解淀粉芽孢杆菌相关功能机制研究进展

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，齐齐哈尔 161005；2. 东北农业大学生命科学学院，哈尔滨 150030）

解淀粉芽孢杆菌（Bacillus amyloliquefaciens）属革兰氏阳性菌，有很多杆菌属没有的特性，如孢子和生物膜形成、定殖和促生产生挥发物，降解有毒物，提高植物对非生物胁迫耐受性等。了解解淀粉芽孢杆菌特性，揭示其重要机理具有重要意义。本文对解淀粉芽孢杆菌具有的重要功能和产生的相关机理进行了归纳和总结，旨为更好的应用解淀粉芽孢杆菌提供科学数据。

1 解淀粉芽孢杆菌芽孢形成与灭活机制

1.1 解淀粉芽孢杆菌影响芽孢形成的因素

优化培养基成分能提高解淀粉芽孢杆菌的孢子形成能力，产孢基因共表达网络（GCNs）模型是探索孢子形成规律的一种新方法。Ren 等［1］优化了淀粉芽孢杆菌BS-20 产孢培养基，利用响应面法（RSM）确定Mn2+、Fe2+和Ca2+最佳浓度，使孢子产量增加3.4倍；补充最佳浓度的豆粕和玉米粉，可使其孢子产量增加8.8 倍。可见，不同离子浓度和培养基氮源和碳源对其孢子形成都有影响。Berikashvili 等［2］使用木质纤维素固态发酵对解淀粉芽孢杆菌B-1895 生长和孢子形成情况进行了研究，发现使用玉米芯能提高孢子产量，用60 mL 优化营养培养基（每升含10 g 蛋 白 胨、2 g KH2PO4、1 g MgSO4·7H2O 和1 g NaCl）润湿15 g 玉米芯，能获得最大孢子产量。利用解淀粉芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌孢子形成差异可探索解淀粉芽孢杆菌孢子形成规律。Omony 等［3］重建并比较了枯草芽孢杆菌168 和解淀粉芽孢杆菌产孢基因共表达网络模型，利用孢子形成6 阶段的样本转录组数据进行网络推理，并进行基因集富集分析（GSEA），在生物学功能方面比较两菌株的GCNs的差异发现了与孢子形成相关的功能基因组富集模块。根据GCNs 和差异表达基因的时间演化，鉴定出与枯草芽孢杆菌168 和解淀粉芽孢杆菌产孢密切相关的新候选基因。GCNs 为探索转录因子及其靶点以及孢子形成过程中共表达基因提供了一个框架。可见，解淀粉芽孢杆菌孢子形成可以通过优化培养基成分加以提高，孢子形成规律可以通过比较不同菌种孢子形成相关基因，寻找候选基因加以研究。

1.2 解淀粉芽孢杆菌芽孢存活和灭活机制

研究解淀粉芽孢杆菌的孢子形成、存活具有理论和实践意义。矿物质和温度对解淀粉芽孢杆菌存活率具有明显影响。Shahrokh Esfahani 等［4］用水和盐水以及碳酸钙、磷酸钙和二氧化硅等不同矿物质，检测解淀粉芽孢杆菌存活和保存情况。结果表明，8℃时静息细胞死亡较严重，1 个月后28℃时存活较明显。然而，在两种温度下，矿物质保存显著诱导孢子形成，降低了死亡率。在磷酸三钙存在下，静息细胞在室温维持一个月后，约60%初始群体仍然存活。与饥饿相比，温度对孢子形成影响更大。28℃生理盐水中的产孢量是8℃时的70 倍，加入磷酸三钙使产孢量增加90 倍。FTIR 数据显示磷酸三钙能同孢子和休眠细胞发生相互作用。用噻唑橙核酸（Thiazole orange）染色，流式细胞术研究证实，在28℃时，使用磷酸三钙的情况，孢子形成率明显高于纯水。同样，对解淀粉芽孢杆菌孢子灭活机制的探讨也具有重要意义。Huang 等［5］利用环境空气非热等离子体（NTP-AA）对解淀粉芽孢杆菌孢子灭活机理进行了研究。研究发现NTP-AA 对孢子灭活不存在内在的D 值（即灭活90%孢子所需的时间），而成非线性（双相）灭活动力学模式；灭活率取决于初始孢子浓度和孢子所暴露的活性物质。在NTPAA 中加入适量水，可以加速孢子灭活。说明NTPAA 在孢子表面侵蚀是逐渐进行的，伴随着孢子的生化损伤，包括结构蛋白、内部脂质的改变和孢子核二萜酸类含量的损失，是灭活的主要机制。有证据表明，NTP-AA 对孢子表面的侵蚀是导致孢子核失活的主要原因。NTP-AA 能穿透皮层，到达孢子核心部位造成孢子损害。

