胡亞杰，韋建玉，盧 健，胡志忠，王生才，譚永忠，蔣 南，龔湛武，李迪秦

（廣西中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，南寧510001）

我國人均耕地面積不到世界人均值的一半，很大程度只能依賴化肥的投入來實現(xiàn)大面積增產(chǎn)，以滿足人們的衣食住行［1］。據(jù)不完全統(tǒng)計，我國肥料當(dāng)季利用率，氮肥為30%～35%，磷肥為10%～25%，鉀肥為35%～50%，遠低于世界發(fā)達國家平均利用率50%左右的水平［1］。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上化肥的大量投入，直接導(dǎo)致土壤板結(jié)、微生物區(qū)系變化、土壤質(zhì)量嚴重退化，環(huán)境污染加劇；尤其是施氮過多，易發(fā)生病蟲害，進而加大農(nóng)藥施用量，既影響農(nóng)產(chǎn)品安全，也可能引起農(nóng)作物倒伏導(dǎo)致大面積減產(chǎn)。隨著工業(yè)化和城鎮(zhèn)化進程的加快，采礦業(yè)和生活污染物等對耕地造成的污染有逐年加重趨勢。

為了落實2015年農(nóng)業(yè)部提出的“一控兩減三基本”目標(biāo)，學(xué)界積極開展了微生物技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用，并取得了長足的進步。筆者重點闡述了近年枯草芽孢桿菌在作物生產(chǎn)上所取得的研究成果，旨在為其在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的深入研究和應(yīng)用提供參考。

1 枯草芽孢桿菌對土壤的影響

枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis）是芽孢桿菌屬的一種，廣泛分布在土壤及腐敗的有機物中。其在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的作用機理大致歸納為：第一，菌體生長過程中產(chǎn)生的枯草菌素、多粘菌素、制霉菌素、短桿菌肽等活性物質(zhì)，對致病菌或內(nèi)源性感染的條件致病菌有明顯抑制作用；或者迅速消耗游離氧，造成低氧環(huán)境，促進有益厭氧菌生長，間接抑制其它致病菌生長。第二，刺激植株產(chǎn)生抗病因子，提高植株免疫力。第三，通過自身合成α－淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、纖維素酶等酶類，與其它植株體內(nèi)酶協(xié)同發(fā)揮作用。同時，通過自身合成 B1、B2、B6、煙酸等多種 B族維生素，促進植物生長發(fā)育?，F(xiàn)已廣泛用于水產(chǎn)養(yǎng)殖、環(huán)境治理和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

1.1 對土壤養(yǎng)分含量及污染土壤修復(fù)的影響

徐洪宇等［2］研究表明，枯草芽孢桿菌有機肥可以分別提高植煙土壤有機質(zhì)、有效磷、速效鉀和全鉀含量 8.38%、12.6%、5.51%和 10.6%。楊超才等［3］、李迪秦等［4］在煙稻輪作植煙土壤施用枯草芽孢桿菌，結(jié)果發(fā)現(xiàn)移栽后45 d和終采后，堿解氮含量顯著增加13.6% ～25.3%、23.1% ～37.6%，移栽后60 d有效磷含量顯著增加11.4%～48.1%，移栽后45 d和75 d有機質(zhì)含量分別顯著增加9.1%～15.2%、14.5%～24.7%，且上述含量與枯草芽孢桿菌用量呈顯著相關(guān)關(guān)系，但對速效鉀含量無顯著影響。鄭傳進等［5］通過對以 Ca3（PO4）2和卵磷脂為唯一磷源的培養(yǎng)基接種巨大芽孢桿菌（B.megaterium）ACCC10011磷細菌后，發(fā)現(xiàn)無機磷培養(yǎng)物中水溶性磷總量比對照提高了13.6倍，有機磷培養(yǎng)物中水溶性磷總量比對照提高了4.16倍，表明巨大芽孢桿菌能有效降解土壤中有機磷，增加有效磷含量。韓曉陽等［6］研究發(fā)現(xiàn)，在茶園施用枯草芽孢桿菌K2菌株以后，速效鉀和磷含量比對照分別提高28.4%和 28.5%。李偉等［7］研究證明，大田條件下，連續(xù)2年蘋果園土壤施用枯草芽孢桿菌后，土壤養(yǎng)分含量明顯升高，pH值下降。

