贝莱斯芽孢杆菌的分类、拮抗功能及其应用研究进展

新用户29497861 2025-05-03

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1 背景

芽孢杆菌（Bacillus spp.）作为生防细菌，在农作物、畜、禽以及水产动物的病害防控领域已得到广泛应用，是当今微生物生态防控研究的热点。贝莱斯芽孢杆菌（Bacillus velezensis）是芽孢杆菌属的一个新种，它能产生多种次级代谢产物，具有广谱抑菌活性和促生长作用，因此在动植物病害的生物防治中被广泛应用。贝莱斯芽孢杆菌属于芽孢杆菌属，是革兰氏阳性好氧细菌。其菌体呈杆状，大小为 0.5×(1.5 - 3.5) μm，具有内生孢子的特性，广泛分布于自然界的水体、土壤、空气、植物根系、植株表面以及动物肠道等环境中。该菌种最早由 Ruiz - García 等从西班牙马拉加省（Málaga）托雷德尔马尔（Torredelmar）地区一条名为贝莱斯河（Vélez）的河口中分离得到，分离出的两株菌分别编号为CR - 14b 和CR - 502T。近年来，国内外关于贝莱斯芽孢杆菌的报道日益增多，研究主要聚焦于促进动植物生长、拮抗病原菌、诱导系统抗性、鉴定抑菌物质及其基因簇、探究拮抗作用机制等方面。贝莱斯芽孢杆菌在生物防治、药物研发、食品发酵和工业应用等领域均具有重要价值。

2拮抗和生防作用机制

抗菌肽类物质的作用：拮抗芽孢杆菌产生的抗菌肽类物质可对细胞膜造成损伤，破坏细菌细胞壁，致使细胞内容物外泄，从而杀灭细菌。例如，表面活性素能够溶解并破坏细胞膜，发挥抗菌活性；伊枯草菌素可引起细胞膜损伤，改变细胞通透性，使细胞内物质外泄，达到抑菌目的；泛革素能降低真菌细胞膜表面的张力，形成微孔，促使 K⁺和其他离子渗漏，通过干扰和破坏细胞膜导致细胞死亡，对真菌具有较强的抗菌活性；Difficidin作为多烯类抗生素，可抑制细菌的蛋白质合成，破坏细胞膜功能，具有广泛的抗细菌活性。贝莱斯芽孢杆菌主要通过分泌脂肽类抗生素、聚酮类化合物和抗菌蛋白等发挥抑菌作用。

具体菌株的抑菌表现：Chowdhury 等研究发现，FZB42 菌株（现已归属贝莱斯芽孢杆菌）在与莴苣根系相互作用时，能够产生Surfactin、Fengycin 和Bacillomycin D。其代谢产物中的脂肽类和聚酮类物质不仅能直接抑制立枯丝核菌，还可介导莴苣的防御性反应。此外，FZB42菌株产生的Surfactin和非核糖体合成的次级代谢产物能显著提高莴苣防御素基因 FDF1.2 的表达量，尤其是在莴苣受到病原菌侵染时。FZB42菌株产生的杆菌霉素Bacillomycin D对真菌有显著的抑制作用，能够改变菌丝体和分生孢子细胞壁以及细胞质膜的形态。刘雪娇等发现，贝莱斯芽孢杆菌 3A3 - 15能产生表面活性素（C14 - C15 surfactin A）等抑菌物质，该菌产生的次生代谢产物可使尖孢镰刀菌的菌丝出现膨大、弯曲、缠绕、螺旋、节间缩短甚至断裂等现象，具有明显的致畸作用，对孢子萌发的抑制率高达93.2%。贝莱斯芽孢杆菌V4菌株能够产生伊枯草菌素、Macrolactin和Difficidin等抗菌物质，其分泌的抑菌物质可破坏杀鲑气单胞菌细胞膜的完整性，与细胞表面相互作用，使细胞膜形成穿孔，造成细胞内容物流失。贝莱斯芽孢杆菌Y6 产生的脂肽类物质（75 μg/mL）能抑制约 60%的真菌孢子萌发，其中伊枯草菌素对真菌孢子萌发表现出较强的抑制作用，泛革素的抗真菌活性较弱，表面活性素则无明显的抑制真菌活性。贝莱斯芽孢杆菌AP193 菌株能够产生聚酮类化合物Difficidin，当表达相关基因dfnD 缺失后，缺失株ΔdfnD 对病原菌（如Pseudomonas syringe、Rhizobium radiobacter 和Xanthomonas axonopodis 等）的抑菌活性丧失，且对番茄细菌性斑点病无防控效果，这表明Difficidin 是贝莱斯芽孢杆菌 AP193 抑菌和生防作用中的关键次级代谢产物。

拮抗蛋白类物质的作用：贝莱斯芽孢杆菌能够产生拮抗蛋白类的抗菌物质，如可降解细胞壁的几丁质酶和葡聚糖酶等。从番茄树冠中分离的贝莱斯芽孢杆菌 C2 菌株能产生蛋白酶、几丁质酶和β - 葡聚糖酶，这些酶可降解真菌细胞壁中的蛋白质、几丁质和β - 葡聚糖，从而起到抑菌作用。从黑胡椒根际中分离的贝莱斯芽孢杆菌RB.DS29 产生的抗菌物质具有蛋白酶、几丁质酶和β - 葡聚糖酶活性，能够破坏疫霉菌等真菌的细胞壁，对真菌病原具有良好的拮抗作用。

诱导植物抗性与促生长作用：贝莱斯芽孢杆菌能够诱导植物产生系统抗性，提高植物的抗病能力，还能产生吲哚 - 3 - 乙酸（indole - 3 - acetic acid，IAA），促进植物生长。诱导植物抗性是芽孢杆菌生防作用的重要机制之一，它是通过非致病菌株、弱毒菌株、蛋白质或糖蛋白、胞外多糖和脂多糖等因子激活植物体内的苯丙氨酸解氨酶、过氧化物酶、超氧化物歧化酶、几丁质酶和多酚氧化酶等防御酶，促使植物产生诱导系统抗性（induce systemic resistance，ISR），增强植物的抗病能力，抵御病原菌的入侵。例如，芽孢杆菌 FZB24®产生一种信号蛋白诱导植物抗性蛋白的合成，增加植物的抗性，还可通过分泌丝氨酸专性肽内切酶直接诱导植物抗性。植物根际促生菌（plant growth promoting rhizobacteria，PGPR）可通过JA/ET 信号通路诱导植物ISR，通过活性氧暴发、细胞壁的强化、防御相关酶的累积以及抗菌物质的产生等诱导植物细胞的防御反应。此外，现已归属于贝莱斯芽孢杆菌的FZB42 菌株产生的表面活性素和其他非核糖体合成的次级代谢产物可增强植物根系的防御性反应。