随着抗生素、化肥、农药过度使用，造成药物残留、环境污染等问题，对人类健康产生影响[1]。目前，益生菌、有机酸、酶制剂等生物制剂成为研究热点，益生菌的替抗效果较为理想[2]。芽孢杆菌属（Bacillus spp.）是常见的益生菌，因在自然界广泛分布、生物学特性良好被大量研究，且广泛应用于农业、医学、食品等领域[3]。贝莱斯芽孢杆菌（Bacillus velezensis）因从Ve´lez河中分离得到而得名[4]，贝莱斯芽孢杆菌作为芽孢杆菌属的一个新种，具有抗逆性强、产酶丰富、抑菌谱广、抑菌活性高、便于生产和储存等特点。目前，对该菌的研究主要集中在病害防控、抑菌活性物质、抑菌基因簇鉴定及拮抗作用机制等该方面[5]。研究表明，贝莱斯芽孢杆菌在食品、动物饲料、纺织、造纸、农业废弃物处理等领域具有潜在的应用价值[6]。因此，文章从B. velezensis的形态学、理化特征、抗逆性和产酶能力等生物学特性以及在农业方面的应用进行综述，为B. velezensis作用机理的研究提供参考。1B. velezensis生物学特性1.1形态学和理化特征Ruiz-Garca等[4]研究发现，B. velezensis为革兰氏阳性、杆状、聚合呈短链或念珠状排列，芽孢为椭圆形，在非膨大的孢子囊中位于近中心或近末端位置。在TSA培养基上，可得到乳白色的粗糙菌落、边缘略有不规则；在TSB培养液时该菌液表面有薄膜形成，液体内浑浊均匀、未结块。B. velezensis利用乳糖、麦芽糖、蔗糖等多种糖类产酸，可水解血液、淀粉、明胶和酪蛋白，能够在高达12% NaCl、15~45 ℃、pH值5~10的环境中生长。而从鳜鱼肠道中分离的B. velezensis GY65不能在pH值 5.7、7% NaCl环境中存活，V-P试验阴性，不具有溶血活性，在LB琼脂培养基上单菌落呈乳白色菌落[7]。从森林土壤中分离的B. velezensis于LB琼脂培养基上单菌落呈淡黄色，可厌氧生长，不产生H2S[8]。从棉田土样中分离的B. velezensis 3A3-15可产生H2S和IAA[9]。藏羊瘤胃中筛选的B. velezensis BV1-ql于纤维素刚果红培养基上单菌落呈淡粉色，且在V-P、葡萄糖氧化发酵试验显示该菌是发酵型[10]。因此，由于地区及来源不同，B. velezensis形态和理化特征略有不同。1.2抗逆性B. velezensis具有耐高温、耐盐、耐胆盐、耐酸能力，且能通过产生内生孢子增强其抗逆性。孙承文等[11]从鱼虾塘水体中分离的B. velezensis ZHX17、ZHX18、ZHX31分别在pH值3.0液体培养基中培养2 h后存活率均大于90%，同时分别在温度90 ℃水浴15 min后存活率均大于60%。Marta等[12]从盐碱土壤中分离的B.velezensis XT1能够在NaCl浓度0%~12%(w/v)、温度15~40℃、pH值5~10的环境内生长。Pereira等[13]报道，B. velezensis FTC01在pH值2.0、3.0、胆盐浓度1.5%的环境中存活后，鉴定到σB因子等12个在酸性环境中上调的基因；且B. velezensis FTC01中发现胆盐水解酶、过氧化氢酶等有助于其抵抗不利条件。1.3产酶能力B. velezensis能够分泌蛋白酶、几丁质酶、脂肪酶等各类消化酶；还能够产生有效降解纤维素和半纤维素的酶，包括纤维素酶、木聚糖酶、左旋糖苷酶、磷酸半乳糖苷酶、蔗糖磷酸水解酶和磷酸葡萄糖苷酶等[14]；而且可产生降解饲料中复杂碳水化合物的酶，如植酸酶、果胶酶、糖苷水解酶等[15]。B. velezensis存在编码纤维素、木质素、淀粉等各类酶的相关基因，具有工业产酶的潜力[16]。Guo等[17]研究发现，B. velezensis CICC 24777通过产生L-阿拉伯糖异构酶催化D-半乳糖和D-塔格糖的生物转化，具有催化L-阿拉伯糖和L-核酮糖之间异构化的能力，在工业上能够用作生物合成L-核糖等[18]。董科等[19]筛选得到的B. velezensis B61菌株能够高产豆豉纤溶酶，该酶作为新型纤溶酶具有半衰期长、纤溶活性高等特点。