2 解淀粉芽孢杆菌生物膜形成因素与相关机理的研究

生物膜（Biofilm）是被细菌胞外大分子包裹的细菌群体。生物膜细菌对抗生素具有很强抗性，并使宿主获得免疫防御机制。生物膜多细胞结构的形成是一个动态过程，包括细菌起始黏附、生物膜发展、成熟和扩散等阶段。为了使解淀粉芽孢杆菌在各相关领域得以应用，有必要进一步分析菌种的特性，揭示生物膜形成规律。

2.1 植物提取物对解淀粉芽孢杆菌生物膜形成的影响

解淀粉芽孢杆菌与植物之间存在多种互惠互利关系。植物提取物也影响菌种的生物膜形成；反过来解淀粉芽孢杆菌生物膜形成又能增强植物对病原菌的抵抗力。植物提取物中碳水化合物能提高解淀粉芽孢杆菌生物膜形成能力。Wu 等［6］发现植物提取物影响解淀粉芽孢杆菌SQY 162 趋化性和生物膜形成。所有测试碳水化合物都能诱导该菌株趋化性和生物膜形成。果胶能通过表面活性素合成以及生物膜形成相关基因转录表达，诱导解淀粉芽孢杆菌产生趋化反应并有助于生物膜形成。盆栽试验中，随着蔗糖或果胶添加，根际表观蛋白产量和SQY162数量显著增加，而细菌性病原菌（青枯菌）数量则减少。果胶处理后，随着SQY162 在烟草根际次生代谢物产量增加，SQY162 定殖密度迅速提高，从而有效地抑制青枯病发病率。某些植物提取物可作为SQY162 能源或环境线索，提高烟草根部种群密度和生物防治烟草青枯病的效果。

2.2 种子渗出物对解淀粉芽孢杆菌生物膜形成的影响

种子渗出物对解淀粉芽孢杆菌生物膜形成也有影响。Martins 等［7］研究了蚕豆种子渗出物对菌株ALB629 生物膜形成、细菌体外生长，以及干旱胁迫下对菌株和植物相关变量的影响。研究发现，种子渗出液能增加ALB629 菌株生物膜形成，从而诱导植物对干旱产生抗性。在培养基和大豆种子表面ALB629 菌落形成单位均有所增加。深入研究发现，大豆种子渗出物能使ALB629 菌株Tas和EpsD基因表达分别上调约2 和6 倍。经ALB629 和苹果酸（种子分泌物）改良处理种子，其幼苗具有较高细菌浓度，能促进植物生长，诱导植物抗旱性。

2.3 植物根系分泌物对解淀粉芽孢杆菌生物膜形成的影响

植物分泌物对解淀粉芽孢杆菌的生物膜形成也有影响。解淀粉芽孢杆菌SQR9 是一种促进植物生长的根杆菌（PGPRs），它在植物根部形成生物膜，保护植物免受多种病原体的侵害。Kimani 等［8］报道了黄瓜根分泌物在不同发育阶段对SQR9 生物膜基质生化组成的影响。结果表明，黄瓜根系分泌物中的氨基酸是引起SQR9 生物膜形成的主要原因。以黄瓜不同生长阶段根系分泌物为碳源，进行生物膜形成测试，结果发现生物膜基质在数量上和质量上都存在差异。由共聚焦激光扫描显微镜（CLSM54211）观察到生物膜基质主要由氨基酸组成，其形成的蛋白质是形成胞外聚合物（EPS）的主要成分。由此可见，利用氨基酸为基础的膳食补充剂来控制植物中生物膜的形成是一个可行的方案。Yuan 等［9］采用高压液相色谱法对香蕉根分泌物进行分析，结果表明，香蕉根分泌物中含有草酸、苹果酸和富马酸等多种有机酸。研究了解淀粉芽孢杆菌NJN-6 对香蕉根分泌物中有机酸（OAs）的趋化性和生物膜形成的响应。通过定量逆转录聚合酶链反应（qrt-PCR）评价了参与生物膜形成的基因yqxM、epsDYQXM和EPSD对有机酸的反应水平。结果表明，含有有机酸的根系分泌物均能诱导NJN-6 趋化性和生物膜形成。苹果酸使菌株表现出最大趋化反应，而富马酸显著地诱导生物膜形成，增加生物膜形成基因表达。可见，香蕉根系分泌物，尤其是释放的有机酸，在吸引和启动PGPR 在宿主根系上定殖起着关键作用。玉米根系分泌物主要通过促进细胞生长和诱导细胞外基质产生促进生物膜形成。Zhang 等［10］研究发现玉米根系分泌物刺激液体培养基中SQR9 生物膜形成，这与根系定殖增强呈正相关。在静态条件下，通过SQR9 的RNA 测序进行的转录谱分析表明，接种后24 h 根系分泌物刺激代谢相关基因表达，而48 h 后能激活产生细胞外基质的相关基因。其分泌物中刺激生物膜形成的个别成分包括葡萄糖、柠檬酸和富马酸反丁烯二酸，它们能促进SQR9 细胞生长或激活细胞外基质产生。此外，在SQR9 基因中还发现与根际适应和植物有益性状有关基因，其中包括植物多糖利用、细胞运动性和趋化性、次级抗生素合成和植物生长促进的相关基因，这些基因似乎也是由玉米根分泌物诱导的。可见，根系分泌物有重要的功能，能刺激解淀粉芽孢杆菌产生生物膜，促进菌体在植物上定殖，最终促进植物生长。

