绿色防控技术漫谈：巨大芽孢杆菌的独特魅力

巨大芽孢杆菌，因其菌体长度达到4微米、芽孢直径1.5微米而得其名。

德国植物学家德巴里（Heinrich Anton de Bary）在1884年从土壤中分离到巨大芽孢杆菌将其命名为Bacillus megaterium，并把它形容为“巨兽（big beast）”，它的体型是枯草芽孢杆菌的2倍，大肠杆菌的100倍。后来，1926年法国人莱莫涅（Maurice Lemoigne）、1933年美国人琼斯（Stanhope Bayne-Jones）、1935年苏联人蒙金娜（P. A. Мeнкина）、1949年美国人科奈西（Georges Knaysi）、1976年英国人皮格特（Patrick JPiggot）等世界各地的科学家陆续研究了巨大芽孢杆菌的形态、结构及其生物学特性等，逐渐揭开了巨大芽孢杆菌的面纱。

电子显微镜下，放大到15000倍的在LB培养基中37℃且有氧条件下共同生长到稳定阶段的大肠杆菌（红色）和巨大芽孢杆菌（黄色），图片源自A short story about a big magic bug

巨大芽孢杆菌的几个特性给人类带来巨大的经济效益。

1. 巨大芽孢杆菌广泛存在于各种自然环境中。海水、水田和旱田的土壤中、植物、鱼、蜂蜜中，都有巨大芽孢杆菌的存在。说明它的生存能力很强，几乎不“挑食”。在简单培养基中的95种碳源中，它可以在其中的62种碳源上生长。致使它很容易培养，进而可以广泛地应用于工业生产、环境修复和土壤改良等；

2. 1960年之前，在对枯草芽孢杆菌还不是特别了解的情况下，科学家们把巨大芽孢杆菌作为模式微生物，进行了非常细致的研究。科学家们发现巨大芽孢杆菌不但菌体超大，还有多个携带着遗传物质的质粒，特别是后来被广泛应用在工业生产中的QMB1551菌株有7个质粒。这些质粒中含有许多能够编码诸如青霉素酰胺酶、维生素B12、淀粉酶、生物羧化酶、整合酶、重金属输出蛋白等等多种蛋白的基因；

3.科学家们已经通过各种基因重组优化手段，利用巨大芽孢杆菌所特有的易培养、超大质粒、携带多样化基因、不产生和外膜相关的内毒素等特性，搭建了多种基因工程载体，工业化生产各种蛋白和一些有机物；

4. 青霉素酰胺酶在工业上用于生产青霉素、头孢、头霉素和硫霉素类抗生素药物。巨大芽孢杆菌质粒DNA编码后合成的淀粉酶在面包生产中也发挥着至关重要的角色。欧西塔霉素（oxtanocin）是一种核苷类抗生素，对多种病毒有效，用于治疗乙型肝炎、疱疹、艾滋病（HIV）；

5. 聚羟基脂肪酸酯（PHA）是可生物降解的塑料替代物，1926年法国人Lemoigne在巨大芽孢杆菌的细胞中发现了聚3-羟基丁酸（PHB）积累物。这一发现为PHA的工业化生产奠定了基础；

6. 巨大芽孢杆菌还能合成多种针对植物病原真菌的化合物，有伊枯草菌素、苯乙酸及苯乙酸甲酯/乙酯、亚油酸乙酯等。其中，苯乙酸是许多杀虫剂、杀螨剂、杀菌剂和除草剂的合成中间体。这就意味着，在农业生产中，巨大芽孢杆菌既可以直接用于杀菌防病，也有可能开发出巨大芽孢杆菌作为生物载体生产合成苯乙酸的更加环保的工艺；

7. 磷，是植物需求最多的大量营养元素之一，但土壤中的磷大都是根系难以吸收的有机态或水溶性很差的无机磷。提高土壤磷的有效性一直是全世界科学家们予以破解的难题。

1935年，前苏联科学家蒙金娜（P. A. Монкина.）从土壤中分离出一株分解核酸和卵磷脂能力超强的巨大芽孢杆菌，从此开启了巨大芽孢杆菌在土壤中解磷解钾研究和应用之路。

我国研究解磷细菌起步于上世纪50年代。当时的东北农科所从东北黑土和灰化土中分离到一株解磷能力很强的巨大芽孢杆菌并制成菌肥用于东北土壤中，黑钙土上的平均增产幅度达13.5%。如今，在国内各种具有土壤改良/改善作用（特别是解磷解钾功能）的肥料和生物制剂中常有巨大芽孢杆菌的身影。

巨大芽孢杆菌解磷的机理大致有两大招，第一招是分泌磷酸酶，把有机磷分解成能够被根吸收的可水溶的磷酸根离子；第二招是分泌酸性物质酸化难溶性无机磷进而提高其被根吸收的效率。

因此，在农业上，巨大芽孢杆菌作为微生物肥料一般用于以解磷解钾和降低盐碱土壤PH值。