此外，枯草芽孢桿菌對污染土壤也有良好的修復(fù)效果。張琳穎等［8］研究發(fā)現(xiàn)，接種枯草芽孢桿菌，土壤中的菲可以通過自然揮發(fā)、微生物降解、植物根系降解、植物吸收累積等途徑得以去除，其中微生物在降解過程中發(fā)揮了重要作用。閆志宇等［9］應(yīng)用獲得的高效乙草胺降解菌株L3盆栽修復(fù)處理乙草胺污染土壤，發(fā)現(xiàn)其對乙草胺降解效果和土壤修復(fù)能力良好，土壤全氮、有效磷、速效鉀、有機質(zhì)分別提高77%、159%、698%和274%。周亮成等［10］研究指出，枯草芽孢桿菌BSF01菌劑能消除農(nóng)田擬除蟲菊酯類農(nóng)藥殘留污染。

1.2 對土壤微生物種群數(shù)量的影響

土壤微生物是土壤中最具活力的組分，主要由土壤細菌、放線菌、真菌、藻類和各種微小的原生動物組成，其中以細菌的數(shù)量最多。研究枯草芽孢桿菌對土壤微生物種群數(shù)量的影響，對探討其對土壤肥力的提高具有重要意義。

邢嘉韻等［11］通過盆栽試驗發(fā)現(xiàn)，施用巨大芽孢桿菌和枯草芽孢桿菌混合菌劑，可以提高馬鈴薯根際土壤細菌、真菌和放線菌種群的數(shù)量；且對不同微生物種群的影響不同，對細菌數(shù)目增加的幅度最大。李偉等［7］連續(xù)2年對施用枯草芽孢桿菌和解磷細菌的蘋果園土壤分析發(fā)現(xiàn)，土壤中細菌數(shù)量明顯增多，但真菌及放線菌數(shù)量無明顯變化（p＞0.05），且真菌／細菌比值降低、差異顯著。樊勝南等［12］通過在香蕉土壤灌根施用枯草芽孢桿菌 TR21（WP），發(fā)現(xiàn)枯草芽孢桿菌可以提高香蕉根際土壤微生物豐度S值，并引起根際芽孢桿菌數(shù)量增加。金京京等［13］研究指出，枯草芽孢桿菌B1514（WP）顯著提高了土壤中可培養(yǎng)細菌數(shù)量（92.8%），降低了真菌數(shù)量（48.4%），但對放線菌數(shù)量無顯著影響。榮興民等［14］研究表明，枯草芽孢桿菌的胞外披膜或細胞壁可以提高使土壤金屬陽離子吸附于枯草芽孢桿菌表面基團的可能性，且吸附量隨細菌濃度的增大而增加。韓騰等［15］的大田試驗表明，施用枯草芽孢桿菌Tpb55菌株，可以提高根圍土壤細菌多樣性和群落結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

