芽孢桿菌的系統(tǒng)進化及其屬分類學(xué)特征

1、芽孢桿菌的系統(tǒng)進化及其屬分類學(xué)特征劉國紅1, 2,劉波1*,林乃銓2,林營志1（1福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)生物資源所福州350003; 2福建農(nóng)林大學(xué)生防所福州350002 ） （劉國紅：liuguohong624;劉波：）芽孢桿菌Bacillus, 一類產(chǎn)芽孢的革蘭氏陽性細(xì)菌，好氧或兼性厭氧生活。 1872年Cohn建立了第一個細(xì)菌分類系統(tǒng)，根據(jù)細(xì)菌的形態(tài)特征命名了芽孢桿菌 屬（Bacillus）。早期的芽孢桿菌分類主要是根據(jù)好氧性和產(chǎn)芽孢，所以很多生理生 化和遺傳學(xué)特征迥異的菌歸入到了這個屬。1981年Gorden記載了芽孢桿菌屬的分 類狀況，盡管此分類體系的依據(jù)主要是表觀特征，但為芽孢桿菌屬

2、的現(xiàn)代分類體 系提供了良好的基礎(chǔ)?，F(xiàn)在的分類研究大多采用多相分類法，即將形態(tài)、生理生 化、化學(xué)（DNA堿基GC分析、脂肪酸類型）、分子（DNA同源性分析，16S rRNA 測序）等方法相結(jié)合，根據(jù)所得數(shù)據(jù)進行綜合分析，得出相對比較精確的分類結(jié) 果。2004版的伯杰氏系統(tǒng)細(xì)菌學(xué)手冊對原核生物的歸群和分類系統(tǒng)完全按照 這些微生物的16S rRNA系統(tǒng)發(fā)育樹進行編的。隨著分類研究方法的發(fā)展，尤其是多相分類法的應(yīng)用，芽孢桿菌屬的分類發(fā) 生了很大的變化，有很多種從芽孢桿菌屬中分化出來另建新屬。本文主要以伯 杰氏系統(tǒng)細(xì)菌學(xué)手冊第二版為依據(jù)，闡述芽孢桿菌屬與其近緣屬的進化，及其 近緣屬分化出的原由并講述了其

3、模式菌株的主要特征。根據(jù)產(chǎn)芽孢與否、16S rRNA等的特征，芽孢桿菌分化出22個屬，其中位于芽孢桿菌科的屬有15個，位 于非芽孢桿菌科的屬有7個。此外還有13個只是在命名書寫上和芽孢桿菌Bacillus 相似。具體如下：位于芽孢桿菌科的有Amphibacillus, Anoxybacillus, Filobacillus, Geobacillus, Gracilibacillus, Halobacillus, Jeotgalibacillus, Lentibacillus, Marinibacillus, Oceanobacillus, Paraliobacillus, Salibacill

4、us, Ureibacillus, Virgibacillus。位于非芽孢桿菌科屬的有 Alicyclobacillus, Aneurinibacillus, Brevibacillus, Paenibacillus, Sporolactobacillus, Sulfobacillus, Thermobacillus。除上述屬之外不產(chǎn)芽孢桿菌的只是書寫相似的屬：Acidithiobacillus， Coprobacillus， Streptobacillus， Thiobacillus， Lactobacillus，Paralactobacillus， Methylobacillus ， Ac

5、tinobacillus, Thermithiobacillus ， Marinilactibacillus ， Flectobacillus，Halothiobacillus.芽孢桿菌分類與應(yīng)用研究進展劉國紅1，2,林乃銓2,林營志1,劉波1*(1福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所福州350003; 2福建農(nóng)林大學(xué)生防所福州350002 ) (劉國紅：liuguohong624;劉波： HYPERLINK mailto: )早在1835年，Ehrenberg就發(fā)現(xiàn)并命名了枯草芽孢桿菌Vibrio subtilis。1872年， 德國植物學(xué)家Cohn建立了第一個細(xì)菌分類系統(tǒng)，根據(jù)細(xì)菌的形態(tài)特征命名

6、了芽 孢桿菌屬(Bacillus)，并將枯草芽孢桿菌重命名為Bacillus subtilis。起初芽孢桿菌 屬的種類很少，隨著技術(shù)研究方法的改進發(fā)展，越來越多的種被發(fā)現(xiàn)，尤其是上 世紀(jì)70年代的分子分類法和80年代的化學(xué)分類法的應(yīng)用，種的鑒定數(shù)量增多，分 類地位確定的也越來越準(zhǔn)確。從2004年5月至2007年5月為止發(fā)現(xiàn)的芽孢桿菌屬的 新種有49個，見表1。不同的文獻來源，由于收集統(tǒng)計的時間、范圍、內(nèi)容、分 類體系等的差異，所收集的芽孢桿菌種名數(shù)量不同。有的分類系統(tǒng)名錄將芽孢桿 菌分為一個屬，如2005年核準(zhǔn)種名目錄(Approved Lists)收集的芽孢桿菌種名有 175個，2006年N

