芽孢杆菌的系统进化及其属分类学特征

1、芽孢杆菌的系统进化及其属分类学特征刘国红1, 2,刘波1*,林乃铨2,林营志1（1福建省农业科学院农业生物资源所福州350003; 2福建农林大学生防所福州350002 ） （刘国红：liuguohong624;刘波：）芽孢杆菌Bacillus, 一类产芽孢的革兰氏阳性细菌，好氧或兼性厌氧生活。 1872年Cohn建立了第一个细菌分类系统，根据细菌的形态特征命名了芽孢杆菌 属（Bacillus）。早期的芽孢杆菌分类主要是根据好氧性和产芽孢，所以很多生理生 化和遗传学特征迥异的菌归入到了这个属。1981年Gorden记载了芽孢杆菌属的分 类状况，尽管此分类体系的依据主要是表观特征，但为芽孢杆菌属

2、的现代分类体 系提供了良好的基础。现在的分类研究大多采用多相分类法，即将形态、生理生 化、化学（DNA碱基GC分析、脂肪酸类型）、分子（DNA同源性分析，16S rRNA 测序）等方法相结合，根据所得数据进行综合分析，得出相对比较精确的分类结 果。2004版的伯杰氏系统细菌学手册对原核生物的归群和分类系统完全按照 这些微生物的16S rRNA系统发育树进行编的。随着分类研究方法的发展，尤其是多相分类法的应用，芽孢杆菌属的分类发 生了很大的变化，有很多种从芽孢杆菌属中分化出来另建新属。本文主要以伯 杰氏系统细菌学手册第二版为依据，阐述芽孢杆菌属与其近缘属的进化，及其 近缘属分化出的原由并讲述了其

3、模式菌株的主要特征。根据产芽孢与否、16S rRNA等的特征，芽孢杆菌分化出22个属，其中位于芽孢杆菌科的属有15个，位 于非芽孢杆菌科的属有7个。此外还有13个只是在命名书写上和芽孢杆菌Bacillus 相似。具体如下：位于芽孢杆菌科的有Amphibacillus, Anoxybacillus, Filobacillus, Geobacillus, Gracilibacillus, Halobacillus, Jeotgalibacillus, Lentibacillus, Marinibacillus, Oceanobacillus, Paraliobacillus, Salibacill

4、us, Ureibacillus, Virgibacillus。位于非芽孢杆菌科属的有 Alicyclobacillus, Aneurinibacillus, Brevibacillus, Paenibacillus, Sporolactobacillus, Sulfobacillus, Thermobacillus。除上述属之外不产芽孢杆菌的只是书写相似的属：Acidithiobacillus， Coprobacillus， Streptobacillus， Thiobacillus， Lactobacillus，Paralactobacillus， Methylobacillus ， Ac

5、tinobacillus, Thermithiobacillus ， Marinilactibacillus ， Flectobacillus，Halothiobacillus.芽孢杆菌分类与应用研究进展刘国红1，2,林乃铨2,林营志1,刘波1*(1福建省农业科学院生物技术研究所福州350003; 2福建农林大学生防所福州350002 ) (刘国红：liuguohong624;刘波： HYPERLINK mailto: )早在1835年，Ehrenberg就发现并命名了枯草芽孢杆菌Vibrio subtilis。1872年， 德国植物学家Cohn建立了第一个细菌分类系统，根据细菌的形态特征命名

6、了芽 孢杆菌属(Bacillus)，并将枯草芽孢杆菌重命名为Bacillus subtilis。起初芽孢杆菌 属的种类很少，随着技术研究方法的改进发展，越来越多的种被发现，尤其是上 世纪70年代的分子分类法和80年代的化学分类法的应用，种的鉴定数量增多，分 类地位确定的也越来越准确。从2004年5月至2007年5月为止发现的芽孢杆菌属的 新种有49个，见表1。不同的文献来源，由于收集统计的时间、范围、内容、分 类体系等的差异，所收集的芽孢杆菌种名数量不同。有的分类系统名录将芽孢杆 菌分为一个属，如2005年核准种名目录(Approved Lists)收集的芽孢杆菌种名有 175个，2006年N

