2024年3月10日发(作者：东方以)
22(增刊)179-184 中国生物防治 ChineseJournalofBiologicalControl 2006年10月
枯草芽孢杆菌代谢物质的研究进展及其在
植病生防中的应用
刘雪
,穆常青,蒋细良,郭萍,田云龙,朱昌雄
112111＊
(1.中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所,北京100081;2.中国农科院植物保护研究所,北京100094)
ResearchProgressoftheMetabolicSubstancesProducedbyBacillussubtillis
andTheirApplicationonBiocontrolofPlantDisease
LIUXue,MUChang-qing,JIANGXi-liang,GUOPing,TIANYun-long,ZHUChang-xiong
(InstituteofEnvironmentandSustainableDevelopmentinAgriculture,CAAS,Beijing100081,China)
提要:本文综述了国内外对枯草芽孢杆菌产生抑菌活性物质的研究和应用情况,包括代谢物
质产生的途径、活性物质的结构,及其生防效果和作用机理,以及枯草芽孢杆菌生防产品在国
内外的应用现状,并提出了其在植病生防中的研究展望。
关 键 词:枯草芽孢杆菌;抗菌物质;植病生防;应用
中图分类号:S432.4;S476 文献标识码:A 文章编号:1005-9261(2006)增刊-0179-06
枯草芽孢杆菌(Bacillussubtilis)是一种嗜热、好氧并产芽孢的G
杆状细菌,其生理特征丰
富多样,极易分离培养,能产生多种抗菌素和酶。枯草芽孢杆菌应用于植物病害生物防治的研
究已经有很多年的历史,目前在黄瓜、辣椒、水稻、小麦、玉米等农作物病害上显出较好的防治
效果。近年来,科学家们从枯草芽孢杆菌产生拮抗物质的类型、分子作用机理及田间应用等方
面开展了广泛而深入的研究,为进一步明确枯草芽孢杆菌的作用机制和作用效果提供了科学
依据。
+
1 枯草芽孢杆菌产生的抗菌物质
早在1924年,Trotman和Sutton
[1]
就对一株枯草芽孢杆菌分解纺织品纤维素的性质进行了
研究,结果发现是该菌株次生代谢产物产生的分解作用,而不是该菌株直接在起作用。自
1945年Johnson等
[2]
报道枯草芽孢杆菌产生抗菌物质后,近一个世纪来,科学家们已从枯草芽
孢杆菌代谢产物中分离纯化出多种有效抗菌物质,并明确了其中一部分物质的组成、结构和生
防作用,为枯草芽孢杆菌在植病生防领域的应用奠定了理论基础,提供了可行性依据。一般认
为,枯草芽孢杆菌产生抗菌物质的途径分为核糖体和非核糖体合成两种。
收稿日期:2006-09-21
基金项目:中日农业可持续发展基金项目
作者简介:刘雪(1981-),女,硕士研究生;＊通讯作者,博导,Email:zhucx120@。
179
中国生物防治 第22卷
1.1 核糖体合成途径产生的抗菌物质
1.1.1 细菌素 一般认为,细菌素是由细菌产生的通常只作用于与产生菌同种的其它菌株或
亲缘关系很近的种的一种小分子量蛋白类抗菌物质,大多含有一些稀有氨基酸分子结构,而且
一般是环肽。枯草芽孢杆菌能够产生细菌素Subtilin和Subtilosin,其中枯草菌素(Subtilin)是迄
今为止研究较深的细菌素之一,它的前体是56个Aa小肽,其中24个Aa为信号肽,经信号肽
酶切除和一系列修饰如Thr脱水和Ser与Cys硫酯化可以形成32个Aa的活性小肽,具有抗酸
和抗热的特性。有不少关于枯草芽孢杆菌细菌素抑制革兰氏阳性细菌和真菌的报道。Zheng
等
[3]
从枯草芽孢杆菌中分离出一种分子量为3.4kD的对食品病原细菌和Salmonella
typhimuritum有抑制作用的新细菌素,它可以作为一种抗菌物质应用于食品保鲜。Foldes
[4]
从
谷类的根际分离到一株枯草芽孢杆菌IFS-01,它对食品腐败病原菌中的霉菌、酵母、细菌都有
一定的抑制作用。
1.1.2 酶类 细菌分泌几丁质酶主要作用于真菌细胞壁的降解和重组,β-葡聚糖酶具抗真菌
作用主要是因为它能水解β(1※3)糖苷键。几丁质酶与β-1,3-葡聚糖酶常常在植物体内被同
时诱导,几丁质酶与β-1,3-葡聚糖酶同时使用具有更强的抑制真菌作用
[5～7]
。可以完全消解
病原菌细胞壁,抑制病原菌生长,达到抗菌防病的目的。
林福呈等
[8]
分离的S9菌株与立枯丝核菌(Rhizoctoniasolani)、终极腐霉(Pythiumultimum)
和西瓜枯萎病菌()对峙培养4d后,可使上述植物病原真菌的
