解淀粉芽孢杆菌剂型的种类、制备及应用进展

王世伟，王卿惠，郑晨习，刘旭，李冰

解淀粉芽孢杆菌剂型的种类、制备及应用进展

王世伟1，2，王卿惠3，郑晨习1，2，刘旭1，2，李冰1

（齐齐哈尔大学 1. 生命科学与农林学院，2. 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 161006；3. 东北农业大学 生命科学院，黑龙江 哈尔滨 150030）

分析了解淀粉芽孢杆菌制剂的功能基础，概括了不同剂型的种类、特点，不仅包括颗粒剂、可湿性粉剂、水分散粒剂等传统剂型，也包括一些新剂型，如种衣剂、微胶囊剂和复配剂．总结了不同制剂的制备原则、方法．强调在制剂制备研发过程中，为了提高解淀粉芽孢杆菌的速效性和防效性，必须重视合适的载体选择，原药与助剂的相容性以及原药与化学药物的合理复配．旨在使解淀粉芽孢菌制剂在植物病害防治和促进植物生长等领域得到更好的应用．

解淀粉芽孢杆菌；剂型；制备

解淀粉芽孢杆菌（）具有很强抗菌和促进植物生长的能力，广泛应用于种植业、养殖业、果蔬采后病害防治及环保等领域[1-2]．解淀粉芽孢杆菌能产生多种抗菌物质，包括抗菌蛋白、脂肽类、环肽和聚酮化合物等，在植物病害防控方面发挥重要作用．与化学农药相比，其具有绿色、安全、高效等优势[3]．该菌还能产生包括植物激素在内的多种物质，促生植物生长和提高作物产量，用于重要的领域[4-5]．化学农药防治植物病害，尽管见效快（速效性强），但持效性差，环境污染严重[6]．而解淀粉芽孢杆菌无毒、环保，其制剂的开发日益多样化，并有日益取代传统化学制剂的趋势[7]．解淀粉芽孢杆菌的多功能特性，为其生物制剂的开发奠定了基础．截至目前，解淀粉芽孢杆菌制剂已出现多种剂型，对解淀粉芽孢杆菌剂型的特点、制备、应用以及前景进行分析、归纳和研究，有助于该菌制剂更好地开发和应用．

1　解淀粉芽孢杆菌制剂的功能基础

解淀粉芽孢杆菌为兼性厌氧菌，是FDA认定的安全级（GRAS，generally recognized as safe）菌株[8]．以解淀粉芽孢杆菌为基础制备的生物制剂比化学制剂具有更突出的优势[9]．解淀粉芽孢杆菌不仅能抑制植物病原真菌，也可抑制病原细菌[10]，同时也能促进植物生长，增加作物产量，提高作物品质[11]．这些功能特点归因于其基因组相关功能基因的存在，这也是其制剂研发的分子基础[12]．

1.1　抑菌功能

解淀粉芽孢杆菌能产生脂肽（LPs），对昆虫、螨虫、线虫和/或对植物病原菌具有很好的抗菌活性，其产生的表面活性素、伊枯草菌素和丰原素可作为“生物农药”，这些分子具有两亲性，能干扰生物膜结构．其多功能抗性主要表现在抗细菌、真菌、卵菌等微生物[13]．抑菌功能是解淀粉芽孢杆菌制剂和剂型制备的重要基础．

解淀粉芽孢杆菌具有宽泛的抑真菌谱，能抑制多种植物病原真菌，包括稻瘟病菌（）、玉米圆斑病菌（）、玉米小斑病菌（）、核盘菌（）、烟草赤星病菌（）、辣椒茎腐病菌（）、小麦雪腐病菌（）、番茄枯萎病菌（（Schl.）（Sacc.）Snyder et Hansen）、禾谷镰刀菌（）、三七根腐病菌（sp.）、玉米弯孢霉叶斑病（）等[14-15]．