7、CBI数据库上收集的芽孢杆菌种名有182个，2006年德国菌种保 存中心种名目录(DSMZ)收集的芽孢杆菌种名有187个；有的分类系统将芽孢杆菌 分为20多个属，如2004年出版的第九版伯杰氏细菌系统学手册：原核生物分类 纲要将芽孢杆菌类细菌分为35个属，记述了芽孢杆菌属及其近缘属在内的芽孢 杆菌共409种，其中有91个种是同物异名。刘波在出版的芽孢杆菌文献研究 中列出了 244种芽孢杆菌。芽孢杆菌在工业、农业、医学方面有重要的作用。芽孢杆菌属的分类研究最初是根据形态学特征、培养特征及生理生化特征等 表观分类学指证。随着多相分类方法的广泛采用，化学分类和分子分类在芽孢杆 菌属的分类学研究中起到

8、越来越重要的作用。本文综述了各种分类法在芽孢杆菌 分类中的应用及作用。目前，不少芽孢杆菌应用到工业、农业和医学等领域上， 对人类及社会做出了巨大贡献。随着科技的发展，芽孢杆菌和人们的关系越来越密切，逐步成为人类社会极 为关注的一个微生物类群。采用现代分类手段对芽孢杆菌进行分类研究可望获得 已知芽孢杆菌的一些生产应用或者潜在应用价值的菌株，并对建立相应的芽孢杆 菌资源库和数据库有重要的意义。从IJSEM发表的论文看芽孢杆菌分类情况刘国红1，2,林乃铨2,林营志1,刘波1*（1福建省农业科学院农业生物资源所福州350003; 2福建农林大学生防所福州350002 ） （刘国红：liuguohong

9、624;刘波：）IJSEM 是 I nternationa Journal of Systematic Evolutionary and Microbiology 的 简称，（简称）是由以前的IJSB更名而来，从1966-1999称为International Journal of Systematic Bacteriology（简称 IJSB）。1966年以前该杂志被称为 International Bulletin of Bacteriological Nomenclature and Taxonomy o IJSEM 收录了自从 1951 年以来芽孢 杆菌分类的论文，只有被IJSEM收录

10、的种才能算是有效的。IJSEM是由普通微生 物学会（SGM）出版的，是国际微生物分类学界公认的一份权威性杂志，是微 生物分类学领域的奠基石。本文主要介绍近10年各国芽孢杆菌在该杂志发表论文 的情况，主要是新种的发表文章为主。各国芽孢杆菌文章发表的论文情况 按通讯作者统计各国芽孢杆菌分类文 章发表情况韩国和美国每年都有芽孢杆菌新种文章发表，日本除2001年外，每 年也都有新种发表。韩国每年都有3篇以上关于芽孢杆菌新种的文章发表，从2001 年至2010年8月为止总共发表67篇文章。其次日本总共发表41篇，美国虽然每年 都有文章发表，但总数比较少，只有15篇。中国、台湾从2005年开始有芽孢杆菌

11、新种的发表，至2010年8月各共有29篇和7篇。西班牙共有16篇，印度、泰国、比 利时各有10篇。德国、澳大利亚、俄罗斯各有6篇，英国有8篇，意大利有7篇， 剩余其他国家总共有23篇。韩国、日本对芽孢杆菌分类论文发表比较多。韩国每 年都有大量新种发现，在IJSEM上发表的论文总数中占的比例最大，其次是日本。 中国虽然从2005年才有芽孢杆菌分类文章的发表，但是数量并不少，仅次于日本。我国芽孢杆菌分类研究状况按第一作者和通讯作者进行统计，我国从2005年才有芽孢杆菌新种文章的发表。发表新种的单位主要为中科院、云南大学 微生物所、中国农业大学，其次还有香港大学、南京农业大学，中科院发表的文 章有9