2.4 解淀粉芽孢杆菌的生物膜形成的调节和功能机制

目前已经发现多种信号分子、多功能二级信使以及化合物对解淀粉芽孢杆菌生物膜形成具有调节作用。一氧化氮（NO）是植物根际区域重要信号分子。Dong 等［11］发现外源低浓度NO 能提高解淀粉芽孢杆菌SQR9 生物膜形成能力，而高浓度NO 则抑制该菌株生长。SQR9 菌株yflM基因编码一氧化氮合酶（NOS），用于一氧化氮合成；而ykvO基因编码墨喋呤还原酶，用于四氢生物蝶呤（NOS 的辅酶）合成。YkvO和NADPH 之间存在相互作用。SQR9 有两个hmp基因，其中只有一个通过氧化负责NO 解毒。双（3′→5′）环二聚鸟苷一磷酸（c-di-GMP）被认为是一种细菌高度通用多功能二级信使，协调细菌生长、运动和生物膜形成。解淀粉芽孢杆菌PG12是苹果环腐病生物防治剂。Yang 等［12］研究了PG12的c-di-GMP 转换的核心调节因子，鉴定了2 种活性双鸟苷酸环化酶（YhcK 和YtrP），催化c-di-GMP 生物合成，以及一种能降解c-di-GMP 活性的c-di-GMP磷酸二酯酶（YuxH）。当c-di-GMP 提高到临界值时，即可抑制PG12 游动。虽然yhcK、ytrP和uxH基因敲除突变体在生物膜形成过程中没有显示缺陷，但YtrP或YuxH过表达能诱导c-di-GMP 水平显著增加，从而刺激菌体生物膜形成。二酮哌嗪（DKPS）对生物膜形成具有抑制作用。Wang 等［13］发现解淀粉芽孢杆菌Q-426 菌株产生的二酮哌嗪能抑制气液界面形成的生物膜。从解淀粉芽孢杆菌Q-426 中提取4种二酮哌嗪类（DKPs）发现，0.04 mg/mL 的DKPs对菌株的生物膜形成有明显的抑制作用。解淀粉芽孢杆菌Q-426 产生的DKPs 对胞外聚合物（EPS）成分、多糖、蛋白质、DNAs 等有明显降低作用，通过实时PCR 检测DKPs 对生物膜形成相关基因表达水平。研究发现与蛋白质、细胞外基质和多糖相关基因（tasA、epsH、epsG和remB）相对表达水平下调；而核酸酶基因nuc表达水平显著上调。这些基因mRNA 表达水平定量结果，与EPS 水平定量结果一致。可见，DKPS 能抑制解淀粉芽孢杆菌Q-426 生物膜形成。DegU 逐步磷酸化能影响解淀粉芽孢杆菌生物膜形成。Xu 等［14］从黄瓜根圈中分离淀解淀粉芽孢杆菌SQR9，能抑制黄瓜根圈中尖孢镰刀霉的生长，又能有效根殖主干保护植物免受病原体入侵。在革兰氏阳性杆菌中，反应调节器DegU 能调节遗传能力，蒸发动力，生物膜形成，复合菌落结构和蛋白酶生产。DegU 逐步磷酸化，可以通过协调多细胞行为和调节抗生素合成，影响生物控制活性。体外和原位实验及定量PCR 研究表明：（1）磷酸化degu（degu ～p）最低水平损害镰刀菌枯萎病复杂菌落结构，减弱其生物膜形成能力，降低其定殖活动和生物控制效率，但增加了大内酰胺和杆菌烯产生；（2）degQ 和degSU 过度表达能增加 DegU～P 水平，显著改善复杂菌落结构，增强生物膜形成、定殖活性以及抗生素bacillomycin d 和difficidin 产生，提高镰刀菌枯萎病的生物防治效率。可见，解淀粉芽孢杆菌生物膜形成和调节规律的揭示不仅能阐明植物生长促进因素和机制，而且对提高植物对病原微生物抗性具有重要价值。