B. velezensis产酶丰富，不同分离菌株在产酶能力上略有差异，产生的各类酶在动物饲料、纸浆/造纸工业、食品、废物管理等方面均具有研究价值及应用潜力。1.4次生代谢产物B. velezensis FZB42被报道为第一个进行基因组测序的革兰氏阳性生防菌[20]。该菌株含有巨型基因簇，可通过巨型酶（非核糖体肽合成酶和聚酮合成酶）产生一系列具有生物活性的次生代谢物。B. velezensis FZB42中的srf、bmy、fen、itu、DHB基因参与合成环状脂肽分子，如surfactin、bacillomycin-D、fengycin、iturin、bacillibactin；mln、bae、dfn基因指导抗菌多肽的合成，如macrolactin、bacillaene、difficidin的合成；bac基因对抗菌二肽杆菌溶素（bacilysin）的合成和输出具有调节作用。其中大约10%的基因组致力于脂肽和聚酮类化合物、铁载体和细菌素的合成[21]，各类代谢物对多种微生物都有抑制活性。脂肽一般是革兰氏阳性芽孢杆菌通过非核糖体途径产生的代谢产物，Cao等[22]报道B.velezensis Y6、F7产生的三种脂肽（LP）化合物（surfactin、iturin、fengycin）对尖孢镰刀菌、青枯菌的活性具有显著抑制能力，同时在此过程中ituC、fenD、srfAA等LP基因的表达显著上调。Bacillomycin-D能够引起禾谷镰刀菌菌丝和分生孢子质膜和细胞壁的形态变化[23]。聚酮类化合物是由植物、微生物等产生的一大类天然产物，结构多样对多种植物病原菌具有拮抗活性，增强植物抵抗性[23-24]。Wu等[25]等在B. velezensis FZB42研究发现，Difficidin、Bacilysin是对水稻黄单胞菌、水稻细菌性条斑病菌抑制最有效的抗菌物质。Wu等[26]证明，bacilysin能够引起藻类细胞壁和细胞器膜的明显变化，导致细胞溶解，对铜绿微囊藻杀灭率为98.78%，从而减轻藻华带来的有害影响。铁载体bacillibactin通过剥夺生物体必需的铁离子来抑制植物病原细菌和真菌生长，也可通过铁载体-铁复合体进入细胞质被还原为亚铁（Fe2+）离子促进微生物的生长[27]。细菌素是由核糖体合成，具有广谱抑菌活性的蛋白质类抑菌物质。细菌素plantazolicin具有杀线虫活性[28]，Amylocyclicin是环状细菌素的代表，二者对革兰氏阳性菌有抑制作用，而对革兰氏阴性菌无抑制作用[29]。挥发性有机化合物是通常由植物和微生物产生亲脂化合物，具有抗菌活性，能够促进植物生长和诱导系统抗性[30]，其中乙酸乙酯和2,3-丁二醇通过抑制菌丝生长和孢子萌发来抑制30%~40%尖孢镰刀菌活性[31]。B. velezensis SQR9[32]产生的挥发性有机化合物还降低番茄根系的移动性、生物膜形成和定植能力。B.velezensis通过分泌多糖、纤维蛋白和脂蛋白等物质形成生物被膜，增强自身稳定性、黏附性、抑菌活性等，能够促进植物生长、抑制病原菌的繁殖，同时降低动植物病害的严重性。通过对B. velezensis FZB42与FZB42突变体的比较发现，生物被膜在B. velezensis在番茄根际定植发挥重要作用[33-35]。而据报道B. velezensis FZB42含有多个生物膜形成基因，且能够提高其在植物根系表面的定植效率[36]。B. velezensis次生代谢产物及基因簇见表1。10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2022.09.031.T001表1B. velezensis次生代谢产物及基因簇代谢物基因基因簇功能文献来源Nonribosomal synthesis of lipopeptides (LP)SurfactinsrfABCDAntifungal, Antibacterial, Colonization, ISRCao等[22]iturinituCAntifungalCao等[22]fengycinfenABCDEAntifungalCao等[22]Bacillomycin-DbmyCBADAntifungalGu等[23]BacillibactindhbABCDEFNutrient