1、侧孢短芽孢杆菌的形态学特征
侧孢短芽孢杆菌是一种杆状的、产内生孢子的兼性厌氧细菌，能够产生其特有的独木舟状伴孢体（CSPB），紧紧地依附于芽孢一侧，从而使其芽孢侧生，用甲苯胺蓝或结晶紫染料可使其着色。侧孢短芽孢杆菌细胞大小约为 （0.5～0.8）μm×（2.5～5.0）μm，生长温度范围15～45℃，适宜pH值范围6～9。一直以来，侧孢短芽孢杆菌特殊的形态学特征引起了众多科研人员的关注。在20世纪中期，Hannay利用光学和电子显微镜观察到了固定的、芽孢内嵌式的细胞和芽孢，并得出了如下结论：伴孢体形成于芽孢形成之前，并在芽孢形成之后一直附着于芽孢的一侧，它是芽孢的一部分。对于伴孢体的功能，人们提出了各种假设，伴孢体可能有助于芽孢萌发，它们或是附属的壁，又或是芽孢壁的变形等。然而，到目前为止还不能确定其特殊功能。1958年Fitz-James等发明了一种从芽孢原生质体中分离独木舟状芽孢体的方法，并分析了这种结构的化学组成。除了独木舟状的伴孢体，1990年Montaldi等在芽孢囊内还发现了有棱角的球状伴孢体和有交叉平行带条纹的伴孢体。这些结构的功能还不清楚，但之后人们发现侧孢短芽孢杆菌不同形状和大小的伴孢体与杀双翅目昆虫活性有关。
2、侧孢短芽孢杆菌的生物学活性
侧孢短芽孢杆菌是既能抗菌杀虫又有医用价值的微生物资源。早期研究主要集中在杀虫活性上，国外研究较多，已有生物杀虫剂成品上市。近年来，人们越来越关注关于侧孢短芽孢杆菌能够产生抗菌活性物质的特性。
侧孢短芽孢杆菌具有多种生物活性，且表现出广谱抗菌活性，尤其是对细菌和真菌。近期的全基因组测序结果表明，侧孢短芽孢杆菌还具有产生聚酮化合物、非核糖体肽和毒素等物质的潜力。它还能够产生氨基肽酶抑制剂、戊二酰基7-ACA酰基转移酶、凝血酶抑制剂、赖氨酸等活性物质，显示了良好的应用前景。此外，侧孢短芽孢杆菌也是哺乳动物和鸟类的益生菌，它所产生的特有抗生素已应用于医药领域。
2.1侧孢短芽孢杆菌的杀虫活性
对于侧孢短芽孢杆菌杀虫活性的研究比较多。研究证明，多种侧孢短芽孢杆菌对不同的无脊椎动物如昆虫、线虫和软体动物都具有致病性。其杀虫活性主要是由于伴孢体中所含蛋白质对多种昆虫具有毒性作用，接触或入侵靶标后，在细胞生长周期不同阶段产生不同物质，从而起到毒性作用。研究人员对一些特定的毒素蛋白及其作用方式已进行了探究，但还有许多问题需要进一步的分析和阐明。
2.1.1杀昆虫作用早期研究发现，有些侧孢短芽孢杆菌菌株对马铃薯甲虫和烟草甲幼虫有毒性作用。Du Rand等研究发现，一株侧孢短芽孢杆菌与相同生物量的苏云金芽孢杆菌（Bacillus thuringiensis）相比，对黄粉虫幼虫的毒性更高，并确定其半致死浓度为3.388×106芽孢/mL。Boets等发现，侧孢短芽孢杆菌分泌的毒素具有蛋白质特征，把新型杀虫分泌蛋白命名为ISP1A和ISP2A，并确定了其DNA编码序列。只有当主要的杀虫分泌蛋白和互补杀虫分泌蛋白同时被昆虫摄入体内时，才表现出毒性，而当单独摄入一种杀虫蛋白时则没有毒性。不同侧孢短芽孢杆菌菌株之间的差异导致其对鳞翅目昆虫的抗性作用存在争议。侧孢短芽孢杆菌菌株对大豆夜蛾表现出不同的毒性水平，而同样的菌株对草地贪夜蛾却没有杀虫活性。
最早关于侧孢短芽孢杆菌潜在杀虫作用的报道源于对蚊子的研究。对蚊子的致病性与培养上清液无关，而是受菌体细胞影响。近年来的研究发现，侧孢短芽孢杆菌的芽孢和独木舟形伴孢体结构起主要的杀蚊作用。从俄罗斯分离得到B. laterosporus 615和921，能产生不同形状和大小的细胞质晶体内含物，并报道了它们的杀蚊活性。