3 解淀粉芽孢杆菌定殖问题及产生机制

3.1 解淀粉芽孢杆菌定殖于植物的方法和部位研究

某些解淀粉芽孢杆菌菌株可以在植物上定殖，改善其生长和胁迫管理。为了研究细菌在植物和根际的生长动态，需要特定分析方法。Johansson 等［15］建立了定量实时聚合酶链反应分析方法，以区分3 种密切相关解淀粉芽孢杆菌亚群（UCMB5033、UCMB5036、UCMB5113）及其含量，测定具有较高的准确性。寡核苷酸引物设计用于菌株独特的基因序列，并用于基于荧光结合染料（SYBR Green I）qPCR 分析。标准曲线涵盖了DNA 量的宽线性范围（106），最低检测水平为50 fg。反应后熔融曲线分析显示只有一个产物。即使存在大量相关芽孢杆菌菌株和土壤中细菌总DNA，也能获得准确临界值周期。对两个油籽油菜品种（Oase 和Ritz）在琼脂载体上进行种子处理后的芽孢杆菌定殖分析表明，细菌主要存在于根组织，很少存在于绿色组织。生长在土壤中的不同芽孢杆菌菌株在植物中定殖情况各不相同，在这些菌株中，Oase 似乎比Ritz 含有更多细菌。3 个芽孢杆菌菌株作为混合物，均存在于土壤中生长的植物根系上。

3.2 根系分泌物对解淀粉芽孢杆菌定殖的影响

根系分泌物在根际土壤微生物相互作用中起着重要作用，能介导根际有益微生物-植物-病原菌的三方相互作用。Liu 等［16］为了研究分泌物中有机酸组分在这一过程中的作用，以黄瓜枯萎病菌（Fusarium oxysporumf.sp.cucucumerinum J.H.Owen，FOC）为感染源，研究了促进植物生长的根杆菌解淀粉芽孢杆菌SQR9 对黄瓜根的定殖作用。分析SQR9 对根系分泌物及其有机酸组分的趋化性和生物膜形成。黄瓜FOC 感染对SQR9 根定植的影响是对照组的3.30 倍。FOC 感染后黄瓜植株柠檬酸和富马酸的根系分泌增强，同时淀粉样芽孢杆菌SQR9 对FOC 感染黄瓜幼苗根系分泌物的趋化性增强。柠檬酸是一种化学引诱剂，富马酸是生物膜形成的刺激剂。这些结果表明，根系分泌物介导了黄瓜根系与根际菌株解淀粉芽孢杆菌SQR9 的相互作用，增强了后者在根部的定殖。

3.3 解淀粉芽孢杆菌定殖相关基因和因子的研究

研究相关基因的突变能为解淀粉芽孢杆菌定殖机理阐明提供科学数据。Weng 等［17］对淀粉样芽孢杆菌SQR9 的AbrB基因进行了突变，研究发现AbrB基因受到破坏，可以显著提高SQR9 定殖和生控活性。PGPR 根际趋化迁移和定殖是解淀粉芽孢杆菌的重要功能。趋化介导对根分泌物的反应，是通过甲基接受趋化蛋白（MCP）感应特定配体而引发的，系统地鉴定复合根分泌物中的化学引诱剂及其在PGPR 中的感受性化学受体，有助于促进其招募和定植的机制研究。Feng 等［18］从解淀芽孢杆菌SQR9的98 个根分泌物组分中，鉴定出39 种化学引诱剂和5 种化学排斥剂，包括氨基酸、有机酸和糖。突变菌株SQR9Δ8mcp，全部8 个假定的化学受体被完全删除，失去了对这44 种化合物的趋化反应。基因互补、趋化性试验、恒温滴定量热分析表明，McpA主要负责检测有机酸和氨基酸，而McpC 主要负责氨基酸的检测。这两种化学受体可能在SQR9 根际趋化作用中发挥重要作用。相比之下，解淀粉芽孢杆菌独特的化学受体McpR 对精氨酸具有特异性作用，而残基Tyr-78、Thr-131 和Asp-162 对精氨酸结合至关重要。可见，对相关基因和受体因子的研究，能更好理解解淀粉芽孢杆菌定殖规律和调节机制。

