解淀粉芽孢桿菌研究進展

關(guān)曉歡 姜華

(遼寧師范大學生命科學學院 遼寧大連 116081)

1 前言

解淀粉芽孢桿菌是一種好氧產(chǎn)芽孢的革蘭氏陽性桿狀細菌。該菌在自然界分布廣泛,易分離培養(yǎng),對人畜無毒無害,不污染環(huán)境。其代謝產(chǎn)物較為豐富,具有廣譜抗菌活性和較強的抗逆能力,生長快,穩(wěn)定性較好。很適合作為生防菌大量生產(chǎn)和應用。近年來大量學者對解淀粉芽孢桿菌進行了研究,為了方便以后對解淀粉芽孢桿菌的深層開發(fā),本文將近年來國內(nèi)外的部分研究進展歸結(jié)于下。

2 解淀粉芽孢桿菌的分離、篩選以及鑒定

解淀粉芽孢桿菌在自然界分布廣泛,不但可在土壤、植物根際體表、深海水中及外界環(huán)境中存在,同時還在植物體內(nèi)常見。解淀粉芽孢桿菌易分離、易培養(yǎng),通過抑菌作用篩選,再通過個體形態(tài)、生理生化特性、脂肪酸測定、16S rDNA同源性序列分析,HPLC-MS分析等方法鑒定。解淀粉芽孢桿菌形態(tài)特征:革蘭氏陽性;菌體桿狀、形成芽孢,芽孢卵圓形,孢囊膨大;最適生長溫度為28-30℃,最適宜生長的pH6.5-7.0。生理生化性質(zhì):還原硝酸鹽;水解淀粉;可利用D-葡萄糖,L-阿拉伯糖,甘露醇,D-木糖作為碳源;接觸酶陽性;氧化酶陰性。

3 培養(yǎng)優(yōu)化

解淀粉芽孢桿菌的菌株,培養(yǎng)基成分和培養(yǎng)會影響菌的數(shù)量及代謝產(chǎn)物的分泌,不適宜的培養(yǎng)條件和配方,會導致菌株生長不良,胞外活性產(chǎn)物代謝量減少,具體體現(xiàn)在對培養(yǎng)基營養(yǎng)、溫度、轉(zhuǎn)速以及培養(yǎng)基的pH值、接菌量、供氧量、光照等因素的調(diào)節(jié)。優(yōu)化實驗方法多采用單因素實驗、正交實驗、響應面實驗等方法進行單一或多種方法組合分析設(shè)計。優(yōu)化多以菌數(shù),抑菌效果、殺線效果、產(chǎn)芽孢量、酶活力等作為指標,繪制其生長曲線。實驗室培養(yǎng)基碳源多為淀粉、葡萄糖等,為了獲得特定代謝產(chǎn)物會以不同物質(zhì)作為碳源,如褐藻酸鈉為碳源,可收獲高產(chǎn)的褐藻膠裂解酶,工業(yè)上多采用麥麩等價格較低廉的為營養(yǎng)物質(zhì),還可以利用有機廢水作為碳源,不僅經(jīng)濟還可以處理廢水,降低廢水濃度。

4 活性物質(zhì)分析

解淀粉芽孢桿菌通過產(chǎn)生低分子量的抗生素以及抗菌蛋白質(zhì)多肽等活性物質(zhì)抑制病原菌及線蟲,其大多代謝產(chǎn)物的活性物質(zhì)具有熱穩(wěn)定性、對紫外照射和蛋白酶處理不敏感,耐酸耐堿性等特性。解淀粉芽孢桿菌產(chǎn)生的胞外酶主要有植酸酶、幾丁質(zhì)酶、葡聚糖酶、蛋白酶、淀粉酶、凝乳酶等,主要的脂肽類代謝產(chǎn)物有表面活性素(surfcatin)、芬薺素(fengycin)、伊枯草菌素(litarin)和桿菌抗霉素Bacillomy-cinD等拮抗活性物質(zhì),此外還產(chǎn)生植物生長激素吲哚-3-乙酸(IAA)。

