1、第十一章 微生物的分类和鉴定,本章内容,一、分类单元 二、命名规则 三、分类鉴定方法 四、微生物的分类系统,已记载过的生物150余万种，其中微生物为15万20万种。,分类是认识客观事物的一种基本方法。我们要认识、研究和利用各种微生物资源必须对它们进行分类。,分类(classification)：根据一定的原则(表型特征相似性或系统发育 相关性)对微生物进行分群归类，根据相似性或相关性水平排列成 系统，并对各个分类群的特征进行描述，以便查考和对未被分类的 微生物进行鉴定；,(根据现有数据建立系统的过程),分类学的具体任务有三个：,鉴定,分类、,命名、,命名(nomenclature)：是根据命名
2、法规，给每一个分类群一个专有 的名称；,(分类系统建立过程中的步骤之一),鉴定(identification或determination)：借助于现有的微生物分类 系统，通过特征测定，确定未知的、或新发现的、或未明确分类 地位的微生物所应归属分类群的过程。,(根据现有系统确定未知微生物分类归属的过程),微生物分类学：,经典分类学（表型）,微生物系统学（亲缘关系，进化规律）,1. 种以上的系统分类单元,界,门,纲,目,科,属,种（基本分类单元）,（参见P268）,一、分类单元,七级,根据Carl Woese的 理论，现在还在界 之上使用域(domain),把全部生物先分为三个域，即： 古生菌域、
3、 细菌域、 真核生物域。域下面再分界。,（参见P262）,物种，生物分类中基本的分类单元和分类等级。,高等生物中，“生殖隔离”被看作是区分物种的标准,微生物的种：指具有高度特征相似性的菌株群， 这个菌株群与其他类群的菌株有很明显的区别。,2. 种（species）,p268,新种：学名 + sp.nov 或 nov sp.,典型菌株或模式菌株（type strain）,种的具体代表： 称为“模式种”（type species）,由于细菌分类单元的划分缺乏一个易于操作的统一标准， 为了减少因采用不同标准界定分类单元所造成的混乱， 细菌系统分类也像其他生物分类一样采用“模式概念”,种和亚种指定模式
4、菌株（type strain）；,亚属和属指定模式种（type species）；,属以上至目级分类单元指定模式属（type genus）；,模式菌株应送交菌种保藏机构保藏，以便备查考和索取。,3.种以下的分类单元,1）亚种(subspecies)和变种(variety)：,2）型(form或type)：常指亚种以下的细分。当同种或同亚种不同菌株之间的性状差异，不足以分为新的亚种时，可以细分为不同的型。,（参见P269）,例如：抗原特征的差异，分为不同的血清型；对噬菌体裂解反应的不同，分为不同的噬菌体型,3）菌株(strain)：从自然界中分离得到的任何一种微生物的纯培养物都可以称为一个菌株；
5、用实验方法(如通过诱变)所获得的某一菌株的变异型，也可以称为一个新的菌株，以便与原来的菌株相区别。,菌株是微生物分类和研究工作中最基础的操作实体,菌株与型的区别： 菌株之间不存在鉴别性特征的差异，命名不同的菌株无需分类学 依据； 不同型的细菌之间存在鉴别性特征的差异，命名或鉴定不同的型 必需有分类学依据。,Bacillus subtilisAS1.398,Bacillus subtilisBF7658,蛋白酶生产菌株,-淀粉酶生产菌株,二、微生物的命名,微生物名称： 俗名（common name）学名（scientific name）,p269,1. 学名,（1）国际命名法规：,双名法：属名