菌丝溶解,而其对植物病原真菌的拮抗真菌绿色木霉(Trichodermaviride)等的生长没有影响。
顾真荣等
[9]
从土壤中分离产几丁质酶的G3菌株能够在自然土中对水稻纹枯病菌(Rhizoctonia
solani)菌核的形成产生抑制作用,对油菜菌核病菌和水稻纹枯病菌显出强烈的抑菌活性
[10]
,并
可用于防治番茄叶霉病
[11]
。
1.1.3 活性蛋白质类 许多枯草芽孢杆菌生长代谢过程中会分泌一些抑制植物病害的活性
蛋白,生防作用显著。BS-98菌株能强烈抑制苹果轮纹病菌(Physalosporapiricola)等植物病原
真菌。氨基酸组分分析表明,该蛋白含11种不同的氨基酸,尤其富含谷氨酸和半胱氨酸等。
纯化后的蛋白组分对苹果轮纹病菌、芦笋茎枯病菌等有很强的抑制作用,其抑菌机理主要是溶
解细胞壁,造成菌丝畸形、孢子不发芽或发芽异常
。
还有一些未知蛋白在抑制植物病原菌方面也表现出强烈的作用。SO113菌株对水稻白叶
枯病菌()有强烈的抑菌作用,对中国各稻区的白叶枯病菌的7种
致病型都有强烈的抑杀作用,它分泌的蛋白对水稻白叶枯病菌表现出良好的广谱抗性以及丰
富的抗菌活性峰
[13]
;B-916菌株能分泌多种抑菌蛋白,对水稻纹枯病菌和水稻恶苗病菌有较
强的抑制作用
[14]
;BS2LX04菌株对桑炭疽病病原菌的菌丝生长和分生孢子的萌发具有较强的
拮抗作用,其产生的蛋白能使菌丝生长受阻并产生畸形
1.2 非核糖体合成途径产生的抗菌物质
[15]
[12]
。
1.2.1 脂肽类(lipopeptin) 伊枯草菌素(Iturin)是一类小分子环脂肽类物质,由7个氨基酸和
1个β-氨基脂肪酸(βAA,β-aminofattyacids)组成,其中包括伊枯草菌素A、B、C、D、E和芽孢菌素
(bacillomycin)D、F、L等
[16]
,其中以IturinA抗真菌的活性最强。表面活性素(Surfactin)最初由
Arima等
[17]
鉴定和命名,它的化学结构为一个C
13～15
-3-羟基-脂肪酸。通过β-羟基和羧基与7
肽(Glx-Leu-D-Leu-Val-Asp(Asn)-D-Leu-Leu(IleorVal))末端基团形成内脂
[18]
,被称为标准表面
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2024年3月10日发(作者：东方以)
22(增刊)179-184 中国生物防治 ChineseJournalofBiologicalControl 2006年10月
枯草芽孢杆菌代谢物质的研究进展及其在
植病生防中的应用
刘雪
,穆常青,蒋细良,郭萍,田云龙,朱昌雄
112111＊
(1.中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所,北京100081;2.中国农科院植物保护研究所,北京100094)
ResearchProgressoftheMetabolicSubstancesProducedbyBacillussubtillis
andTheirApplicationonBiocontrolofPlantDisease
LIUXue,MUChang-qing,JIANGXi-liang,GUOPing,TIANYun-long,ZHUChang-xiong
(InstituteofEnvironmentandSustainableDevelopmentinAgriculture,CAAS,Beijing100081,China)
提要:本文综述了国内外对枯草芽孢杆菌产生抑菌活性物质的研究和应用情况,包括代谢物
质产生的途径、活性物质的结构,及其生防效果和作用机理,以及枯草芽孢杆菌生防产品在国
内外的应用现状,并提出了其在植病生防中的研究展望。
关 键 词:枯草芽孢杆菌;抗菌物质;植病生防;应用
中图分类号:S432.4;S476 文献标识码:A 文章编号:1005-9261(2006)增刊-0179-06
枯草芽孢杆菌(Bacillussubtilis)是一种嗜热、好氧并产芽孢的G
杆状细菌,其生理特征丰
富多样,极易分离培养,能产生多种抗菌素和酶。枯草芽孢杆菌应用于植物病害生物防治的研
究已经有很多年的历史,目前在黄瓜、辣椒、水稻、小麦、玉米等农作物病害上显出较好的防治
效果。近年来,科学家们从枯草芽孢杆菌产生拮抗物质的类型、分子作用机理及田间应用等方
面开展了广泛而深入的研究,为进一步明确枯草芽孢杆菌的作用机制和作用效果提供了科学
依据。
+
1 枯草芽孢杆菌产生的抗菌物质
早在1924年,Trotman和Sutton
[1]
就对一株枯草芽孢杆菌分解纺织品纤维素的性质进行了
研究,结果发现是该菌株次生代谢产物产生的分解作用,而不是该菌株直接在起作用。自