解淀粉芽孢杆菌能抑制多种植物病原菌．其拮抗因子可能是其次级代谢产物[16]，也可能是一些酶类，如蛋白酶、果胶酶、-1，3-葡聚糖酶、淀粉酶、纤维素酶、几丁酶[17-18]，主要对病原真菌的菌丝或孢子产生抑制，抑菌率在66.67%～79.06％之间[19]，对孢子的抑制率有时竟达到95%．将新分离和鉴定的解淀粉芽孢杆菌开发成有效的制剂产品是今后的发展趋势．

解淀粉芽孢杆菌具有较强的抗细菌能力．Reda[20]等分离的解淀粉芽孢杆菌S5I4对一些多药耐药（MDR）致病细菌具有抑制能力，包括金黄色葡萄球菌、单核细胞增生李斯特菌、蜡样芽孢杆菌、大肠杆菌和肺炎克雷伯杆菌．提取、纯化解淀粉芽孢杆菌S5I4的抗菌化合物，并使用光谱分析（IR、UV、质子NMR和MS）进行表征．具有抑制活性的化合物被鉴定为丁二酸、十八烷基、1（1-羧基-1-甲基乙基）4辛酯．Jiao[21]等研究了烟草种子内生解淀粉芽孢杆菌YN201732，发现该菌可增强烟草植物抵抗白粉病的能力．内生菌YN201732处理后，在烟草植株中JA/ET通路的关键基因显著上调，表明JA/ET介导的抗白粉病的抗病性被激活；几丁质酶基因、木质素和类黄酮的合成增加，有助于植物抵抗病原体感染．

截至目前，解淀粉芽孢杆菌的相关基因和相关代谢组分研究也逐渐深入．张学雯[22]等分离和鉴别了能产生脂肽类抗生素的解淀粉芽孢杆菌B10-6-1，克隆了其拮抗黄曲霉的脂肽类抗生素相关基因，对相关组分进行了分离和结构鉴别，经高效液相色谱法收集到7种组分，组分5，7均具抑菌活性．总之，解淀粉芽孢杆菌抑菌能力强，抑菌谱广，其制剂的开发具有巨大的潜能．对解淀粉芽孢杆菌的相关抑菌基因进行克隆，并测定相关抑菌组分，将为其制剂的开发和应用提供有用的科学数据．

1.2　植物生长促进作用

解淀粉芽孢杆菌能促进植物生长的功能为解淀粉芽孢杆菌制剂的开发奠定了科学基础．解淀粉芽孢杆菌能刺激植物防御机制，促进生物膜形成，定植植物根际[23]．余水[24]等发现解淀粉芽孢杆菌MT323能产生挥发性物质（VOCs）和植物激素，这些物质对烤烟幼苗具有促生作用．于振良[25]等发现解淀粉芽孢杆菌Ba168菌剂，能有效促进番茄秧苗株高、茎粗增长，提高植株抗病能力和产量．Mikiciuk[26]等研究根际细菌对土壤微生物变化时发现，施用解淀粉芽孢杆菌制剂能增加草莓植株根部菌根频率，增加叶片中叶绿素a和总叶绿素浓度，增加叶片细胞间隙中的蒸腾速率和CO2浓度，同时提高叶绿素荧光参数，如最大荧光（FM）和PSⅡ最大潜在光化学反应效率，促进植物生长．汪飞[27]等研究发现解淀粉芽孢杆菌B1619能改善加工番茄育苗穴盘土壤生态环境，显著增加番茄根系和幼苗生物量，通过增加叶绿素含量，提高番茄免疫力，增强抗病性，促进番茄生长．褚德朋[28]等研究发现，联合施用浒苔多糖与解淀粉芽孢杆菌CAS02能改善土壤化学性质，提高土壤微生物丰富度和多样性，促进烟株生长发育．柳慧静[29]研究发现，解淀粉芽孢杆菌（GT-BA003）发酵液、上清液能有效刺激辣椒生长，增加辣椒产量并改善辣椒品质的效果．可见，解淀粉芽孢杆菌的促生机理是通过诱导植物快速分泌内源激素（如赤霉素、细胞分裂素等），也能产生氨基酸类等物质，促进植物根系及植株生长，增强植物抗病性，从而间接减少病害发生，提高光合效率等，促进植物生长．在制剂研制中，要深入了解其促生机制，选择合适载体、助剂，优化菌体或其次级代谢产物与其他化学药剂的配伍．