最近研究发现，一种产晶体的侧孢短芽孢杆菌中同时存在芽孢和晶体时，对梨形四膜虫有杀虫作用。然而，芽孢-晶体前体对原生动物细胞无毒害作用。
Ruiu等在2006年首次发现了已形成芽孢的侧孢短芽孢杆菌对家蝇具有感染性。对家蝇的毒性作用主要来源于芽孢。B. laterosporus这类细菌通过把毒素紧紧地依附在活的芽孢上而产生杀虫作用。在之后的组织病理学研究中，对侧孢短芽孢杆菌的致病因素和作用方式进行了深入研究。侧孢短芽孢杆菌作为防治苍蝇的生物药剂，其价值还体现在另一方面：安全性评价结果表明，它对非靶标生物无毒性，而只作用于膜翅目的家蝇蛹寄生蜂以及蜜蜂。
2.1.2杀线虫作用某些侧孢短芽孢杆菌菌株的芽孢中含有杀线虫化合物，能够抑制线虫的卵孵化和幼虫发育，因此，侧孢短芽孢杆菌已成为寄生性线虫的生物防治药剂。通过高效液相分离得到的杀虫毒素是一种耐高温、分子量低（大约为2.9 kD）的蛋白质，紫外吸收波长为205、220、268 nm。对动物寄生性线虫和植物寄生性线虫都有杀虫活性。
已经确定侧孢短芽孢杆菌G4产生的胞外蛋白对线虫有毒性，从该菌的发酵上清液中分离纯化出的碱性蛋白酶BLG4，对独立生存的线虫和植物寄生线虫Bursaphelenchus xylophilus Nickle有杀虫活性。在扫描电子显微镜下观察到，这些蛋白质严重破坏了线虫的角质层，使其外层表皮脱落并形成很多裂痕。这种作用方式和食线虫真菌类似，食线虫真菌入侵线虫体内，通过胞外蛋白酶降解外表皮的蛋白质角质膜和连接线虫几丁质纤维的基质实现。使用重组体的纯培养物，体外验证了BLG4的杀虫活性。在枯草芽孢杆菌中克隆表达的BLG4编码基因，与丝氨酸蛋白酶类中的枯草杆菌蛋白酶家族以及其他角质层降解蛋白酶的编码基因具有高度的同源性。缺少BLG4基因的突变体，检测时致病性显著降低。在线虫角质层的降解过程中，利用荧光免疫定位法，证明了蛋白酶参与细菌感染作用，该研究成果已得到应用。
2.1.3杀软体动物作用据报道，短短芽孢杆菌（B. brevis）相近种对水生蜗牛、光滑双脐螺和斑马贻贝等有杀虫活性。细菌培养物的全部成分都与其对软体动物的致病性有关，其中产生的细菌抗生素，如短杆菌肽S和D，起到了主要作用。侧孢短芽孢杆菌对生命周期较短的动物的感染性更强，对面盘幼虫期的斑马贻贝的致病力与苏云金芽孢杆菌相当。
上述研究表明，侧孢短芽孢杆菌不同菌株之间以及同一菌株对不同靶标的作用机制可能有所不同。
2.2侧孢短芽孢杆菌的抗菌活性
侧孢短芽孢杆菌产生的抗菌物质种类丰富，对各类真菌和细菌都表现出广谱的抑菌活性。短芽孢杆菌属中很多可以产生蛋白酶和抗生素的物种都具有这种生物学特性。这方面国外的报道较多，已确定的抗菌物质有非肽类的芽孢菌胺、肽类抗生素、聚酮化合物以及几丁质酶等。
2.2.1抑制植物病原真菌从我国苹果根际土壤中分离到的B. laterosporus ZQ2对苹果树致病菌具有广谱抗性，如立枯丝核菌（Rhizoctonia solani）、尖孢镰刀菌（F. oxysporum）、茄病镰刀菌（F. solani）、烟曲霉菌（Aspergillus fumigatus）、烟草赤星病菌（Alternaria alternata）、杨树烂皮病菌（Valsa sordida ）、苹果炭疽病菌（Colletotrichum gloeosporioides）、灰霉病菌（Botrytis cinerea）和苹果轮纹病菌（Physalospora piricola）等。在120℃高温处理30 min、紫外照射和pH值1～11的条件下，该细菌培养上清液中抗真菌活性仍然能达到80%的抑菌率。在印度的泥浆中分离到侧孢短芽孢杆菌BPM3，能够抑制植物致病真菌如F. oxysporum、F. semitectum、Magnaporthe grisear、Rhizoctonia oryzae以及革兰氏阳性菌金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）的生长。将起抑菌作用的化合物进行分离鉴定，通过光谱分析，初步发现最高活性部位的化学组成包括C-H、羰基、二甲基、-CH2和甲基。
