枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis），是芽孢杆菌属的一种，CAS号68038-70-0。由于其具有控制真菌和细菌的作用，广泛应用于农药杀菌剂，水产养殖以及动物饲料生产中。目前市面销售的有机草莓，多采用枯草芽孢杆菌作为草莓灰霉病生物类杀菌剂。 

何为枯草芽孢杆菌？

       枯草芽孢杆菌是一类广泛分布于各种不同生活环境中的革兰氏阳性杆状好养型细菌，可以产生内生芽孢，耐热抗逆性强，在土壤和植物的表面普遍存在，同时还是植物体内常见的一种内生菌，对人畜无毒无害，不污染环境。由于枯草芽孢杆菌生长速度快、营养需求简单，易于存活、定殖与繁殖，无致病性，并可以分泌多种酶和抗生素，常用作生物类型杀菌剂。

       枯草芽孢杆菌大小为（0.7～0.8）×（2～3）μm [内生芽孢大小为（0.6～0.9）×（1.0～1.5）μm]，具有单层细胞外膜，有鞭毛，能运动，无荚膜，广泛存在于腐败的有机物和土壤中，容易在枯草浸汁中繁殖，所以命名为枯草芽孢杆菌。枯草芽孢杆菌可以分泌纤维素酶、蛋白酶、淀粉酶等多种酶类，能够利用淀粉、蛋白质及多种糖类；还能够产生多种抗生素类物质，抑制其他有害细菌的生长。

       枯草芽孢杆菌能够抵抗80℃高温，在极端环境下，能够诱导产生可逆性较强、能耐受高温及高压等不良环境的内生芽孢，因此枯草芽孢杆菌（在配合饲料中主要利用其内生芽孢）在饲料加工的蒸汽调质和制粒过程中不易被破坏，可以用于加工为各种常见农药和饲料剂型，适合运输，不会失活。在颗粒饲料和粉料中都比较稳定，储藏时间长。

       枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）和解淀粉芽孢杆菌（Bacillus amyloliquefaciens）同属于芽孢杆菌属的两个种，两种菌作用相似且难以鉴别。市面上有许多销售的枯草芽孢杆菌实际为解淀粉芽孢杆菌。

       枯草芽孢杆菌在农业生产上的作用机理大致归纳为：第一，菌体生长过程中产生的枯草菌素、多粘菌素、制霉菌素、短杆菌肽等活性物质，对致病菌或内源性感染的条件致病菌有明显抑制作用；或者迅速消耗游离氧，造成低氧环境，促进有益厌氧菌生长，间接抑制其它致病菌生长。第二，刺激植株产生抗病因子，提高植株免疫力。第三，通过自身合成α-淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、纤维素酶等酶类，与其它植株体内酶协同发挥作用。同时，通过自身合成B₁、B₂、B₆、烟酸等多种B族维生素，促进植物生长发育。

       现报道的从作物的根际土壤、根表、植株及叶片上分离筛选出的枯草芽孢杆菌菌株对不同作物的众多真菌和细菌病害具有拮抗作用。如粮食作物中的水稻纹枯病、稻瘟病，小麦纹枯病，豆类根腐病等；蔬菜病害中的番茄叶病、枯萎病，黄瓜 枯萎病菌、霜霉病，茄子灰霉病和白粉病，辣椒疫病等。枯草芽孢杆菌还可以控制采后水果的多种病害，如苹果霉心病，柑橘青霉病，油桃褐腐病，草莓灰霉病和白粉病，香蕉枯萎病、冠腐病、炭疽病，苹果及梨青霉病、黑斑病、溃疡病，金花梨果腐病等。此外，枯草芽孢杆菌对杨树溃疡病、腐烂病、树黑斑病及炭疽病，茶轮斑病，烟草炭疽病、黑胫病、赤星病菌、根腐病，棉花立枯病、枯萎病等也有较好的防治作用。

       枯草芽孢杆菌对水产养殖中的弧菌、大肠杆菌和杆状病毒等有害微生物有很强的抑制作用，能分泌大量几丁质酶，分解养殖池中的有毒有害物质，净化水质，同时能分解池中的残饵、粪便、有机物等，具有很强的清理水中垃圾小颗粒的作用。枯草芽孢杆菌也被广泛应用在饲料中，它具有较强的蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶活性，能促进饲料中营养素的降解，使水产动物对饲料的吸收利用更加充分。

       枯草芽孢杆菌可以减少对虾病害发生，可以大大提高对虾产量，从而提高经济效益，生物环保，刺激水产动物免疫器官的发育，增强机体免疫力；减少对虾病害发生，明显提高对虾产量，从而提高经济效益，净化水质，无污染，无残留。