4 解淀粉芽孢杆菌促生问题及作用机制

4.1 解淀粉芽孢杆菌对植物的促生作用

解淀粉芽孢杆菌对整个植株具有促生作用。Asari 等［19］报告了淀粉样芽孢杆菌植物亚种UCMB5113，尽管抑制了初生根的伸长，但能通过增加侧根的生长和伸长以及根毛的形成促进拟南芥Col-0 的生长。此外，该菌株还能刺激地上组织生长。检测特异性激素报告基因株表明，在拟南芥根结构的根杆菌调控过程中，至少存在生长素和细胞分裂素信号的作用。该菌株能产生细胞分裂素和吲哚-3-乙酸，后者的形成受到根系分泌物和色氨酸的刺激。菌株对植物生长的促进作用与植物抗病作用相比，似乎不依赖茉莉酸。菌株渗出物抑制了初生根生长，而半纯化的脂肽部分没有抑制初生根生长，从而导致整体生长促进。表明许多不同细菌化合物相互作用，影响寄主植物根生长。可见，该菌株通过经典和新颖的信号与植物根系发育相互作用。解淀粉芽孢杆菌对植物幼苗也具有促生作用。Qin 等［20］采用无需培养的测序方法，研究了解淀粉芽孢杆菌L-S60对杜林黄瓜根际微生物区组成、动态以及生长条件。结果表明，L-S60 施用显著改变黄瓜幼苗相关细菌群落结构。L-S60 施用促进黄瓜幼苗生长条件，L-S60处理组黄瓜幼苗中有效矿物元素含量高于对照组。淀粉样芽孢杆菌应用于棉花种子可以促进生长，改变根系结构，减轻棉花幼苗的盐胁迫。

4.2 解淀粉芽孢杆菌对植物幼苗促生机制的研究

基因表达对解淀粉芽孢杆菌产生促生特性影响十分重要。Irizarry 等［21］利用基因芯片芯片和RTqPCR 检测了接种解淀粉芽孢杆菌幼苗根系中基因表达变化。用3′3-二氨基联苯胺二氨联苯和间苯二酚三酚-HCl 对根系进行染色，以确定处理后幼苗是否具有更大活性氧，活性物质种类和木质素累积量。接种后棉花幼苗根系中有252 个转录体差异表达，139 个转录体上调，113 个转录体下调。一些上调转录体与硝酸盐同化、细胞生长、激素、转运、转录因子和抗氧化剂有关，用RT-qPCR 检测出5 个基因上调表达。接种后的棉花幼苗根系中，活性氧和木质素积累量较大，多种功能相关基因差异表达。这些现象的发生说明淀粉样芽孢杆菌能引起幼苗根系发生复杂的遗传反应。有研究表明，有益根杆菌促进植物生长机制包括色氨酸依赖性吲哚-3-乙酸（IAA）合成。然而，根际色氨酸丰度也可能影响根杆菌产IAA 效率和水平。Liu 等［22］检测了黄瓜解淀粉芽孢杆菌SQR9 系统发现，SQR9 使根部分泌色氨酸显著增加。黄瓜色氨酸转运基因表达明显增强，但氨基苯甲酸盐（或酯）合成基因表达无明显变化。那些根际分泌物中单独色氨酸的增加，就足以促进SQR9 分泌IAA 产量量的增加。此外，在裂根系统一个小室中，SQR9 定殖于根会导致其他根产生足够色的氨酸，从而上调SQR9 菌株IAA 生物合成的基因表达。在根部的后续定殖过程中，吲哚-3-乙腈酶基因yhcX增加了27 倍。yhcX缺失消除的SQR9 能介导的根表面积增加，可能是通过减少IAA 来刺激侧根的生长。解淀粉芽孢杆菌与植物黄瓜之间的化学信号的对话有助于细菌介导的植物生长促进作用。Fan 等［23］采用亲和力富集和高分辨率LC-MS/MS 分析相结合方法，分析了解淀粉芽孢杆菌FZB42 赖氨酸丙二酰化问题，实验共鉴定出382 个蛋白质中的809 个丙二酰赖氨酸位点。生物信息学分析表明，在参与多种生物功能（中心碳代谢、脂肪酸生物合成代谢和NAD（P）结合和翻译机制）的蛋白质上，赖氨酸发生了丙二酰化；一组已知的，与根杆菌-植物相互作用有关蛋白质也被丙二酰化；负责抗生素合成的酶，包括聚酮合酶（PKSs）和非核糖体肽合酶（NRPSs）被高度丙二酰化。可见，在蛋白质结构上发生丙二酰化，对促进植物生长可能具有重要意义。