1.3 對植物激素和土壤酶活性的影響

李偉等［7］指出：枯草芽孢桿菌能顯著提升土壤磷酸酶、脲酶、蛋白酶、蔗糖酶活性（p＜0.05）。易有金等［16］采用溫室盆栽試驗、內(nèi)源激素檢測及處理煙草植株B－001菌量追蹤測定等方法，通過對內(nèi)生枯草芽孢桿菌B－001的作用機制，及其自身在煙草體內(nèi)的群體數(shù)量動態(tài)等研究，表明施用B－001菌株的煙草幼苗鮮重增加了43.0%～57.7%，煙草中吲哚乙酸、赤霉素和玉米素核苷的含量增加，脫落酸含量降低。劉麗英等［17］采用對峙法，從蘋果連作土壤中分離得到1株連作生防細菌SNB－86，鑒定為枯草芽孢桿菌，并對該菌進行固態(tài)發(fā)酵制備菌肥應(yīng)用，結(jié)果表明SNB－86菌肥處理可顯著提高連作土壤中蔗糖酶、脲酶、過氧化氫酶、中性磷酸酶的活性。閆志宇等［9］應(yīng)用獲得的高效乙草胺降解枯草芽孢桿菌株L3，通過盆栽對乙草胺污染土壤進行修復(fù)，結(jié)果表明L3對乙草胺污染土壤的蔗糖酶、脲酶、蛋白酶、過氧化氫酶活力分別提高 100%、260%、56%與6%，說明乙草胺降解效果和土壤修復(fù)能力良好。

2 枯草芽孢桿菌對作物生長發(fā)育及產(chǎn)質(zhì)量和抗病性的影響

枯草芽孢桿菌菌體生長過程中，產(chǎn)生抑菌和提高群體免疫力的枯草菌素、多粘菌素、制霉菌素、短桿菌肽等活性物質(zhì)和抗病因子，并通過自身合成與其他植株體內(nèi)酶協(xié)同發(fā)揮作用的α－淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、纖維素酶等酶類，合成多種B族維生素，促進植物生長發(fā)育。隨著枯草芽孢桿菌在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上應(yīng)用的不斷深入，相關(guān)研究成果日漸增多［18，19］。

2.1 對作物生長發(fā)育及產(chǎn)質(zhì)量的影響

劉麗英等［17］采用對峙法，從蘋果連作土壤中分離得到1株連作枯草芽孢桿菌生防細菌SNB－86，用該菌進行固態(tài)發(fā)酵制備菌肥應(yīng)用于甜茶幼苗，結(jié)果表明：幼苗鮮重和干重分別提高171.5%和142.3%，株高與地徑分別增加97.9%和57.6%。楊超才等［3］、李迪秦等［4］、張成省等［20］指出，枯草芽孢桿菌基施有利于促進煙株生長發(fā)育，提高株高等烤煙主要農(nóng)藝性狀指標(biāo)及鮮重。徐洪宇等［2］研究表明，枯草芽孢桿菌有機肥能提高上等煙比例1.82%，均價提高2.51%，有利于提高下部、上部初烤煙葉鉀離子含量和內(nèi)在化學(xué)成分的協(xié)調(diào)性，并改善抽吸品質(zhì)。王麗麗等［21］在溫室內(nèi)通過盆栽試驗的方法，對受石油污染土壤單純接種枯草芽孢桿菌進行修復(fù)后表明，與對照組相比，60 d后能顯著增加紅三葉地上和地下干生物量、可溶性糖和脯氨酸含量，葉片CAT、POD活性顯著升高，丙二醛含量顯著減少。金京京等［13］研究指出，枯草芽孢桿菌B1514（WP）可以促進小麥產(chǎn)量的提高。閆志宇等［9］研究發(fā)現(xiàn)，乙草胺降解枯草芽孢桿菌株L3對乙草胺污染土壤小麥地上部分較對照組增高117%，總鮮重增重56%，根長增長27%，表現(xiàn)了良好的促進作物生長發(fā)育效果。李偉等［7］等研究指出，枯草芽孢桿菌和解磷細菌能顯著提高蘋果的可溶性固形物、中心糖、可溶性糖、可滴定酸及VC含量等。韓曉陽等［6］在茶園施用枯草芽孢桿菌K2菌株后，茶葉品質(zhì)提升，茶葉產(chǎn)量提高，茶葉中氨基酸含量顯著增加，酚氨比值降低。姜海燕［22］研究指出，西瓜接種枯草芽孢桿菌，可以促進西瓜植株的生長發(fā)育，植株干、鮮質(zhì)量及葉片數(shù)均不同程度提高。劉欣等［23］采用胚根接種法和盆栽試驗，測試枯草芽孢桿菌Bs－0728對蘋果和海棠生長的促進作用及在蘋果根際定殖能力，結(jié)果表明胚根接種 Bs－0728，胚根生長較對照分別提高了 12.9% ～112.0%；盆栽后Bs－0728發(fā)酵液灌根，對海棠生長促進作用顯著優(yōu)于浸種處理。汪軍等人［24］通過添加含枯草芽孢桿菌BLG010復(fù)合微生物肥料盆栽試驗表明，BLG010微生物菌肥能顯著提高香蕉生物量，促進株高、莖圍、地下部和地上部鮮重提高?？追怖龋?5］利用轉(zhuǎn)入枯草芽孢桿菌植酸酶基因的不同煙草株系，通過無菌培養(yǎng)基、砂培和土培，發(fā)現(xiàn)對植酸磷的吸收和利用能力顯著高于野生型，且其生物量比野生型提高了3.6～10.7倍。

