枯草芽孢杆菌的介绍-第二版本
枯草芽孢杆菌的发现与特征
枯草芽孢杆菌的发现与特征枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）是一种广泛存在于自然环境中的革兰氏阳性细菌。
本文将介绍枯草芽孢杆菌的发现历史，其特征和在各个领域的应用。
枯草芽孢杆菌的发现可以追溯到19世纪。
最早的研究者是德国科学家Christian Gottfried Ehrenberg，他于1835年首次观察到了这种细菌，其形态较小而具有一定的运动能力。
随后，枯草芽孢杆菌的研究更加深入，许多科学家发现了其在土壤、水、空气和植物表面等环境中的存在。
枯草芽孢杆菌具有多种独特的特征。
首先，它的细胞形态为短而粗壮的杆状。
其次，枯草芽孢杆菌是嗜热菌，适应高温环境，能够在50-60摄氏度温度下存活和繁殖。
此外，该菌属于芽孢杆菌属中的一个重要代表，具有形成耐热芽孢的能力。
这些芽孢可以在不利条件下生存较长时间，即使在高温、干燥、辐射或化学物质暴露等恶劣环境下，也能存活下来，待环境适宜时重新发芽成细菌。
这一特性使得枯草芽孢杆菌成为许多研究领域的热门对象。
枯草芽孢杆菌在许多领域具有广泛的应用价值。
首先，它被广泛用于制备生物农药。
枯草芽孢杆菌产生的一种名为“枯草芽孢杆菌杀虫素”的蛋白质毒素，能够对多种害虫起到杀灭作用，而对人体和有益生物相对安全。
其次，枯草芽孢杆菌也是一种重要的产酶菌株。
它能产生多种酶，如蛋白酶、纤维素酶和淀粉酶等，可广泛应用于生物工程和食品行业等。
此外，该菌的芽孢结构被用于生物材料制备，如芽孢壳膜可用于微胶囊制备和基因工程载体。
最后，枯草芽孢杆菌的遗传和代谢途径研究为生物技术领域的基础研究提供了重要的模型。
除了上述应用，枯草芽孢杆菌还在环境修复、生物防治、营养添加剂等方面具有潜力。
例如，在环境修复方面，枯草芽孢杆菌可以降解多种有机化合物，如石油烃和重金属污染物等，对环境具有重要的净化作用。
在生物防治方面，该菌对一些植物病原菌和真菌具有拮抗作用，可以作为生物农药的替代品。
此外，枯草芽孢杆菌还能够在饲料中作为饲养动物的微生物添加剂，改善动物的消化和健康。
枯草芽孢杆菌的介绍-第二版本
枯草芽孢杆菌的介绍完成者：河岸hkfced（/hkfced）完成时间：2012-3-23版本：第二版本目录第一章芽孢杆菌的简要介绍 (1)第一节芽孢杆菌种类 (1)第二节芽孢杆菌的表达系统发展简史 (2)第二章枯草芽孢杆菌的转化系统 (3)第一节：常见转化方法 (3)1 化学转化法 (3)2 电转化 (3)3 原生质体转化 (3)4 碱金属离子转化 (4)5 质粒的其它转移方式 (4)第二节：标准操作 (4)第一种方法：电转化 (4)第二种方法：Spizizen转化 (5)第三种方法：原生质体法(Takashi) (5)第四种方法：原生质体转化之二 (6)第五种转化方法：质粒混合法（BGSC推荐） (7)第三章芽孢杆菌的表达系统 (8)第一节芽孢杆菌表达系统的优点（相对于大肠杆菌） (8)第二节芽孢杆菌的缺点 (9)第三节助表达系统 (9)第四节芽孢杆菌基因表达的主要特点 (9)第四章枯草芽孢杆菌的转录翻译系统 (9)第一节：转录系统 (10)第二节：翻译系统 (11)第五章芽孢杆菌常用的宿主和载体 (12)第六章芽孢杆菌应用实例 (13)1 中国 (13)2 日本 (13)3 加拿大 (14)第七章芽孢杆菌的产品 (14)第一节核苷类产品 (14)第二节核黄素 (14)第三节微生物制剂/益生菌 (15)第四节工业酶制剂 (15)第八章结语 (15)附录一. 芽孢杆菌的相关经典文章 (16)附录二. 枯草芽孢杆菌相关数据库 (16)致谢及参考文献 (17)第一章芽孢杆菌的简要介绍芽孢杆菌作为一个属，于1872年被首次提出，至今已有一百多年。