7、CBI數(shù)據(jù)庫上收集的芽孢桿菌種名有182個，2006年德國菌種保 存中心種名目錄(DSMZ)收集的芽孢桿菌種名有187個；有的分類系統(tǒng)將芽孢桿菌 分為20多個屬，如2004年出版的第九版伯杰氏細(xì)菌系統(tǒng)學(xué)手冊：原核生物分類 綱要將芽孢桿菌類細(xì)菌分為35個屬，記述了芽孢桿菌屬及其近緣屬在內(nèi)的芽孢 桿菌共409種，其中有91個種是同物異名。劉波在出版的芽孢桿菌文獻研究 中列出了 244種芽孢桿菌。芽孢桿菌在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)方面有重要的作用。芽孢桿菌屬的分類研究最初是根據(jù)形態(tài)學(xué)特征、培養(yǎng)特征及生理生化特征等 表觀分類學(xué)指證。隨著多相分類方法的廣泛采用，化學(xué)分類和分子分類在芽孢桿 菌屬的分類學(xué)研究中起到

8、越來越重要的作用。本文綜述了各種分類法在芽孢桿菌 分類中的應(yīng)用及作用。目前，不少芽孢桿菌應(yīng)用到工業(yè)、農(nóng)業(yè)和醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域上， 對人類及社會做出了巨大貢獻。隨著科技的發(fā)展，芽孢桿菌和人們的關(guān)系越來越密切，逐步成為人類社會極 為關(guān)注的一個微生物類群。采用現(xiàn)代分類手段對芽孢桿菌進行分類研究可望獲得 已知芽孢桿菌的一些生產(chǎn)應(yīng)用或者潛在應(yīng)用價值的菌株，并對建立相應(yīng)的芽孢桿 菌資源庫和數(shù)據(jù)庫有重要的意義。從IJSEM發(fā)表的論文看芽孢桿菌分類情況劉國紅1，2,林乃銓2,林營志1,劉波1*（1福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)生物資源所福州350003; 2福建農(nóng)林大學(xué)生防所福州350002 ） （劉國紅：liuguohong

9、624;劉波：）IJSEM 是 I nternationa Journal of Systematic Evolutionary and Microbiology 的 簡稱，（簡稱）是由以前的IJSB更名而來，從1966-1999稱為International Journal of Systematic Bacteriology（簡稱 IJSB）。1966年以前該雜志被稱為 International Bulletin of Bacteriological Nomenclature and Taxonomy o IJSEM 收錄了自從 1951 年以來芽孢 桿菌分類的論文，只有被IJSEM收錄

10、的種才能算是有效的。IJSEM是由普通微生 物學(xué)會（SGM）出版的，是國際微生物分類學(xué)界公認(rèn)的一份權(quán)威性雜志，是微 生物分類學(xué)領(lǐng)域的奠基石。本文主要介紹近10年各國芽孢桿菌在該雜志發(fā)表論文 的情況，主要是新種的發(fā)表文章為主。各國芽孢桿菌文章發(fā)表的論文情況 按通訊作者統(tǒng)計各國芽孢桿菌分類文 章發(fā)表情況韓國和美國每年都有芽孢桿菌新種文章發(fā)表，日本除2001年外，每 年也都有新種發(fā)表。韓國每年都有3篇以上關(guān)于芽孢桿菌新種的文章發(fā)表，從2001 年至2010年8月為止總共發(fā)表67篇文章。其次日本總共發(fā)表41篇，美國雖然每年 都有文章發(fā)表，但總數(shù)比較少，只有15篇。中國、臺灣從2005年開始有芽孢桿菌

11、新種的發(fā)表，至2010年8月各共有29篇和7篇。西班牙共有16篇，印度、泰國、比 利時各有10篇。德國、澳大利亞、俄羅斯各有6篇，英國有8篇，意大利有7篇， 剩余其他國家總共有23篇。韓國、日本對芽孢桿菌分類論文發(fā)表比較多。韓國每 年都有大量新種發(fā)現(xiàn)，在IJSEM上發(fā)表的論文總數(shù)中占的比例最大，其次是日本。 中國雖然從2005年才有芽孢桿菌分類文章的發(fā)表，但是數(shù)量并不少，僅次于日本。我國芽孢桿菌分類研究狀況按第一作者和通訊作者進行統(tǒng)計，我國從2005年才有芽孢桿菌新種文章的發(fā)表。發(fā)表新種的單位主要為中科院、云南大學(xué) 微生物所、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)，其次還有香港大學(xué)、南京農(nóng)業(yè)大學(xué)，中科院發(fā)表的文 章有9