研究表明，生長物質(zhì)是調(diào)節(jié)植物生長、發(fā)育和分化的主要因子，其中，ZRs、GA1＋3、IAA被認為是促進植物生長的因子，而ABA則與植物的衰老和逆境相關(guān)，在植物體內(nèi)起到抑制生長的作用［26～29］。王帥［30］溫室下將芽孢桿菌菌株P(guān)GPR接種在已經(jīng)接種煙草花葉病毒的煙株上，發(fā)現(xiàn)芽孢桿菌能誘導(dǎo)煙草產(chǎn)生誘導(dǎo)系統(tǒng)抗性，并伴隨抗性相關(guān)基因的表達，表型上明顯促進了煙草的株高和鮮重，并顯著降低了煙株的發(fā)病程度；從枯草芽孢桿菌菌株G1發(fā)酵和分離純化提取的脂肽類化合物，在大棚和田間小區(qū)條件下，既可促進辣椒和黃瓜及油菜的生長，又能提高辣椒葉綠素的含量。李龍梅等［31］將枯草芽孢桿菌纖溶酶（BSFE）基因及其信號肽序列轉(zhuǎn)入煙草后，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因煙草營養(yǎng)器官生長速率下降、葉片數(shù)目減少、葉片狹長、葉片寬度／葉片長度值降低以及植株矮小、節(jié)間縮短等，據(jù)此推測其與外源BSFE的蛋白水解活性有關(guān)。李國婧等［32］研究指出，轉(zhuǎn)BSFE基因煙草各組織的 ZRs、GA1＋3、IAA含量均低于野生型煙草植株，而ABA含量卻高于野生型煙草植株，表明轉(zhuǎn)BSFE基因煙草有利于煙草的生長發(fā)育，內(nèi)源生長物質(zhì)的變化參與了這一過程的調(diào)節(jié)。

2.2 對作物主要土傳病害的影響

國內(nèi)外開展應(yīng)用生防菌防治植物病害已有多年，植物根圍促生細菌能夠防治各種真菌、細菌和病毒病害，其機制主要是通過與病原菌競爭營養(yǎng)和空間位點、產(chǎn)生抗生素抑制病原物的發(fā)展和誘導(dǎo)植物產(chǎn)生抗病性。同時，也能夠通過產(chǎn)生一些植物激素或促進植物在土壤中吸收更多的礦物質(zhì)、氮或鉀而促進植物的生長。

研究發(fā)現(xiàn)，枯草芽孢桿菌具有抑菌譜廣、生長快、抗逆性強、使用方便等優(yōu)點，目前已經(jīng)成為較為理想的生防細菌。在控制植物病害上，其重要機制是分泌拮抗物質(zhì)，對多種病原菌產(chǎn)生很強的抑制作用。

