長期以來，植物病害的防治主要以化學農藥為主，化學農藥對農業生產上防治病蟲害起了十分重要的作用，但長期不合理使用化學農藥產生了諸多問題。如化學農藥不僅對人、畜的健康造成危害，而且對土壤、水體、大氣造成嚴重污染，破壞了生態平衡；病原菌和害蟲抗藥性的不斷增強，農藥的使用量和使用頻度不斷加大，出現了用藥量與病蟲害相互遞增的惡性循環。因此開發對人類和環境友好、并具良好防治效果的新植物病蟲害防治策略尤為重要[1].

隨著人們對食品安全的日益重視和可持續控制病蟲害發展的需要，生物防治受到各國政府和植物保護專家的重視。生物防治是以生態學為基礎來控制有害生物，是綜合防治體系中一個必不可缺少的組成部分。

生物防治避免了化學農藥使用帶來的一系列植保、環境和能源方面的問題，促進了環境生態平衡和農業的可持續發展。植物微生態學理論認為[2]:存在于植物體表或體內的微生物群落是一個動態平衡的生態系，一旦平衡打破，則發生植物病害；植物病害生物防治是在被病原物占據主導的生態系中引入有益的微生物，形成不利于病原物生長而利于植物生長的新的動態平衡體系，從而控制病害發生和發展。近年來隨著分子生物學技術、發酵工程和生物信息工程等新技術的飛速發展，為生物農藥的研發應用奠定了堅實的理論基礎和可靠的技術路線。

芽孢桿菌作為重要的生防資源，具有廣闊的應用前景。利用芽孢桿菌防治植物病害，國內外報道較多[3-7].

芽孢桿菌在生長過程中可以在寄主植物根、葉圍定殖，與病原菌競爭營養和侵染位點；分泌抗菌物質、抑制病原菌生長；誘導植物產生系統抗病性、抵御病原菌入侵，從而達到生物防治的目的。同時，芽孢桿菌能夠產生耐熱、耐旱、抗紫外線和有機溶劑的芽孢，所以是理想的生防菌篩選對象。許多性狀優良的芽孢桿菌菌株已成功應用于植物病害的防治。本文就芽孢桿菌類生物殺菌劑的研發現狀、芽孢桿菌防治植物病害的機理以及在實踐應用中存在的問題進行簡要綜述。

1 芽孢桿菌類生物殺菌劑的研發現狀

芽孢桿菌 Bacillus spp.是一類好氧或兼性厭氧、革蘭氏染色陽性、產芽孢的桿狀細菌。芽孢桿菌產生的芽孢，有較強的抵抗干燥、熱和紫外線輻射等外界環境壓力的能力，同時芽孢桿菌種群中有許多具有特殊功能的菌株，所以在工業、農業、醫學和食品加工等領域中有廣泛的應用價值[8,9].由于生防芽孢桿菌具有抑制多種植物病原菌的能力，并且是自然界中廣泛存在的非致病細菌，對人畜無害，對環境友好，因此，備受國內外植物保護和環境保護專家的青睞。目前，生防芽孢桿菌廣泛應用于植物根部、枝干、葉片以及果蔬采后病害的防治上[10-13].

1.1 國外生防芽孢桿菌的應用現狀

美國已有 3 株枯草芽孢桿菌 Bacillus subtilis 和 1 株解淀粉芽孢桿菌 B. amyloliquefaciens 獲得環保局（EPA）商品化生產應用許可，進入大面積推廣應用，并取得較好的銷售業績?？莶菅挎邨U菌 GB03 商品名為 Kodiak,由 Gustafson 公司研發，主要應用于土傳真菌病害防治，特別是棉花和大豆的種子處理，在美國市場的銷售良好?？莶菅挎邨U菌 MBI600 商品名為 Subtilex,由 Microbio Ltd 公司研發，主要通過根部使用或拌種防治由鐮刀菌、曲霉菌等引起的豆類、棉花和花生的根部病害?？莶菅挎邨U菌 QST713 商品名為 Serenade,由 Agra Quest 公司開發，能同時防治由真菌和細菌引起蔬菜和水果的葉面病害。解淀粉芽孢桿菌 FZB42 和枯草芽孢桿菌 GB122 混用制成的殺菌劑商品名為 BioYield,由 Gustafson 公司研發，應用于防治蔬菜、櫻桃、葡萄、葫蘆和胡桃的白粉病、霜霉病、疫病、灰霉病等病害。德國將解淀粉芽孢桿菌 FZB42用于微生物肥料，解淀粉芽孢桿菌 CECT 5940 作為飼料添加劑。澳大利亞開發的 B. subtilis A-13 對麥類和胡蘿卜立枯病以及其他土傳病害具有很好的防治和增產作用。日本東京技術研究所的枯草芽孢桿菌 RB14和 NB22 分別對立枯絲核菌 Rhizoctonia solani、尖孢鐮刀菌 Fusarium oxysporum 和青枯菌 Pseudomonassolanacearum 引起的番茄病害有良好的防效。

