具商品化潛力之多功能-液化澱粉芽孢桿菌(上) - 農業知識入口網

在臺灣， 許多人提到生物殺菌劑中的芽孢桿菌（Bacillus spp.），常只聯想到枯草桿菌（Bacillus subtilis）單一菌種，但事實上，還有其它具有抑菌功能的芽孢桿菌屬菌株已經陸續研發並準備在臺灣上市。同樣的，許多人也認為上述芽孢桿菌屬菌株主要功能就是殺菌或抑菌，但筆者研究團隊已針對枯草桿菌與液化澱粉芽孢桿菌（Bacillus amyloliquefaciens）進行多功能的探討與研發，並已挑選具研發潛力的液化澱粉芽孢桿菌Ba-BPD1申請中國大陸、中華民國與美國的專利。

由於產生多種抗生物質，有抑菌的功能，所以可作為生物殺菌劑；有溶磷或產生植物激素吲哚乙酸（indole acetic acid,IAA）等功能，可促進作物生長，所以可作為微生物肥料；可產生多種消化酵素與抑菌物質，所以可作為動物飼料添加物。若一種微生物具有多種能力但僅應用於一種領域，此微生物的經濟效益將無法彰顯。許多菌株應用範圍都可以從植物保護用的生物農藥與微生物肥料，擴大至雞、豬等動物飼料添加物及應用於水產養殖業，將單一菌種跨領域研發與創新加值，可開闢更多發展方向。本文係針對具商品化潛力之多功能液化澱粉芽孢桿菌進行相關資訊與心得分享。

液化澱粉芽孢桿菌簡介
液化澱粉芽孢桿菌是不是枯草桿菌的一種？最近臺灣已有廠商進行液化澱粉芽孢桿菌的產品開發，但仍有不少研發人員認為液化澱粉芽孢桿菌就是枯草桿菌，事實並不然。液化澱粉芽孢桿菌，1943年由日本學者Fukomoto發現，此菌種可產生大量的α-amylase及protease。在一開始時，由於此菌種外觀及表現特徵和枯草桿菌極為相似，因此當時暫將液化澱粉芽孢桿菌列為枯草桿菌的亞種之一。

但在1967年Welker與Compbell利用DNA雜交方法發現枯草桿菌和液化澱粉芽孢桿菌之基因相似度只有14.7～15.4％之間，枯草桿菌的DNA guanine-plus-cytosine成分（G+C％）是41.5～43.5％，而液化澱粉芽孢桿菌的G+C％是43.5～44.9％，由此可以判斷枯草桿菌和液化澱粉芽孢桿菌是為不同的品種。除了分子基因上可證明枯草桿菌和液化澱粉芽孢桿菌不同，另外在其它如枯草桿菌和液化澱粉芽孢桿菌所產生的α-amylase特性上也有相當大的差異。1986年，在Bergey’s Manual of Systematic Bacteriology書中，將液化澱粉芽孢桿菌分類為一獨立菌株，Priest在1987年正式發表期刊，至此液化澱粉芽孢桿菌才真正被定義出來。目前利用API （analytical profile index）簡易鑑定套組與gyr B基因定序也可將液化澱粉芽孢桿菌、枯草桿菌、地衣芽孢桿菌（Bacillus licheniformis）及短小芽孢桿菌（Bacillus pumilus）等四株表現型接近的菌種鑑別出來。

吳文希教授（已從臺灣大學退休）曾從臺灣分離篩選到2株液化澱粉芽孢桿菌，編號分別為B128與B190。吳教授主要從百合植株上分離700株微生物，再與百合灰黴病菌進行對峙及共同培養，最後篩選出對灰黴病菌具有明顯拮抗能力之拮抗菌株。研究結果顯示，B190菌株與23種植物病原菌進行對峙及共同培養，可顯著性地（p=0.05）抑制其中16種病原菌，尤其值得注意的是能特別有效抑制百合灰黴病菌。筆者在農業藥物毒物試驗所（以下簡稱藥毒所）的研究團隊也從臺灣本土篩選到液化澱粉芽孢桿菌 Ba-BPD1，深具開發潛力，經委託亞太智財科技服務有限公司詳細進行專利蒐尋和布局之後，已申請美國、中國大陸與中華民國專利中。有下列多項功能：具有伊枯草菌素（iturin）與表面活性素（surfactin）等抗生物質的高產率能力，具有抑制多種細菌生長的效果，具有抑制多種真菌生長的效果，具有多種酵素活性（圖1）。筆者的研究團隊已與國內不同領域廠商洽談技術移轉，以下分別以生物農藥、微生物肥料、益生菌飼料添加物與未來展望，分述如下。