有些侧孢短芽孢杆菌菌株通过产生几丁质酶来降解真菌细胞壁，从而抑制真菌生长。赵秋敏等从524株芽孢杆菌中筛选出1株几丁质酶活力较高的侧孢短芽孢杆菌1?864，研究表明该菌对小麦赤霉菌等6种病原菌具有明显的抑制作用。从印度的红树林湿地土壤中，分离到一株侧孢短芽孢杆菌Lak210，在含胶体几丁质的培养基上，可以产生几丁质酶，释放到培养液中。这些抗菌蛋白对镰刀菌属植物致病真菌具有抑制作用，与由B. laterosporus LMG15441基因编码的89.4 kD的四结构域几丁质酶，以及69.4 kD的二结构域几丁质酶（ChiA 1）具有高度的同源性。
2.2.2抑制植物病原细菌侧孢短芽孢杆菌的抗菌性能与其产生的抗菌肽有关，现已研究出一种利用琼脂扩散定量检测其生物活性的方法。李伟杰等将番茄青枯病拮抗菌X10鉴定为侧孢短芽孢杆菌，并制备了X10的固体菌剂，对其田间应用效果的测定表明，该菌剂对番茄青枯病的防治效果较好，同时还能促进番茄植株生长和增加产量。另外，X10发酵液中的蛋白粗提液具有抑制茄科劳尔氏菌生长的效果。最近，从侧孢短芽孢杆菌A60的发酵液中，分离鉴定到一种分子质量大约为1.6 kD的新型短序列线性抗菌肽，命名为BL-A60，并证明其对多种植物致病菌具有抑制作用。抗菌活性物质热稳定性好，100℃处理15 min后仍保持活性，在pH值3～11范围内抗菌活性不受影响，蛋白酶K、胰蛋白酶、胃蛋白酶处理也不影响其活性。抗菌肽对微生物的抑制作用显示它通过破坏细胞膜，造成细胞破碎和裂解。这些抗菌肽通过细胞膜进入细胞并随细胞质的流动而转移，它们通过干扰DNA和RNA，最终破坏蛋白质的合成。BL-A60可能也是通过这种方式起作用的，但目前这些机理还未研究清楚。黎定军等对侧孢短芽孢杆菌2-Q-9研究时发现它分泌的抑菌物质能强烈抑制3个青枯病菌生理小种的正常生长，进一步对该抑菌物质的性质进行研究后表明，该抑菌物质可能是蛋白或多肽类。陈武等分离并纯化出侧孢短芽孢杆菌2-Q-9外泌抗菌肽BL2Q9。任召珍等得到了侧孢短芽孢杆菌Lh-1的抗菌活性物质R21，抑菌试验证明R21对致病性革兰氏阴性和阳性菌、食品腐败菌及少数真菌均有抑菌作用。赵秀香等从烟草根际土壤中分离到一株生防菌侧孢短芽孢杆菌B8，它的发酵液对烟草黑胫病菌的抑菌圈直径达到63 mm，试验推断该抑菌物质可能为蛋白或多肽类。
2.3侧孢短芽孢杆菌的解磷功能
侧孢短芽孢杆菌具有解磷、解钾等功能。石磊研究了侧孢短芽孢杆菌菌株BL-21的解磷能力，表明它适合开发应用于旱田农作物的菌肥，且能在一定程度上提高土壤中有效磷的含量和农作物的产量。研究发现侧孢短芽孢杆菌能够降解水胺硫磷。杜春梅等在研究侧孢短芽孢杆菌解磷过程中，发现它具有降解氧化乐果、水胺硫磷等有机磷农药的作用，分析了侧孢短芽孢杆菌菌株BL-2l降解水胺硫磷的条件和途径，并得到了降解水胺硫磷的最佳培养基配方和降解条件。
2.4侧孢短芽孢杆菌对有机污染物的降解