在真菌防治上，樊勝南等［12］用枯草芽孢桿菌TR21（WP）灌根處理香蕉，對香蕉枯萎病有較好的防效。陳立華等［33］連作蘆蒿扦插苗施用含有枯草芽孢桿菌D9的生物有機肥，防病率達97.1%，能夠顯著降低蘆蒿扦插苗的莖內(nèi)和扦插苗根際土壤中尖孢鐮刀菌數(shù)量。此外，陸小平等［34］采集并分離自廣西發(fā)病香蕉園土壤和香蕉組織表面及內(nèi)生的細菌，篩選對尖孢鐮刀菌古巴?；?號生理小種（Fusarium oxysprum f.sp.cubense race 4，F(xiàn)OC4）有拮抗作用的細菌菌株，盆栽試驗發(fā)現(xiàn)其對香蕉枯萎病菌有較好的抑制和防治作用。汪軍等［24］發(fā)現(xiàn)采用含枯草芽孢桿菌 BLG010的復(fù)合微生物肥料盆栽，明顯降低香蕉枯萎病發(fā)病率。

在真菌性病害生防研究上，金京京等［13］用枯草芽孢桿菌B1514（WP）防治小麥紋枯病具有很好的防效。韓騰等［15］在大田用菌株枯草芽孢桿菌Tpb55處理的煙草黑脛病病情指數(shù)（5.29）顯著低于對照（38.52）。馬冠華等［35］分離出煙草內(nèi)生細菌Itb57（枯草芽孢桿菌），經(jīng)過進一步試驗，表明其對煙草黑脛病具有很強拮抗作用，其發(fā)酵液對煙草黑脛病溫室防治效果達69.3%，田間小區(qū)防治效果達61.3%以上。王雅平等［36］通過從絲瓜根部土壤分離枯草芽抱桿菌T2G6，盆栽對小麥赤霉病防效為82.3%～89.8%，浸根處理對西瓜枯萎病苗期防效可達100%；大田小區(qū)對小麥赤霉病和西瓜枯萎病防效分別為76.4%和73.1%，且有明顯增產(chǎn)效應(yīng)，其分泌的抗菌蛋白對植物病原菌有很強的抑菌作用。姜海燕［22］研究指出，西瓜接種枯草芽孢桿菌，對西瓜枯萎病有較好的防治效果。方敦煌［37］從健康煙草根際分離到1株根際芽孢桿菌，通過平板對峙培養(yǎng)、代謝產(chǎn)物活性檢測，獲得1株抑制煙草赤星病菌活性較強的菌株，菌株含菌發(fā)酵液和代謝粗提物的離體防效分別為75.6%、76.9%和62.5%、64.7%，小區(qū)防效分別為70.3%、75.8%和60.3%、64.4%；代謝粗提物的抑菌作用試驗發(fā)現(xiàn)，菌株的代謝粗提物在一定濃度范圍能抑制赤星病菌孢子萌發(fā)、菌絲生長與產(chǎn)孢。劉欣等［23］從土壤中分離篩選了1株枯草芽孢桿菌Bs－0728，采用胚根接種法和盆栽試驗發(fā)現(xiàn)，Bs－0728菌株發(fā)酵液對蘋果再植病菌有抑制作用和控制效果，其中：3%的發(fā)酵液對6個供試病原菌株菌絲生長抑制率達到22.6%～100%，對孢子萌發(fā)抑制率為44.3%～60.8%。

在細菌防治方面，王雅平等［36］通過從絲瓜根部土壤分離到枯草芽抱桿菌T2G6，其對煙草青枯病的防效，浸根處理苗期達 100%，大田小區(qū)達到79.6%，且有明顯增產(chǎn)效應(yīng)，其分泌的抗菌蛋白對植物病原菌有很強的抑菌作用。張秀玉等［38］從枯草芽孢桿菌SH7代謝物中分離純化出一種具有淀粉酶活力相對分子質(zhì)量33.6 kD的蛋白，此分泌物對煙草青枯病菌具有一定抑制作用。易有金等［16］采用溫室盆栽試驗、內(nèi)源激素檢測及處理煙草植株內(nèi)生枯草芽孢桿菌（B－001）菌量追蹤測定等方法，通過對其作用機制和自身在煙草體內(nèi)的群體數(shù)量動態(tài)等進行研究，發(fā)現(xiàn)其菌懸浮液對煙草青枯病的防治效果達50.3%～70.3%。焦延靜等［39］研究指出，枯草芽孢桿菌對杜梨根癌病原菌質(zhì)粒有較強的抑制作用。