目前人们对芽孢杆菌的研究几乎涉及到了革兰氏阳性可生孢细菌的各个领域。
尤其是在感受态、芽孢形成及其调控、遗传操作、菌种改良、生物技术等领域进行了大量的工作。
芽孢杆菌是一个泛泛的概念，而科学研究中应用最多的当属枯草芽孢杆菌，例如168菌株及其大量的衍生菌株。
枯草杆菌的研究之所以领先于其他芽孢杆菌的种，主要是由于他的转化、转导方法较完善，以及大量的衍生菌株。
枯草芽孢杆菌
枯草芽孢杆菌文档编制序号：[KKIDT-LLE0828-LLETD298-POI08]
枯草芽孢杆菌
枯草芽孢杆菌的作用特点;
1.枯草芽孢杆菌具有竞争优势：
枯草芽孢杆菌施入土壤后，和其它微生物争夺氧气和营养物质，具有竞争排它性，它在作物根部形成了优势生物种群。
通过这种方式，枯草芽孢杆菌就有效的防止了其它病菌的侵入，获取周围菌的营养，病原菌的生长受到抑制，枯草芽孢杆菌像疫苗一样起到了防病抗病的作用。
2.枯草芽孢杆菌的生物拮抗作用：
枯草芽孢杆菌生长过程中能代谢分泌细菌素（枯草菌素、多粘菌素、制霉菌素等）、脂肽类化合物、有机酸类物质等，这些代谢产物可有效抑制病原菌的生长或溶解病原菌，以致杀死病菌，高抗重茬。
枯草芽孢杆菌分泌的酶类有几丁质酶抗菌蛋白对多种植物病原菌具有强烈抑制作用。
枯草芽孢杆菌代谢分泌的脂肽类化合物可用于防治小麦白粉病、稻瘟病、赤霉病、纹枯病、炭疽病、黄瓜霜霉病、番茄青枯病、灰霉病、等植物病害。
3.枯草芽孢杆菌的杀菌溶菌作用：
枯草芽孢杆菌可在病原菌的菌丝上伴随生长，分解消耗消耗病原菌，使病菌菌丝发生断裂、解体细胞消解，这样病原菌就不能进一步侵染植株了
4.枯草芽孢杆菌可大幅促进植物生长
在枯草芽孢杆菌防病抗病的同时，它还可诱导作物产生吲哚乙酸等物质，提高作物生长刺激素的水平，从而促进作物生长繁殖。
5.枯草芽孢杆菌可诱导植物产生抗性
枯草芽孢杆菌能通过诱发植物自身抗病机制增强植物的抗病性能，具有诱导植物抗病性作用。
枯草芽孢杆菌激活植物的天然防御机制，使植物免受病原物危害减轻危害，这是枯草芽孢杆菌作为生防菌发挥生防作用的一个重要方面。
枯草芽孢杆菌 (2)
枯草芽孢杆菌
枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）是一种广泛存在于自然
环境中的细菌。
它是革兰氏阳性菌，具有自由生活和孢子
形成的能力。
枯草芽孢杆菌是一种常见的土壤细菌，常被用作生物农药
和生物肥料的制造材料。
它具有多种有益的特性，对农作
物生长具有促进作用。
枯草芽孢杆菌能产生多种有益的酶和代谢产物，如抗生素、杀菌物质和促生物活性物质等。
它可以通过排除对植物病
原微生物的抑制作用来保护农作物免受病害的侵害，并通
过提供有机营养物质来促进植物生长。
此外，枯草芽孢杆菌还具有抵抗逆境的能力，如耐受高温、酸碱等条件。
它可以在土壤中形成生物膜，保护自己和其
他微生物免受外界环境的干扰。
因此，枯草芽孢杆菌被广泛用于农业生产中，以提高农作物的产量和品质，减少对化学农药的依赖。
同时，它也被研究用于生物技术领域，如酶工程和蛋白质表达等。
枯草芽孢杆菌菌种档案
培养基---；蛋白胨10.0 g牛肉膏3.0 g氯化钠(NaCl) 5.0 g琼脂18.0 g蒸馏水1 000 mL培养温度---；28-36
PH---；7.2～7.5
功能特性--1、提高作物抗病、抗旱、抗寒能力。2、增加土壤养分、改良土壤结构、提高化肥利用率。
3、促使土壤中的有机质分解成腐殖质，刺激作物生长。4、促进作物生长，成熟，降低成本、增加产量，提高收入。5、有一定的固氮、解磷、解钾作用。
菌种档案
编号：003
名称：枯草芽孢杆菌
来源：
类别：
基本信息：