利用微生物进行生物修复已成为新的研究热点。利用生物方法处理污染场地以达到降解并除去污染源或污染化合物的目的。人们发现越来越多的物质能被侧孢短芽孢杆菌所降解，最典型的实例是把聚乙烯醇降解为乙酸盐，还能产生多种酶如木质素过氧化酶、漆酶、氨基比林-N-脱甲基酶、NADH-DCIP还原酶和孔雀绿还原酶等。能够实现对纺织物偶氮染料的脱色处理，Kurade等研究了侧孢短芽孢杆菌MTCC 2298对不同结构染料的优先降解，并运用HPTLC优化了脱色物质的降解规律和物理化学参数。随后又发现一种新型细菌-酵母微生物菌群BL-GG可以有效地对纺织工业废水及分散染料Scarlet RR进行脱色，并认为细菌-真菌或酵母的结合所产生的联合酶催化机制表现出增效作用，减少了毒性代谢物的产生。Waghmode等评估了Galactomyces geotrichum MTCC 1360 （GG） 和B. laterosporus MTCC 2298 （BL）及二者的微生物菌群GG-BL对分散染料Brown 3 REL的不同降解效果，并进行了进一步验证。
研究证明，侧孢短芽孢杆菌能够降解制革厂废水中的植物单宁，生物降解苯酚和甲苯，生物吸附水溶液中的有毒金属，以及对污水系统中的重金属解毒等。
2.5侧孢短芽孢杆菌的医用功能
侧孢短芽孢杆菌的医用功能早已为人们所熟知，尤其是国外在这方面的研究较深入，技术也较成熟，而且相关产品种类丰富，给人类健康带来了福音。美国、英国利用侧孢短芽孢杆菌开发出益生菌保健类药物BOD等，用于口服预防或治疗胃肠紊乱。在欧洲市场上，该菌产生的生物素前体已经开发出了很多产品。
某些侧孢短芽孢杆菌菌株的抗真菌和抗细菌特性具有医药价值，因为它们产生的抗生素有治疗作用。如抗生素侧孢菌胺，在体内和体外试验中，均表现出对革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌的广谱抗性。从巴布亚新几内亚海岸热带海水中分离得到一株侧孢短芽孢杆菌，能产生acyldipeptides tupuseleiamides和抗真菌聚酮类化合物basiliskamides，可以有效抑制E. coli和白色念珠菌。同样从海洋中分离的菌株PBG-276也能产生包括loloatins、bogorols和脂肽tauramamide的多种肽化合物。侧孢短芽孢杆菌发酵液中还含有其它抗生素，如cyclodecapeptide laterocidin，凝血酶抑制剂bacithrocins A、B和C，亮氨酸氨肽酶抑制剂leuhistin，以及抗癌物质斯格埃林等。Krachkovskii等从侧孢短芽孢杆菌IGM中分离到一种环状十肽类抗生素，通过核磁共振分光法鉴定为loloatinA。从土壤中分离的一些侧孢短芽孢杆菌菌株能产生重要的工业用酶――头孢菌素酰基转移酶，用于头孢菌素衍生物的工业化生产。
侧孢短芽孢杆菌能够产生多种抗肿瘤活性物质，例如精胍菌素、免疫毒素、15-脱氧精胍菌素等。15-脱氧精胍菌素（15-Deoxyspergualin，DSG）是由侧孢短芽孢杆菌产生的代谢产物，对犬类、啮齿类和灵长类动物具有免疫抑制活性。在抗癌免疫抑制方面应用潜力巨大，可抑制单核细胞、淋巴细胞和巨噬细胞增殖，抑制单核细胞释放过氧化物酶及溶酶体酶，并能明显减少肾移植后细胞浸润。Shi等对B. laterosporus A7诱变，筛选出一株高产抗癌物质且遗传稳定性良好的菌株A-94-7，并对其发酵培养基进行了优化，抗癌物质产量为原始菌株的4倍。
2.6侧孢短芽孢杆菌的其他功能