在病毒病的防治方面，張成省等［40］研究指出，枯草芽孢桿菌Tpb55對煙草TMV具有較好的鈍化、預(yù)防和治療效果，枯斑抑制率分別為96.2%、79.7%和65.7%。王偉偉等［41］從枯草芽孢桿菌W－QX－1的發(fā)酵液中粗提了堿性蛋白酶，初步測定了其抗TMV活性及其酶學(xué)性質(zhì)，并采用半葉法測定了其抗煙草花葉病毒TMV的活性，發(fā)現(xiàn)該酶在酶液濃度為50 mg／L時，對TMV的體外鈍化效果達到53.4%，對TMV初侵染和體內(nèi)復(fù)制增殖也具有一定的抑制能力，抑制其侵染力效果達50.4%。畢延剛等［42］通過在密閉式完全人工可控的植物工廠中，黃瓜幼苗接種枯草芽孢桿菌，能夠明顯降低枯萎病病原菌對黃瓜生長的抑制作用，但這一趨勢受作物生長基質(zhì)堆肥的顯著影響，堆肥主要通過其微生物與枯草芽孢桿菌協(xié)同抵御黃瓜病原菌，并促進根系生長。

3 展望

枯草芽孢桿菌在促進作物生長、土壤提質(zhì)和作物微環(huán)境改良、土傳病害控制及農(nóng)業(yè)耕地污染治理等方面的作用將越來越廣泛［43～47］。為深入了解其作用機理，學(xué)界可以從以下幾個方面開展進一步的探討。

（1）土壤環(huán)境對枯草芽孢桿菌作用效果發(fā)揮的影響。微生物功能的發(fā)揮受土壤環(huán)境影響較大，其中，土壤環(huán)境中的溫度與濕度是其功能彰顯的最主要的影響因子。

（2）枯草芽孢桿菌與作物、有機肥及耕作制度的協(xié)同。土壤微生物生物量、土壤酶的活性及作為植物生長必需的三大營養(yǎng)元素氮、磷、鉀的含量均是土壤肥力的指標(biāo)。微生物功能的發(fā)揮除受環(huán)境的制約外，作物種類、有機肥及耕作制度等，也是影響其功能發(fā)揮的重要因素。未來可以在協(xié)調(diào)枯草芽孢桿菌與作物、有機肥及耕作制度間的關(guān)系，發(fā)揮其在土壤改良提質(zhì)、促進作物生長等領(lǐng)域開展相關(guān)研究。

（3）枯草芽孢桿菌農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上特定功能的研究。已有研究表明［48］，枯草芽孢桿菌在土壤降害、污染治理等方面具有良好的效果，但生態(tài)區(qū)域、土壤病害類型、耕作土壤污染源等不同，可針對不同生態(tài)區(qū)域土壤病害種類及耕作土壤污染源的差異，充分利用枯草芽孢桿菌的相關(guān)功能展開研究。

（4）基于分子水平的作用機理研究。隨著分子生物學(xué)和生物信息技術(shù)的發(fā)展［49～52］，利用核心微生物組的方法，來描述和分析樣本中的枯草芽孢桿菌核心微生物組和關(guān)鍵種，揭示其與宿主健康、生長和生產(chǎn)等密切相關(guān)的類型，有助于深入認識其與宿主間的相互關(guān)系，深刻理解其對宿主的影響，更好地理解枯草芽孢桿菌微生物組在自然生態(tài)系統(tǒng)中的功能。