芽孢杆菌分类与应用研究进展

11芽孢杆菌分类与应用研究进展1刘国红１,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）摘要：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。关键词：芽孢杆菌；多相分类；应用中图分类号：文献标识码：文章编号：ApproachtotaxonomyandapplicationoftheGenusBacillusLiuGuo-hong1,LinNai-quan2,LinYing-zhi1,LiuBo1*(1Biotech.ResearchInstitute,FujianAcademyofAgricultureSciencesfuzhou,350003;2BiologicalResearchInstitute,FujianAgricultureandForestryUniversityfuzhou,350002)Abstract:Initially,theclassificationofBacillusgenuswastotestifybasedonmorphological,physiological,biochemicalandculturecharacteristics.However,withthewideapplicationofpolyphasictaxonomicalmethod,thefunctionsofchemicalandmoleculartaxonomyhadbecomemoreandmoreimportantinthetaxonomyofBacillusgenus.ThetextsummerisedtheapplicationandeffectofvariousclassificationinBacillus.Now,manybacillusspecieshadbeenusedintheindustry,agriculture,medicineandsoon,makingahugededicationstocountriesintheworld.Keywords:Bacillus;taxonomy;application一、芽孢杆菌的研究历史早在1835年，Ehrenberg就发现并命名了枯草芽孢杆菌Vibriosubtilis。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了芽孢杆菌属(Bacillus)，并将枯草芽孢杆菌重命名为Bacillussubtilis。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[1-33]，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(ApprovedLists)收集的芽孢杆菌种名有175个，2006年NCBI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（见表2），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[34]。芽孢杆菌在工业、农业、医学方面有重要的作用。1资助项目：国家863项目(2006AA10A211)；闽发改投资[2006]781号；福建省财政专项福建省农科院科技创新团队建设基金(STIF-Y03)；通讯作者：刘波，博士、研究员，从事生物技术与生物农药研究。电话：[phone]；E-mail:[e-mail]作者简介：刘国红（1983-），女，山东聊城人，在读硕士，研究方向为微生物学。E-mail:[e-mail]收稿日期：；接受日期：；修回日期：22表12004年至今发现的芽孢杆菌新种Table1NewBacillusspeciessince2004时间Year种名Species2007B.lehensis2006B.safensisB.infantisB.koreensisB.panaciterraeB.seohaeanensisB.okhensisB.aerophilusB.altitudinisB.macauensisB.idriensisB.taeanensisB.tequilensisB.salariesB.aeriusB.stratosphericusB.massiliensi2005B.arenosisB.velezensisB.oshimensisB.acidicolaB.akjbalB.alveayuensisB.arviB.patagoniensisB.litoralisB.wakoensisB.mannanilyticusB.AxarquiensisB.humiB.cibiB.herbersteinensisB.bemicellulosilyticusB.rurisB.malacitensisB.saliphilusB.bogoriensisB.muralisB.cellulosilyticusB.arsenicus2004B.farraginisB.hwajinpoensisB.macyaeB.furtisB.felatiniB.fordiiB.asahiiB.indicusB.vietnamensis现以微生物分类领域比较著名的分类系统《伯杰氏细菌鉴定手册》（Bergey’sManualofDeterminativeBacteriology）的不同版本中关于芽孢杆菌属的描述来看本属分类系统的发展：第一版1923年出版。