1945年Johnson等
[2]
报道枯草芽孢杆菌产生抗菌物质后,近一个世纪来,科学家们已从枯草芽
孢杆菌代谢产物中分离纯化出多种有效抗菌物质,并明确了其中一部分物质的组成、结构和生
防作用,为枯草芽孢杆菌在植病生防领域的应用奠定了理论基础,提供了可行性依据。一般认
为,枯草芽孢杆菌产生抗菌物质的途径分为核糖体和非核糖体合成两种。
收稿日期:2006-09-21
基金项目:中日农业可持续发展基金项目
作者简介:刘雪(1981-),女,硕士研究生;＊通讯作者,博导,Email:zhucx120@。
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中国生物防治 第22卷
1.1 核糖体合成途径产生的抗菌物质
1.1.1 细菌素 一般认为,细菌素是由细菌产生的通常只作用于与产生菌同种的其它菌株或
亲缘关系很近的种的一种小分子量蛋白类抗菌物质,大多含有一些稀有氨基酸分子结构,而且
一般是环肽。枯草芽孢杆菌能够产生细菌素Subtilin和Subtilosin,其中枯草菌素(Subtilin)是迄
今为止研究较深的细菌素之一,它的前体是56个Aa小肽,其中24个Aa为信号肽,经信号肽
酶切除和一系列修饰如Thr脱水和Ser与Cys硫酯化可以形成32个Aa的活性小肽,具有抗酸
和抗热的特性。有不少关于枯草芽孢杆菌细菌素抑制革兰氏阳性细菌和真菌的报道。Zheng
等
[3]
从枯草芽孢杆菌中分离出一种分子量为3.4kD的对食品病原细菌和Salmonella
typhimuritum有抑制作用的新细菌素,它可以作为一种抗菌物质应用于食品保鲜。Foldes
[4]
从
谷类的根际分离到一株枯草芽孢杆菌IFS-01,它对食品腐败病原菌中的霉菌、酵母、细菌都有
一定的抑制作用。
1.1.2 酶类 细菌分泌几丁质酶主要作用于真菌细胞壁的降解和重组,β-葡聚糖酶具抗真菌
作用主要是因为它能水解β(1※3)糖苷键。几丁质酶与β-1,3-葡聚糖酶常常在植物体内被同
时诱导,几丁质酶与β-1,3-葡聚糖酶同时使用具有更强的抑制真菌作用
[5～7]
。可以完全消解
病原菌细胞壁,抑制病原菌生长,达到抗菌防病的目的。
林福呈等
[8]
分离的S9菌株与立枯丝核菌(Rhizoctoniasolani)、终极腐霉(Pythiumultimum)
和西瓜枯萎病菌()对峙培养4d后,可使上述植物病原真菌的
菌丝溶解,而其对植物病原真菌的拮抗真菌绿色木霉(Trichodermaviride)等的生长没有影响。
顾真荣等
[9]
从土壤中分离产几丁质酶的G3菌株能够在自然土中对水稻纹枯病菌(Rhizoctonia
solani)菌核的形成产生抑制作用,对油菜菌核病菌和水稻纹枯病菌显出强烈的抑菌活性
[10]
,并
可用于防治番茄叶霉病
[11]
。
1.1.3 活性蛋白质类 许多枯草芽孢杆菌生长代谢过程中会分泌一些抑制植物病害的活性
蛋白,生防作用显著。BS-98菌株能强烈抑制苹果轮纹病菌(Physalosporapiricola)等植物病原
真菌。氨基酸组分分析表明,该蛋白含11种不同的氨基酸,尤其富含谷氨酸和半胱氨酸等。
纯化后的蛋白组分对苹果轮纹病菌、芦笋茎枯病菌等有很强的抑制作用,其抑菌机理主要是溶
解细胞壁,造成菌丝畸形、孢子不发芽或发芽异常
。
还有一些未知蛋白在抑制植物病原菌方面也表现出强烈的作用。SO113菌株对水稻白叶
枯病菌()有强烈的抑菌作用,对中国各稻区的白叶枯病菌的7种
致病型都有强烈的抑杀作用,它分泌的蛋白对水稻白叶枯病菌表现出良好的广谱抗性以及丰
富的抗菌活性峰
[13]
;B-916菌株能分泌多种抑菌蛋白,对水稻纹枯病菌和水稻恶苗病菌有较
强的抑制作用
[14]
;BS2LX04菌株对桑炭疽病病原菌的菌丝生长和分生孢子的萌发具有较强的
拮抗作用,其产生的蛋白能使菌丝生长受阻并产生畸形
1.2 非核糖体合成途径产生的抗菌物质
[15]
[12]
。
1.2.1 脂肽类(lipopeptin) 伊枯草菌素(Iturin)是一类小分子环脂肽类物质,由7个氨基酸和
1个β-氨基脂肪酸(βAA,β-aminofattyacids)组成,其中包括伊枯草菌素A、B、C、D、E和芽孢菌素
(bacillomycin)D、F、L等
[16]
,其中以IturinA抗真菌的活性最强。表面活性素(Surfactin)最初由
Arima等
[17]
鉴定和命名,它的化学结构为一个C
13～15
-3-羟基-脂肪酸。通过β-羟基和羧基与7
肽(Glx-Leu-D-Leu-Val-Asp(Asn)-D-Leu-Leu(IleorVal))末端基团形成内脂
[18]
,被称为标准表面
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