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1、第二章第二章 微生物的分类和鉴定微生物的分类和鉴定Microbial Taxonomy and Identificationv目前已知的微生物种数为目前已知的微生物种数为15152020万种，对它们进行万种，对它们进行分类、鉴定和命名等工作才能对纷繁的微生物类群分类、鉴定和命名等工作才能对纷繁的微生物类群有一清晰的轮廓。有一清晰的轮廓。v生物种数：生物种数：150150万余种万余种n微生物分类学微生物分类学(microbial taxonomy)(microbial taxonomy)是一门按微生是一门按微生物的亲缘关系把它们安排成条理清楚的各种分类单物的亲缘关系把它们安排成条理清楚的各种分类
2、单元或分类群元或分类群(taxon)(taxon)的科学。它的具体任务有三，即的科学。它的具体任务有三，即分类分类(classification)(classification)、鉴定、鉴定(identification)(identification)和和命名命名(nomenclature)(nomenclature)。 第一节第一节 微生物的分类微生物的分类 分类的级别一、微生物的系统分类单元一、微生物的系统分类单元二、微生物的学名二、微生物的学名一、微生物的系统分类单元一、微生物的系统分类单元（一）七级分类单元（一）七级分类单元 种以上的系统分类单元（种以上的系统分类单元（taxon或或
3、category，也称分类阶元或分，也称分类阶元或分类群）自上而下依次可分七级，即：类群）自上而下依次可分七级，即：界界Kingdom（拉：（拉：Regnum） 门门Phylum（拉：（拉：Phylum）或）或Division（拉：（拉：Divisio） 纲纲Class（拉：（拉：Classis） 目目Order（拉：（拉：Ordo） 科科Family（拉：（拉：Familia） 属属Genus（拉：（拉：Genus） 种种Species（拉：（拉：Species）在这七级中，在必要时每一级都可有若干辅助单元，故共可在这七级中，在必要时每一级都可有若干辅助单元，故共可有十余级。有十余级。（二）
4、种的概念（二）种的概念v种：最基本得分类单位v微生物的种：微生物的种：是一个基本分类单位，它是一大群表型特征高度相似、亲缘关系极其接近、与同属内其他种有着明显差异的菌株的总称。v因为大多数原核生物的细胞形态过于简单，在高等生物中可用于定义种的几个主要性状，在微生物中是无法使用的。因此，在微生物尤其在原核生物中，种的定义极其难定，至今还找不到一个公认的、明确的种的定义。 模式种模式种（typespecies 模式活标本模式活标本） v在微生物中，一个种只能用该种内的一个典型菌株来作具体标本，这一典型菌株就是该种的模式种。v必须是一个种的具体活标本，是该菌种的活培养物，它应保持着纯培养状态，在性状
5、上必须与原初描述密切相符。v模式菌株可用多种方式指定，例如可由原始作者指定，如原始菌株已丧失则可再提一个新的模式，等等。常用的几种分类概念常用的几种分类概念v种种：亲缘关系较近的微生物有机体的集合，它们在进化发：亲缘关系较近的微生物有机体的集合，它们在进化发育阶段上有一定的共同形态和生理特征。现代分类学上规育阶段上有一定的共同形态和生理特征。现代分类学上规定种内菌株的定种内菌株的DNA同源性同源性70%v变种变种：从自然界分离到的微生物纯种，如果与典型种之间：从自然界分离到的微生物纯种，如果与典型种之间存在某些特征的差别，而这些特征又是稳定遗传的，则可存在某些特征的差别，而这些特征又是稳定遗传
