多粘類芽孢桿菌(Paenibacillus polymyxa；P.polymyxa)在分類學上的地位是：厚壁菌門，芽孢桿菌科，類芽孢桿菌屬（Paenibacillus）。類芽孢桿菌屬的細菌在自然界中分布較廣，它們是一類生理特性多樣的桿狀細菌，也是土壤與植物微生態的優勢種群之一。
基本介紹
- 中文學名：多粘類芽孢桿菌
- 拉丁學名： Paenibacillus polymyxa
- 門：厚壁菌門
- 科：芽孢桿菌科
- 屬：類芽孢桿菌屬
- 編號 ： 050502025
- 生防菌名稱 ： 多粘類芽孢桿菌
細菌介紹,生理特性,生理特徵,代謝活性物質,套用,作為微生物肥料,作為生物農藥,生防機制,拮抗作用,競爭作用,誘導植物抗性,促進植物生長,生防特點,
細菌介紹
生防菌類別 ： 細菌
防治對象 ： 棉花黃萎、黑根腐、炭疽病、赤霉病；玉米全蝕病；水稻白葉枯病；花生青枯病；馬鈴薯軟腐病；黃瓜角斑；青椒瘡痂
生理特性
生理特徵
多粘類芽孢桿菌屬於類芽孢桿菌屬，是一種產芽孢的革蘭氏陽性細菌，好氧或兼性厭氧生活。其細胞呈直桿狀，大小為(0.5～2.5μm)×(1.2～10 μm)，G+C含量為40%～50%；其菌落特徵多呈淺黃或白色的粘稠狀，表面濕潤光滑；可利用周生鞭毛運動，膨大孢子囊中產生橢圓型芽孢；最適生長pH為7.0，最適溫度為28～35℃；分解葡萄糖和其他糖類，能產酸，有時產氣，在營養瓊脂上無可溶性色素。
代謝活性物質
1)肽類 多粘類芽孢桿菌產生的肽類可拮抗細菌和真菌。拮抗細菌的細菌的抗生素包括多粘菌素(Polymyxin)、粘菌素(Colistin)、環桿菌素；拮抗真菌的抗生素為喬利肽菌素(Jolipeptin)、多肽菌素(Polypeptins)、谷纈菌素(Gatavalin)、殺鐮孢菌素(Fusaricidins)。多粘菌素是由多粘類芽孢桿菌產生的鹼性脂肽類抗生素，由多種胺基酸和脂肪酸組成，它能夠與細胞壁脂多糖、脂蛋白的磷酸基結合，使細胞膜通透性增加，細胞漿成份外滲，導致細菌死亡。谷纈菌素對革蘭氏陽性細菌和分支桿菌、酵母、黑麴黴、蘋果青黴、鏈孢霉等真菌有抑制活性。
2)蛋白質 多粘類芽孢桿菌的抗菌蛋白主要為水解酶類包括多糖水解酶和蛋白水解酶。姚烏蘭等發現多粘類芽孢桿菌WYll0產生的抗茵蛋白能降解革蘭氏陽性細菌細胞壁葡聚糖的β-1，3或β-l，4-葡聚糖酶類似物。
3)多糖 中藥百部的組織中的植物內生多粘類芽孢桿菌EJS．3能產胞外多糖，其代謝產物天然果聚糖，可以用作食品增稠劑、免疫激活劑等。除此之外，多粘類芽孢桿菌還能產核苷酸類、吡嗪類、酚類化合物、植物激素等。
套用
P.polymyxa 在農業中的套用主要體現在兩個方面：一是作為微生物肥料促進植物的生長和增產；二是作為生物農藥防治植物多種病害。
作為微生物肥料
微生物肥料是含有一種或數種有益活體微生物的製品，通過微生物的代謝過程 或代謝產物，達到增加植物養分供應和促進植物生長的目的。在農業生產中化肥一 直是人們的首選，然而長期施用化肥會破壞土壤結構，使土壤酸鹼化、板結，造成 土壤肥力下降，農產品品質降低，還會污染環境。而微生物肥料具有活化土壤養分、 改善作物品質、提高作物產量、生產成本低、效果好、不污染環境等優點，在農業 可持續發展中占有重要地位。 如前所述，P.polymyxa 能分泌植物激素，能生物固氮，能溶磷、解鉀，還能促進 植物光合作用。當其作為微生物肥料施用給植物時，能迅速在植物根際、內部定植 並形成“生物膜”，促進植物對營養物質的吸收。有研究報到，對種植的小扁豆施用 P.polymyxa，將它與未施用進行對照，發現植株的不管是分支數、重量、千粒豆重量 還是豆子的乾重、蛋白質和磷的含量都有顯著的提高。在小扁豆種植過程中同時施用 rhizobium（根瘤菌）、P.polymyxa 和 15kg 氮肥，通過檢測，小扁豆的種子產量、 豆子含磷量、氮肥重複利用均達到最高值，分別為 1911.45kg/ha、1.06%以及 66.86kg/ha。何飈等發明了一種有機食品、綠色食品的理想微生物肥料 (CNl255471)，其主要成分就是 P.polymyxa CGMCC0395.1。美國的 Burnham 也將 P.polymyxa 作為主要成分的生物肥料申請了專利(US6841515)。