2　解淀粉芽孢杆菌常见剂型的制备

2.1　可湿性粉剂

解淀粉芽孢杆菌可湿性粉剂具有水基型制剂和固体制剂的双重优点．其成本低，由原药、载体、表面活性剂及其他助剂制备而成，需经混合、粉碎制成细干剂，克服了水基型制剂运输、贮存不便的缺点，又具有固体制剂施用方便、药效稳定等优点．制备时需要湿润剂、分散剂、稳定剂和保护剂等助剂，同时要考虑助剂种类的选择和用量的优化[30]．可湿性粉剂也可加水形成悬浮液，喷洒施用于植物．

解淀粉芽孢杆菌可湿性粉剂已有多方面的应用．倪荣[31]等以解淀粉芽孢杆菌lyxjj-1为研究对象，制备了yxjj-1可湿性粉剂，研究并确定了其各种助剂和填料的配方．金玮鋆[32]等制备的B15可湿性粉剂对葡萄种植病害起到了有效防护，在果蔬保鲜剂应用领域具有开发价值．王羽[33]等研制的FS6可湿性粉剂对人参生长具有明显的促生作用，制剂稳定性抑菌效果或对酸碱的耐受性也显著提高．钱一鑫[34]等研制的解淀粉芽孢杆菌X17可湿性粉剂比母粉500倍稀释液对猕猴桃灰霉病保护效果显著提高．CC09可湿性粉剂能更有效控制小麦白粉病发生[35]．显然，可湿性粉剂能显著增加菌体的抑菌能力．李姝江[36]等研制的解淀粉芽孢杆菌BA-12可湿性粉剂对热、酸碱、UV均有较强的耐受性．B15发酵液能抑制23种植物病原菌，发酵稀释液对植物病原菌抑制率均较高，对水稻安全有效[37]．张致军[38]等研制了Txc2-1可湿性粉剂，对白菜根肿病具有拮抗作用，盆栽（40 d）和田间（60 d）实验表明，该制剂对白菜根肿病均有很好的防效．

解淀粉芽孢杆菌抑菌和促生作用是制备可湿性粉剂的功能基础．该剂型的检验指标包括芽孢含量、pH、悬浮率、润湿时间、细度、活菌数或贮存存活率、含水量．其特点是芽孢量和活菌数越高越好，含水量越低越好，酸碱度近中性．载体包括硅藻土、滑剂石粉和高岭土，载体用量在10%～30%之间．分散剂包括羧甲基纤维素钠、吐温60、聚磷酸钠等．十二烷基硫酸钠、SDBS均可用作润湿剂．甲基纤维素、纤维素钠、碳酸钙、维生素C和腐殖酸均可作为稳定剂．可湿性粉剂有许多优点，在研制中需要考虑菌株与各种助剂的容和度，研制出最佳配方，提高生物防治效果．

2.2　悬浮剂

解淀粉芽孢杆菌悬浮剂比可湿性粉剂更具有优势，它是将固体原药以≤4 μL的微粒均匀分散于水中而优化成的剂型．其粒径小、活性高、比重大、包装体积小、安全环保、不会产生粉尘飞扬等，含润湿分散剂、黏度调节剂、UV保护剂、防腐剂、抗冻剂和消泡剂等．通过对解淀粉芽孢杆菌B9601-Y2、GB1和TS-1203的研究，润湿分散剂一般采用农乳34和其他助剂；黏度调节剂多采用黄原胶；UV保护剂为尿素和0.5%木质素磺酸钠；防腐剂为对羟基苯甲酸甲酯和0.1%柠檬酸三钠；抗冻剂使用甘油、1.5% OP-10和0.5%吐温80；消泡剂为正辛醇[39-41]．干悬浮剂和悬浮剂是2种不同的类型，张荣胜[42]等通过喷雾干燥技术开发一种生防菌JT84新剂型，在水稻破口期喷施Jt84干悬浮剂，对水稻穗颈瘟的防治效果较好．生防菌Jt84在水稻叶表能够有效定殖[43]．悬浮剂中润湿分散剂的用量约1.5%，黏度调节剂约0.1%，UV保护剂和消泡剂约0.2%，防腐剂可用对羟基苯甲酸甲酯和柠檬酸三钠，但用量很少，约0.1%，抗冻剂和表面活化剂可以根据不同情况有针对性地选择或删除．