菌落形态：菌落表面粗糙不透明，污白色或微黄色，在液体培养基中生长时，常形成皱醭。需氧菌。可利用蛋白质、多种糖及淀粉，分解色氨酸形成吲哚。广泛分布在土壤及腐败的有机物中，易在枯草浸汁中繁殖，故名。
菌体形态：单个细胞0.7～0.8×2～3微米，着色均匀。无荚膜，周生鞭毛，能运动。革兰氏阳性菌，芽孢0.6～0.9×1.0～1.5微米，椭圆到柱状，位于菌体中央或稍偏，芽孢形成后菌体不膨大。
使用记录
1、
8、
2、
9、
3、
10、
5、
11、
6、
12、
菌种保藏记录
序号
保藏方法培养基源自保藏时间保管人复壮时间
异常记录
枯草芽孢杆菌
生物肥料：枯草芽 孢杆菌可提高土壤
2 肥力，促进植物生
长
3
生物农药：枯草芽
孢杆菌可作为生物
农药，减少化学农
药的使用
工业领域
生物农药：用 于生产生物农 药，防治植物 病害
饲料添加剂： 提高饲料营养 价值，促进动 物生长
生物降解：用 于降解工业废 水中的有机污 染物
生物修复：用 于土壤修复， 改善土壤质量
3
降解有机物质： 枯草芽孢杆菌能 降解有机物质， 如蛋白质、脂肪 等，提高土壤肥 力。
4
改善土壤结构： 枯草芽孢杆菌能 促进土壤团粒结 构的形成，提高 土壤的透气性和 保水性。
农业领域
生物防治：枯草芽 孢杆菌可有效防治
多种植物病害，如 1
枯萎病、根腐病等
生物修复：枯草芽 4
孢杆菌可修复受污 染的土壤和水体，
05
广泛应用于食品、 饲料、农业等领域
环境影响
01
对环境无害
02
生物降解性
03
非转基因
04
非病原体
05
非致敏原
06
非致癌物
法规政策
01
法规：《食品安全法》
03
法规：《食品生产许可 管理办法》
05
法规：《食品安全法实 施条例》02政策：《食品安全国家标 准 食品添加剂使用标准》
04
法规：《食品添加剂新 品种管理办法》
生物转化：用 于生物转化， 生产高附加值 化学品
环保领域
01
02
03
04
生物降解：枯草芽 孢杆菌可降解多种 有机污染物，如石
油、农药等
土壤修复：枯草芽 孢杆菌可改善土壤 质量，提高土壤肥
【2019年整理】枯草芽孢杆菌 (2)
革枯 兰草 染芽 色孢 杆 菌 在 纯 培 养 的 镜 下 形 态
枯 草 芽 孢 杆 菌
( )
菌落圆形或不规则形 菌落表面粗糙不透明，污白色或微黄色， • 在液体培养基中生长时，常形成皱醭 枯草芽孢杆菌菌落
菌落
（ 枯 草 芽 孢 杆 菌 在 营 养 琼 脂 平 板 上 的 菌 落 形 态 ）
枯草芽孢杆菌在动物生产中的应 用
枯草芽孢杆菌在动物的幼龄(如乳猪、仔鸡)、 老龄(如母猪、产蛋鸡)、离乳、热、冷应 激，粗饲、病后初愈及消化道疾病等时期 使用，均能取得显著效果。 大量的应用研究，试验证明：雅旺宝Ａ200 枯草芽孢杆菌具有提高动物生长性能，增 强动物免疫功能，降低饲料系数,从而提高 饲料报酬。
枯草芽孢杆菌促使动物使免疫器官发育 加快，免疫系统成熟提早，T、B淋巴细胞 数量增多，是良好的免疫激活剂，使分泌 型IgA的分泌增加，还能提高动物血清中巨 噬细胞、粒细胞等吞噬细胞的活性，激发 机体体液免疫和细胞免疫，增强动物的免 疫力和抗病力。
5、净化环境
枯草芽孢杆菌可在肠道中产生氨基氧化酶、 氨基转移酶、分解硫化物的酶，将臭源吲哚化合 物完全氧化，将硫化物氧化成无臭无毒物质，从 而降低血液及粪便中有害气体浓度，减少对外界 环境的污染。枯草邪孢杆菌能显著降低肠道有害 菌如大肠杆菌、产气荚膜梭菌、沙门氏菌的数量， 使动物排泄物、分泌物中有害菌数量减少。从而 有利于净化环境，也有利于提高动物的胴体质量。
3、改善畜禽养殖环境
枯草芽孢杆菌促进有益菌形成肠粘膜微生 物屏障，在降低肠道大肠杆菌、沙门氏菌 等有害菌数量的同时，减少了有害菌产生 的氨、生物胺、吲哚、硫化氢等有害气体， 不仅防止了这些物质对动物肠道粘膜的毒 害作用，同时降低了养殖场中有害气体含 量，改善了养殖环境。