6、的，则可将这一纯种称为典型种的变种。如枯草芽孢杆菌的黑色变将这一纯种称为典型种的变种。如枯草芽孢杆菌的黑色变种。种。v小种（亚种）小种（亚种）：实验室中获得的微生物变异型称为小种或：实验室中获得的微生物变异型称为小种或亚种。亚种。v型：型：自然界存在的差异较小的同种微生物的不同类型，称自然界存在的差异较小的同种微生物的不同类型，称为型。如结核分支杆菌依其寄主的不同可分为人型、牛型为型。如结核分支杆菌依其寄主的不同可分为人型、牛型和禽型。和禽型。v菌株（品系）菌株（品系）：来源不同的同种微生物的纯培养，均可称：来源不同的同种微生物的纯培养，均可称为菌株。为菌株。v群：群：有些微生物的特征介于两种
7、微生物之间，我们把这两有些微生物的特征介于两种微生物之间，我们把这两种微生物及其中间类型统称为一个群种微生物及其中间类型统称为一个群二、微生物的命名二、微生物的命名 每一种微生物都有自己的名字，包括俗名和学名两种。Green algaedinoflagellateBrown algaediatomRed algaealgae（一）俗名（一）俗名v普通的、通俗的、地区性的名字，具有简明和大众化的优点，普通的、通俗的、地区性的名字，具有简明和大众化的优点，但往往涵义不够确切，易于重复，使用范围局限。例如：但往往涵义不够确切，易于重复，使用范围局限。例如：v“结核杆菌结核杆菌”Mycobacteri
8、um tuberculosis（结核分枝杆菌）（结核分枝杆菌）v“绿脓杆菌绿脓杆菌”Pseudomonas aeruginosa（铜绿假单胞菌）；（铜绿假单胞菌）；v“白色念珠菌白色念珠菌”Candida albicans（白色假丝酵母）；（白色假丝酵母）；v“金葡菌金葡菌”Staphylococcus aureus（金黄色葡萄球菌）；（金黄色葡萄球菌）；v“丙丁菌丙丁菌”Clostridium acetobutylicum（丙酮丁醇梭菌）；（丙酮丁醇梭菌）；v“红色面包霉红色面包霉”Neurospora crassa（粗糙脉孢菌）。（粗糙脉孢菌）。（二）学名（二）学名v林奈的双名法林奈的双名
9、法通常由一个属名加一个种名加词通常由一个属名加一个种名加词构成。构成。属名词首需大写，种名加词字首需小写。v出现在分类学文献中的学名，在此两者之后往往还加上首次定名人（用括号括住）、现名定名人和现名定名年份，但在一般使用时，这几个部分总是省略的。即： 例1：大肠埃希氏菌（简称大肠杆菌）Escherichia coli（Migula）Castellani et Chalmers 1919例2：枯草芽孢杆菌（简称枯草杆菌）Bacillus subtilis（Ehrenberg）Cohn 1872例3：结核分枝杆菌Mycobacterium tuberculosis（Zopf）Lehmann et
10、Newmann 1896例4：丙酮丁醇梭菌Clostridium acetobutylicum McCoy，Fred，Peterson et Hastings 1926例5：铜绿假单胞菌Pseudomonas aeruginosa（Schroeter）Migula 1920例6：金黄色葡萄球菌 Staphylococcus aureus Rosenbach 1884第二节第二节 微生物的鉴定微生物的鉴定伯杰氏系统细菌学手册（简称系统手册）伯杰氏系统细菌学手册（简称系统手册） 包括古细菌在内的所有细菌放在原核生物界，包括古细菌在内的所有细菌放在原核生物界，细菌分类鉴定的依据。细菌分类鉴定的依据。
11、鉴定工作步骤：鉴定工作步骤：1、获得该微生物的纯种培养物；、获得该微生物的纯种培养物；2、测定一系列必要的鉴定指标；、测定一系列必要的鉴定指标；3、查找权威性的鉴定手册。、查找权威性的鉴定手册。 不同的微生物往往有自己不同的重点鉴定指标。不同的微生物往往有自己不同的重点鉴定指标。1、细胞的形态和习性水平、细胞的形态和习性水平 观察细胞的形态特征、运动性、酶反应、观察细胞的形态特征、运动性、酶反应、营养要求和生长条件等。营养要求和生长条件等。2、细胞组分水平、细胞组分水平 细胞组成成分例如细胞壁成分，细胞氨基酸细胞组成成分例如细胞壁成分，细胞氨基酸库，脂类，醌类，光合色素等的分析。库，脂类，醌类