5 解淀粉芽孢杆菌挥发性物质特点和作用机理

5.1 解淀粉芽孢杆菌产生的挥发性物质及对植物的益生作用研究

解淀粉芽孢杆菌产生的挥发性物质对植物具有很多的有益作用。Asari 等［24］探讨解淀粉芽孢杆菌UCMB5113 的挥发物（VOC）对植物生长促进和对病原菌的控制作用。通过对拟南芥（Arabidopsis thalianaCol-0）幼苗生长情况和对芸苔属真菌病原菌防治能力来筛选VOC 的实验中，研究了不同菌株VOC 对拟南芥幼苗影响。4 种芽孢杆菌菌株挥发性有机化合物均能促进拟南芥植株生长，增加植株生物量，但其影响程度取决于所使用的培养基。以UCMB5113 菌株为例，通过利用MS 琼脂培养基（含或不含根分泌物）的实验表明，即使在低剂量水平分泌物也能显著促进植物生长。解淀粉芽孢杆菌VOC 对几种真菌病原菌的体外生长有拮抗作用，但不同菌株对植物生长的促进作用和真菌抑制作用不同。Gotor-Vila 等［25］研究了解淀粉芽孢杆菌CPA-8挥发性有机化合物（VOCs）对甜樱桃果实采后3 种病 原 菌Monilinia laxa、M.fruiticola和Botrytis cinera的抑真菌作用。采用固相微萃取（SPME）气相色谱法鉴定其主要挥发性化合物分别为1，3-戊二烯、3-羟基-2-丁酮和噻吩。研究发现噻吩能有效抑制病原菌菌丝生长。Raza 等［26］以3 种不同动植物废弃物（BOFs）为有机肥原料，研究了解淀粉芽孢杆菌SQR-9 和T-5 两种菌株所产生的抗菌VOC 对影响番茄的青枯病雷氏菌（Ralstonia solanacearum）的抑菌效果。研究发现它们都能抑制RS 生长和毒力。在存在植物废料情况下，抗菌VOC 显著增加。菌株T-5产生的2-壬酮2-壬酮2-壬酮、壬醛壬酮、二甲苯二甲基苯、苯并噻唑并壬酮和丁基羟基甲苯二甲基苯；菌株SQR-9 产生的2-壬酮、壬醛、二甲苯和2-十一烷甲基苯是主要的抗菌VOC，在BOFs 存在下其挥发物产量显著增加。可见，解淀粉芽孢杆菌挥发性有机化合物对植物病原菌有很好的抑制作用，有机肥料对该菌挥发物的产生有增强作用，因此要重点研究。

5.2 解淀粉芽孢杆菌挥发物抑菌功能机制的研究

Raza 等［27］结果表明，T-5 菌株的挥发性有机化合物不仅在琼脂培养基和土壤中均能显著抑制青枯雷尔氏菌的生长，还显著抑制青枯雷尔氏菌的运动特性、根系定植、生物膜形成以及抗氧化酶和胞外多糖的产生，然而对青枯雷尔氏菌水解酶的产生没有影响。实时聚合酶链反应进一步证实了菌株T-5暴露后，在茄科植物细胞中不同毒力和代谢相关基因表达量降低。Raza 等［28］评估了解淀粉芽孢杆菌SQR-9 产生的挥发性有机化合物（VOCs）对番茄枯萎病菌Ralstonia solanacearum（RS）生长和毒力特性的影响。SQR-9 挥发性有机化合物在琼脂培养基和土壤中均能显著抑制RS 生长。此外，VOCs 对RS 的运动特性、抗氧化酶和胞外多糖的产生、生物膜的形成和番茄根系的定殖都有明显抑制作用，菌株SQR-9 产生了22 种VOCs，但只有9 种VOCs 在其相应程度上对RS 有抗菌活性（1%-11%）；然而，所有VOCs 组成的联合体对RS 有70%抑制作用。蛋白质组学分析表明，SQR-9 的VOCs 使与抗氧化活性、毒力、碳水化合物和氨基酸代谢、蛋白质折叠和翻译有关Rs 蛋白下调；而使参与ABC 转运系统、氨基酸合成、醛酮类解毒、甲基化、蛋白质翻译和折叠以及能量转移有关蛋白上调。可见，解淀粉芽孢杆菌挥发物质具有重要的功能，研究其促生和抑菌机制，对农业生产具有潜在的理论和应用价值。