12、篇，云南大学微生物所有8篇，中国农大有5篇，南京农业大学有2篇，武汉 大学2篇，首都师范大学1篇，兰州大学有1篇，香港大学1篇。国内微生物分类研究做的最多的是以东秀珠等为首的中国科学院微生物研 究所微生物资源前期开发国家重点实验室和云南大学微生物所。芽胞杆菌的分类鉴定及其相关属的分类系统演变研究刘国红1,2，林乃铨2，刘波1，林营志1（1福建省农业科学研究农业生物资源所，福州，350003 ;2福建农林大学；350002）（刘国红：liuguohong624;刘波：）采用稀释涂布法从我国15个省15份土样标本中分离出322株芽胞杆菌。通 过表型特征、脂肪酸成分、ITS测序等手段将322株菌鉴定

13、为3个属，芽胞杆菌 属Bacillus 11个种，类芽胞杆菌属Paenibacillus属2个种，短短芽胞杆菌属 Brevibacillus 属 2 个种。本文对芽胞杆菌的生物学特性进行了研究，观察了枯草芽胞杆菌、简单芽胞 杆菌、多粘类芽胞杆菌的细胞形态，并对几种常见芽胞杆菌的菌落形态进行了描 述，也对枯草芽胞杆菌的生长特性做了相关的研究。根据鉴定结果，统计分析了 我国部分省芽胞杆菌的多样性，研究结果表明每个样点分离到芽胞杆菌的数量差 异很大，每个采样点的优势种群的种类和数量也有很大差异。15个采样点土样分离到的芽胞杆菌丰富度在2-8之间。其中，青海采样点的 芽胞杆菌丰富度最小，只分离到2种；

14、新疆、内蒙古和宁夏芽胞杆菌的丰富度最 大，为8。新疆采样点的丰富度和多样性指数最高，其均匀度指数较高，生态优 势度指数较低。西藏的芽胞杆菌丰富度较低，多样性指数和均匀度指数最低，生 态优势度指数最高。不同生境类型芽胞杆菌的多样性为：林地旱地草地。因 此物种多样性不仅与物种的丰富度有关，还可能与物种间数量差异程度有一定关 系。本文还初步研究了芽胞杆菌对香蕉枯萎病病原菌和青枯雷尔氏菌的拮抗作 用，筛选到22株对香蕉枯萎病病原菌有拮抗作用，15株对青枯雷尔氏菌有拮抗 作用。从空间分布来看，具有拮抗作用的菌株大部分是从北方各省分离到的。最后，本文讲述了芽胞杆菌属属水平上的分类变化现状，叙述了芽胞杆菌属

15、 相关属的分类依据及模式种特征。截止2008年12月份，IJSEM收录的芽胞杆菌 属相关属有41个，芽胞杆菌属内已知种有112个。本论文还根据IJSEM上发表 的文章对112个芽胞杆菌种的特征进行整理，记录了每个种的特征、16S rRNA序 列号和菌株编号。关键词：中国；芽胞杆菌属；生物学特性；多样性；分类鉴定；相关属；系 统演变；芽胞杆菌分类学特征及其生防功能菌株筛选刘贯锋L2，刘波1,朱育菁1,林营志1(1福建省农科院农业生物资源所，福州，350003 ;2福建农林大学，福州，350002)(刘贯锋：303854708;刘波： HYPERLINK mailto: )本对研究从德国和瑞典菌种