12、，光合色素等的分析。微生物分类鉴定的四个不同水平微生物分类鉴定的四个不同水平3、蛋白质水平、蛋白质水平 氨基酸序列分析、凝胶电泳和各种免疫氨基酸序列分析、凝胶电泳和各种免疫标记技术。标记技术。4、核酸水平、核酸水平 核酸分子杂交，核酸分子杂交，G+C mol 值的测定，值的测定，遗传信息的转化和转导，遗传信息的转化和转导，16S或或18S rRNA寡寡核苷酸序列分析，重要基因序列分析和全基因核苷酸序列分析，重要基因序列分析和全基因组测序等。组测序等。经典的分类方法经典的分类方法 在微生物分类学发展的早期，主要的分类鉴在微生物分类学发展的早期，主要的分类鉴定指标尚为细胞的形态和习性，这类方法称作
13、经定指标尚为细胞的形态和习性，这类方法称作经典的分类鉴定方法。是相对于现代的分类鉴定方典的分类鉴定方法。是相对于现代的分类鉴定方法而言的。法而言的。 微生物分类鉴定的经典方法局限于利用常规微生物分类鉴定的经典方法局限于利用常规的方法来鉴定微生物细胞的形态、习性和构造，的方法来鉴定微生物细胞的形态、习性和构造，主要是在第一个水平上进行的。主要是在第一个水平上进行的。微生物分类鉴定理论和方法的发展：后三个水平微生物分类鉴定理论和方法的发展：后三个水平 化学分类学；数值分类学化学分类学；数值分类学一、经典分类鉴定方法一、经典分类鉴定方法 指长期以来在微生物常规鉴定中普遍采指长期以来在微生物常规鉴定中
14、普遍采用的一些形态、生理、生化、生态、生活史、用的一些形态、生理、生化、生态、生活史、血清学反应等指标。血清学反应等指标。经典的鉴定指标经典的鉴定指标二、现代分类鉴定方法二、现代分类鉴定方法（一）微生物遗传型的鉴定（一）微生物遗传型的鉴定（二）细胞化学成分的鉴定（二）细胞化学成分的鉴定（三）数值分类法（统计分类法）（三）数值分类法（统计分类法）（一）（一）微生物遗传型的鉴定微生物遗传型的鉴定v每一种微生物均有其自己特有的、稳定的DNA成分和结构，不同微生物间DNA成分和结构的差异程度代表着它们间亲缘关系的远近。因此，测定每种微生物DNA的若干重要数据，是微生物鉴定中极其重要的指标。1DNA碱基
15、比例的测定碱基比例的测定 vDNA碱基比例指（碱基比例指（G+C）mol值，简称值，简称“GC比比”，即指鸟嘌呤（，即指鸟嘌呤（G）和胞嘧啶（）和胞嘧啶（C）在整个）在整个DNA中的摩尔百分比。中的摩尔百分比。v在不同细菌中，在不同细菌中，G+Cmol值的变化幅度较大值的变化幅度较大（3075），而脊椎动物的种间则较一致），而脊椎动物的种间则较一致（4045）。）。v亲缘关系相近的种，其核苷酸的排列顺序也相近，亲缘关系相近的种，其核苷酸的排列顺序也相近，因此其因此其G+Cmol值也接近。值也接近。G+Cmol值不同值不同的两个种，它们的亲缘关系就必然较远。的两个种，它们的亲缘关系就必然较远。v
16、一般地说，同一种微生物，其种内各菌株间的一般地说，同一种微生物，其种内各菌株间的G+Cmol值可相差值可相差2.54.0，相差过少（低，相差过少（低于于2），则没有分类学上的意义；若相差在），则没有分类学上的意义；若相差在5以上，可认为已是两个不同的种了；要是相以上，可认为已是两个不同的种了；要是相差超过差超过10，则可考虑它们是属于不同的属。，则可考虑它们是属于不同的属。v因此，因此，G+Cmol值的用途主要在于排除不确切值的用途主要在于排除不确切的分类单元，而不是用它去建立一个新的分类的分类单元，而不是用它去建立一个新的分类单元。单元。2核酸分子杂交法核酸分子杂交法 v亲缘关系越近的微生物
17、，其碱基顺序就越接近，亲缘关系越近的微生物，其碱基顺序就越接近，反之亦然。一般地说，反之亦然。一般地说，G+Cmol值相差值相差1，则，则DNA碱基序列的共同区域就约减少碱基序列的共同区域就约减少9；若；若G+C mol值的差异超过值的差异超过10，则，则DNA碱基序列的共碱基序列的共同区就极少了。同区就极少了。v若要确定它们确属同一个种，就必须通过核酸分若要确定它们确属同一个种，就必须通过核酸分子间的杂交。子间的杂交。v从实验得知，各菌株从实验得知，各菌株DNA的同源性在的同源性在70以上者，以上者，属于种的水平；在属于种的水平；在20以上者，则可能属于属的以上者，则可能属于属的水平。水平。