12、篇，云南大學(xué)微生物所有8篇，中國農(nóng)大有5篇，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)有2篇，武漢 大學(xué)2篇，首都師范大學(xué)1篇，蘭州大學(xué)有1篇，香港大學(xué)1篇。國內(nèi)微生物分類研究做的最多的是以東秀珠等為首的中國科學(xué)院微生物研 究所微生物資源前期開發(fā)國家重點實驗室和云南大學(xué)微生物所。芽胞桿菌的分類鑒定及其相關(guān)屬的分類系統(tǒng)演變研究劉國紅1,2，林乃銓2，劉波1，林營志1（1福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)研究農(nóng)業(yè)生物資源所，福州，350003 ;2福建農(nóng)林大學(xué)；350002）（劉國紅：liuguohong624;劉波：）采用稀釋涂布法從我國15個省15份土樣標(biāo)本中分離出322株芽胞桿菌。通 過表型特征、脂肪酸成分、ITS測序等手段將322株菌鑒定

13、為3個屬，芽胞桿菌 屬Bacillus 11個種，類芽胞桿菌屬Paenibacillus屬2個種，短短芽胞桿菌屬 Brevibacillus 屬 2 個種。本文對芽胞桿菌的生物學(xué)特性進行了研究，觀察了枯草芽胞桿菌、簡單芽胞 桿菌、多粘類芽胞桿菌的細(xì)胞形態(tài)，并對幾種常見芽胞桿菌的菌落形態(tài)進行了描 述，也對枯草芽胞桿菌的生長特性做了相關(guān)的研究。根據(jù)鑒定結(jié)果，統(tǒng)計分析了 我國部分省芽胞桿菌的多樣性，研究結(jié)果表明每個樣點分離到芽胞桿菌的數(shù)量差 異很大，每個采樣點的優(yōu)勢種群的種類和數(shù)量也有很大差異。15個采樣點土樣分離到的芽胞桿菌豐富度在2-8之間。其中，青海采樣點的 芽胞桿菌豐富度最小，只分離到2種；

14、新疆、內(nèi)蒙古和寧夏芽胞桿菌的豐富度最 大，為8。新疆采樣點的豐富度和多樣性指數(shù)最高，其均勻度指數(shù)較高，生態(tài)優(yōu) 勢度指數(shù)較低。西藏的芽胞桿菌豐富度較低，多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)最低，生 態(tài)優(yōu)勢度指數(shù)最高。不同生境類型芽胞桿菌的多樣性為：林地旱地草地。因 此物種多樣性不僅與物種的豐富度有關(guān)，還可能與物種間數(shù)量差異程度有一定關(guān) 系。本文還初步研究了芽胞桿菌對香蕉枯萎病病原菌和青枯雷爾氏菌的拮抗作 用，篩選到22株對香蕉枯萎病病原菌有拮抗作用，15株對青枯雷爾氏菌有拮抗 作用。從空間分布來看，具有拮抗作用的菌株大部分是從北方各省分離到的。最后，本文講述了芽胞桿菌屬屬水平上的分類變化現(xiàn)狀，敘述了芽胞桿菌屬

15、 相關(guān)屬的分類依據(jù)及模式種特征。截止2008年12月份，IJSEM收錄的芽胞桿菌 屬相關(guān)屬有41個，芽胞桿菌屬內(nèi)已知種有112個。本論文還根據(jù)IJSEM上發(fā)表 的文章對112個芽胞桿菌種的特征進行整理，記錄了每個種的特征、16S rRNA序 列號和菌株編號。關(guān)鍵詞：中國；芽胞桿菌屬；生物學(xué)特性；多樣性；分類鑒定；相關(guān)屬；系 統(tǒng)演變；芽胞桿菌分類學(xué)特征及其生防功能菌株篩選劉貫鋒L2，劉波1,朱育菁1,林營志1(1福建省農(nóng)科院農(nóng)業(yè)生物資源所，福州，350003 ;2福建農(nóng)林大學(xué)，福州，350002)(劉貫鋒：303854708;劉波： HYPERLINK mailto: )本對研究從德國和瑞典菌種

