第十一章-微生物的分類和鑒定課件

第十一章微生物的分類和鑒定第一節(jié)

微生物在生物界的地位第二節(jié)

微生物的分類和命名第三節(jié)

微生物分類鑒定的方法第四節(jié)

微生物的分類系統(tǒng)第五節(jié)

微生物的快速鑒定和自動化分析技術(shù)第十一章微生物的分類和鑒定第一節(jié)微生物在生物界的地位1生物界的分類地球上的物種估計(jì)大約有150萬，其中微生物超過10萬種，而且其數(shù)目還在不斷增加。在生物進(jìn)化歷史過程中演化形成生物種類和種群的多樣性。生物分類就是通過研究生物的系統(tǒng)發(fā)育及其進(jìn)化歷史，揭示各類生物的多樣性及其系統(tǒng)關(guān)系，編制分類系統(tǒng)，還原生物的自然歷史位置。高等動植分類化石資料、形態(tài)學(xué)、比較胚胎學(xué)較正確反映其系統(tǒng)發(fā)育生物界的分類地球上的物種估計(jì)大約有150萬，其中微生物超過12微生物分類的難題：絕大部分微生物個體小、形態(tài)簡單、易受環(huán)境影響而變異、缺少有性繁殖、缺乏化石資料。生物分類的二種基本原則：a）根據(jù)表型(phenetic)特征的相似程度分群歸類，這種表型分類重在應(yīng)用，不涉及生物進(jìn)化或不以反映生物親緣關(guān)系為目標(biāo)；b）按照生物系統(tǒng)發(fā)育相關(guān)性水平來分群歸類，其目標(biāo)是探尋各種生物之間的進(jìn)化關(guān)系，建立反映生物系統(tǒng)發(fā)育的分類系統(tǒng)。微生物分類的難題：絕大部分微生物個體小、形態(tài)簡單、易受環(huán)境影3★從兩界系統(tǒng)經(jīng)歷過三界系統(tǒng)、四界系統(tǒng)、五界系統(tǒng)甚至六界系統(tǒng)，最后又有了三原界（或三總界）系統(tǒng)。（圖10－2）★傳統(tǒng)的、為多數(shù)學(xué)者所接受的是1969年魏塔克（R.H.Whittaker）在《Science》上提出的五界學(xué)說。一、生物的界級分類學(xué)說第一節(jié)微生物在生物界的地位★從兩界系統(tǒng)經(jīng)歷過三界系統(tǒng)、四界系統(tǒng)、五界系統(tǒng)甚至六界系統(tǒng)，4利用16SrRNA建立分子進(jìn)化樹的美國科學(xué)家CarlWoese

二、三域?qū)W說的建立和發(fā)展利用16SrRNA建立分子進(jìn)化樹的美國科學(xué)家CarlWo5（1）古生菌域（Archaea)：包括產(chǎn)甲烷細(xì)菌、極端嗜鹽菌和嗜熱嗜酸菌等（2）細(xì)菌域（Bacteria)：包括藍(lán)細(xì)菌和各種除古細(xì)菌以外的其它原核生物（3）真核生物域（Eukarya）：包括原生生物、真菌、動物和植物（1）古生菌域（Archaea)：包括產(chǎn)甲烷細(xì)菌、極端嗜鹽6經(jīng)典分類學(xué)：按微生物表型分類微生物系統(tǒng)學(xué)：按親緣關(guān)系和進(jìn)化規(guī)律分類發(fā)展表型特征：形態(tài)學(xué)、生理生化學(xué)、生態(tài)學(xué)等，推斷微生物的系統(tǒng)發(fā)育。表型特征結(jié)合分子水平上比較微生物的基因型特征（如16SrRNA)探討微生物進(jìn)化、系統(tǒng)發(fā)育和分類鑒定?！镂⑸锓诸悓W(xué)的三個任務(wù)：分類、鑒定及命名☆分類是根據(jù)微生物的相似性和親緣關(guān)系，將微生物歸入不同的分類類群?！铊b定是確定一個新的分離物屬于已經(jīng)確認(rèn)的分類單元的過程?！蠲歉鶕?jù)國際命名法規(guī)給微生物分類單元以科學(xué)的名稱。第二節(jié)微生物的分類和命名經(jīng)典分類學(xué)：按微生物表型分類微生物系統(tǒng)學(xué)：按親緣關(guān)系和進(jìn)化規(guī)7以啤酒酵母為例，它在分類學(xué)上的地位是：界(Kindom)：真菌界門(Phyllum)：真菌門綱(Class)：子囊菌綱目(Order)：內(nèi)孢霉目科(Family)：內(nèi)孢霉科屬(Genus)：酵母屬種(Species)：啤酒酵母微生物的分類單位界、門、綱、目、科、屬、種種是最基本的分類單位每一分類單位之后可有亞門、亞綱、亞目、亞科...以啤酒酵母為例，它在分類學(xué)上的地位是：微生物的分類單位界、門8種（species）：是一個基本分類單位；是一大群表型特征高度相似、親緣關(guān)系極其接近，與同屬內(nèi)其他種有明顯差別的菌株的總稱。菌株（strain）:表示任何由一個獨(dú)立分離的單細(xì)胞繁殖而成的純種群體及其一切后代（起源于共同祖先并保持祖先特性的一組純種后代菌群）。因此，一種微生物的不同來源的純培養(yǎng)物均可稱為該菌種的一個菌株。菌株強(qiáng)調(diào)的是遺傳型純的譜系。例如：大腸埃希氏桿菌的兩個菌株：EscherichiacoliB和EscherichiacoliK12★菌株的表示法：★種是分類學(xué)上的基本單位，菌株是實(shí)際上應(yīng)用的基本單位，因?yàn)橥痪N的不同菌株在產(chǎn)酶上種類或代謝物產(chǎn)量上會有很大的不同和差別！種（species）：是一個基本分類單位；是一大群表型特征高9亞種(subspecies）或變種(variety)：為種內(nèi)的再分類。當(dāng)某一個種內(nèi)的不同菌株存在少數(shù)明顯而穩(wěn)定的變異特征或遺傳形狀，而又不足以區(qū)分成新種時，可以將這些菌株細(xì)分成兩個或更多的小的分類單元——亞種。變種是亞種的同義詞，因“變種”一詞易引起詞義上的混淆，從1976年后，不再使用變種一詞。通常把實(shí)驗(yàn)室中所獲得的變異型菌株，稱之為亞種。如：E.colik12（野生型）是不需要特殊氨基酸的，而實(shí)驗(yàn)室變異后，可從k12獲得某氨基酸的缺陷型，此即稱為E.colik12的亞種。型(form):