作為生物農藥
生物農藥是指直接利用生物活體（細菌，真菌，昆蟲病毒、天敵等）或其產生的生物活性物質針對農業有害生物進行抑制或殺滅的製劑。P.polymyxa 就是其中重要的一員，其通過拮抗作用、空間位點競爭和誘導抗病性來抑制和殺滅植物病害。 P.polymyxa 的一個菌株常常可以抑制或殺滅多種植物病原菌，它所能防治引起植物病害的病原菌分布於細菌門 6 個屬、真菌門 24 個屬、卵菌門 2 個屬。此外研究發現 P.polymyxa 還對番茄中寄生的根結線蟲有很好的抑制效果。 目前國內外有很多關於 P.polymyxa 能防治多種細菌性病害（桑樹細菌性枯萎病、 菸草青枯病、茄科作物的青枯病、白菜軟腐病、芋頭軟腐病、黃瓜角斑病等）和真菌性病害（菸草赤星病、茄科和葫蘆科的枯萎病、稻瘟病、番茄灰霉病等）的報導。 徐玲等用實驗證明 P.polymyxa HY96-2 對番茄青枯病病原菌 Nb-1 有很好的拮抗作用，防治番茄青枯病最好的施用方法是用其生防製劑浸根。 李靜等分離得到一株 P.polymyxa CX-PA，該菌能進入白菜體內定植，並對菜心炭疽病及霜霉病有顯著的抑制效果。
生防機制
植物根際促生細菌（PGPR）指的是一群附生於植物根系，可增強植物對礦物質營養的吸收及利用，可以促進植物生長和抑制它種有害微生物的根際細菌。多粘類芽孢桿菌作為 PGPR 重要的一員，在促進植物生長及防治植物病害方面都有顯著的效果，其作用機制比較多樣，主要有四個方面。
拮抗作用
拮抗作用是指一類微生物抑制或殺死它類微生物的作用。如前面所述，多粘類芽孢桿菌能產生多種抗菌物質，這些抗菌物質種類不同，抗菌機制也各不同。有的抗菌物質（抗菌肽等）能夠溶解細菌細胞膜或真菌細胞壁，造成原生質泄漏，使細胞畸形或菌絲斷裂；有的抗菌物質（抗菌蛋白等）能抑制病原菌的孢子萌發和管芽伸長；有的抗菌物質（表面活性素等）則作用於病原菌染色體 DNA，影響 DNA 的複製、轉錄與表達，導致蛋白質的合成受阻，妨礙病原菌繁殖。某些菌株還能同時產生多種結構類似的抗菌物質，他們有協同增效的作用。
競爭作用
競爭作用是指拮抗菌與病原菌在水分、氧氣、營養物質及空間上競爭，拮抗菌迅速生長、繁殖，排除同一生境中的某些病原菌。競爭作用主要是營養及空間位點的競爭。營養競爭是指對土壤中氮、磷、鐵等營養元素的競爭。其中生防細菌抑制植物病原微生物的一個重要手段就是鐵載體對鐵的競爭。某些拮抗菌能產生可以和鐵結合的小分子物質，即鐵載體（嗜鐵素），它與 Fe3+形成鰲合物，且結合能力很強。鐵載體從土壤環境中奪走 Fe3+，導致環境中的鐵濃度降低，病原菌自己本身不能產鐵載體或產生很少，又不能利用拮抗菌產生的鐵載體，其生長繁殖因缺鐵而受阻，生防細菌可以通過這種方式抑制植物病害的發生。
在植物病害防治中，與營養競爭相比，空間位點競爭占主導地位。空間位點競爭就是微生物在植物的體內、體表、根際、根系土壤中快速定植和繁殖，形成一層“生物膜”，並且在植物根部細胞內維管束外的空間積累。當病原菌入侵時，因拮抗菌搶先占據植物的有利空間位點，干擾和阻止了病原菌在植物上的定植與侵染，有效的抑菌控病。羅遠嬋等在研究 P.polymyxa HY96-2 菌株的防治機制時發現，在番茄根際和植株內該菌能很好地定植，將青枯病菌和它同時灌根接種番茄，它能在 21 天內就迅速地阻止青枯病菌侵入番茄植株。Timmusk 將 P.polymyxa B1 用綠色螢光蛋白(GFP)標記之後接種植物擬南芥，發現 Bl 能快速在擬南芥根部的一些區域定植並形成“生物膜”，阻止病原菌從相同位點入侵。
