第十一章微生物的分類

第十一章微生物的分類第1頁，共24頁，2023年，2月20日，星期三

課時：2學(xué)時授課方法：講解授課內(nèi)容：1.微生物的分類單元

2.微生物的分類系統(tǒng)

3.微生物的分類鑒定方法

重點：微生物的分類鑒定方法

難點：微生物的分類鑒定方法

目的要求：1.使學(xué)生認(rèn)識并掌握微生物的分類單元

2．了解微生物的分類系統(tǒng)

3．了解微生物的分類鑒定方法

參考書目：《現(xiàn)代生命科學(xué)概論》（黃詩箋主編）《微生物學(xué)》（武漢大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)微生物學(xué)教研室編）《現(xiàn)代生物學(xué)》（胡玉佳主編）《海洋微生物及其代謝產(chǎn)物》（林永成主編）第2頁，共24頁，2023年，2月20日，星期三

微生物分類學(xué)(microbialtaxonomy)是指根據(jù)微生物的親緣關(guān)系把它們排列成一個有規(guī)律的分類系統(tǒng)的科學(xué)。分類學(xué)由分類(classification)、鑒定(identification)和命名(nomenclature)3個部分組成。分類是根據(jù)一定的原則對微生物進(jìn)行分群歸類．即根據(jù)相似性和相關(guān)性水平把一個有機(jī)體放在一個分類單元中。鑒定是借助現(xiàn)有的微生物分類系統(tǒng)．通過對某一未知純微生物培養(yǎng)物的各種性狀特征研究之后確定其應(yīng)歸屬哪個分類群的過程。通過鑒定可達(dá)到知類辯名的目的。命名是指根據(jù)國際命名法規(guī)為一個未知名字的新培養(yǎng)物確定其學(xué)名的過程：第3頁，共24頁，2023年，2月20日，星期三第一節(jié)微生物的分類單元分類單元(taxon。復(fù)數(shù)taxa)是指某一個具體的分類群，如原核生物界，大腸埃希氏菌屬和枯草桿菌等分別代表一個分類單元：與其他生物一樣，微生物分類的基本單元也是種(species)微生物種是顯示高度相似性、親緣關(guān)系極其接近、與其他種有明顯差異的一群菌株的總稱。在每個種中都有一個菌株被指定為模式菌株(typestrain)，它是這個種名稱的代表．是這個種的永久的標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)本。第4頁，共24頁，2023年，2月20日，星期三一、種以上的分類單元種(包括種)以上的分類單元自上而下依次分為7個等級，它們是：．界(Kingdom)門(Phylum或Division)綱(Class)目(Order)科(Family)屬(Genus)種(Species)必要時．還可在上述分類單元之間設(shè)中間類群。在門與綱之間可設(shè)超綱(Superclass)；在綱與目之間可設(shè)亞綱(Sub—class)、超目(Superor-der)；在目與科之間可設(shè)亞目(suborder)、超科(superfamiiy)：在科與屬之間可設(shè)亞科(Subfamily)、族(Tribe)、亞族(Subtribe)等。見(表11—1)。第5頁，共24頁，2023年，2月20日，星期三二、種以下的分類單元

鑒定微生物種時．只有在所有鑒別特征都與已知的模式種相同的情況下才能定為同種。實際上．由于變異的絕對性．被鑒定的微生物總是在某個或某些特征上與模式種有明顯而穩(wěn)定的差異。因此，在微生物種以下就必須再分為亞種、變種、型或菌株等級別了。第6頁，共24頁，2023年，2月20日，星期三

(一)亞種亞種(subspecies。subsp．，ssp．)在一個種內(nèi)．根據(jù)少數(shù)幾個穩(wěn)定的變異特征或根據(jù)遺傳性狀區(qū)分成小群，從而把一個種分成兩個或多個小群。，這些小的分類單位稱為亞種，如金黃色葡萄球菌厭氧亞種(Staphylococcusaureussubsp．a(chǎn)naerobius)。(二)型型(type)是同一細(xì)菌種內(nèi)顯示很小生物化學(xué)與生物學(xué)差異的菌株，常用于細(xì)菌(尤其是致病菌)中緊密相關(guān)菌株的區(qū)分。型是亞種的再細(xì)分。(三)菌株菌株又稱品系。一個菌株是指由一個單組胞繁衍而來的克隆(clone)或無性繁殖系中的一個微生物或微生物群體。同一種微生物的不同菌株雖然在作為分類鑒定的一些主要性狀上是相同的，但是在次要性狀(如生化性狀、代謝產(chǎn)物和產(chǎn)量性狀)上可以有或大或小的差異。第7頁，共24頁，2023年，2月20日，星期三三、分類單元的命名