常指亞種以下的細(xì)分。當(dāng)同種或同亞種內(nèi)不同菌株之間的性狀差異不足以分為新的亞種時，可以細(xì)分為不同的型。

例如：按抗原特征的差異分為不同的血清型；亞種(subspecies）或變種(variety)：型(f10學(xué)名—是微生物的科學(xué)名稱，它是按照有關(guān)微生物分類國際委員會擬定的法則命名的。學(xué)名由拉丁詞、或拉丁化的外來詞組成。學(xué)名的命名有雙名法和三名法兩種。①雙名法：學(xué)名=屬名+種名+（首次定名人）+現(xiàn)定名人+定名年份屬名：拉丁文的名詞或用作名詞的形容詞，單數(shù)，首字母大寫，表示微生物的主要特征，由微生物構(gòu)造，形狀或由科學(xué)家命名。種名：拉丁文形容詞，字首小寫，為微生物次要特征，

如微生物色素、形狀、來源或科學(xué)家姓名等。微生物的命名必要，用斜體表示可省略，用正體字微生物的名字有俗名和學(xué)名兩種。如：紅色面包霉———粗糙脈孢霉綠膿桿菌———銅綠假單胞菌學(xué)名—是微生物的科學(xué)名稱，它是按照有關(guān)微生物分類國際委員會擬11例：大腸埃希氏桿菌

Escherichiacoli（Migula）CastellanietChalmers1919

金黃色葡萄球菌

StaphylococcusaureusRosenbach1884◆當(dāng)泛指某一屬微生物，而不特指該屬中某一種（或未定種名）時，可在屬名后加sp.或ssp.（分別代表species縮寫的單數(shù)和復(fù)數(shù)形式）例如：Saccharomycessp.表示酵母菌屬中的一個種。例：大腸埃希氏桿菌◆當(dāng)泛指某一屬微生物，而不特指該屬中某一種12◆菌株名稱——在種名后面自行加上數(shù)字、地名或符號等如：BacillussubtilisAS1.389AS=AcademiaSinica

BacillussubtilisBF7658BF=北紡

ClostridiumacetobutylicumATCC824丙酮丁醇梭菌ATCC＝AmericanTypeCultureCollection美國模式菌種保藏中心◆當(dāng)文章中前面已出現(xiàn)過某學(xué)名時，后面的可將其屬名縮寫成1～3個字母。如：Escherichiacoli可縮寫成E.coliStaphylococcusaureus可縮寫成S.aureus②三名法：用于對亞種的命名，這時在屬和種名后加寫一個subsp.或var，然后再附上亞種名稱（斜排體）。如：