       枯草芽孢杆菌具有抗逆能力强、易于繁殖，代谢产物丰富，抗菌谱广，对人畜高度安全等特点，加之收获后果品贮藏条件的可控性，用于果品生物防腐（病原性腐烂）具有特殊优势。1986年，Charles L. Wilson、P. Lawrence Pusey和李富新等用B. subtilis B-3菌株制剂处理桃、李和杏等多种成熟后的新鲜水果，有效地控制了由褐腐病致病菌Monilinia fructicola引起的腐烂病，其效果与市面上的优良杀菌剂效果相似。

       枯草芽孢杆菌抗生体制剂有效地控制由链格孢霉、地霉属、指状青霉等致病菌引起的柑桔果腐病，防效在60%以上。枯草芽孢杆菌可湿性粉剂2,000倍液对锦橙储藏具有良好的保鲜效果。

       同时，枯草芽孢杆菌还能利用在鲜切花保鲜领域。

       枯草芽孢杆菌在养殖业作用机理主要包括：① 调节消化道微生态平衡；② 提高畜禽消化能力；③ 提高畜禽免疫力；④ 产生维生素等营养素。

       大量研究表明，仔猪日粮中添加枯草芽孢杆菌制剂后可明显提高断奶仔猪的生长性能，增重明显提高，腹泻发生率得到降低，产生免疫应答时间缩短，抗体水平也提高（陈旭东等，2005；朱五文等，2007；兰青，2008；张灵启等，2008；黄雪泉，2010）。王振华（ 2008）报道，泌乳母牛饲喂枯草芽孢杆菌后可明显提高其产奶量，且饲喂的活菌剂量不同，提高幅度也不同；且在提高产奶量的同时，乳蛋白含量也有相应的提高。

       潘康成等（2005）研究表明，在肉鸡的基础日粮中添加0.1%枯草芽孢杆菌制剂后，净增重、日增重均有显著提高；采食量和饲料转化率也有明显提高；鸡肉品质及氨基酸组成则有明显改善。另外，枯草芽孢杆菌还有防治骨质疏松、促进凝血、抗皮肤感染等作用。

       由于枯草芽孢杆菌有很强的生物同化作用，可应用于清除畜禽养殖场的粪便恶臭，其代谢产物对蚊蝇的生长繁殖也有抑制作用。采用圈舍喷洒、加入发酵床垫料等途径，可以有效地改善饲养环境。

枯草芽孢杆菌作用机理

       近年来，国内外研究者学者在枯草芽孢杆菌对植物病菌的作用机制方面进行了大量研究，认为作用机制和方式是多样的，概括起来主要有竞争作用、拮抗作用、溶菌作用、诱导植物抗病性和促进植物生长等。

       （1）竞争作用：主要包括营养竞争和位点竞争。营养和空间位点的竞争是指存在于同一微小生物环境中的两个或两个以上微生物之间争夺这一环境内的空间、营养、氧气等的现象。

       （2）拮抗作用：主要指2种或2种以上的微生物共同生长时，一种微生物在同化作用中产生某种或某几种特异的次生代谢产物，改变其微环境，从而抑制甚至杀死另一种微生物的现象。

       （3）溶菌作用：枯草芽孢杆菌通过吸附在病原真菌的菌丝上，并随着菌丝生长而生长，产生溶菌物质消解菌丝体，使菌丝发生断裂、解体、细胞质消解，有的菌丝原生质凝结；或者是次生代谢产物对病原菌孢子的细胞壁产生溶解作用，致使细胞壁产生穿孔、畸形等现象。

       （4）诱导抗性：枯草芽孢杆菌不但能直接抑制植物病原菌，而且能通过诱发植物自身的抗病潜能从而增强植物的抗病性。

       （5）促进植物生长：生防枯草芽孢杆菌能促进植物根系及植株生长，增强植物的抗病性，从而间接地减少病害发生。

国内登记情况

       由于枯草芽孢杆菌在畜牧兽药和农药均有登记，本文仅是讨论国内的枯草芽孢杆菌的农药登记。

       截止2021年2月3日，国内共有枯草芽孢杆菌相关农药登记84个。其中母药登记10条，均为枯草芽孢杆菌主要的生产企业：

       相关单剂登记有66个，主要剂型为可湿性粉剂（WP）与可分散油悬浮剂（OD）。其中可湿性粉剂为最主要剂型，国内共有59个登记，常见为100亿孢子/克、200亿孢子/克、1000亿孢子/克。由于其独特的保存特征，固体剂型WP是其最主要的保存方式，以内生芽孢的形式存在。

