生物拮抗菌种类繁多，主要有真菌、细菌、放线菌和病毒等，相应的生物制剂已在生产上得到广泛应用^[1-4]。芽孢杆菌是最具潜力和商业价值的生防菌之一，具有抗菌谱广、生长迅速、易培养、抗逆性强、生物安全性高以及防治效果稳定等优点，是当前研究和开发的热点^[1]。

解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens)属芽孢杆菌，可抑制灰葡萄孢、链格孢、尖孢镰刀菌、山茶灰斑病菌、黑曲霉和粉红单端孢等植物病原菌的生长^[2-4]。利用菌株FZB24和B9601-Y2开发的生物制剂已经应用于防治镰刀菌和丝核菌引起的根腐病和枯萎病^[5-6]。解淀粉芽孢杆菌还具有促进植物生长的功能，含有菌株SQR9的复合微生物肥料可显著促进番茄的生长和产量的提高^[5]。国内外对解淀粉芽孢杆菌的研究主要集中在新菌株的鉴定与应用、抗菌机制与植物的互作^[6-7]、功能基因组^[8-9]以及生产中的发酵条件与施用方式等^[10-12]。本文总结了近几年国内外有关解淀粉芽孢杆菌的研究进展，以期为其深入研究及有效开发利用提供依据。

1 解淀粉芽孢杆菌的分布与鉴定

解淀粉芽孢杆菌最早由Priest et al^[13]发现并鉴定，其经典模式菌株为ATCC23350，自然界分布较广，在堆肥^[14]、土壤^[15-17]、植物表面和体内^[15]、青贮玉米秸秆饲料^[16]、海洋赤潮^[17]甚至污水湖泊的底泥^[18-19]中均可分离得到。随着鉴定检测技术的发展，解淀粉芽孢杆菌的鉴定方法也不断更新。传统的鉴定方法包括观察细菌及其菌落形态和测定革兰氏染色、淀粉水解、明胶液化、厌氧性、过氧化氢酶、氧化酶等生理生化指标^[13]。与传统鉴定方法相比，直接利用基因序列进行鉴定和分类的方法更为方便。常用的细菌分类和鉴定基因包括16S rDNA和部分保守看家基因，如gyrA、gyrB、rpoB、groEL和recN等。在NCBI中公布了大量解淀粉芽孢杆菌核糖体16S rDNA序列，可以作为参考序列进行种间的比较鉴定^[18]。特别是近年来随着测序成本的降低，利用全基因组测序方法开展解淀粉芽孢杆菌的比较鉴定更为准确^[8-9]。

2 解淀粉芽孢杆菌的抗菌物质及抗菌机理

解淀粉芽孢杆菌主要通过分泌次生代谢产物抑制病原菌的生长发育，还可通过诱导植株增强自身免疫系统以提高抗病能力。鉴定解淀粉芽孢杆菌的抗菌物质和抑菌机理是目前的研究热点。近年来，基因组学和代谢组学的研究手段已广泛应用于与其抗菌功能相关的功能基因发掘和次生代谢产物的分离鉴定。

2.1 抗菌物质

解淀粉芽孢杆菌次生代谢产物的种类较多，具有抗菌特性的物质主要包括：抗菌蛋白、脂肽类、磷脂类、多烯类、氨基酸类、核酸类和聚酮化合物等。抗菌蛋白包括：抗菌肽、细胞壁降解酶、芽孢结合蛋白等。其中，抗菌肽是具有抵抗微生物侵染活性的小分子短肽，呈环肽结构，对酸碱性和温度不敏感，稳定性好，抑菌谱广，在解淀粉芽孢杆菌中成功分离鉴定的较多。如从菌株FZB42中分离的环状细菌素(amylocyclicin)对革兰氏阳性细菌具有较强的防治效果；从SP-1-13LM中分离的细菌素(PPB)具有广谱的抑菌活性，能抑制李斯特氏菌、沙门氏菌和志贺氏杆菌^[20-21]。解淀粉芽孢杆菌SQR9含有bacillomycin D和fengycin 2种脂肽，可有效拮抗香蕉枯萎病菌。Xu et al^[19]对相关的合成基因进行功能验证，认为bacillomycin D的抑菌作用更大。细胞壁降解酶也是重要的抗菌活性物质之一，解淀粉芽孢杆菌中的水解酶包括：几丁质酶、β-1，3-葡聚糖酶、内切葡聚糖酶和DEF-纤维素蛋白酶等。菌株V656胞外分泌产物中分离出FⅠ和FⅡ两类具有抗菌功能的几丁质酶^[22]。MET0908中鉴定出对黄瓜炭疽病具有拮抗作用的抗菌蛋白，其分子质量为40 ku，具有β-1，3-葡聚糖酶活性^[20]。新型抗菌物质不断发现，王英国等^[21]分离得到的1 498 u抗菌活性短肽具有一定的亲水性，含有甲硫氨酸；张荣胜等^[3]通过MALDI-TOF-MS技术在解淀粉芽孢杆菌Lx-11中鉴定出3类对水稻细菌性条斑病具有防治效果的脂肽抗菌物质。

抑菌物质的分离鉴定是生防菌开发应用的基础，随着研究方法的更新，结合基因组学、蛋白组学和代谢组学技术将逐步解析其完整的抑菌调控体系，揭示各类抗菌物质的作用机制，拓宽其应用范围，促进抗菌物质的商业化生产。

2.2 基因组和功能基因

目前已经完成全基因组测序的解淀粉芽孢杆菌野生型菌株达20多株，其中菌株FZB42、DMS7和UCMB5036是进行功能基因组学研究的模式菌株。最早完成全基因组测序的菌株是FZB42，其基因组大小为3.9 Mbp，G+C比例为46.6%，89个tRNA基因序列，10个rRNA操纵子，预测编码3 693个基因，其中310个是特有基因^[23-25]。在基因组水平上，各菌株之间有高度的基因同线性^[25]。