Bacillusthuringiensis（subsp.）galleria

蘇云金芽孢桿菌臘螟亞種◆菌株名稱——在種名后面自行加上數(shù)字、地名或符號等13有關(guān)學(xué)名的其他知識屬名：是一個表示該微生物主要特征的名詞或用作名詞的形容詞，單數(shù)，第一個字母大寫。種名加詞：又稱種加詞，它代表一個物種的次要特征，字母一律小寫。屬名和種名都是由拉丁詞、希臘詞或其他拉丁化的外來詞或以組合方式拼成。按規(guī)定，學(xué)名均應(yīng)按拉丁字母發(fā)音規(guī)則發(fā)音。有關(guān)學(xué)名的其他知識屬名：是一個表示該微生物主要特征的名詞或用14由于細(xì)菌分類單元的劃分缺乏一個易于操作的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，為了減少因采用不同標(biāo)準(zhǔn)界定分類單元所造成的混亂，細(xì)菌系統(tǒng)分類也像其他生物分類一樣采用“模式概念”種和亞種指定模式菌株（typestrain）；亞屬和屬指定模式種（typespecies）；屬以上至目級分類單元指定模式屬（typegenus）；模式菌株應(yīng)送交菌種保藏機(jī)構(gòu)保藏，以便備查考和索取。由于細(xì)菌分類單元的劃分缺乏一個易于操作的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，種和亞種指15形態(tài)結(jié)構(gòu)、生理生化、少量的化石資料、行為習(xí)性，等等表型特征：b）形態(tài)特征在不同類群中進(jìn)化速度差異很大，僅根據(jù)形態(tài)推斷進(jìn)化關(guān)系往往不準(zhǔn)確；缺點(diǎn)：a）由于微生物可利用的形態(tài)特征少，很難把所有生物放在同一水平上進(jìn)行比較；第三節(jié)微生物分類鑒定的方法形態(tài)結(jié)構(gòu)、生理生化、少量的化石資料、行為習(xí)性，等等表型特征：16蛋白質(zhì)、RNA和DNA序列進(jìn)化變化的顯著特點(diǎn)是進(jìn)化速率相對恒定，也就是說，分子序列進(jìn)化的改變量(氨基酸或核苷酸替換數(shù)或替換百分率)與分子進(jìn)化的時間成正比。生物大分子作為分類鑒定的依據(jù)a）在兩群生物中，如果同一種分子的序列差異很大時，------------進(jìn)化距離遠(yuǎn)，進(jìn)化過程中很早就分支了。b）如果兩群生物同一來源的大分子的序列基本相同，------------處在同一進(jìn)化水平上。大量的資料表明：功能重要的大分子、或者大分子中功能重要的區(qū)域，比功能不重要的分子或分子區(qū)域進(jìn)化變化速度低。蛋白質(zhì)、RNA和DNA序列進(jìn)化變化的顯著特點(diǎn)是進(jìn)化速率相對恒17RNA作為分類鑒定的依據(jù)16SrRNA被普遍公認(rèn)為是一把好的譜系分析的“分子尺”：RNA作為分類鑒定的依據(jù)16SrRNA被普遍公認(rèn)為是一把好18rRNA具有重要且恒定的生理功能在16SrRNA分子中，既含有高度保守的序列區(qū)域，又有中度保守和高度變化的序列區(qū)域，因而它適用于進(jìn)化距離不同的各類生物親緣關(guān)系的研究；16SrRNA分子量大小適中，便于序列分析；rRNA在細(xì)胞中含量大(約占細(xì)胞中RNA的90%)，也易于提取；16SrRNA普遍存在于真核生物和原核生物中(真核生物中其同源分子是18SrRNA)。因此它可以作為測量各類生物進(jìn)化的工具。rRNA具有重要且恒定的生理功能19Eubacteria（細(xì)菌域）Archaea（古生菌域）Eukarya（真核生物域）CarlWoese利用16SrRNA建立分子進(jìn)化樹古生菌在進(jìn)化譜系上與真細(xì)菌及真核生物相互并列，且與后者關(guān)系更近，而其細(xì)胞構(gòu)造卻與真細(xì)菌較為接近，同屬于原核生物。EubacteriaArchaea20微生物分類鑒定的指標(biāo)和方法形態(tài)學(xué)特征、生理學(xué)特征、生態(tài)學(xué)特征1、生物分類的傳統(tǒng)指標(biāo)：形態(tài)學(xué)特征培養(yǎng)特征、運(yùn)動性等等、特殊的細(xì)胞結(jié)構(gòu)、細(xì)胞形態(tài)及其染色特性、微生物分類和鑒定的重要依據(jù)之一：a）易于觀察和比較，尤其是真核微生物和具有特殊形態(tài)結(jié)構(gòu)的細(xì)菌；b）許多形態(tài)學(xué)特征依賴于多基因的表達(dá)，具有相對的穩(wěn)定性；微生物分類鑒定的指標(biāo)和方法形態(tài)學(xué)特征、生理學(xué)特征、生態(tài)學(xué)特征21☆生理生化特征與微生物的酶和調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)的本質(zhì)和活性直接相關(guān)；代謝產(chǎn)物等營養(yǎng)類型；與氧的關(guān)系；對溫度的適應(yīng)性；對pH的適應(yīng)性；對滲透壓的適應(yīng)性；酶及蛋白質(zhì)都是基因產(chǎn)物；對微生物生理生化特征的比較也是對微生物基因組的間接比較；測定生理生化特征比直接分析基因組要容易得多；☆生理生化特征與微生物的酶和調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)的本質(zhì)和活性直接相關(guān)22常借助特異性的血清學(xué)反應(yīng)來確定未知菌種、亞種或菌株。★生態(tài)特性包括在自然界的分布情況，與其他生物有否寄生或共生關(guān)系,宿主種類及與宿主關(guān)系,有性生殖情況,生活史等。★血清學(xué)反應(yīng)常借助特異性的血清學(xué)反應(yīng)來確定未知菌種、亞種或菌株?！锷鷳B(tài)特23核酸的堿基組成和分子雜交特點(diǎn)：與形態(tài)及生理生化特性的比較不同，對DNA的堿基組成的比較和進(jìn)行核酸分子雜交是直接比較不同微生物之間基因組的差異，因此結(jié)果更加可信。1、DNA的堿基比例的測定DNA堿基因組成是各種生物一個穩(wěn)定的特征，即使個別基因突變，堿基組成也不會發(fā)生明顯變化。