1.2 國內生防芽孢桿菌的研發概況

國內科研工作者對具有生防作用的芽孢桿菌進行了廣泛的研究。我國利用枯草芽孢桿菌防治植物病害的應用研究也達到了世界先進水平，現已開發出一批生防作用優良的枯草芽孢桿菌菌株如 Bs-916、B908、B3、B903、BL03、XM16、BII、PRs5、ZH-2.江蘇省農業科學院植物保護研究所陳志誼等[14,15]篩選獲得的菌株 Bs-916 對多種病原真菌和水稻白葉枯病菌都有顯著抑制作用，自從 1991 年至今對水稻紋枯病田間防效穩定在 60%~81%,累計推廣應用面積達 800 萬 hm2.南京農業大學[16]生防菌 B3（商品名麥豐寧）對小麥紋枯病田間防效 50%~80%.云南農業大學和中國農業大學共同研制的微生物農藥"百抗"（10 億孢子/g 枯草芽孢桿菌可濕性粉劑），已獲得農業部登記注冊，累計推廣面積約 4667 hm2,主要防治水稻紋枯病、三七根腐病、煙草黑脛病。林東等[17]發現枯草芽孢桿菌 SO113 對水稻白葉枯病菌具有強烈的抑菌作用。胡劍等[18]從枯草芽孢桿菌 BS-98 中分離純化抗真菌蛋白，發現該抗菌蛋白對蘋果輪紋病、蘆筍枯萎病具有很強的抑制作用。顧真榮等[19]評估顯示枯草芽孢桿菌 G3 對菜豆和茄子苗期炭疽病、菌核病以及番茄葉霉病均具有很好的防效。不同生防菌株的抑菌譜、抑菌作用及機理等有較大差異。如從絲瓜根際土壤分離到的枯草芽孢桿菌 TG26[20],對小麥赤霉病和西瓜枯萎病有較強的抑制作用，對小麥赤霉病的盆栽防效達 89.8%,對西瓜枯萎病的苗期防效達 100%.張榮勝等[21]篩選到一株解淀粉芽孢桿菌 Lx-11 在田間防治細菌性條斑病菌上防效達 60.2%,顯著高于化學藥劑 20%葉枯唑的防效。王奕文等[22]從甜瓜表面分離到 1株解淀粉芽孢桿菌，對灰葡萄孢、鏈格孢、尖孢鐮刀菌、黑曲霉和粉紅單端孢等 8 種果蔬采后病原真菌具有廣譜的拮抗作用；陳士云等[23]從土壤中分離到 1 株解淀粉芽孢桿菌 CH22,對油菜盤核菌具有強烈的抑制作用；歐雄常等[24]
從紅樹內生細菌中分離到 1 株能夠拮抗辣椒疫霉病的解淀粉芽孢桿菌 RS261,噴施RS261 后 6 d 的防效大于 80%,9 d 的防效為 60%.

截止到 2014 年 12 月，我國芽孢桿菌類生物殺菌劑已經完成農藥登記的生防芽孢桿菌的種類有 5 種；產品共有 59 個，產品的劑型主要有水劑、可濕性粉劑和懸浮劑 3 種（表 1）。

2 芽孢桿菌防治植物病害的機理

關于芽孢桿菌的防病促生作用機制，國內外學者進行了大量研究。普遍認為芽孢桿菌生防機制主要有營養和空間位點競爭，分泌抗菌物質，溶菌作用，誘導植物抗病性等方面。芽孢桿菌生防效果體現是以上幾種方式共同作用的綜合效果。

2.1 營養與空間位點競爭作用

營養和空間位點競爭指存在于同一個微生態環境中的 2 個或 2 個以上微生物之間對空間、營養、氧氣等進行競爭的現象。營養競爭是生防芽孢桿菌在微生態環境中與其他微生物（包括病原菌）在其定殖部位爭奪可利用營養物質，這些物質包括微生物生長發育必需的氨基酸、無機鹽、碳水化合物維生素等。鐵離子是微生物在繁殖過程中必需的營養成分之一，微生物通過分泌嗜鐵素來獲取環境中的 Fe3+,通過微生物特異性受體轉運到細胞內滿足自身需要[25].缺鐵環境下，生防芽孢桿菌能產生鐵的螯合物或鐵載體，通過螯合土壤環境中 Fe3+使得病原菌可利用的 Fe3+大量減少從而抑制病原菌生長[26,27].空間位點競爭是生防芽孢桿菌在植物根際、體表或體內以及土壤中與病原微生物相互作用，尤其是病原菌侵入位點的爭奪。Bacon等[28]從玉米體內分離的內生芽孢桿菌與玉米病原真菌串珠鐮刀菌 Fusarium moniliforme Sheldon 具有相同的生態位點，生防芽孢桿菌能在玉米體內迅速定殖和繁衍，因而有效降低串珠鐮刀菌及其毒素的積累。黎起秦等[29]