       另外，国内也有2个可分散油悬浮和1个悬浮剂相关剂型。

专利情况

       截至2021年2月8日，国内目前申请的枯草芽孢杆菌相关专利6,933件，已授权的发明专利2,634件，实用新型66件，以及外观设计5件。

       2020年共申请47件相关专利，2020年共有17件授权专利。

       其专利主要集中在枯草芽孢杆菌株培养，以及在土壤处理、农业、畜牧业等的应用为主。枯草芽孢杆菌发酵工艺的相关专利申请共213个。可见枯草芽孢杆菌虽然是生物农药中的小众产品，其仍然具有着广阔可开发空间。

枯草芽孢杆菌的国际市场

       由于枯草芽孢杆菌并不只是作为农药使用，故其国际贸易统计仅作为参考，其作为兽药及土壤处理添加剂，并不能完全统计。

       据不完全统计，全球从2020年5月至2020年1月，共进口1,840万美元以上的枯草芽孢杆菌相关制剂。主要贸易剂型为微囊粒剂和可湿性粉剂。

       全球最主要的枯草芽孢杆菌生产国是中国、印度以及美国，其中170万美元出口自中国，274万美元出口自美国，以及107万美元出口自印度。另外，还有以墨西哥、新加坡、越南等国作为中转国的相关贸易，其原产地均为美国，中国以及印度三国。

       全球枯草芽孢杆菌的最大的进口国是越南，其次俄罗斯、秘鲁、美国、瑞士等国也是枯草芽孢杆菌主要的进口国。

发酵工艺

       枯草芽孢杆菌发酵分为：固体发酵、液体发酵、固液混合发酵3种工艺。

       固态发酵是一种培养基呈固态、培养基中没有或几乎没有自由流动水、利用自然底物作为碳源和能源或利用惰性底物作为支持物的发酵过程。但是工艺生产周期长；但是营养物质量浓度存在梯度，发酵不均匀，菌体的生长、对营养物的吸收和代谢产物的分泌存在不均匀，故目前不作为主要的工业生产方式。

       液态发酵是釆用现代发酵技术，将目标微生物菌种接种到生物反应器中进行通风的深层液体培养，其一般工艺流程为：菌种接种培养—种子罐培养—发酵罐发酵培养—收集培养液后处理。由于发酵的基质为液态，发酵时菌体、底物及产物可达到一个均质的状态，这对发酵过程中的检测和控制都是十分有利的；随着科研人员对生物反应器的不断改进，发酵过程中的无菌环境得以保证，使得产品质量稳定性很高；此外，液态发酵易扩大生产规模，生产过程中液体输送方便，易于机械化操作，适合工业化生产的发酵工艺。

       液固两相发酵是指，首先通过液体发酵快速生产大量高活力的菌丝体作为种子，再将其通过密闭管道，由压力釜接种到固体发酵罐中进行固体发酵，使其产生最接近自然接种体形态的孢子。

总结

       尽管枯草芽孢杆菌在应用过程中还存在一些问题，但枯草芽孢杆菌杀菌剂具有对人畜相对安全、环境兼容性好、不易产生抗药性等优点，因而更符合现代社会对农业生产及有害生物综合防治的要求，而且枯草芽孢杆菌抗菌物质的分离纯化及抗菌作用的分子机制、拮抗基因的克隆及其表达调控等研究也已经积累了丰富的研究资料，具有重要的理论意义和指导生产价值。

       在畜牧养殖业方面，枯草芽孢杆菌具有市场潜力，枯草芽孢杆菌能够增强畜禽免疫机能和抗氧化性能，提高畜禽的生产性能，但是由于其价格较贵，目前还主要应用于仔猪配合饲料等高附加值饲料产品。未来的研究重点应该放在进一步优化生产工艺，降低枯草芽孢杆菌类产品的成本，将其推广到畜禽配合饲料中；以及将枯草芽孢杆菌与其他功能性饲料添加剂（如啤酒酵母菌、菊糖和丝兰提取物等）进行合理搭配，充分发挥其增强畜禽免疫功能和抗氧化性能，提高畜禽生产性能的功效。

       在植物保护方面，枯草芽孢杆菌制剂可以与化学农药复配，实现优势互补、用量减少、防效增强的目的；并可与其它拮抗菌混合使用，实现多种抗生菌功能互补、多种病害兼防、作用持久的协同防治的效果。这两方面均有很广的发展潜力。