分類學(xué)上，用G+C占全部堿基的克分子百分?jǐn)?shù)(G+C）mol%來表示各類生物的DNA堿基因組成特征。二、微生物分類鑒定中的現(xiàn)代方法核酸的堿基組成和分子雜交特點(diǎn)：與形態(tài)及生理生化特性的比較不同24◆每個生物種都有特定的GC%范圍，因此后者可以作為分類鑒定的指標(biāo)。細(xì)菌的GC%范圍為25--75%，變化范圍最大，因此更適合于細(xì)菌的分類鑒定?！裘總€生物種都有特定的GC%范圍，因此后者可以作為分類鑒定的25◆GC%測定主要用于對表型特征難區(qū)分的細(xì)菌作出鑒定，并可檢驗(yàn)表型特征分類的合理性，從分子水平上判斷物種的親緣關(guān)系。使用原則：G+C含量的比較主要用于分類鑒定中的否定每一種生物都有一定的堿基組成，親緣關(guān)系近的生物，它們應(yīng)該具有相似的G+C含量，若不同生物之間G+C含量差別大表明它們關(guān)系遠(yuǎn)。但具有相似G+C含量的生物并不一定表明它們之間具有近的親緣關(guān)系?！鬐C%測定主要用于對表型特征難區(qū)分的細(xì)菌作出鑒定，并可檢驗(yàn)26同一個種內(nèi)的不同菌株G+C含量差別應(yīng)在4～5%以下；同屬不同種的差別應(yīng)低于10～15%；G+C含量已經(jīng)作為建立新的微生物分類單元的一項(xiàng)基本特征，它對于種、屬甚至科的分類鑒定有重要意義。若二個在形態(tài)及生理生化特性方面及其相似的菌株，如果其G+C含量的差別大于5%，則肯定不是同一個種，大于15%則肯定不是同一個屬。在疑難菌株鑒定、新種命名、建立一個新的分類單位時，G+C含量是一項(xiàng)重要的，必不可少的鑒定指標(biāo)。其分類學(xué)意義主要是作為建立新分類單元的一項(xiàng)基本特征和把那些G+C含量差別大的種類排除出某一分類單元。G+C含量的比較主要用于分類鑒定中的否定同一個種內(nèi)的不同菌株G+C含量差別應(yīng)在4～5%以下；同屬不同27測定解鏈溫度(Tm):Tm值計(jì)算公式：Tm=69.3+0.41(G+C%),<20bp的寡核苷酸：Tm=4（G+C）+2（A+T）測定解鏈溫度(Tm):Tm值計(jì)算公式：Tm=69.3+0.428a）DNA-DNA雜交b）DNA-rRNA雜交c）rRNA-rRNA2、核酸的分子雜交法核酸分子雜交(hybridization)間接比較不同微生物DNA堿基排列順序的相似性。是比GC比更細(xì)致和更精確的遺傳性狀指標(biāo)。不同生物DNA堿基排列順序的異同直接反映生物之間親緣關(guān)系的遠(yuǎn)近，堿基排列順序差異越小，它們之間的親緣關(guān)系就越近，反之亦然。DNA-DNA雜交同源性>60%可以是同種，>70%同一亞種，同源性20％～60％范圍內(nèi)，則屬于同一個屬。a）DNA-DNA雜交2、核酸的分子雜交法核酸分子雜交(hy2916SrRNA被普遍公認(rèn)為是一把好的譜系分析的“分子尺”：3、rRNA寡核苷酸編目分析普遍存在與一切細(xì)胞中生理功能即重要又穩(wěn)定細(xì)胞中含量高，易提取編碼rRNA的某些核苷酸序列非常保守相對分子質(zhì)量適中16SrRNA被普遍公認(rèn)為是一把好的譜系分析的“分子尺”：3301、提純rRNA2、用T1RNA酶水解3、雙向電泳分離4、得到指紋圖譜5、對比分析基本原理：用一種RNA酶水解rRNA后，可產(chǎn)生一系列寡核苷酸片段，如果兩種或兩株微生物的親緣關(guān)系越近，則所產(chǎn)生的寡核苷酸片段的序列越接近，反之亦然。1、提純rRNA基本原理：用一種RNA酶水解rRNA后，可產(chǎn)31（二）細(xì)胞化學(xué)成分用作鑒定指標(biāo)細(xì)胞壁的化學(xué)成分全細(xì)胞水解液的糖型磷酸類脂成分的分析枝菌酸的分析醌類的分析氣相色譜技術(shù)用于微生物的鑒定（三）數(shù)值分類學(xué)（統(tǒng)計(jì)分類學(xué)）p365表10－6數(shù)值分類學(xué)與傳統(tǒng)分類法的比較（二）細(xì)胞化學(xué)成分用作鑒定指標(biāo)細(xì)胞壁的化學(xué)成分（三）數(shù)值分類32《伯杰氏鑒定細(xì)菌學(xué)手冊》(Bergey’sManualofDeterminativeBacteriology)美國賓夕法尼亞大學(xué)的細(xì)菌學(xué)教授伯杰(D.Bergey)(1860-1937)1957年第七版后，由于越來越廣泛地吸收了國際上細(xì)菌分類學(xué)家參加編寫(如1974年第八版，撰稿人多達(dá)130多位，涉及15個國家；現(xiàn)行版本撰稿人多達(dá)300多人，涉及近20個國家)，所以它的近代版本反映了出版年代細(xì)菌分類學(xué)的最新成果，因而逐漸確立了在國際上對細(xì)菌進(jìn)行全面分類的權(quán)威地位。細(xì)菌分類系統(tǒng)第四節(jié)微生物的分類系統(tǒng)《伯杰氏鑒定細(xì)菌學(xué)手冊》美國賓夕法尼亞大學(xué)的細(xì)菌學(xué)教授伯杰(33《伯杰氏系統(tǒng)細(xì)菌學(xué)手冊》(Bergey’sManualofSystematicBacteriology)伯杰氏手冊是目前進(jìn)行細(xì)菌分類、鑒定的最重要依據(jù)，其特點(diǎn)是描述非常詳細(xì)，包括對細(xì)菌各個屬種的特征及進(jìn)行鑒定所需做的實(shí)驗(yàn)的具體方法。（20世紀(jì)80年代末期）《伯杰氏系統(tǒng)細(xì)菌學(xué)手冊》伯杰氏手冊是目前進(jìn)行細(xì)菌分類、鑒定的34放線菌：中國科學(xué)院微生物研究所編著的放線菌目分科、分屬檢索表。真菌：真菌界分類系統(tǒng)很多，各國采用不同的系統(tǒng)，比較混亂。近年來為較多人接受的是Ainsworth的綱要。Smith、Alexopoulos、Ainsworth的分類系統(tǒng)放線菌：中國科學(xué)院微生物研究所編著的放線菌目分科、分屬檢索表35第五節(jié)微生物的快速鑒定和自動化分析技術(shù)形態(tài)和生理生化特征是最常用的細(xì)菌分類、鑒定指標(biāo)第五節(jié)微生物的快速鑒定和自動化分析技術(shù)形態(tài)和生理生化特征是361、API細(xì)菌數(shù)值鑒定系統(tǒng)（APISystem）菌種基本培養(yǎng)基（液體）