2.3　水分散粒剂

解淀粉芽孢杆菌水分散粒剂特点为：一旦放入水中，便迅速崩解分散形成高悬浮固液分散体系，其结合了可湿性粉剂和悬浮剂的优点．水分散粒剂使用的载体可选择高岭土、硅藻土、陶土类；分散剂可选择萘磺酸盐类、D909S等；崩解剂使用wgwin D323、D326和600C等．B1619水分散粒剂能防控设施蔬菜枯萎病，其所选用的粘结剂为硅酸镁铝，分散剂为萘磺酸盐甲醛缩合物，崩解剂为硫酸铵，润湿剂为十二烷基硫酸钠[44]．整个工艺流程为：①将助剂和填料混合→②初步粉碎→③气流粉碎→④加入其发酵液进行捏合、造粒→⑤放入电热恒温干燥箱中烘干→⑥筛分得到产品→⑦平板计数法测定水分散粒剂中含菌量（活芽孢/g）[45]．甘颖[46]等为了降低加工对B1619水分散粒剂中含菌量的影响，对主要助剂配比和颗粒制备条件进行了优化，发现了硅酸镁铝（载体）、萘磺酸盐甲醛（分散剂）和硫酸铵（崩解剂）3种主要助剂的最佳质量分数配比，优化后颗粒含菌量比初始含菌量显著提高．可见，经过载体、助剂以及制备颗粒的最佳条件的优化能最大限度地保持制剂的含菌量．水分散粒剂有诸多优点，在不断优化过程中，这种制剂性能将进一步提高．

3　解淀粉芽孢杆菌的其他重要剂型

3.1　新型种衣剂

种衣剂是在粉剂、悬浮剂、可湿性粉剂基础上发展起来的，其有效成分会逐步释放，种衣膜不影响种子生命和呼吸作用，具有高效、经济、安全、残效期长和多功能等特点．王亚军[47]等利用BI有效抑菌成分制备了种衣剂，含有抑菌物质的发酵液冻干粉的pH和热稳定性均较好，能有效抑制黄曲霉孢子萌发．董丽萍[48]等将B9601-Y2作为复方种衣剂有效成分，将其引入含吡虫啉和多菌灵种的成膜种衣剂中，将其制备成丸化种衣剂，丸化种衣剂能有效促进油菜生长，防治蚜虫效果比成膜种衣剂更好．制备种衣剂时，往往使用菌体的发酵液冻干粉，同时要保证其在成膜剂中的含量．解淀粉芽孢杆菌种衣剂包括成膜种衣剂和丸化种衣剂，它们在应用方面各有优势，值得大力开发和应用．

3.2　微胶囊剂

微胶囊制剂是利用合适囊材把菌体包裹住，形成直径为5～250 μm的微小胶囊．其能与氧和酸等隔离，提高了菌体存活率．曹海鹏[49]等以明胶为壁材，通过正交实验设计优化了微胶囊喷雾干燥工艺参数，对鲟源嗜水气单胞菌具有良好生长抑制效果，微胶囊对小球藻生长具有促进作用，在养殖水体中加入微胶囊14 d后，各浓度组氨氮含量、硫化物和pH均缓慢下降，仅亚硝酸盐氮含量稍微升高后又逐渐缓慢降低，但这些理化因子变化与微胶囊加入量呈负相关．微胶囊形状多，制备工艺复杂，但其安全性符合国家标准及相关法规，无毒，对养殖水中氨氮、亚硝酸盐氮、硫化物和pH等理化因子影响均可控制[50]．研发微胶囊剂要研究其制备工艺，探索不同影响因素，使各因素达到最佳组合，同时对颗粒性能、安全性进行考察，使其作用最大化．