6 解淀粉芽孢杆菌提高植物对非生物胁迫的耐受性研究

6.1 解淀粉芽孢杆菌提高植物对干旱的耐受性

由于固着性，植物必须承受各种不利环境压力条件，包括生物和非生物压力。相比之下，干旱、盐分、高温和寒冷等非生物胁迫对全球的植物生长和产量造成了负面影响，从而对农业构成了重大威胁。解淀粉芽孢杆菌能改善非生物胁迫对植物产生的负面影响。两种促进植物生长的根杆菌（PGPR）假单胞菌NBRIRA 和解淀粉芽孢杆菌NBRISN13 能够使植物耐受非生物胁迫。Kumar 等［29］详细阐述了在控制和干旱胁迫条件下，利用这2 种PGPR 组合提高鹰嘴豆促生的可能性和效益。体外实验表明，这两种PGPR 菌株都是相容的，它们的协同生长增强了PGPR 的特性。通过温室试验，评价了株系单独接种和联合经营对耐旱鹰嘴豆敏感品种（BG362 和P1003）的影响，结果表明，与单个PGPR 相比，接种联合体植物的生长参数明显更高。用绿色荧光标记法观察了两种PGPR 在鹰嘴豆根际的定殖。除生长参数外，单独接种PGPR 和联合接种植物的防御酶、土壤酶和微生物多样性均受到显著的调控。在单独或联合使用PGPR 处理的鹰嘴豆品种中，较高的生物量以及胁迫指标的逆转均说明已明显改善了植物对干旱胁迫的负面效应。

6.2 解淀粉芽孢杆菌提高植物对盐胁迫的耐受性

Chen 等［30］发现，PGPR 菌株解淀粉芽孢杆菌SQR9可帮助玉米植株抵御盐胁迫。在盐胁迫20 d后，与对照相比，SQR9 显著促进玉米幼苗的生长，提高了叶绿素含量；进一步分析表明，提高总可溶性糖含量可降低植物细胞被破坏，提高过氧化物酶/过氧化氢酶/过氧化氢酶活性和谷胱甘肽谷甘肽含量可清除净化活性氧物质，也可减少细胞被破坏，降低植物体内钠离子的毒性。SQR9 能通过保护植物细胞和管理Na（+）的动态平衡赋予植物耐盐性。Shalini等［31］探讨了在水溶液培养的生长条件，解淀粉芽孢杆菌NBRI-SN13 在改善各种非生物胁迫（如盐、干旱、干燥、热、冷、冻等）中的作用。研究发现，所有的非生物胁迫和植物激素处理都显著影响植物的各种生理生化参数，如膜完整性和渗透液积累等。在不同的非生物胁迫和植物激素处理下，NBRISN13 能积极调控应激反应基因的表达。可见，解淀粉芽孢杆菌能使植物对各种非生物胁迫的应变能力，增加植物的耐非生物胁迫的耐受性。提高植物的耐受性对农业生产具有重要意义。

7 解淀粉芽孢杆菌的对污染物和毒素的降解作用的研究

7.1 解淀粉芽孢杆菌对毒素降解能力的研究

解淀粉芽孢杆菌对植物病原真菌的抑制作用也表现在对其毒素的降解作用。赭曲霉毒素A（OTA）是一种广泛存在于食品和饲料产品中的毒素，是一种有毒的真菌污染物，由青霉属和几种曲霉属产生，OTA 解毒微生物的鉴定和利用是对该毒素是净化的最佳途径。Chang 等［32］从玉米储藏库中分离淀粉样芽孢杆菌ASAG1 能有效降解OTA。从解淀粉样芽孢杆菌的基因组中克隆了一种与OTA 酶转化相关的水解酶（羧肽酶）。利用大肠杆菌表达系统，成功地表达和纯化了这种羧肽酶。解淀粉芽孢杆菌 ASAG1 产生的羧肽酶可能是引起OTA 生物降解的主要原因。玉米赤霉烯酮（Zearalenone，ZEN）是一种由镰刀菌属（Fusarium）产生的非甾体雌激素真菌毒素。lee等［33］从发霉的玉米样品中分离解淀粉芽孢杆菌LN显示出很高ZEN 去除能力。在含有3.5 ppm ZEN 的LB 培养基中培养解淀粉芽孢杆菌LN 后，ZEN 浓度在24 小时内下降到检测限以下。可见，解淀粉芽孢杆菌具有降解真菌毒素的作用，在去除真菌污染物的应用中具有重要潜力。