Crawford等研究芽孢杆菌对4-羟基苯甲酸降解的过程中发现菌株B. laterosporus PHB-7a在含4-羟基苯甲酸的培养基中能够产生高水平的龙胆酸盐加氧酶和顺丁烯二酰丙酮酸盐水解酶，该酶能把 4-羟基苯甲酸转变为龙胆酸盐，龙胆酸盐通过谷胱甘肽的作用进一步转化为龙胆酸。Aramori等从土壤中得到一种新型产戊二酰7-ACA 酰基转移酶的侧孢短芽孢杆菌J1。Yoshimoto等从土壤中分离到的一株侧孢短芽孢杆菌可以产生一种内-α-N-乙酰氨基半乳糖苷酶。Umerie等通过从土壤中分离的侧孢短芽孢杆菌进行分批发酵生产L-赖氨酸。侧孢短芽孢杆菌产生的生物活性物质对多个属的蓝藻具有杀藻作用，包括颤藻、鱼腥藻、微囊藻、念珠藻等有害藻类。它阻碍了微藻类的光合作用，并导致细胞分裂停滞、蓝藻链破坏以及细胞溶解，可有效控制微藻类对水源的污染。所有这些活性物质的相关研究显示了侧孢短芽孢杆菌的巨大应用潜力。
3、侧孢短芽孢杆菌应用现状及存在的问题
研究证明，侧孢短芽孢杆菌具备开发成为防治昆虫、线虫、软体动物和植物病原菌的生防菌剂的潜力。由于侧孢短芽孢杆菌对很多有害微生物具有抑制作用，已作为饲料添加剂应用于哺乳动物的肠道调节。鉴于其益生功效，给家禽口服侧孢短芽孢杆菌的孢子制剂，能够提高饲料的利用率并增加体重。另外，由于它具有抗菌特性并能产生特有的抗生素类物质，已逐步应用于医药行业。最近的相关研究更多地倾向于其生物降解和净化特性，并强调其在生物修复方面的应用潜力。
印度已完成了3种侧孢短芽孢杆菌菌株全基因组的测序。在美国，侧孢短芽孢杆菌被成功地作为生物杀虫剂来治疗动物线虫。我国云南大学的侧孢短芽孢杆菌杀线虫成果也已得到了生产上的应用。世界酶制剂巨头――丹麦诺维信公司生产的诺沃TM微生物菌剂中，也含有侧孢短芽孢杆菌。自2001年以来，国内关于侧孢短芽孢杆菌的专利多达40余项，其中绝大部分涉及侧孢短芽孢杆菌的复合微生物肥料的制备与应用，也有关于侧孢短芽孢杆菌处理生活垃圾，进行抗菌蛋白发酵，生产抗菌肽，以及作为叶面增效剂、水质和土壤改良剂、抑藻剂等的具体应用。例如孙建新等发明的一种促进植物生长的微生物肥料及其培养方法，该肥料就包含由枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌和侧孢短芽孢杆菌组成的复合微生物；曹凤明等提供了一种快速检测和鉴定微生物肥料中侧孢短芽孢杆菌的技术，利用特异引物，根据样品基因组DNA进行PCR扩增，对微生物肥料中的侧孢短芽孢杆菌进行检测和鉴定。
侧孢短芽孢杆菌在实践应用中尚存在一些问题亟待解决。主要包括：（1）如何解决侧孢短芽孢杆菌发酵产量偏低的问题，用以在实际生产中提高其发酵产量，增加生产效益；（2）侧孢短芽孢杆菌类生物菌剂投放到环境中的生物安全性问题，这需要大量的田间试验，证明其使用后在周围环境中所占据的生态位以及对生态平衡的影响，考察其是否可在发挥作用后短时间内数量减少直至消失，以保持原来的生态平衡，确保生态安全；（3）如何建立一种快速、准确、有效的检测环境中侧孢短芽孢杆菌的含量及分布状况的方法，以便于及时示踪，并进一步探索菌株在土壤乃至植物中的定植存活情况、与土著微生物的相互关系，实时监测田间应用效果。（4）进一步研发侧孢短芽孢杆菌相关的生物降解菌剂和酶制剂。
侧孢短芽孢杆菌的多种生物学功能对生产实践产生积极的影响，具有巨大的应用潜力。基于其具有杀虫、抑菌等特性，可以不断开发出相应的微生物菌剂、医疗保健药物、生物防控制品及环保化工产品。随着侧孢短芽孢杆菌全基因组测序的完成，可以逐步开展对相关基因的分离、克隆以及高效表达研究，侧孢短芽孢杆菌在人类生产生活中必将发挥越来越重大的作用。伴随着转基因技术的应用以及侧孢短芽孢杆菌杀线虫作用的深入研究，还可以进一步开发相应的转基因抗线虫作物，造福社会。
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