3.3　复配剂

微生物和化学农药结合形成的复配剂为微生物农业未来的发展提供了另一条途径．尽管单一剂型制剂具有低毒、低残留、特异性强和无公害等优点，但其药效慢、杀虫谱窄、市场接受能力不足．复配后各组分特性互补、协调，能产生叠加效应，与化学农药复配，能进一步优化其速效性和防效性．段海明[51]等研究了解淀粉芽孢杆菌gfj-4发酵上清液、脂肽粗提物与7种化学杀菌剂混配，制备了gfj-4次级代谢产物与化学杀菌剂复配剂，能强烈抑制玉米大斑病病菌．刘剑金[52]等考察了解淀粉芽孢杆菌YN48对烟草黑胫病防治效果，采用解淀粉芽孢杆菌YN48菌液分别添加适当浓度的化学制剂，发现菌液和药剂对黑胫病防治效果不同，复配剂除能防治黑胫病外，还能延长烟草生长期，显著增加产量和产值．苏正川[53]等研究了解淀粉芽孢杆菌1841发酵清液抑菌活性，发现1841能抑制多种植物病原菌；1841菌能与井冈霉素、嘧菌酯、吡唑醚菌酯和咯菌腈制备成生物-化学复配农药产品．随着高危害化学农药逐渐被取缔，单一型微生物农药的发展又受到众多因素的限制，合理采用复配剂能解决难以解决的问题．复配剂价格便宜，不容易产生抗药性或药害，是提高病害防治效果和效率的一种方向．

4　结语

解淀粉芽孢杆菌具有多种抗菌和促生作用，将其制备成各种剂型可应用于众多领域．但解淀粉芽孢杆菌自身存在不足，因此需要开展提高其稳定性、速效性和防效性的工作．目前主要通过剂型和助剂的选择提高其稳定性，通过与其他微生物复配拓展其功能，通过与化学农药复配提高其速效性和防效性．因此，在制剂的制备过程中，要考虑优化载体选择，合理配伍助剂与菌体及其次生代谢产物，这是一项系统工程，涉及到病原真菌多样性研究以及抗菌效果研究．今后要注重解淀粉芽孢杆菌抑菌机理和促生机制的分子生物学研究，更好地为解淀粉芽孢杆菌新型制剂开发和应用积累科学数据．随着检测手段和方法的改进，通过基因工程技术构建新型解淀粉芽孢杆菌重组生防菌株，用分子生物学方法研究解淀粉芽孢杆菌抑菌、促生机理．结合制剂、复合制剂的研制和开发，将有更多有针对性的复合剂型设计、研发和应用．

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Advance in the drug form，preparation and application of

WANG Shiwei1，2，WANG Qinghui3，ZHENG Chenxi1，2，LIU Xu1，2，LI Bing1

（1. School of Life Sciences，Agriculture and Forestry，2. Key Laboratory of Resistance Gene Engineering and Preservation of Biodiversity in Cold Areas，Qiqihar University，Qiqihar 161006，China；3. School of Life Science，Northeast Agricultural University，Harbin 150030，China）

The functional basis on preparations ofwas analyzed and the types and characteristics of different dosage forms were summarized including not only traditional dosage forms such as granules，wettable powders and water dispersible granules，but also some new dosage forms such as seed coating，microcapsules and compounding agents．The preparation principles and methods of different preparations were introduced．Many improtant problems should be emphasized in the process of preparation and research and development，in order to improve the efficacy and prevention of．It is necessary to pay attention to the selection of appropriate carriers，the compatibility between raw materials and additives，and the reasonable combination of raw materials and chemical drugs．The aim is to achieve better application of preparations ofin fields such as plant disease prevention and promotion of plant growth．

；drug form；preparations

1007-9831（2023）11-0060-06

Q93

A

10.3969/j.issn.1007-9831.2023.11.012

2023-05-22

2021年黑龙江省大学生创新创业训练计划资助项目（202110232101）；黑龙江省教育厅科学技术研究项目（12541855）

王世伟（1965-），男，山东肥城人，教授，博士，从事微生物遗传与发酵工程研究．E-mail：wsw888535@shou.com