解淀粉芽孢杆菌研究进展

关晓欢 姜华

(辽宁师范大学生命科学学院 辽宁大连 116081)

1 前言

解淀粉芽孢杆菌是一种好氧产芽孢的革兰氏阳性杆状细菌。该菌在自然界分布广泛,易分离培养,对人畜无毒无害,不污染环境。其代谢产物较为丰富,具有广谱抗菌活性和较强的抗逆能力,生长快,稳定性较好。很适合作为生防菌大量生产和应用。近年来大量学者对解淀粉芽孢杆菌进行了研究,为了方便以后对解淀粉芽孢杆菌的深层开发,本文将近年来国内外的部分研究进展归结于下。

2 解淀粉芽孢杆菌的分离、筛选以及鉴定

解淀粉芽孢杆菌在自然界分布广泛,不但可在土壤、植物根际体表、深海水中及外界环境中存在,同时还在植物体内常见。解淀粉芽孢杆菌易分离、易培养,通过抑菌作用筛选,再通过个体形态、生理生化特性、脂肪酸测定、16S rDNA同源性序列分析,HPLC-MS分析等方法鉴定。解淀粉芽孢杆菌形态特征:革兰氏阳性;菌体杆状、形成芽孢,芽孢卵圆形,孢囊膨大;最适生长温度为28-30℃,最适宜生长的pH6.5-7.0。生理生化性质:还原硝酸盐;水解淀粉;可利用D-葡萄糖,L-阿拉伯糖,甘露醇,D-木糖作为碳源;接触酶阳性;氧化酶阴性。

3 培养优化

解淀粉芽孢杆菌的菌株,培养基成分和培养会影响菌的数量及代谢产物的分泌,不适宜的培养条件和配方,会导致菌株生长不良,胞外活性产物代谢量减少,具体体现在对培养基营养、温度、转速以及培养基的pH值、接菌量、供氧量、光照等因素的调节。优化实验方法多采用单因素实验、正交实验、响应面实验等方法进行单一或多种方法组合分析设计。优化多以菌数,抑菌效果、杀线效果、产芽孢量、酶活力等作为指标,绘制其生长曲线。实验室培养基碳源多为淀粉、葡萄糖等,为了获得特定代谢产物会以不同物质作为碳源,如褐藻酸钠为碳源,可收获高产的褐藻胶裂解酶,工业上多采用麦麸等价格较低廉的为营养物质,还可以利用有机废水作为碳源,不仅经济还可以处理废水,降低废水浓度。

4 活性物质分析

解淀粉芽孢杆菌通过产生低分子量的抗生素以及抗菌蛋白质多肽等活性物质抑制病原菌及线虫,其大多代谢产物的活性物质具有热稳定性、对紫外照射和蛋白酶处理不敏感,耐酸耐碱性等特性。解淀粉芽孢杆菌产生的胞外酶主要有植酸酶、几丁质酶、葡聚糖酶、蛋白酶、淀粉酶、凝乳酶等,主要的脂肽类代谢产物有表面活性素(surfcatin)、芬荠素(fengycin)、伊枯草菌素(litarin)和杆菌抗霉素Bacillomy-cinD等拮抗活性物质,此外还产生植物生长激素吲哚-3-乙酸(IAA)。

5 分子生物学

解淀粉芽孢杆菌与枯草芽孢杆菌同源性高,多从特性基因去分别,这些特性基因正是合成解淀粉芽孢杆菌的活性物质。解淀粉芽孢杆菌拥有大量的插入序列,从而允许外源基因的插入。研究表明,相同培养条件下,将强启动子P43与透明颤菌血红蛋白基因(vgb)克隆到芽孢杆菌,重组菌所产生的抗菌脂肽fengycin的产量提高了1.74倍,抗菌脂肽surfactin的产量提高了3.14倍。为了提高解淀粉芽孢杆菌代谢产物的产量,用化学诱变等方法选育突变株,鸟苷产量高达20.82g/L。解淀粉芽孢杆菌基因向外表达,用解淀粉芽孢杆菌β-l,3-l,4-葡聚糖酶基因(bglA)的重组菌所产生的酶活为原始菌株的11.84倍;中性植酸酶phyc基因可在毕赤酵母宿主细胞中高效分泌表达。

6 效果应用

解淀粉芽孢杆菌具有抑制植物病害的能力,又是存在广泛的非致病细菌,对人畜无害,不污染环境而备受学者的青睐。解淀粉芽孢杆菌可制成生物制剂应用于植物根部、枝干、叶、花部以及果蔬采后病害防治上,还促进植物生长,抑制线虫,治理水环境污染等。使用解淀粉芽孢杆菌的发酵液,对农作物喷施、拌种、灌根][等方法使用,在植物体表、体内定殖和传导,对植物都产生促进生长的功效。田间试验结果表明,与对照有显著差异。解淀粉芽孢杆菌在其他应用方面还停留在实验室阶段,还没有规模化应用的报道。也有研究解淀粉芽孢杆菌降解污染的废水中丁草胺、苯酚 等物质。此外,解淀粉芽孢杆菌还可以溶解水华鱼腥藻,为水体富营养化的水华治理提供了一些理论基础。

7 总结展望

随着科学的不断进步和人们生活水平的不断提高,对食品安全、环保农业,作物品质提出了更高的要求。无污染的新型高效生物农药、生物肥料是现代有机农业发展所必须的,解淀粉芽孢杆菌适应能力强、代谢方式广泛、具有促进作物生长和抑制土传性病原菌的特性,是作为农用微生物较高开发价值的生防菌。目前,解淀粉芽孢杆菌的农用研究还处在实验阶段,菌剂的规模化生产、储存条件、存活期限、施用方法以及施入土壤后的存活条件和繁衍系数有待进一步研究。

为了进一步探索解淀粉芽孢杆菌,可从土壤、污水中分离到具有特性的解淀粉芽孢杆菌菌株,建立简捷有效的鉴定方法。根据条件可选择工业有机废水作为碳源,氮源调整后再添加生长因子,进行优化培养,为制备生物农药和生物肥开辟更广泛廉价的原料和生产方法。

[1]雷白时,王笑颖,郭晓军.西瓜枯萎病拮抗细菌HD-5菌株的筛选及鉴定[J].湖北农业科学,2012,51(11):2236-2238.