uptakeChen等[36]Nonribosomal synthesis of polyketides (PK)DifficidindfnAYXBCDEFGHIJKLMAntibacterialWu等[25]BacillaenebaeBCDE、acpK、baeGHIJLMNRSAntibacterialChen等[35]MacrolactinmlnABCDEFGHIAntibacterialChen等[35]Nonribosomal synthesis of dipeptide antibioticsBacilysinbacABCDE、ywfGAntibacterial, CyanobacteriaWu等[26]Ribosomal synthesis of bacteriocinsPlantazolicinpznFKGHIAJC DBELAntibacterial, NematodesChen等[35]AmylocyclicinacnBACDEFAntibacterialScholz等[29]Synthesis of VOCsAcetoin,2,3-butandiolalsSD、bdhAAntibacterial， AntifungalLi等[31]1.5抑菌性B. velezensis对水产动物病原菌具有明显的拮抗作用，如哈维氏弧菌、绿脓杆菌[37]、维氏气单胞菌[38]等；同时对植物病原真菌[39]具有较强的抑菌活性，如黑曲霉、黄曲霉等；还对畜禽常见病原菌[40]具有较大的抑制能力，如单核细胞增生李斯特菌、产气荚膜梭菌等。B. velezensis抑菌性见表2。B. velezensis的高抑菌活性和广抑菌谱，主要由其自身特性及代谢活性产物决定。沙月霞等[41]研究发现，B. velezensis E69的发酵液、无菌上清液对立枯丝核菌、镰孢菌、番茄灰霉病菌等11种植物病原菌均存在显著拮抗作用。徐红梅[42]发现，B. velezensis产生的代谢产物环状脂肽类抗菌物质surfactin能抑制鳗弧菌、哈维氏弧菌、灿烂弧菌等9种多重耐药海洋病原弧菌。Chen等[43]筛选到的B. velezensis LHSB1对齐整小核菌、黑曲霉、棉色二孢等7种花生病原菌有明显的拮抗活性，经鉴定bacillomycin A、surfactin A、fengycin A可导致齐整小核菌菌丝的异常，并引起膜完整性受损，显著抑制了菌丝生长、菌核形成和萌发。李姝江等[44]研究B. velezensis ZJ20在不同条件培养下对暗孢节菱孢菌的抑菌活性存在不同。因此，不同B. velezensis产生的抗菌物质和抑菌效果不同，即使同一菌株，发酵条件不同所产生的抗菌物质和抑菌效果也存在差异。10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2022.09.031.T002表2B. velezensis抑菌性菌株抑菌文献来源B. velezensis UBL1哈维氏弧菌、溶藻弧菌、迟缓爱德华氏菌、绿脓杆菌、嗜水气单胞菌Prihanto等[37]B. velezensis C-11、S-22、L-17、S-14维氏气单胞菌、豚鼠气单胞菌、杀鲑气单胞菌、豪氏变形杆菌、猪霍乱沙门菌Zhang等[38]B. velezensis FZ06鼠伤寒沙门氏菌、金黄色葡萄球菌、蜡样芽孢杆菌、黑曲霉、黄曲霉、寄生曲霉和串珠镰刀菌李方舟[39]B. velezensis CPB 020、35大肠杆菌、产气荚膜梭菌、单核细胞增生李斯特菌、肠炎沙门氏菌Ramlucken等[40]1.6抗生素敏感性抗生素的广泛使用被认为是耐药性发展和传播的主要原因[45]。B. velezensis对绝大多数常用抗生素表现为敏感，所含抗性基因较少[46]。虽然B. velezensis LF01[47]菌株注释到bacA（杆菌肽耐药基因）、fosB（磷霉素耐药基因）、lmrB（林克霉素耐药基因）等部分耐药基因，但是这些耐药相关基因存在于其基因组上，因其无可移动遗传元件，耐药基因不易扩散和传播。