL。Pathak等［10］对嗜碱性地衣芽胞杆菌KBDL4的碱性蛋白酶进行了分离鉴定等研究，该菌株的碱性蛋白酶产量很高，具有巨大的发展前景，不仅为新型碱性蛋白酶基因的克隆和表达提供了新的资源，而且通过诱变育种，还可以进一步提高酶产量，提升该酶耐热、耐酸及其他性能，以满足工业生产大规模的需求及新领域的开发。

2.2 弹性蛋白酶

弹性蛋白酶最早由Balo和Banga从胰脏中分离出来［11］，弹性蛋白酶不但能降解弹性硬蛋白，而且对明胶、血纤维蛋白、血红蛋白和白蛋白等多种蛋白质都有降解作用，具有调节高血脂、预防酒精肝的活性［12］。弹性蛋白酶还可在农副产品加工中起嫩化作用［13］。

从动物的胰脏中提取弹性蛋白酶已经远远不能满足市场的大规模需求，因此通过微生物发酵生产弹性蛋白酶逐渐受到重视。Chen等［14］研究显示，地衣芽胞杆菌突变菌株ZJUEL31410所产生的弹性蛋白酶具有较强的耐酸性能和较好的溶酶活性。由于微生物易扩大培养，可以大规模生产，且成本低，设备利用率高，不受原料来源的限制，在生产过程中可以解决许多实际问题。

2.3 α-淀粉酶

α-淀粉酶广泛应用于食品、纺织品和医药等领域。在食品领域中，α-淀粉酶被广泛应用于烘焙工业中用于改善面粉发酵产品的品质，还可在饮料工业中用来增强甜味；在医药领域，α-淀粉酶在临床中用于全自动生化分析［15］。

α-淀粉酶在工业生产中已成为非常重要的酶制剂之一，地衣芽胞杆菌是产生α-淀粉酶的优良菌株。Liu等［16］采用易错聚合酶链反应（error prone PCR），通过体外分子定向进化的方法优化改进了地衣芽胞杆菌产生的α-淀粉酶（BLA）的酸稳定性，使其更适于应用到工业生产过程中，而且通过微生物的大规模发酵生产还可以克服传统提取对原料来源的依赖性。对于优良的地衣芽胞杆菌菌株产生的α-淀粉酶的新功能及新特性还有待进一步探索，以进一步提高其工业应用价值。

2.4 β-甘露聚糖酶

β-甘露聚糖酶是一类能够水解含有β-1，4-D-甘露糖键的甘露多糖的水解内切酶，水解获得的甘露寡糖具有很好的生物调节功能，如：促进肠道益生菌的生长、减轻便秘、促进营养物质吸收、提高饲料利用率以及提高动物生产性能等［17］。目前已在动物、饲料、食品、医药、石油开采以及生物技术等多方面得到广泛应用［18］。但是天然来源的β-甘露聚糖酶很难满足工业生产对酶活、反应温度及pH等多方面的要求，因此开发活性高、耐温性能好、成本低的β-甘露聚糖酶势在必行。Kanjanavas等［19］对地衣芽胞杆菌THCM3.1的内-1，4-β-甘露聚糖酶进行了过表达，使该酶具有耐碱、耐有机溶剂和耐热的特性，具有良好的应用前景。

2.5 木聚糖酶

木聚糖酶的主要作用是水解木聚糖，可以应用于食品、造纸工业、废物利用以及制备乙醇和正丁醇等许多方面。如在食品工业中可用于果汁、啤酒的澄清，提取咖啡、植物油和淀粉等；在饲料工业中可以改善农作物青贮饲料及谷类饲料的营养成分［20］。van Dyk等［21］对地衣芽胞杆菌SVD1的木聚糖酶多酶复合体研究发现，该多酶复合体的主要活性是木聚糖酶活性，该酶具有较高的最适反应温度（55℃）和较宽的pH范围等优点，应用前景良好。

3 脂肽类生物表面活性剂

脂肽类生物表面活性剂具有抗病毒的作用，尤其对疱疹病毒和逆转录病毒的灭活效率更高［22］，在医药行业应用广泛。脂肽类生物表面活性剂还具降解有害农药的作用［23］。研究表明地衣菌素是比枯草菌表面活性剂更有效的阳离子螯合剂［24］，在土壤金属污染治理及原油增采和输送方面也具有开发应用前景。

4 杆菌肽

杆菌肽又叫枯草菌肽，具有高效抗菌、不产生交叉耐药性及抗药性等优点，在动物养殖业中常作为抗生素饲料添加剂［25］。由地衣芽胞杆菌产生的杆菌肽类物质，是一种短肽类新型广谱抗生素，对许多G＋和G-细菌如肺炎双球菌、金黄色葡萄球菌、脑膜炎双球菌及螺旋体都有较强的抑菌效果［26］，因此，对其进行开发可为医药、生物饲料等领域提供更多选择。

5 小分子活性物质

地衣芽胞杆菌除了产生多糖和酶等大分子之外，还可形成许多小分子次生代谢产物。

5.1 细胞分裂素

地衣芽胞杆菌能产生细胞分裂素。如刘伟［27］利用地衣芽胞杆菌发酵生产细胞分裂素，并在黄瓜上进行了田间应用试验，结果表明该物质对黄瓜的产量和抗病性均有促进作用，为细胞分裂素的应用及地衣芽胞杆菌的功能研究奠定了基础。