生物农药之枯草芽孢杆菌篇
合物等，对病原菌抑制其生长或溶解其细胞壁、使细胞穿孔、畸形，最终杀死病原菌。
4、诱导作物产生抗病性、促进作物生长，增产提质。
据统计，使用枯草芽孢杆菌可有效增产5.6%～20.2%。
使用方法及注意事项 1、稻瘟病、纹枯病、稻曲病。
施药方法：水稻孕穗破口期和齐穗期各施药一次。
每亩用枯草芽孢杆菌10克均匀喷雾，喷药药间隔7-12天， 2、枯草芽孢杆菌与咪鲜胺、三环唑、井冈霉素等混用，有明显的相互增效作用。
在病害集中、急性暴发时，更能显示出混用的效果。
注意事项： 1、本品用量少，为减少浪费，兑药时应用小容器将所需用量药剂充分溶解后再倒入喷雾器中，加水至喷雾器最佳水平线进行喷雾；2、早上10点前或下午4点后施药，避免阳光直射，杀死芽孢。
尤其是4点后用药，夜间潮湿的环境更有利于芽孢萌发；3、不能与铜制剂、链霉素等杀菌剂及碱性农药混用；4、病害初期或发病前施药效果较好，施药时注意使药液均匀喷至作物各部位。
枯草芽孢杆菌在土壤中的应用1、生防机制 对植物病菌的作用机制和方式是多样的，主要包括竞争作用、抗生作用、溶菌作用和促进植物生长等几个方面。
（1）竞争作用 竞争方式：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。
枯草芽抱杆菌具有较强的竞争和定殖能力，从而抢占病原菌的侵染位点，消耗其周围养分，阻止和干扰病原生物农药之枯草芽孢杆菌篇什么是枯草芽孢杆菌 （1）革兰氏阳性杆状细菌，可产生内生芽孢，耐热抗逆性强，在土壤和植物的表面普遍存在。
（2）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。
生长速度快、营养需求简单，在植物的表面易于存活、定殖与繁殖。
（3）生产工艺简单，制剂稳定，施用方便，储存期长。
因此是一种理想的生防微生物。
枯草芽孢杆菌特点 1、绿色环保——对人畜微毒、对环境无污染、对作物安全（本剂虽属细菌活体杀菌剂，但不会侵染作物引起病害，亦不会对作物产生药害）。
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目前人们对芽孢杆菌的研究几乎涉及到了革兰氏阳性可生孢细菌的各个领域。
尤其是在感受态、芽孢形成及其调控、遗传操作、菌种改良、生物技术等领域进行了大量的工作。
芽孢杆菌是一个泛泛的概念，而科学研究中应用最多的当属枯草芽孢杆菌，例如168菌株及其大量的衍生菌株。
枯草杆菌的研究之所以领先于其他芽孢杆菌的种，主要是由于他的转化、转导方法较完善，以及大量的衍生菌株。
目前应用最多的芽孢杆菌属菌种有枯草芽孢杆菌、嗜碱芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、短芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、短小芽孢杆菌、球形芽孢杆菌、嗜热脂肪芽孢杆菌、苏云金芽孢杆菌和耐碱的芽孢杆菌以及病原菌炭疽芽孢杆菌等12种。
第一节芽孢杆菌种类目前，芽孢杆菌属很多菌株的全基因组序列已经报道，截至2011年10月（目前远不止这个数字，NCBI公布的更多），在KEGG上公布全基因组序列的芽孢杆菌属菌种有：简称菌种名称测序时间测序链接bsu Bacillus subtilis1997RefSeqbss Bacillus subtilis subsp. spizizenii W232010RefSeqbst Bacillus subtilis subsp. spizizenii TU-B-102011 RefSeqbsn Bacillus subtilis BSn52011RefSeqbha