液化澱粉芽孢桿菌的生物農藥功能
本土液化澱粉芽孢桿菌Ba-BPD1是由藥毒所自臺中梨山的土壤篩選出來，並且進一步培養、鑑定及保存與開發。Ba-BPD1菌株具有高產率並同時產生抗生物質伊枯草菌素（iturin）、表面活性素（surfactin）與豐原素（fengycin）的能力，用以抑制真菌或細菌生長。在真菌方面， 可抑制百合灰黴病菌（Botrytis elliptica）、玫瑰灰黴病菌（Botrytis cinerea）、檬果炭疽病菌（Glomerella cingulata）、香蕉炭疽病菌（Colletotrichum musae）、甜柿炭疽病菌（Colletotrichum gloeosporioides）、水稻立枯絲核菌（Rhizoctonia solani）、豌豆鐮胞菌（Fusarium oxysporum f.sp.pisi）、番茄鐮胞菌（Fusarium oxysporum f.sp.lycopersici）、蘭花鐮胞菌（Fusarium solani）、荔枝鐮胞菌（Fusarium solani）、百合白絹病菌（Sclerotium rolfsii Saccardo）、蘋果褐斑病菌（Alternaria mali）、甜椒疫菌（Phytophthora capsici）、洋蔥黑麴菌（Aspergillus niger）、柑桔青黴菌（Penicillium italicum）、蓮霧果腐菌（Pestalotiopsis eugeniae）及檬果蒂腐菌（Botryodiplodia theobromae）等（圖2）。在細菌方面，可抑制細菌性軟腐桿菌（Erwinia chrysanthemi及Erwinia carotovora subsp. carotovora）、瓜類細菌性斑點菌（Acidovorax avenae subsp. citrulli）、癌腫菌（Agrobacterium tumefaciens）、石竹科花卉細菌性萎凋菌（Burholderia caryophylli）、茭白細菌性基腐菌（Enterobactor cloaceae）、楊桃細菌性斑點菌（Pseudomonas syringae）、青枯病菌（Ralstonia solanacearum）、柑桔潰瘍菌（Xanthomonas axonopodis pv.cirti）、茄科植物細菌性斑點菌（Xanthomonas axonopodis pv. vesicatoria）、十字花科黑腐菌（Xanthomonas campestris pv.compestris）、水稻白葉枯菌（Xanthomonas oryzae pv. oryzae）等。

筆者研究團隊已進行草莓灰黴病的田間防治評估，Ba-BPD1菌液於苗栗大湖鄉草莓田間每周施用1次，持續施用4次之後，對於草莓灰黴病有一定的防治效果，至少降低罹病率36％。另於南投國姓鄉草莓田間試驗結果顯示， Ba-BPD1對草莓果腐病的預防效果也很顯著；水稻紋枯病初步田間防治結果顯示施用Ba-BPD1菌液共8次後，相較於對照組，罹病度降低約30～40％，具有5％顯著差異；蝴蝶蘭黃葉病（Fusarium solani）之溫室盆栽防治試驗顯示，經過10周施藥，可明顯降低黃葉病的罹病率約達58％，尤其對蝴蝶蘭具有內生的能力，不需持續補充菌源，菌體仍可存在於植株內。藥毒所已與臺灣肥料股份有限公司完成3年期的產學合作計畫，為了與市面類似產品有差異化的區隔，除了孢子數提升外，亦提升主要抗生物質伊枯草菌素（iturin）的含量，達到治療與預防的雙效功能。目前臺灣肥料股份有限公司已有意願洽談相關技術移轉，預期技轉後2年內可完成治療與預防的雙效功能之微生物殺菌劑成品，與市售只注重孢子數或預防功能的一般商品有所區隔。 （待續）

文圖/謝奉家 農業藥物毒物試驗所 (63卷04期)