誘導植物抗性
誘導植物抗性（ISR）是指生物或非生物物質促使植物形成物理或化學屏障，從而幫助植物抵抗生物類（病原細菌、真菌、病毒和線蟲等）侵害和非生物（重金屬、乾旱、鹽分等）脅迫。前者其實是植物本身對病原菌就存在潛在防禦機制，而 PGPR菌株或病原菌可以誘發這種防禦機制。植物可介導 PGPR 產生水楊酸、脂多糖等物質來防治病害，PGPR 並未直接抑制或殺死病原菌。Timmusk 等研究發現用P.polymyxa B2 接種擬南芥可增強其對軟腐病的抗性，隨後利用 RNA 差異展示技術和 RTPCR 分析了擬南芥的基因表達水平，證明 P.polymyxa B2 可誘導擬南芥中水楊酸途徑相關抗病基因和茉莉酸/乙烯途徑的相關抗病基因的表達。童蘊慧等發現P.polymyxa Y2-11-1 和 W3 的菌懸液及其濾液能增強番茄植株內多種酶的活性，使番茄對灰霉病產生抗性。Lee B 等發現 P.polymyxa E681 產生的揮發性有機物（十三烷、2,3-丁二醇等)能誘導一系列相關抗病基因(ChiB、PRI 及 YSP2)的表達來使宿主獲得系統抗性，從而抵禦植物葉斑病。
促進植物生長
已有研究表明 P.polymyxa 對植物的促生作用主要通過下面三種方法：一是P.polymyxa 通過產生長素、分裂素等植物激素來促進植物生長；二是 P.polymyxa 通過生物固氮為植物提供氮源，將 P、K 複合物降解為植物可吸收利用的營養物質，促進植物的生長和增產；三是 P.polymyxa 通過增強植物的光合作用來促進植物生長。張高峽等從農作物根際分離的某些多粘類芽孢桿菌在有氧或厭氧條件下能夠合成固氮酶進行生物固氮。顧小平等從毛竹根圍分離的 P.polymyxa 具有較高的固氮活性。目前對微生物溶解磷的作用機理研究比較深入，對溶解鉀的研究還停留在對菌株溶解鉀能力的測定上。土壤中的磷元素因為易與鈣、鎂、鋁、鐵結合形成磷酸不溶複合物（磷酸鈣、磷酸銨鎂、磷酸鋁及磷酸鐵）不能被植物吸收而流失，PGPR 菌株可以將這些複合體溶解並轉化為有機磷，提供給植物，不僅能提高土壤中礦物磷的利用效率，還能提高作物產量。有研究者從辣椒根際篩選出一種P.polymyxa SC2，通過實驗證明該菌株除了具有廣譜抗菌作用外，還具有較好的溶磷、解鉀能力。有學者研究了在不同土壤肥力條件下 P.polymyxa BcP2 對玉米生長的影響，結果表明該菌種在貧瘠的土壤能使玉米對氮、磷、鉀的吸收作用增強。P.polymyxa 還能提高植物的光合作用。史應武等研究了內生 P.polymyxa S-7 對甜菜產量及葉片光合參數的影響，結果顯示，該菌能影響甜菜光合參數，顯著增強甜菜的光合作用，提高甜菜的品質和產量。
生防特點
多粘類芽孢桿菌(Paenibacillus polymyxa)對植物黃萎病、鷹嘴豆枯萎病、油菜腐爛病、黑松根腐病等多種植物病害均具有一定的控制作用。美國環境保護署(EPA)已將其列為可商業上套用的微生物種類之一。無論是採用HY96-2（P. polymyxa）發酵液，還是由HY96-2製成的細粒劑(KDLD)，在溫室內和田間都取得了穩定的防治效果，並且KDLD細粒劑在田間表現的效果更為突出。在試驗過程中，特別注意了生防菌株發酵液的使用。新鮮的發酵液在防治試驗中表現出穩定的防治效果，而放置一段時間的發酵液，防治效果會出現較大差異，不同批次的試驗效果不穩定。我們認為，放置一段時間的發酵液的活菌含量、活力及代謝產物都會發生變化，這種變化會對防治試驗產生較大的影響。因此，使用新鮮的發酵液或製成穩定的製劑開展田間防治試驗，是我們開展菌株篩選和套用研究必須注意的一個關鍵問題。