菌懸液檢測、編碼、查表、鑒定適用于API鑒定細(xì)菌有700多種1、API細(xì)菌數(shù)值鑒定系統(tǒng)（APISystem）菌372、Enterotube系統(tǒng)不同培養(yǎng)基分裝不同小槽中，同步接種，培養(yǎng)后檢測、查表、鑒定。2、Enterotube系統(tǒng)不同培養(yǎng)基分38第十一章-微生物的分類和鑒定課件393、Biolog全自動或手動細(xì)菌鑒定系統(tǒng)在96孔的細(xì)菌培養(yǎng)板上檢測微生物對不同發(fā)酵性碳源利用情況進(jìn)行的分類鑒定。自動化、快速可鑒定細(xì)菌有1140多種、酵母菌267種、目前已經(jīng)可用于絲狀真菌。每個孔中含有不同的底物菌懸液或無菌水3、Biolog全自動或手動細(xì)菌鑒定系統(tǒng)在96孔的40

41第十一章-微生物的分類和鑒定課件42第十一章-微生物的分類和鑒定課件43SUMMARY了解生物分類的通用分類單元；掌握微生物在生物界的地位；掌握微生物的分類和鑒定的依據(jù)；了解微生物分類鑒定的主要參考書；了解微生物的快速鑒定方法。SUMMARY了解生物分類的通用分類單元；44思考題

什么是學(xué)名？舉例說明什么是雙名法？微生物分類的依據(jù)主要有哪些？思考題什么是學(xué)名？舉例說明什么是雙名法？45第十一章微生物的分類和鑒定第一節(jié)

微生物在生物界的地位第二節(jié)

微生物的分類和命名第三節(jié)

微生物分類鑒定的方法第四節(jié)

微生物的分類系統(tǒng)第五節(jié)

微生物的快速鑒定和自動化分析技術(shù)第十一章微生物的分類和鑒定第一節(jié)微生物在生物界的地位46生物界的分類地球上的物種估計(jì)大約有150萬，其中微生物超過10萬種，而且其數(shù)目還在不斷增加。在生物進(jìn)化歷史過程中演化形成生物種類和種群的多樣性。生物分類就是通過研究生物的系統(tǒng)發(fā)育及其進(jìn)化歷史，揭示各類生物的多樣性及其系統(tǒng)關(guān)系，編制分類系統(tǒng)，還原生物的自然歷史位置。高等動植分類化石資料、形態(tài)學(xué)、比較胚胎學(xué)較正確反映其系統(tǒng)發(fā)育生物界的分類地球上的物種估計(jì)大約有150萬，其中微生物超過147微生物分類的難題：絕大部分微生物個體小、形態(tài)簡單、易受環(huán)境影響而變異、缺少有性繁殖、缺乏化石資料。生物分類的二種基本原則：a）根據(jù)表型(phenetic)特征的相似程度分群歸類，這種表型分類重在應(yīng)用，不涉及生物進(jìn)化或不以反映生物親緣關(guān)系為目標(biāo)；b）按照生物系統(tǒng)發(fā)育相關(guān)性水平來分群歸類，其目標(biāo)是探尋各種生物之間的進(jìn)化關(guān)系，建立反映生物系統(tǒng)發(fā)育的分類系統(tǒng)。微生物分類的難題：絕大部分微生物個體小、形態(tài)簡單、易受環(huán)境影48★從兩界系統(tǒng)經(jīng)歷過三界系統(tǒng)、四界系統(tǒng)、五界系統(tǒng)甚至六界系統(tǒng)，最后又有了三原界（或三總界）系統(tǒng)。（圖10－2）★傳統(tǒng)的、為多數(shù)學(xué)者所接受的是1969年魏塔克（R.H.Whittaker）在《Science》上提出的五界學(xué)說。一、生物的界級分類學(xué)說第一節(jié)微生物在生物界的地位★從兩界系統(tǒng)經(jīng)歷過三界系統(tǒng)、四界系統(tǒng)、五界系統(tǒng)甚至六界系統(tǒng)，49利用16SrRNA建立分子進(jìn)化樹的美國科學(xué)家CarlWoese