Bacillus halodurans2000RefSeqban Bacillus anthracis Ames2003RefSeqbar Bacillus anthracis Ames 05812004RefSeqbat Bacillus anthracis Sterne2004 RefSeqbah Bacillus anthracis CDC 6842009 RefSeqbai Bacillus anthracis A02482009 RefSeqbal Bacillus cereus biovar anthracis CI2010RefSeqbce Bacillus cereus ATCC 145792003RefSeqbca Bacillus cereus ATCC 109872004RefSeqbcz Bacillus cereus ZK2004RefSeqbcr Bacillus cereus AH1872008 RefSeqbcb Bacillus cereus B42642008 RefSeqbcu Bacillus cereus AH8202009 RefSeqbcg Bacillus cereus G9******* RefSeqbcq Bacillus cereus Q12009RefSeqbcx Bacillus cereus 03BB1022009 RefSeqbcy Bacillus cytotoxis NVH 391-982007RefSeqbtk Bacillus thuringiensis 97-272004RefSeqbtl Bacillus thuringiensis Al Hakam2006RefSeqbtb Bacillus thuringiensis BMB1712010RefSeqbwe Bacillus weihenstephanensis2008 RefSeqbli Bacillus licheniformis ATCC 145802004RefSeqbld Bacillus licheniformis DSM132004RefSeqbay Bacillus amyloliquefaciens FZB422007RefSeqbao Bacillus amyloliquefaciens DSM 72010RefSeqbae Bacillus atrophaeus2010 RefSeqbcl Bacillus clausii2005 RefSeqbpu Bacillus pumilus2007RefSeqbpf Bacillus pseudofirmus2010 RefSeqbmq Bacillus megaterium QM B15512010 RefSeqbmd Bacillus megaterium DSM 3192010 RefSeqbse Bacillus selenitireducens2010 RefSeqbco Bacillus cellulosilyticus2011 RefSeqbck Bacillus coagulans2011 RefSeqbag Bacillus coagulans 36D12011 RefSeq第二节芽孢杆菌的表达系统发展简史芽孢杆菌表达系统是在70年代从枯草芽孢杆菌，又称枯草杆菌（Bacillus subtilis）开始，逐步扩展至其它种的。
枯草杆菌能发展成为芽孢杆菌中的第一个基因工程表达系统是与其早期的遗传学工作密切相关的。
Spizizen于1958年发现枯草杆菌168菌株为可转化菌株以来，枯草杆菌的遗传学工作不断深入和发展。
美国俄亥俄州立大学Bacillus遗传保藏中心（BGSC，/）至1999年保藏的168菌株的遗传突变株就有890个。