5.2 苯乙酸

地衣芽胞杆菌可以产生苯乙酸一类的抗菌物质，具有抑制多种植物病原菌的功能。Kim等［28］从发酵的大豆中分离到一株拮抗地衣芽胞杆菌B65-1，通过分离纯化得到该菌株产生的拮抗物质，经EI-MS和NMR分析确定为苯乙酸，研究发现其对酵母和多种细菌有拮抗作用。

5.3 生长调节类物质

研究表明，地衣芽胞杆菌可产生玉米素、异戊烯基腺嘌呤和玉米素核苷，这些活性物质可作为生长调节剂促进作物生长。神州汉邦生物技术有限公司2004年公布了一项关于地衣芽胞杆菌生产玉米素、异戊烯基腺嘌呤和玉米素核苷的植物生长调节剂专利［29］，进一步开发可应用于大田生产中。

5.4 特征风味化合物

微生物在生长代谢活动与发酵过程中，通过物理化学反应的相互作用可产生许多特殊的风味物质，为酿造奠定了坚实的基础。地衣芽胞杆菌也可形成风味物质，张荣等［30］在地衣芽胞杆菌的发酵液中检测到乙偶姻、四甲基吡嗪和呋喃扭尔，是产酱香细菌发酵产生的特征性产物。

6 地衣芽胞杆菌菌体活性及应用

6.1 益生保健作用

有些地衣芽胞杆菌对葡萄球菌、白色念球菌、酵母和大肠杆菌有抑制作用，特别是对某些肠道病原菌有拮抗作用，而对厌氧的有益菌如双歧杆菌、乳酸杆菌拟杆菌、消化性链球菌有促菌或共生作用，因此地衣芽胞杆菌已成功应用于医药中，如以活体菌株制成胶囊及口服液（如整肠生胶囊），治疗肠道疾病［31］。

另外，翟少华［32］研究发现，双歧杆菌和地衣芽胞杆菌联合的肠生态制剂与化疗药物同时使用，不仅对H22腹水癌细胞具有杀伤和促进凋亡作用，还可延长荷瘤小鼠生命周期，提高化疗的效果，为临床试验奠定了基础。

6.2 在动植物上的抑菌活性作用

有些地衣芽胞杆菌对有害菌有明显的抑制作用，可增强动、植物及人体的抗病力及免疫应答能力。因此，地衣芽胞杆菌被广泛应用于饲料及生物农业领域。周振峰等［33］在奶牛饲料中添加地衣芽胞杆菌制剂，具有增强奶牛抵抗热应激的能力，可抑制有害菌生长，起到防病、抗病的作用。齐东梅等［34］研究表明，地衣芽胞杆菌对棉花枯萎病、黄萎病的病原菌有拮抗作用。张付云等［35］研究表明，地衣芽胞杆菌DNN6对西瓜枯萎病、棉花枯萎病、玉米早疫病、瓜类枯萎病、苹果粉红病、番茄灰霉病、辣椒青枯病的病原菌和禾古镰刀菌等有很强的抑制活性。因此，地衣芽胞杆菌在植物及采后水果病害防治方面具有较大应用潜力。

6.3 固氮作用

顾小平等［36］从毛竹根际分离出固氮菌，初步镜检其为芽胞杆菌，进一步鉴定确定其主要为多粘芽胞杆菌和地衣芽胞杆菌，表明地衣芽胞杆菌可能具有与固氮作用相关的功能。

7 结论与展望

地衣芽胞杆菌是芽胞杆菌中极具应用潜力的菌种之一。它不但具有繁殖能力快，形成芽胞多，抗逆性强的特点，而且能够产生丰富的活性酶系和其他活性物质，如细胞分裂素、抗生素等；此外，地衣芽胞杆菌还可有效促进有益微生物的生长，抑制某些致病菌，因此近年来国内外对地衣芽胞杆菌的报道日益增多，尤其在医药方面的应用较为成熟，已经形成了完整的整肠生生产工艺。但是目前，大部分应用都集中在地衣芽胞杆菌的抗菌特性方面，对其他活性物质的应用还有待开发。相信随着生物技术的不断进步，可通过工程菌的构造、基因的诱导与表达，将得到耐高温、耐酸碱、无危害、目的产物产量高的新型菌种，并将其应用于各个领域，推动工业化生产，造福于人类。

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Research Advances in the Application of Bioactive Substances Produced by Bacillus licheniform is

YANG Yang，ZHANG Fu-yun*，CANG Gui-lu，WANG Bin，LU Hang
College of Food Science and Engineering，Dalian Ocean University，Liaoning Dalian 116023，China

Bacillus licheniformis is a common Gram-positive bacterium.It has good features of high heat-resistance，variouse enzyme production，good enzyme productivity，and high safety.It also can producemany kinds of bioactive substances such as polysaccharid，lipopeptide biosurfactant，bacitracin and smallmolecular substances.This paper summarizes the research progress of bioactive substances produced by Bacillus licheniformis and their biological activity and application，prospects its development direction of new strains construction by means of genetic engineering，so as to provide references for the future utilization of Bacillus licheniformis.

Bacillus licheniformis；bioactive substances；application.

10.3969／j.issn.2095-2341.2013.01.05

2012-12-29；接受日期：2013-01-08

辽宁省教育厅科学技术研究项目（2009A164），大连市科学技术基金项目（2010J21DW017）资助。

杨阳，硕士研究生，研究方向为海洋微生物资源综合利用。E-mail：yangyang1987425＠126.com。*通讯作者：张付云，副教授，博士，硕士生导师，主要从事海洋生物资源利用研究。E-mail：zhangfuyun2002＠yahoo.com.cn