二、三域?qū)W說的建立和發(fā)展利用16SrRNA建立分子進(jìn)化樹的美國科學(xué)家CarlWo50（1）古生菌域（Archaea)：包括產(chǎn)甲烷細(xì)菌、極端嗜鹽菌和嗜熱嗜酸菌等（2）細(xì)菌域（Bacteria)：包括藍(lán)細(xì)菌和各種除古細(xì)菌以外的其它原核生物（3）真核生物域（Eukarya）：包括原生生物、真菌、動物和植物（1）古生菌域（Archaea)：包括產(chǎn)甲烷細(xì)菌、極端嗜鹽51經(jīng)典分類學(xué)：按微生物表型分類微生物系統(tǒng)學(xué)：按親緣關(guān)系和進(jìn)化規(guī)律分類發(fā)展表型特征：形態(tài)學(xué)、生理生化學(xué)、生態(tài)學(xué)等，推斷微生物的系統(tǒng)發(fā)育。表型特征結(jié)合分子水平上比較微生物的基因型特征（如16SrRNA)探討微生物進(jìn)化、系統(tǒng)發(fā)育和分類鑒定?！镂⑸锓诸悓W(xué)的三個任務(wù)：分類、鑒定及命名☆分類是根據(jù)微生物的相似性和親緣關(guān)系，將微生物歸入不同的分類類群?！铊b定是確定一個新的分離物屬于已經(jīng)確認(rèn)的分類單元的過程?！蠲歉鶕?jù)國際命名法規(guī)給微生物分類單元以科學(xué)的名稱。第二節(jié)微生物的分類和命名經(jīng)典分類學(xué)：按微生物表型分類微生物系統(tǒng)學(xué)：按親緣關(guān)系和進(jìn)化規(guī)52以啤酒酵母為例，它在分類學(xué)上的地位是：界(Kindom)：真菌界門(Phyllum)：真菌門綱(Class)：子囊菌綱目(Order)：內(nèi)孢霉目科(Family)：內(nèi)孢霉科屬(Genus)：酵母屬種(Species)：啤酒酵母微生物的分類單位界、門、綱、目、科、屬、種種是最基本的分類單位每一分類單位之后可有亞門、亞綱、亞目、亞科...以啤酒酵母為例，它在分類學(xué)上的地位是：微生物的分類單位界、門53種（species）：是一個基本分類單位；是一大群表型特征高度相似、親緣關(guān)系極其接近，與同屬內(nèi)其他種有明顯差別的菌株的總稱。菌株（strain）:表示任何由一個獨(dú)立分離的單細(xì)胞繁殖而成的純種群體及其一切后代（起源于共同祖先并保持祖先特性的一組純種后代菌群）。因此，一種微生物的不同來源的純培養(yǎng)物均可稱為該菌種的一個菌株。菌株強(qiáng)調(diào)的是遺傳型純的譜系。例如：大腸埃希氏桿菌的兩個菌株：EscherichiacoliB和EscherichiacoliK12★菌株的表示法：★種是分類學(xué)上的基本單位，菌株是實(shí)際上應(yīng)用的基本單位，因?yàn)橥痪N的不同菌株在產(chǎn)酶上種類或代謝物產(chǎn)量上會有很大的不同和差別！種（species）：是一個基本分類單位；是一大群表型特征高54亞種(subspecies）或變種(variety)：為種內(nèi)的再分類。當(dāng)某一個種內(nèi)的不同菌株存在少數(shù)明顯而穩(wěn)定的變異特征或遺傳形狀，而又不足以區(qū)分成新種時，可以將這些菌株細(xì)分成兩個或更多的小的分類單元——亞種。變種是亞種的同義詞，因“變種”一詞易引起詞義上的混淆，從1976年后，不再使用變種一詞。通常把實(shí)驗(yàn)室中所獲得的變異型菌株，稱之為亞種。如：E.colik12（野生型）是不需要特殊氨基酸的，而實(shí)驗(yàn)室變異后，可從k12獲得某氨基酸的缺陷型，此即稱為E.colik12的亞種。型(form):

常指亞種以下的細(xì)分。當(dāng)同種或同亞種內(nèi)不同菌株之間的性狀差異不足以分為新的亞種時，可以細(xì)分為不同的型。

例如：按抗原特征的差異分為不同的血清型；亞種(subspecies）或變種(variety)：型(f55學(xué)名—是微生物的科學(xué)名稱，它是按照有關(guān)微生物分類國際委員會擬定的法則命名的。學(xué)名由拉丁詞、或拉丁化的外來詞組成。學(xué)名的命名有雙名法和三名法兩種。①雙名法：學(xué)名=屬名+種名+（首次定名人）+現(xiàn)定名人+定名年份屬名：拉丁文的名詞或用作名詞的形容詞，單數(shù)，首字母大寫，表示微生物的主要特征，由微生物構(gòu)造，形狀或由科學(xué)家命名。種名：拉丁文形容詞，字首小寫，為微生物次要特征，

如微生物色素、形狀、來源或科學(xué)家姓名等。微生物的命名必要，用斜體表示可省略，用正體字微生物的名字有俗名和學(xué)名兩種。如：紅色面包霉———粗糙脈孢霉綠膿桿菌———銅綠假單胞菌學(xué)名—是微生物的科學(xué)名稱，它是按照有關(guān)微生物分類國際委員會擬56例：大腸埃希氏桿菌

Escherichiacoli（Migula）CastellanietChalmers1919

金黃色葡萄球菌

StaphylococcusaureusRosenbach1884◆當(dāng)泛指某一屬微生物，而不特指該屬中某一種（或未定種名）時，可在屬名后加sp.或ssp.（分別代表species縮寫的單數(shù)和復(fù)數(shù)形式）例如：Saccharomycessp.表示酵母菌屬中的一個種。例：大腸埃希氏桿菌◆當(dāng)泛指某一屬微生物，而不特指該屬中某一種57◆菌株名稱——在種名后面自行加上數(shù)字、地名或符號等如：BacillussubtilisAS1.389AS=AcademiaSinica