7.2 解淀粉芽孢杆菌对环境污染性聚合物的降解研究

解淀粉芽孢杆菌还可以降解环境污染物。低密度聚乙烯（LDPE）是造成环境长期持续污染的主要原因。Das 等［34］从市政府附近固体土壤中分离得到两株解淀粉芽孢杆菌（BSM-1）和（BSM-2），用于聚合物降解研究。采用低密度聚乙烯薄膜干重减量、培养基酸碱度变化、二氧化碳估算、扫描电镜、傅立叶变换红外光谱等方法对低密度聚乙烯薄膜进行了降解分析。扫描电镜分析表明，这两种菌株均表现出以低密度聚乙烯（LDPE）为唯一碳源的粘附和生长现象，而傅立叶变换红外（FTIR）图像显示，培养60 d 后，两种菌株的表面化学变化各不相同。细菌分离株在细胞外培养基中表现出降解产物的解聚过程，说明了其对聚合物的降解作用。与BSM-1相比，BSM-2 的降解效果更好。可见，这些菌株在短时间内具有降解低密度聚乙烯薄膜的潜力。解淀粉芽孢杆菌也具有参与降解聚醚氨基甲酸乙酯的能力。Rafiemanzelat 等［35］研究了解淀粉芽孢杆菌M3对新型聚氨酯脲（PEUU）的降解作用。PEUU 可作为M3 碳氮唯一来源，表现了对其生物降解作用。在碱性介质中加入甘露醇或营养肉汤，研究了该有机物对聚合物的共代谢降解作用。采用扫描电镜、红外光谱、热重分析和X 射线衍射等方法对合成聚合物进行了生物降解。将PEUU 与M3 孵育1 个月后聚合物的重量降低了30%-44%。暴露于M3 后，由于聚合物链的水解和酶降解PEUU 结构发生了显著变化。可见，M3 菌株可以聚醚氨基甲酸乙酯作为唯一碳源，对其具有良好降解作用，可望应用于环境保护。

8 展望

解淀粉芽孢杆菌的生物学特性和相关功能是多种多样的，包括孢子形成规律、生物膜形成规律、促进植物生长规律、提高植物对非生物胁迫的耐受性、对真菌毒素的降解作用，这些重要功能的规律和产生机制的阐明有有重要的理论和实践意义。随着解淀粉芽孢杆菌分子水平的研究的深入，其各项生理生化的机制必将进一步阐明。解淀粉芽孢杆菌的基因组、转录组和蛋白质组学研究将更好地解释这种益生菌的多种优异特性的分子基础，并最终阐明解淀粉芽孢杆菌的功能机制。随着分子生物学的不断发展，基因组测序方法的进一步科学化和快速测序工作的简单化，研究解淀粉芽孢杆菌的基因组更加便捷。利用基因组测序技术对解淀粉芽孢杆菌基因组已经成熟，因此可以对特定的优良菌株进行全基因组测序，研究其中各基因的功能，或者对重要代谢途径的合成基因进行敲出，研究相关功能代谢途径的网络关系，可以更清楚地了解功能基因的不同生理机制的产生和作用；通过特点解淀粉芽孢杆菌转录组的研究，可以揭示其各功能的分子机理；在研究解淀粉芽孢杆菌的相关功能时，通过解淀粉芽孢杆菌的蛋白组学研究，可以清晰地了解功能蛋白的种类和特性，了解功能化合物合成酶的特点和代谢途径，这都是研究解淀粉芽孢杆菌发挥生理功能的机制的基础。总之，解淀粉芽孢杆菌是一种多功能的益生菌，其具有的优良的生理功能是多种多样的，因此研究其产生功能的机理也必然不同，需要结合多种研究方法相互补充，多组学研究（基因组学、转录组学和蛋白组学）的研究已经成熟，其在研究解淀粉芽孢杆菌不同生理功能、阐述其机制机理上具有重要意义，能发挥出更大的作用。