随着生物信息学的发展，功能基因分析成为解析解淀粉芽孢杆菌抗菌机制的重要研究内容。其中，合成抑菌物质的单个基因、基因簇的功能是研究的热点。解淀粉芽孢杆菌FZB42中合成次生代谢产物的基因总长达340 kb，是枯草芽孢杆菌的2倍，共有9个基因簇与合成抗菌肽和聚酮化合物相关，主要有非核糖体肽合成酶(NRPS)和聚酮合酶(PKS)，如surfactin、fengycin、difficidin、bacilysin、macrolactin、bacillaene、bacillomycin D和bacillibactin，其中，脂肽bacillomycin D、聚酮化合物(difficidin和macrolactin)在枯草芽孢杆菌中未发现。srfA基因是合成surfactin的关键基因，通过genome shuffling得到的突变菌株F2-38，其srfA的表达量上调15.7倍，surfactin产量比对照提高了3.5~10.3倍^[26]。解淀粉芽孢杆菌基因组还包含细菌中常见的耐重金属和药物、运动和趋化的基因，也含有和植物益生相关，如分解代谢植物化合物、促进在植物根中定植的功能基因^[27]。解淀粉芽孢杆菌中的sfp、pabB、pznA和degU基因通过控制细菌生物膜形成和菌体的群集运动，直接影响其在植物根部的定殖能力；而解淀粉芽孢杆菌中的abrB、sigH、sigD、nrfA和yusV虽然不影响生物膜的形成，但能抑制群集运动导致突变体在根部的定殖能力显著下降^[23]。解淀粉芽孢杆菌分泌的IAA是一类生长物质，对植物的生长具有促进作用，在菌株FZB42和YAU B9601-Y2都有相应的基因簇^{[24-25, 28]}。在解淀粉芽孢杆菌中，蛋白质类及酶类抑菌物质合成所涉及的基因数量相对较少。一些新的功能基因也在不断发掘，以转座子技术分离到2个新的抑菌作用调节基因(rpmGA和yxlC)以及与能量代谢相关的基因(citB、eitG和gpsA)。随着分子生物学的发展，特别是高通量测序技术的广泛应用，解淀粉芽孢杆菌在分子水平上的抑菌机制将越来越深入。

2.3 抗菌机理

解淀粉芽孢杆菌可抑制病原菌菌丝生长和孢子萌发。其中，水解酶类作用于真菌细胞壁中的不同组分导致菌丝发生消融，直径变细，菌丝膜发生破裂，原生质体凝集渗漏，菌丝体扭曲变形，前部生长端出现膨大，形成泡囊结构，导致病原菌孢子的产生数量减少，孢子发芽及生长减慢，甚至绝大多数分生孢子裂解，出现内容物外溢现象^[29]。菌株YN-1发酵液中的芬枯草菌素和伊枯草菌素引起棉花枯萎病病原菌和球孢白僵菌出现内容物外溢现象。芬枯草菌素会导致串珠镰刀菌菌丝体出现囊泡，菌丝顶端和菌丝膜裂解，但对串珠镰刀菌孢子膜的破坏力有限，靶位点可能是卵磷脂，能抑制串珠镰刀菌分泌的磷脂酶A2的活性^[28-29]。

3 解淀粉芽孢杆菌与植物的互作

解淀粉芽孢杆菌在甜瓜、玉米和甘蔗中均有分布，是益生的植物内生菌^[2]，探讨其与植物的互作机制至关重要。解淀粉芽孢杆菌在植物体内的定殖是其和植物共生的基础。目前，通过人工接种可将分离纯化的解淀粉芽孢杆菌菌株定殖在多种植物体内^[30]。通过GFP标记观察，发现FZB42菌株可以共生在植物根部的初生根外表细胞表面、初生根和侧根交界处、根尖、叶片和茎中^[30]。

解淀粉芽孢杆菌对植物的互作主要通过自身分泌的次生代谢物质来促进和保护菌体在植物体内的丛集运动、生物膜形成、定殖和繁殖等^[31-32]。受到植物根系分泌物的影响，在细菌与植物根际相互作用初期，解淀粉芽孢杆菌B55中参与细菌表面黏附作用和蛋白修复的基因表达量瞬间上调，如ansB、odhA和BD33等，促进细菌在植物中的定殖^[33]。定殖在植物体内的细菌分泌具有促进植物生长的次生代谢物质，提高植物的诱导性系统抗病性(ISR)，增强植物的抗病能力^[32]。菌株FZB42和YAU B9601-Y2均可分泌IAA。Surfactin既能增加菌株的定殖能力，也具有维持植物诱导性系统抗病性ISR的作用。在植物体内，诱导免疫系统酶活性的变化也和ISR正相关。菌株C-02处理棉花植株后，使得棉叶中苯丙氨酸解氨酶、过氧化物酶和多酚氧化酶等防御性酶的表达量提高，并能长时间保持高活性，提高棉苗的ISR，有效抵抗病原菌的侵染^[34]。

4 展望

解淀粉芽孢杆菌对植物病原真菌与细菌有显著的防治效果，作为生物农药可适当替代化学农药，在种植业、水产养殖业上具有良好应用前景。解淀粉芽孢杆菌次生代谢抑菌产物多而复杂，通过深入开展功能基因组学、蛋白组学和代谢组学的研究有利于揭示抗菌机制和开发新型抗菌物质。解淀粉芽孢杆菌中抑菌基因高效表达模式，植物和病原菌的互作机制和高效商业化产品的研制将是今后的研究重点。