BacillussubtilisBF7658BF=北紡

ClostridiumacetobutylicumATCC824丙酮丁醇梭菌ATCC＝AmericanTypeCultureCollection美國模式菌種保藏中心◆當(dāng)文章中前面已出現(xiàn)過某學(xué)名時，后面的可將其屬名縮寫成1～3個字母。如：Escherichiacoli可縮寫成E.coliStaphylococcusaureus可縮寫成S.aureus②三名法：用于對亞種的命名，這時在屬和種名后加寫一個subsp.或var，然后再附上亞種名稱（斜排體）。如：

Bacillusthuringiensis（subsp.）galleria

蘇云金芽孢桿菌臘螟亞種◆菌株名稱——在種名后面自行加上數(shù)字、地名或符號等58有關(guān)學(xué)名的其他知識屬名：是一個表示該微生物主要特征的名詞或用作名詞的形容詞，單數(shù)，第一個字母大寫。種名加詞：又稱種加詞，它代表一個物種的次要特征，字母一律小寫。屬名和種名都是由拉丁詞、希臘詞或其他拉丁化的外來詞或以組合方式拼成。按規(guī)定，學(xué)名均應(yīng)按拉丁字母發(fā)音規(guī)則發(fā)音。有關(guān)學(xué)名的其他知識屬名：是一個表示該微生物主要特征的名詞或用59由于細(xì)菌分類單元的劃分缺乏一個易于操作的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，為了減少因采用不同標(biāo)準(zhǔn)界定分類單元所造成的混亂，細(xì)菌系統(tǒng)分類也像其他生物分類一樣采用“模式概念”種和亞種指定模式菌株（typestrain）；亞屬和屬指定模式種（typespecies）；屬以上至目級分類單元指定模式屬（typegenus）；模式菌株應(yīng)送交菌種保藏機(jī)構(gòu)保藏，以便備查考和索取。由于細(xì)菌分類單元的劃分缺乏一個易于操作的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，種和亞種指60形態(tài)結(jié)構(gòu)、生理生化、少量的化石資料、行為習(xí)性，等等表型特征：b）形態(tài)特征在不同類群中進(jìn)化速度差異很大，僅根據(jù)形態(tài)推斷進(jìn)化關(guān)系往往不準(zhǔn)確；缺點(diǎn)：a）由于微生物可利用的形態(tài)特征少，很難把所有生物放在同一水平上進(jìn)行比較；第三節(jié)微生物分類鑒定的方法形態(tài)結(jié)構(gòu)、生理生化、少量的化石資料、行為習(xí)性，等等表型特征：61蛋白質(zhì)、RNA和DNA序列進(jìn)化變化的顯著特點(diǎn)是進(jìn)化速率相對恒定，也就是說，分子序列進(jìn)化的改變量(氨基酸或核苷酸替換數(shù)或替換百分率)與分子進(jìn)化的時間成正比。生物大分子作為分類鑒定的依據(jù)a）在兩群生物中，如果同一種分子的序列差異很大時，------------進(jìn)化距離遠(yuǎn)，進(jìn)化過程中很早就分支了。b）如果兩群生物同一來源的大分子的序列基本相同，------------處在同一進(jìn)化水平上。大量的資料表明：功能重要的大分子、或者大分子中功能重要的區(qū)域，比功能不重要的分子或分子區(qū)域進(jìn)化變化速度低。蛋白質(zhì)、RNA和DNA序列進(jìn)化變化的顯著特點(diǎn)是進(jìn)化速率相對恒62RNA作為分類鑒定的依據(jù)16SrRNA被普遍公認(rèn)為是一把好的譜系分析的“分子尺”：RNA作為分類鑒定的依據(jù)16SrRNA被普遍公認(rèn)為是一把好63rRNA具有重要且恒定的生理功能在16SrRNA分子中，既含有高度保守的序列區(qū)域，又有中度保守和高度變化的序列區(qū)域，因而它適用于進(jìn)化距離不同的各類生物親緣關(guān)系的研究；16SrRNA分子量大小適中，便于序列分析；rRNA在細(xì)胞中含量大(約占細(xì)胞中RNA的90%)，也易于提??；16SrRNA普遍存在于真核生物和原核生物中(真核生物中其同源分子是18SrRNA)。因此它可以作為測量各類生物進(jìn)化的工具。rRNA具有重要且恒定的生理功能64Eubacteria（細(xì)菌域）Archaea（古生菌域）Eukarya（真核生物域）CarlWoese利用16SrRNA建立分子進(jìn)化樹古生菌在進(jìn)化譜系上與真細(xì)菌及真核生物相互并列，且與后者關(guān)系更近，而其細(xì)胞構(gòu)造卻與真細(xì)菌較為接近，同屬于原核生物。