微生物的名字有俗名(commonname)和學(xué)名(scientificname)兩種。俗名是通俗的名字．如結(jié)核分支桿菌俗稱結(jié)核桿菌，銅綠假單胞菌俗稱綠膿桿菌。學(xué)名是微生物的科學(xué)名稱，它是按照有關(guān)微生物分類的國際委員會擬定的法則命名的。學(xué)名由拉丁詞、希臘詞或拉丁化的外來詞組成。學(xué)名的命名采用雙名法，由屬名和種名構(gòu)成，用斜體表示。屬名在前，而且第一個字母要大寫。種名在后全部小寫。學(xué)名后還要附上首次命名者的名字和命名的年份．但這些都用正體字。一般情況下使用時，后面的正體字部分可以省略。金黃色葡萄球菌(俗稱“金葡菌”)StaphylococcusaureusRosenbach1884蠟狀芽孢桿菌BacilluscereusFranklandetFrankland1887第8頁，共24頁，2023年，2月20日，星期三四、細(xì)菌分類和伯杰氏手冊《伯杰氏手冊》最初由美國賓夕法尼亞大學(xué)的細(xì)菌學(xué)教授伯杰(D．Bergey)(1860—1937)及其同事為細(xì)菌的鑒定而編寫的名為《伯杰氏鑒定細(xì)菌學(xué)手冊》沿用至今。第9頁，共24頁，2023年，2月20日，星期三第二節(jié)微生物的分類系統(tǒng)

最初根據(jù)生物的形態(tài)和生理特征把地球上的生物分為動物界和植物界兩類，現(xiàn)代將生物分為三域(Kingdom)(以前曾稱為三原界)．即古生菌(archaea)、細(xì)菌(bacteria)和真核生物（eukaryotes)第10頁，共24頁，2023年，2月20日，星期三第11頁，共24頁，2023年，2月20日，星期三第三節(jié)微生物分類鑒定方法對某一未知菌種進(jìn)行分類鑒定首先要獲得該菌種的純培養(yǎng)物。然后對其生態(tài)特征、生理生化特性、遺傳特性以及分子生物學(xué)特性進(jìn)行深入研究．在此基礎(chǔ)上確定其分類地位。一、常規(guī)分類法常規(guī)分類是微生物分類鑒定中通常采用的方法。主要根據(jù)微生物形態(tài)、生理生化、生態(tài)和抗原等表型特征進(jìn)行分類。第12頁，共24頁，2023年，2月20日，星期三(一)形態(tài)特征1、個體形態(tài)特征主要包括細(xì)菌細(xì)胞的形狀、大小和排列方式：革蘭氏染色；運動性；鞭毛的著生位置。是否產(chǎn)芽孢及芽孢的形狀、大小與著生位置；細(xì)胞貯藏物；某細(xì)菌的莢膜、菌毛、菌鞘、附器、氣泡和色素等。在放線菌與絲狀真菌中．包括菌絲長短、粗細(xì)、分支狀況、有無橫隔和顏色；無性和有性繁殖階段的特征以及繁殖器官的形態(tài)與結(jié)構(gòu)；孢子的種類、形態(tài)、大小、數(shù)目、著生狀態(tài)、顏色與表面紋飾等。2．群體形態(tài)特征固體培養(yǎng)特征包括菌落形狀、大小、邊緣、表面及質(zhì)地(光滑、粗糙、濕潤、干燥、光澤、暗淡、皺摺、細(xì)小顆粒狀與凹凸不平等)、隆起程度、易挑取性或粘稠度、透明度與色澤等。還包括斜面培養(yǎng)特征和穿刺培養(yǎng)特征等。．液體培養(yǎng)特征包括生長量、生長類型與分布、混濁度、表面生長狀態(tài)、沉淀物、氣味和顏色等。第13頁，共24頁，2023年，2月20日，星期三(二)生理生化特征

1．對營養(yǎng)或生長基質(zhì)的要求包括所能利用的碳源、能源、氮源、無機(jī)鹽以及生長因子等。2．生理生化反應(yīng)水解大分子的能力．如淀粉水解、油脂水解、明膠液化和酪素水解等試驗：糖或醇類發(fā)酵試驗、甲基紅試驗、V．P．試驗；吲哚試驗和H2S試驗；硝酸鹽還原試驗、檸檬酸鹽或丙酸鹽利用試驗和丙二酸鹽利用試驗等；用作分類特征的酶如氧化酶、過氧化氫酶、凝固酶、脲酶、氨基酸脫羧酶、精氨酸雙水解酶、苯丙氨酸脫氨酶以及B一半乳糖苷酶等；產(chǎn)色素、抗生素等次級代謝產(chǎn)物也常是某些微生物的分類依據(jù)。3．抗逆性對噬菌體、抗生素、染料和化學(xué)藥品等抗微生物因子(antimicrobialagent)的反應(yīng)等。第14頁，共24頁，2023年，2月20日，星期三(三)生態(tài)特征