發現菌株 B47 主要是在番茄維管束中定殖，從而抑制番茄內生病菌的生長。芽孢桿菌在植物根、葉圍的定殖能力決定了其與病原菌在營養與空間競爭的優勢地位，是其發揮植物病害生物防治作用的重要機制之一。2004 年 Bais 等[30]

通過綠色熒光標記枯草芽孢桿菌 6051 和紅色熒光標記病原菌丁香假單胞桿菌 P. syringae,系統研究了枯草芽孢桿菌與病原菌在植物根部的競爭作用，結果表明，枯草芽孢桿菌 6051 能很好地在植物根部定殖，形成一層生物膜，并成功地抑制丁香假單胞桿菌的繁殖，從而達到較好的生物防治效果。2013 年 Zeriouh 等[31]通過綠色熒光標記枯草芽孢桿菌 UMAF 在甜瓜葉面的定殖情況，枯草芽孢桿菌 UMAF 在葉面形成不成熟的生物膜，存活下來；待病原菌破壞了植物組織，植物葉面釋放出更多的營養物質，比如蛋白質、多糖和核酸等細胞物質，枯草芽孢桿菌利用這些物質進行繁殖和形成生物膜，保護植物的病斑組織?？莶菅挎邨U菌 UMAF 能在甜瓜葉面成功定殖，是其能有效防治由病原真菌 Podosphaera fusca 和病原細菌 Pectobacterium carotovorum 引起的甜瓜葉面病害的重要因素[32].

進一步深入研究發現，枯草芽孢桿菌 UMAF 在葉面定殖，主要歸功于其分泌的脂肽類抗生素表面活性素激活枯草芽孢桿菌 TasA 蛋白和 EPS 多糖基因的表達，從而形成了成熟的生物膜[33-35].芽孢桿菌在植物根、葉圍的成功定殖，是芽孢桿菌的一種多細胞行為，這種行為是多個基因、多種信號物質協同控制的結果[36,37].對芽孢桿菌定殖能力的進一步深入研究，有利于我們更加理解這種行為，也將為我們進一步利用芽孢桿菌防治植物病害提供理論基礎。

2.2 分泌抗菌物質

自 1945 年 Johnson 和 Campbell[38]報道枯草芽孢桿菌分泌抗菌物質以來，目前人們從芽孢桿菌的不同菌株中發現 60 多種抗生素。這類次生代謝產物除了對病原真菌、細菌、病毒有抑制作用外，對芽孢桿菌生物膜形成、誘導植株產生抗病性均有影響。這些抗菌物質是芽孢桿菌抑制其他微生物生長、維持生態競爭能力的重要武器。通常具有優良防治效果的芽孢桿菌，其基因組有4%~5%的核酸序列用于抗菌代謝產物的合成，能合成多種抗菌產物，這些抗菌代謝產物能夠抑制病原真菌和細菌的生長繁殖。

2.2.1 芽孢桿菌產生的抗生素 生防芽孢桿菌分泌產生的抗生素，根據生物合成途徑分為兩大類：1）由核糖體途徑合成的小分子物質；2）由非核糖體途徑酶系統合成的多肽類物質和其他一些活性物質。目前，非核糖體途徑合成的抗生素研究比較深入，主要包括脂肽類化合物、聚酮類化合物、多肽類化合物和其他抗菌活性物質。

脂肽類化合物的理化性質較為穩定，對氯仿等有機溶劑有一定的耐受力，抗紫外線，對蛋白酶類的處理不敏感[39].根據其結構上的差異主要分為 3 大類：表面活性素（surfactin）、伊枯草菌素（iturin）和泛革素（fengycin）。

表面活性素（surfactin）是由枯草芽孢桿菌所產生的晶狀表面活性劑，其分子量約為 1 KDa,化學結構為含有 7 個 α-氨基酸和具有 13、14 或 15 個碳原子的 β-羥基脂肪酸交聯形成內酯環狀極性分子類化合物，具有很強的溶血活性，表現出抗病毒、抗腫瘤、抗支原體、一定程度的抗細菌活性[40].其作用機理是通過與生物膜的主要成分磷脂雙層分子相互作用形成離子通道，破壞脂膜結構，使細胞內容物釋放，引起細胞死亡[41];同時 surfactin 能有效降低植物根部表面張力，有利于生防菌的游動性和生物膜的形成，生物膜能有效保護植物根部免受病原菌的入侵[42-44].該家族主要包括枯草芽孢桿菌產生的表面活性素（surfactin）、短小芽孢桿菌產生的表面活性劑（pumilacidin）、地衣芽孢桿菌產生的地衣芽孢桿菌素（lichenysin）等。