5 分子生物學

解淀粉芽孢桿菌與枯草芽孢桿菌同源性高,多從特性基因去分別,這些特性基因正是合成解淀粉芽孢桿菌的活性物質(zhì)。解淀粉芽孢桿菌擁有大量的插入序列,從而允許外源基因的插入。研究表明,相同培養(yǎng)條件下,將強啟動子P43與透明顫菌血紅蛋白基因(vgb)克隆到芽孢桿菌,重組菌所產(chǎn)生的抗菌脂肽fengycin的產(chǎn)量提高了1.74倍,抗菌脂肽surfactin的產(chǎn)量提高了3.14倍。為了提高解淀粉芽孢桿菌代謝產(chǎn)物的產(chǎn)量,用化學誘變等方法選育突變株,鳥苷產(chǎn)量高達20.82g/L。解淀粉芽孢桿菌基因向外表達,用解淀粉芽孢桿菌β-l,3-l,4-葡聚糖酶基因(bglA)的重組菌所產(chǎn)生的酶活為原始菌株的11.84倍;中性植酸酶phyc基因可在畢赤酵母宿主細胞中高效分泌表達。

6 效果應用

解淀粉芽孢桿菌具有抑制植物病害的能力,又是存在廣泛的非致病細菌,對人畜無害,不污染環(huán)境而備受學者的青睞。解淀粉芽孢桿菌可制成生物制劑應用于植物根部、枝干、葉、花部以及果蔬采后病害防治上,還促進植物生長,抑制線蟲,治理水環(huán)境污染等。使用解淀粉芽孢桿菌的發(fā)酵液,對農(nóng)作物噴施、拌種、灌根][等方法使用,在植物體表、體內(nèi)定殖和傳導,對植物都產(chǎn)生促進生長的功效。田間試驗結(jié)果表明,與對照有顯著差異。解淀粉芽孢桿菌在其他應用方面還停留在實驗室階段,還沒有規(guī)?；瘧玫膱蟮?。也有研究解淀粉芽孢桿菌降解污染的廢水中丁草胺、苯酚 等物質(zhì)。此外,解淀粉芽孢桿菌還可以溶解水華魚腥藻,為水體富營養(yǎng)化的水華治理提供了一些理論基礎(chǔ)。

7 總結(jié)展望

隨著科學的不斷進步和人們生活水平的不斷提高,對食品安全、環(huán)保農(nóng)業(yè),作物品質(zhì)提出了更高的要求。無污染的新型高效生物農(nóng)藥、生物肥料是現(xiàn)代有機農(nóng)業(yè)發(fā)展所必須的,解淀粉芽孢桿菌適應能力強、代謝方式廣泛、具有促進作物生長和抑制土傳性病原菌的特性,是作為農(nóng)用微生物較高開發(fā)價值的生防菌。目前,解淀粉芽孢桿菌的農(nóng)用研究還處在實驗階段,菌劑的規(guī)模化生產(chǎn)、儲存條件、存活期限、施用方法以及施入土壤后的存活條件和繁衍系數(shù)有待進一步研究。

為了進一步探索解淀粉芽孢桿菌,可從土壤、污水中分離到具有特性的解淀粉芽孢桿菌菌株,建立簡捷有效的鑒定方法。根據(jù)條件可選擇工業(yè)有機廢水作為碳源,氮源調(diào)整后再添加生長因子,進行優(yōu)化培養(yǎng),為制備生物農(nóng)藥和生物肥開辟更廣泛廉價的原料和生產(chǎn)方法。

[1]雷白時,王笑穎,郭曉軍.西瓜枯萎病拮抗細菌HD-5菌株的篩選及鑒定[J].湖北農(nóng)業(yè)科學,2012,51(11):2236-2238.