16、保存中心引进的50芽胞杆菌标准菌株，活化并 进行冷冻干燥保存。并对保存的菌种进行了质量检测，结果表明冷冻干燥保存的 芽胞杆菌活菌数高，纯度好。通过形态特征、生理生化特征、16S rRNA测序鉴定、脂肪酸分析等方法， 对芽胞杆菌标准菌株进行分类的研究。针对14种生化分类性状对芽胞杆菌进行生化鉴定，数值聚类分析结果表明 在65%的水平下将芽胞杆菌分为6大聚类组。大多数芽胞杆菌接触酶反应、氧 化酶反应、葡萄糖发酵、淀粉水解等呈阳性，而吲哚反应、柠檬酸反应、硫化氢 反应等呈阴性。据芽胞杆菌16sRNA系统发育树，聚类分析结果将芽胞杆菌分为5大聚类。 经16S rRNA序列同源性比较发现，Group I

17、中蜡状芽胞杆菌(Bacillus.cereus)， 蕈状芽胞杆菌(Bacillus mycoides)，苏云金芽胞杆菌(Bacillus thuringiensis) 同源性在98%以上，简单芽胞杆菌(Bacillus simplex)与嗜冷芽胞杆菌(Bacillus psychrosaccharolyticus)同源性 100%，弯曲芽胞杆菌(Bacillus flexus) 与 巨 大芽胞杆菌(Bacillus megaterium)同源性100%，Group H中有枯草芽胞杆菌 (Bacillus subtilis)与解纤维芽胞杆菌(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包括梭形芽胞杆菌(Bacillus fusiformis)与球形芽胞杆菌(Bacillus sphaericus)同源性100%，巴斯德氏芽胞杆菌(Bacillus pasteurii) 与嗜冷芽 胞杆菌(Bacillus.psychrophilus)同源性在 97%以上。Groups中包括 Bacillus agaadhaerens， Bacillus clarkii 同源性 100%。中孢芽胞杆菌(Bacillus

19、 centrosporus)与溶硫胺芽胞杆菌(Bacillus thiaminolyticus)同源性在 98%以 上。芽胞杆菌脂肪酸组成中均有15:0 ISO，另外14:0、15:0 ANTEISO、17:0 ANTEISO、17:0 ISO也存在大部分芽胞杆菌中，通过脂肪酸生物标记聚类分析 将芽胞杆菌分为五大类，与16SRNA聚类分组比较发现，FAME聚类分析结果 与16S rRNA聚类分析结果有一定的一致性.本文还初步研究芽胞杆菌对大肠杆菌，青枯雷尔氏菌，香蕉枯萎病病原菌的 拮抗作用，筛选出对青枯雷尔氏菌有拮抗作用的芽胞杆菌有11株，其中有较强 抑制作用的有深褐芽胞杆菌(Bacillus

20、 atrophaeus)，蕈状芽胞杆菌(Bacillus mycoides)，冷解糖芽胞杆菌(Bacillus psychrosaccharolyticus)，史氏芽 胞杆菌(Bacillus smithii)，球形芽胞杆菌(Bacillus sphaericus)，溶淀粉类 芽胞杆菌(Paenibacillus amylolyticus)，内生芽胞杆菌(Bacillus endophyticus)。 蜂房芽胞杆菌(Paenibacillus alvei)。对大肠杆菌有拮抗作用的有11株，有较 强抑制作用的拮抗菌有缓慢芽胞杆菌(Bacillus atrophaeus)，枯草芽胞杆菌 (Bacillus subtilis)，苏云金芽胞杆菌(Bacillus thuringiensis)，蜂房芽胞杆 菌(Paenibacillus alvei)。筛选出对香蕉枯萎病病原菌有拮抗作用的芽胞杆菌 有16株。其中芽胞杆菌左乳酸芽胞杆菌(Bacillus laevolacticus)对香蕉枯萎病 病原菌的抑制率最高，达到为73.3%。关键词：芽胞杆菌；生物学特性；系统分类；细胞脂肪酸；生物防治香蕉枯萎病芽胞杆菌生防菌的筛选及其抑菌特性研究林营志1，刘国红1,2,刘波*1，肖荣凤3（1福建省农业科学研究院农业生物资源所，福州，350003 ;2福