包括微生物的天然生境以及微生物與環(huán)境因子的關(guān)系：1．氧氣，根據(jù)微生物與氧的關(guān)系可將其分為：專性好氧、兼性厭氧、微好氧、耐氧和專性厭氧等。2．溫度根據(jù)微生物生長的溫度范圍可將微生物分為嗜冷菌(psychroplliles)、耐冷菌(psycllrotro—ph)、中溫菌(mesophiles)、嗜熱菌(thermophiles)和超嗜熱菌(superthermophiles)。3.PH依據(jù)微生物生境的I)H范圍可將其分為嗜酸菌(acidophiles)和嗜堿菌(alkaliphiles)。4．鹽度根據(jù)微生物生長生境的鹽濃度范圍可分為耐鹽菌(halotolerantmicrobes)和嗜鹽菌(halophiles)。5.與其他生物之間的相互關(guān)系微生物與其他生物之間的相互關(guān)系(如宿主種類與致病性等)常常是分類的依據(jù)。第15頁，共24頁，2023年，2月20日，星期三(四)抗原特征

抗原特征即免疫關(guān)系。有些微生物類群中單純按照形態(tài)和生理生化等特征難以區(qū)分諸多親緣關(guān)系相近的成員．但它們在抗原結(jié)構(gòu)或血清學(xué)上有明顯差異．可以借助這些特征對其進(jìn)行分型或區(qū)分菌株。第16頁，共24頁，2023年，2月20日，星期三二、遺傳特征分類法

遺傳特征分類法是指根據(jù)核酸分析得到的遺傳相關(guān)性(geneticrelatedness)所做的分類。因為遺傳分類法是以決定生物表型特征的遺傳物質(zhì)一核酸作為比較的準(zhǔn)繩，所以它是一種最客觀和可信度最高的分類方法。被用作分類的遺傳學(xué)特征能客觀地反映微生物之間的親緣關(guān)系。

(一)DNA（G+C)mol％值，對某一特定的微生物來說，其DNA(G+C)mol％值是恒定的，因而可代表其遺傳特征。原核微生物DNA(G+c)mol％在20～80范圍，真核微生物DNA(G+C)mol％在30～60范圍。一般而言，親緣關(guān)系密切和表型又高度相似的微生物常有相似的(G+C)mol％值．因而被用作分類鑒定的指標(biāo)。第17頁，共24頁，2023年，2月20日，星期三

(二)核酸雜交某一物種的DNA堿基排列順序是其長期進(jìn)化的結(jié)果，由它組成的遺傳密碼決定著生物的一切表型特征。親源關(guān)系越近的微生物，其堿基順序就越近，反之就越遠(yuǎn)。核酸雜交比DNA(G+C)mol％值更加客觀地反映微生物的親緣關(guān)系。核酸雜交包括DNA—DNA和DNA—rRNA雜交。核酸雜交的方法很多，通常采用的是固相雜交法。第18頁，共24頁，2023年，2月20日，星期三二、化學(xué)特征分類法

化學(xué)分類法是應(yīng)用電泳、色譜和質(zhì)譜等分析技術(shù)來分析比較不同微生物細(xì)胞組分、代謝產(chǎn)物的組成等而進(jìn)行分類的方法。

1．全細(xì)胞水解液的糖型2．細(xì)胞壁化學(xué)成分及分支菌酸3．脂肪酸組成4.磷脂、醌、多胺5．可溶蛋白質(zhì)譜第19頁，共24頁，2023年，2月20日，星期三四、數(shù)值分類法

數(shù)值分類(numericaltaxonomy)是根據(jù)數(shù)值分析．借助計算機(jī)將擬分類的微生物按其性狀的相似程度歸類的方法。遵循的主要原則：選擇盡可能多的分類性狀．以揭示分類單位間的真實關(guān)系；視每個性狀為同等重要．以避免分類者的主觀偏見；按性狀的相似度(similarity)歸為等同分類單元或分類群(taxon)的表觀群或表元(phenon)。第20頁，共24頁，2023年，2月20日，星期三

1．分類單位與性狀的選擇

分類單位可能是菌株（OTU）、種或?qū)伲y(tǒng)稱每個分類單位為一個操作分類單位選擇的性狀通常不應(yīng)少于50個．多者可達(dá)上百個甚至幾百個。一般地說．所選性狀數(shù)目越多，分類結(jié)果越可靠。所選性狀應(yīng)是盡可能廣泛而又均勻地遍布于所研究微生物中的、形態(tài)的、生理生化的、生態(tài)的、免疫的、遺傳的等都可以。但要注意．無意義性狀和全同性狀不能同時選用。2．性狀編碼將觀察和測得的性狀用計算機(jī)所能識別和運算的符號記錄下來。將性狀編好碼后．把它們排列成順序號．形成一個性狀(原始數(shù)據(jù))矩陣．然后分別用1和0符號輸入汁算機(jī)。第21頁，共24頁，2023年，2月20日，