16、保存中心引進的50芽胞桿菌標(biāo)準(zhǔn)菌株，活化并 進行冷凍干燥保存。并對保存的菌種進行了質(zhì)量檢測，結(jié)果表明冷凍干燥保存的 芽胞桿菌活菌數(shù)高，純度好。通過形態(tài)特征、生理生化特征、16S rRNA測序鑒定、脂肪酸分析等方法， 對芽胞桿菌標(biāo)準(zhǔn)菌株進行分類的研究。針對14種生化分類性狀對芽胞桿菌進行生化鑒定，數(shù)值聚類分析結(jié)果表明 在65%的水平下將芽胞桿菌分為6大聚類組。大多數(shù)芽胞桿菌接觸酶反應(yīng)、氧 化酶反應(yīng)、葡萄糖發(fā)酵、淀粉水解等呈陽性，而吲哚反應(yīng)、檸檬酸反應(yīng)、硫化氫 反應(yīng)等呈陰性。據(jù)芽胞桿菌16sRNA系統(tǒng)發(fā)育樹，聚類分析結(jié)果將芽胞桿菌分為5大聚類。 經(jīng)16S rRNA序列同源性比較發(fā)現(xiàn)，Group I

17、中蠟狀芽胞桿菌(Bacillus.cereus)， 蕈狀芽胞桿菌(Bacillus mycoides)，蘇云金芽胞桿菌(Bacillus thuringiensis) 同源性在98%以上，簡單芽胞桿菌(Bacillus simplex)與嗜冷芽胞桿菌(Bacillus psychrosaccharolyticus)同源性 100%，彎曲芽胞桿菌(Bacillus flexus) 與 巨 大芽胞桿菌(Bacillus megaterium)同源性100%，Group H中有枯草芽胞桿菌 (Bacillus subtilis)與解纖維芽胞桿菌(Bacillus cellulosilyticus)同

18、源性 100%。Group W包括 Bacillus farraginis，Bacillus ordii, Bacillus fortis 同源性在 97% 以上。Group V包括梭形芽胞桿菌(Bacillus fusiformis)與球形芽胞桿菌(Bacillus sphaericus)同源性100%，巴斯德氏芽胞桿菌(Bacillus pasteurii) 與嗜冷芽 胞桿菌(Bacillus.psychrophilus)同源性在 97%以上。Groups中包括 Bacillus agaadhaerens， Bacillus clarkii 同源性 100%。中孢芽胞桿菌(Bacillus

19、 centrosporus)與溶硫胺芽胞桿菌(Bacillus thiaminolyticus)同源性在 98%以 上。芽胞桿菌脂肪酸組成中均有15:0 ISO，另外14:0、15:0 ANTEISO、17:0 ANTEISO、17:0 ISO也存在大部分芽胞桿菌中，通過脂肪酸生物標(biāo)記聚類分析 將芽胞桿菌分為五大類，與16SRNA聚類分組比較發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)AME聚類分析結(jié)果 與16S rRNA聚類分析結(jié)果有一定的一致性.本文還初步研究芽胞桿菌對大腸桿菌，青枯雷爾氏菌，香蕉枯萎病病原菌的 拮抗作用，篩選出對青枯雷爾氏菌有拮抗作用的芽胞桿菌有11株，其中有較強 抑制作用的有深褐芽胞桿菌(Bacillus

20、 atrophaeus)，蕈狀芽胞桿菌(Bacillus mycoides)，冷解糖芽胞桿菌(Bacillus psychrosaccharolyticus)，史氏芽 胞桿菌(Bacillus smithii)，球形芽胞桿菌(Bacillus sphaericus)，溶淀粉類 芽胞桿菌(Paenibacillus amylolyticus)，內(nèi)生芽胞桿菌(Bacillus endophyticus)。 蜂房芽胞桿菌(Paenibacillus alvei)。對大腸桿菌有拮抗作用的有11株，有較 強抑制作用的拮抗菌有緩慢芽胞桿菌(Bacillus atrophaeus)，枯草芽胞桿菌 (Bacillus subtilis)，蘇云金芽胞桿菌(Bacillus thuringiensis)，蜂房芽胞桿 菌(Paenibacillus alvei)。篩選出對香蕉枯萎病病原菌有拮抗作用的芽胞桿菌 有16株。其中芽胞桿菌左乳酸芽胞桿菌(Bacillus laevolacticus)對香蕉枯萎病 病原菌的抑制率最高，達到為73.3%。關(guān)鍵詞：芽胞桿菌；生物學(xué)特性；系統(tǒng)分類；細(xì)胞脂肪酸；生物防治香蕉枯萎病芽胞桿菌生防菌的篩選及其抑菌特性研究林營志1，劉國紅1,2,劉波*1，肖榮鳳3（1福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院農(nóng)業(yè)生物資源所，福州，350003 ;2福