75种菌，芽孢杆菌属的描述：好氧，大多数腐生，通常能液化明胶，常链状或假根状，在产生孢子时菌体不发生大变化。第二版1925年出版。75种菌，芽孢杆菌属的描述：好氧，大多数腐生，通常能液化明胶，常链状或假根状，在产生孢子时菌体不发生大变化。第三版1930年出版。93种菌，芽孢杆菌属的描述：好氧，大多数腐生，通常能液化明胶，常链状或假根状，在产生孢子时菌体不发生大变化。第四版：1934年出版。93种菌，芽孢杆菌属的描述：好氧，大多数腐生，通常能液化明胶，常链状或假根状，在产生孢子时菌体不发生大变化。第五版：1939年出版。146种菌，芽孢杆菌属的描述：杆状细胞，有时成链。好氧，不运动或靠周生鞭毛游动。内生孢子，通常革兰氏反应阳性，化能异养型。第六版：1948年出版。芽孢杆菌属分化出多个芽孢杆菌近缘属。记述芽孢杆菌属33种菌，芽孢杆菌属的描述：好氧，过氧化氢酶阳性。杆状，有时成链。孢囊类似营养细胞。有时为粗糙菌落，并在肉汤中形成菌膜。第七版：1957年出版。芽孢杆菌属分化出多个芽孢杆菌近缘属。记述芽孢杆菌属25种菌，芽孢杆菌属的描述：细胞杆状，有时成链。能产生内生孢子。革兰氏阳性或染色不定。有时为粗糙菌落，并在肉汤中形成菌膜。第八版：1974年出版。芽孢杆菌属分化出多个芽孢杆菌近缘属。记述芽孢杆菌属22种菌，芽孢杆菌属的描述：细胞为直的杆状，大小为0.3～2.2×1.2～7.0m。大多数能够运动，鞭毛周生，能形成抗热芽孢，孢囊中仅有一个孢子，暴露于空气中不会阻碍孢子的形成。革兰氏阳性或仅在生命早期革兰氏阳性。化能异养，能利用各种基质。氧化型或发酵型代谢，氧化型代谢的末端电子受体是分子氧，有的种以NO3-代替作为电子受体。大多数产过氧化氢酶。严格好氧或兼性厌氧。DNA的G+C%为32～62%。第九版：1984年，《伯杰氏细菌学鉴定手册》第九版出版。该手册根据表型特征把细菌分为四个类别，35群。《手册》第九版与过去的版本相比较，具有以下特点：第一，手册更名，原书名为《伯杰氏鉴定细菌学手册》（Bergey＇sManualofDeterminativeBacteriology），第9版由于内容增加，范围扩大，提高了手册的实用性，同时指出各类细菌间的关系，所以改名为《伯杰氏系统细菌学手册》；第二，由1卷分成4卷，这是考虑到能及时反映新进展和使用者的方便；第三，细菌在生物界的地位，8、9版间无变动，但它们的高级分类单位有很大变化，尤其嗜盐细菌和产甲烷细菌，根据胞壁分析和DNA序列分折，另列疵壁菌门，古细菌纲；第四，趋近自然体系，在各级分类单位中全面应用核酸研究；在表型特征的基础上，以DNA资料给予决定性的判断。1991年Ashetal.研究了51个菌株的rRNA序列，结果表明至少存在5个系统发育类群，这个结果导致了今后对芽孢杆菌系统发育分类的研究。到目前为止，已从Bacillus分化和建立起34个新属，见表2。33表2芽孢杆菌属及相关属Table2ThegenusBacillusanditsrelativegenus科名属类属名定名人FamilyⅠBacillaceae1.GenusⅠBacillusCohn18722.GenusⅡAmphibacillusNiimuraetal.20003.GenusⅢAnoxybacillusPikutaetal.20014.GenusⅤFilobacillusSchlesneretal.20015.GenusⅥGeobacillus(Donk1920)Nazinaetal.20016.GenusⅥGracilibacillusWainetal.19997.GenusⅧHalobacillus(Clausetal.1984)Springetal.19968.GenusⅨJeotgalibacillusYoonetal.20019.GenusⅩLentibacillusYoonetal.200210.GenusⅪMarinibacillus(RǖgerandRicher1979)Yoonetal.200111.GenusⅫOceanobacillusLuetal.200212.GenusⅩⅢParaliobacillusIshikawaetal.200313.GenusⅩⅤSalibacillus(Garabitoetal.1997)WainФetal.199914.GenusⅩⅥUreibacillus(Anderssonetal.1996)Fortinaetal.200115.GenusⅩⅦVirgibacillus(ProomandKnight1950)Heyndrickxetal.1999FamilyⅠAcidithiobacillaceae16.GenusⅡAcidithiobacillusWaksmanandJoffe1922FamilyⅠClostridiaceae17.GenusⅪCoprobacillusKageyamaandBenno2000,gen.nov.FamilyⅠFusobacterium18.GenusⅥStreptobacillusLevaditietal.1927FamilyⅠHydrogenophilaceae19.GenusⅡThiobacillusBeijerinck1957FamilyⅠLactobacillaceae20.GenusⅠLactobacillusBeijerinck190121.GenusⅡParalactobacillusLeisneretal.2000,gen.nov.FamilyⅠMethylophilac