18、3rRNA寡核苷酸编目分析寡核苷酸编目分析v通过分析原核或真核细胞中的rRNA寡核苷酸序列同源性程度，以确定不同生物间的亲缘关系和进化谱系的方法。v16SrRNA普遍存在于原核生物和真核生物细胞中，故可用以比较它们在进化上的相互联系。rRNA被称作细胞中的“活化石”。 4、微生物全基因组序列的测定、微生物全基因组序列的测定 掌握某微生物全部遗传信息。（二）细胞化学成分鉴定（二）细胞化学成分鉴定1细胞壁的化学组分细胞壁的化学组分 2全细胞水解液的糖型全细胞水解液的糖型 3磷酸类脂成分的分析磷酸类脂成分的分析4枝菌酸的分析枝菌酸的分析 5醌类的分析醌类的分析 6气相色谱技术用于微生物鉴定气相色谱技
19、术用于微生物鉴定 1细胞壁的化学组分细胞壁的化学组分 利用细胞壁组分进行细菌化学分类工作。利用细胞壁组分进行细菌化学分类工作。为用放线菌的形态特征和化学组分相结合的方法划分属提供了科学的依据。为用放线菌的形态特征和化学组分相结合的方法划分属提供了科学的依据。2全细胞水解液的糖型全细胞水解液的糖型 现以放线菌为例，其糖型可分四类：现以放线菌为例，其糖型可分四类：3磷酸类脂成分的分析磷酸类脂成分的分析 位于细菌、放线菌的细胞膜上的磷酸类脂成分，在位于细菌、放线菌的细胞膜上的磷酸类脂成分，在不同属中有所不同，故可用于鉴别放线菌属的重要不同属中有所不同，故可用于鉴别放线菌属的重要指标之一。指标之一。4
20、枝菌酸的分析枝菌酸的分析 v枝菌酸存在于诺卡氏菌属、分枝杆菌属和枝菌酸存在于诺卡氏菌属、分枝杆菌属和棒杆菌属棒杆菌属3属称作属称作“诺卡氏菌形放线菌诺卡氏菌形放线菌”中，中，它们在形态、结构和细胞壁上难以区分，它们在形态、结构和细胞壁上难以区分，但它们所含的枝菌酸却差别明显，分别含但它们所含的枝菌酸却差别明显，分别含有有80、50、30个碳原子，可对它们分属。个碳原子，可对它们分属。5醌类的分析醌类的分析 v在细菌和放线菌中所含有甲基萘醌在细菌和放线菌中所含有甲基萘醌（VK）和泛醌（辅酶）和泛醌（辅酶Q）。在放线菌）。在放线菌分类鉴定上有重要价值。分类鉴定上有重要价值。6气相色谱技术用于微生物
21、鉴定气相色谱技术用于微生物鉴定v气相色谱技术可分析微生物细胞组分和代谢产物中的脂肪酸和醇类等成分，对厌氧菌的鉴定十分有用。 （三）数值分类法（统计分类法）（三）数值分类法（统计分类法）v是一种依据数值分析的原理、借助现代计算机技术对拟分类是一种依据数值分析的原理、借助现代计算机技术对拟分类的微生物对象按大量表型性状的相似程度进行统计、归类的的微生物对象按大量表型性状的相似程度进行统计、归类的方法。方法。v现代的数值分类学必须借助于电子计算机，因此又称电子计现代的数值分类学必须借助于电子计算机，因此又称电子计算机分类学。算机分类学。v在工作开始时，必须先准备好一批待研究菌株和有关典型菌在工作开始
22、时，必须先准备好一批待研究菌株和有关典型菌种的菌株，它们被称作种的菌株，它们被称作OTU（运筹分类单位，（运筹分类单位，operational taxonomic units）。要用）。要用50个以上甚至几百个特征进行比较，个以上甚至几百个特征进行比较，且所用特征越多，其结果也就越精确。在比较不同菌株时，且所用特征越多，其结果也就越精确。在比较不同菌株时，都要采用相同的可比特征，包括形态的、生理的、生化的、都要采用相同的可比特征，包括形态的、生理的、生化的、遗传的、生态的和免疫的特征等。遗传的、生态的和免疫的特征等。数值分类的基本步骤为：数值分类的基本步骤为：v1、计算两菌株间的相关系数、计算两菌株间的相关系数v2、列出相似度矩阵、列出相似度矩阵 3、将矩阵图转换成树状谱、将矩阵图转换成树状谱