它牵涉到了诸多营养要求、各种酶、芽孢形成和发芽、感受态、Sigma因子、DNA重组与修复以及正负调控等各方面基因的突变体。
70年代发明了DNA重组技术以后，特别是发现金黄色葡萄球菌的带有抗性标志的质粒可作为枯草杆菌的载体以后，克服了枯草杆菌只有隐秘性质粒的困难，枯草杆菌基因工程的工作更是加速发展。
迄今，已经在枯草杆菌及其近缘种中克隆和表达了大量的原核和真核基因，其中有的已应用于工业化生产，取得了不少成绩。
将携有外源基因载体导入宿主细菌中是细菌基因工程表达系统的必要条件。
大肠杆菌的氯化钙转化法对枯草杆菌无效，所以枯草杆菌基因工程表达系统中的宿主菌株用的最广泛的就是在DNA重组技术发明之前就可以进行感受态转化的168菌株及其突变体。
Spizizen感受态转化的基本原理：是细胞在Spizizen最低盐培养基中形成一段饥饿、易于摄取外源DNA片段的时期。
一般步骤是先将其在较为丰富的培养基中培养，然后转接到贫瘠的培养基中，使其形成感受态（一般非常短暂）。
有关感受态时期参与摄取外源DNA的几种蛋白及其摄取机制已有初步的研究。
第二章枯草芽孢杆菌的转化系统第一节：常见转化方法1 化学转化法芽孢杆菌属不能够使用大肠杆菌常用的化学转化法，枯草芽孢杆菌表达系统中应用最为广泛的的宿主菌株是在DNA重组技术发明之前就可进行感受态转化的168菌株（色氨酸缺陷型）及其突变体。
对于B. subtilis来说，自然感受态是对数生长后期在一种二元信号转导系统的调节下形成的，需要一系列相关基因的调控。
按照这些基因的功能和表达时间的先后，它们被分为早期感受态基因和晚期感受态基因。
其中早期基因主要对感受态的形成起调节作用，并进一步促进晚期感受态基因的表达。
而后者主要负责细胞对外源DNA的吸附、吸收和重组。
B. subtilis的自然感受态是在对数生长后期开始形成的。
这种生理状态的形成受到感受态信息素的调节，只有当细胞达到一定的数目（一般在对数后期）时，细胞所分泌到培养基中的感受态信息素的浓度达到一定临界值时后，感受态才能被诱导形成。
2 电转化对于绝大多数微生物来说电转化是常见的转化效率最高的一种方法，芽孢杆菌属首次使用电转化方法转化出现在1989年，目前芽孢杆菌属内最常使用的B. subtilis的转化率已经达到104- 106。
对于化学转化法，芽孢杆菌属形成感受态的时间并不好把握，另外由于其感受态的形成受到诸多基因的控制，对于一些经过诱变的工业生产株，往往不能形成感受态，所以在实际操作中，一般采用电转化将外源DNA导入宿主细胞。
由于电转化方法具有操作简单、实验结果重现性好、参数容易控制等优点，目前已被许多实验室用来进行芽孢杆菌的基因转化。
但是，电转化法的操作条件对转化效率影响很大，因此最佳条件的建立非常重要。
影响电穿孔转化率的几个主要因素包括感受态的制备方法、电击压力、感受态和DNA溶液中离子浓度、复苏液的选择和复苏时间等。
3 原生质体转化原生质体转化技术是20世纪60年代发展起来的一项重要的分子生物学技术，是将细胞通过酶解破壁，使之成为球状的原生质体，然后与DNA混合于高渗缓冲液中，在聚乙二醇（PEG）介导下，使原生质体-DNA发生相互凝聚，进行遗传转化，然后在适宜的条件下再生细胞壁，获得转化子的过程。
原生质体转化开辟了育种工作的新途径。
自1953年Weibull 首次用溶菌酶酶解分离巨大芽孢杆菌的原生质体，1979年Chang等[创立了原生质体转化技术后，它很快应用在微生物中，并得到了证实，成功地实现了酵母菌、霉菌和细菌等微生物的转化。
B. subtilis经过一定处理后能够形成原生质球，这种原生质球经聚乙二醇（PEG）处理后，能再生细胞壁而成为转化细胞，这种转化的转化频率非常高，B. subtilis原生质球转化时有80%细胞被转化。