EubacteriaArchaea65微生物分類鑒定的指標(biāo)和方法形態(tài)學(xué)特征、生理學(xué)特征、生態(tài)學(xué)特征1、生物分類的傳統(tǒng)指標(biāo)：形態(tài)學(xué)特征培養(yǎng)特征、運(yùn)動性等等、特殊的細(xì)胞結(jié)構(gòu)、細(xì)胞形態(tài)及其染色特性、微生物分類和鑒定的重要依據(jù)之一：a）易于觀察和比較，尤其是真核微生物和具有特殊形態(tài)結(jié)構(gòu)的細(xì)菌；b）許多形態(tài)學(xué)特征依賴于多基因的表達(dá)，具有相對的穩(wěn)定性；微生物分類鑒定的指標(biāo)和方法形態(tài)學(xué)特征、生理學(xué)特征、生態(tài)學(xué)特征66☆生理生化特征與微生物的酶和調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)的本質(zhì)和活性直接相關(guān)；代謝產(chǎn)物等營養(yǎng)類型；與氧的關(guān)系；對溫度的適應(yīng)性；對pH的適應(yīng)性；對滲透壓的適應(yīng)性；酶及蛋白質(zhì)都是基因產(chǎn)物；對微生物生理生化特征的比較也是對微生物基因組的間接比較；測定生理生化特征比直接分析基因組要容易得多；☆生理生化特征與微生物的酶和調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)的本質(zhì)和活性直接相關(guān)67常借助特異性的血清學(xué)反應(yīng)來確定未知菌種、亞種或菌株?！锷鷳B(tài)特性包括在自然界的分布情況，與其他生物有否寄生或共生關(guān)系,宿主種類及與宿主關(guān)系,有性生殖情況,生活史等。★血清學(xué)反應(yīng)常借助特異性的血清學(xué)反應(yīng)來確定未知菌種、亞種或菌株?！锷鷳B(tài)特68核酸的堿基組成和分子雜交特點(diǎn)：與形態(tài)及生理生化特性的比較不同，對DNA的堿基組成的比較和進(jìn)行核酸分子雜交是直接比較不同微生物之間基因組的差異，因此結(jié)果更加可信。1、DNA的堿基比例的測定DNA堿基因組成是各種生物一個穩(wěn)定的特征，即使個別基因突變，堿基組成也不會發(fā)生明顯變化。分類學(xué)上，用G+C占全部堿基的克分子百分?jǐn)?shù)(G+C）mol%來表示各類生物的DNA堿基因組成特征。二、微生物分類鑒定中的現(xiàn)代方法核酸的堿基組成和分子雜交特點(diǎn)：與形態(tài)及生理生化特性的比較不同69◆每個生物種都有特定的GC%范圍，因此后者可以作為分類鑒定的指標(biāo)。細(xì)菌的GC%范圍為25--75%，變化范圍最大，因此更適合于細(xì)菌的分類鑒定。◆每個生物種都有特定的GC%范圍，因此后者可以作為分類鑒定的70◆GC%測定主要用于對表型特征難區(qū)分的細(xì)菌作出鑒定，并可檢驗(yàn)表型特征分類的合理性，從分子水平上判斷物種的親緣關(guān)系。使用原則：G+C含量的比較主要用于分類鑒定中的否定每一種生物都有一定的堿基組成，親緣關(guān)系近的生物，它們應(yīng)該具有相似的G+C含量，若不同生物之間G+C含量差別大表明它們關(guān)系遠(yuǎn)。但具有相似G+C含量的生物并不一定表明它們之間具有近的親緣關(guān)系。◆GC%測定主要用于對表型特征難區(qū)分的細(xì)菌作出鑒定，并可檢驗(yàn)71同一個種內(nèi)的不同菌株G+C含量差別應(yīng)在4～5%以下；同屬不同種的差別應(yīng)低于10～15%；G+C含量已經(jīng)作為建立新的微生物分類單元的一項(xiàng)基本特征，它對于種、屬甚至科的分類鑒定有重要意義。若二個在形態(tài)及生理生化特性方面及其相似的菌株，如果其G+C含量的差別大于5%，則肯定不是同一個種，大于15%則肯定不是同一個屬。在疑難菌株鑒定、新種命名、建立一個新的分類單位時，G+C含量是一項(xiàng)重要的，必不可少的鑒定指標(biāo)。其分類學(xué)意義主要是作為建立新分類單元的一項(xiàng)基本特征和把那些G+C含量差別大的種類排除出某一分類單元。G+C含量的比較主要用于分類鑒定中的否定同一個種內(nèi)的不同菌株G+C含量差別應(yīng)在4～5%以下；同屬不同72測定解鏈溫度(Tm):Tm值計(jì)算公式：Tm=69.3+0.41(G+C%),<20bp的寡核苷酸：Tm=4（G+C）+2（A+T）測定解鏈溫度(Tm):Tm值計(jì)算公式：Tm=69.3+0.473a）DNA-DNA雜交b）DNA-rRNA雜交c）rRNA-rRNA2、核酸的分子雜交法核酸分子雜交(hybridization)間接比較不同微生物DNA堿基排列順序的相似性。是比GC比更細(xì)致和更精確的遺傳性狀指標(biāo)。不同生物DNA堿基排列順序的異同直接反映生物之間親緣關(guān)系的遠(yuǎn)近，堿基排列順序差異越小，它們之間的親緣關(guān)系就越近，反之亦然。DNA-DNA雜交同源性>60%可以是同種，>70%同一亞種，同源性20％～60％范圍內(nèi)，則屬于同一個屬。a）DNA-DNA雜交2、核酸的分子雜交法核酸分子雜交(hy7416SrRNA被普遍公認(rèn)為是一把好的譜系分析的“分子尺”：3、rRNA寡核苷酸編目分析普遍存在與一切細(xì)胞中生理功能即重要又穩(wěn)定細(xì)胞中含量高，易提取編碼rRNA的某些核苷酸序列非常保守相對分子質(zhì)量適中16SrRNA被普遍公認(rèn)為是一把好的譜系分析的“分子尺”：3751、提純rRNA2、用T1RNA酶水解3、雙向電泳分