B.velezensis LF01菌株对多种药物均敏感仅对杆菌肽耐药，可能由于这些耐药基因不是关键的耐药基因，对菌株耐药表型的影响有限。B. velezensis C11、S-22、L-17和S-14[38]对氨苄西林、哌拉西林、头孢氨苄等大多数常用抗生素敏感，其中仅B. velezensis C-11和S-22对多黏菌素B耐药。研究表明，不同B.velezensis的耐药性略有差异，但总体耐药性较低，在应用过程中传播抗性基因风险较低，有助于降低药物残留以及避免病原菌耐药性的产生。2B. velezensis在农业中的应用现状B. velezensis具有丰富的胞外酶活性，是工业应用中各类酶的潜在来源。陈龙等[48]研究表明，B. velezensis157产生的内切纤维素酶有较高的耐受性与较强的活力稳定性，在饲料添加剂、造纸等领域具有良好的应用前景。Li等[49]从B. velezensis TCCC 111904中分离到的新型漆酶能在大肠杆菌中进行异源表达，且表现出较高的热稳定性、pH值稳定性、NaCl的耐受性、大多数金属离子对其活性无明显的抑制作用，对偶氮、蒽醌、三苯甲烷染料的脱色也表现出较高的效率，在废水处理方面具有潜在的应用前景。吴明峻等[50]筛选得到一株高蛋白酶活性、低产生物胺的B. velezensis，通过构建豆豉低生物胺发酵模型，得到安全优质的产品，在食品发酵工业中应用前景广阔。B. velezensis在农作物的生物防治方面广泛应用，主要通过以下机制发挥生防作用：脂肽等抗菌代谢产物对病原菌的直接拮抗作用；代谢产物能诱导植物的系统抗性（Induced systemic resistance，ISR）对其进行保护；通过产生促进生长的激素、提供养分来促进植物生长；通过竞争营养和生态位点定植，以此调控区系微生物结构[35]。B.velezensis HN-2产生的bacillomycin D对胶孢炭疽菌菌丝及孢子的细胞壁和细胞膜造成损伤，能够显著降低植物炭疽病的发病率和严重程度，其生防效果优于化学杀菌剂咪鲜胺、代森锰锌[51]。B. velezensis BBC023、BBC047产生的surfactin能够影响其生物膜的形成及定植，并使之具有诱导ISR的活性，降低了灰霉菌对番茄种植的危害[52]，同时也检测其分泌的吲哚乙酸、2,3-丁二醇可以促进番茄的生长[53]。生防机理是多样而复杂的，微生物菌株的生防效果是菌株与其他条件相互作用产生的复杂结果。通过比较分析B. velezensis FZB42[54]、HAB-2[55]、LM2303[35]的基因组分别鉴定出有多个参与抗菌代谢产物生物合成、铁载体、大量与其定植、促生、ISR相关的基因簇及相应的代谢产物，表明B.velezensis在生物防治方面有巨大的潜力。B. velezensis作为益生菌在水产及畜禽养殖中有良好的益生作用，可用作抗生素替代物。胡娟[56]筛选分离得到的B. velezensisT23通过分泌消化酶、抑制维氏气单胞菌的生长、调控肠道菌群等，对斑马鱼有较好的促生长、改善肝肠健康和增强先天性免疫的功能。Li等[57]研究发现，从西藏牦牛中分离的B. velezensis BV-7喂养小鼠试验，结果表明，B. velezensis通过减少有害细菌的数量，提高益生菌的浓度，改善了小鼠的微生物群落结构。Ye等[58]明确饲喂B. velezensis能改善海兰褐蛋鸡的生产性能、蛋品质，提高饲料转化率和免疫力。B. velezensis不仅能够控制水产养殖相关病害，改善水质；同时也可调整畜禽肠道菌群，提高饲料转化率，促进生长，增强免疫力。3结论B. velezensis具有较好的生物学特性、高效、无毒副作用可作为抗生素等的替代品，在农业上有一定的应用潜力。不同来源的B. velezensis生物学功能不同，作用效果也有差异，需要对其特性进行具体研究。同时可应用多组学联合技术对B. velezensis抑菌等方面的作用机理深入研究，为开发一系列B. velezensis的生物制剂提供有效的参考。