6、+ 种名加词,属名在前，一般用拉丁文名词表示，字首字母大写 种名在后，常用拉丁文形容词表示，全部小写,一般用斜体表示,当两个或多个学名排在一起时，若它们的属名相同，则后面的属名可缩写成1个、2个或3个字母，在其后加一个点。 如 ： Bacillus可缩写成“B.” 或“Bac.”,若所分离的菌株只鉴定到属而未鉴定到种，用sp.（单数）或 spp.（复数）表示。 如：Bacillus sp,（2）在分类学文献中学名=属名+种名+（首次定名人）+现名定名人+现名定名年份必要（斜体） 可省略（正体）（3）三名法有亚种或变种时，学名由“三名法”构成学名=属名 + 种名加词 + subsp 或 var
7、+ 亚种或变种的加词斜体 正体（可省略） 斜体（不可省略）,2.一些常见微生物的学名,要求熟记参考“微生物学教程”P367-368,三、微生物分类鉴定的方法,菌种鉴定步骤：获得纯培养物 测定必要的鉴定指标 查找权威性的菌种鉴定手册分类鉴定方法：经典分类鉴定法 微生物遗传型的鉴定 细胞化学成分的鉴定 现代方法 数值分类法,（一） 经典分类鉴定法,形态学特征,生理学特征,生态学特征,经典鉴定指标： （参见 P263）,生活史，有性生殖情况,血清学反应,对噬菌体的敏感性,其他,形态和生理生化特征是最常用 的细菌分类、鉴定指标,在生物学表型为指标的传统方法，正在向微量化、简便化、快速化、智能化的方向发
8、展。目前，已有商品化的鉴定系统，如： API系统“Enterotube”“Biolog”全自动和手动系统,（二） 现代分类鉴定方法,1. 微生物遗传型的鉴定,特点： 与形态及生理生化特性的比较不同，对DNA的碱基组成的比较和进行核酸分子杂交是直接比较不同微生物之间基因组的差异，因此结果更加可信。,P265,（1） DNA碱基比例的测定,测“GC比”：(G+C ) mol% = （G+C ）/（A+T+ G+C ） 100%分类学上，用G+C占全部碱基的克分子百分数来表示各类生物的DNA碱基组成特征。,DNA碱基组成是各种生物的一个稳定特征，即使个别基因突变，碱基组成也不会发生明显变化。,a）每
9、个生物种都有特定的GC%范围，因此后者可以作为分类鉴定的指标。细菌的GC%范围为25-75%，变化范围最大，因此更适合于细菌的分类鉴定。,b）GC%测定主要用于对表型特征难区分的细菌作出鉴定，并可检验表型特征分类的合理性，从分子水平上判断物种的亲缘关系。,c）使用原则：,GC%的比较，主要用于分类鉴定中的否定,亲缘关系近的生物，它们应该具有相似的G+C含量， 若不同生物之间G+C含量差别大表明它们关系远。,但具有相似G+C含量的生物并不一定表明它们 之间具有近的亲缘关系。,同一个种内的不同菌株GC%含量差别应在45%以下； 同属不同种的差别应低于1015%；GC%含量已经作为建立新的微生物分类
10、单元的一项 基本特征，它对于种、属甚至科的分类鉴定有重要意义。,若二个在形态及生理生化特性方面及其相似的 菌株，如果其GC%含量的差别大于5%，则肯定 不是同一个种，大于15%则肯定不是同一个属。,80年代以前螺菌属(Spirillum)不同种的G+C含量范围宽达3866%， 后来“伯杰氏手册”(1984)结合其他特征已将其分成三个属：螺菌属、 海洋螺菌属(Oceanospirillum)和水螺菌属(Aquaspirillum)它们GC%含量分别为38%、4251%和4966%；,过去根据形态学特征曾认为微球菌属(Micrococcus)和葡萄球菌属 (Staphylococcus)是关系很近
11、的两个属，因而长期放在一个科内， 由于G+C含量的差异(分别为3038%和6475%)表明它们亲缘关 系相当远，现在根据16SrRNA序列资料已进行新的调整。,在疑难菌株鉴定、新种命名、建立一个新的 分类单位时，G+C含量是一项重要的，必不 可少的鉴定指标。,其分类学意义主要是作为建立新分类 单元的一项基本特征和把那些G+C含 量差别大的种类排除出某一分类单元。,G+C含量的比较主要用于分类鉴定中的否定,（2） 核酸的分子杂交,不同生物DNA碱基排列顺序的异同直接反映生物之间 亲缘关系的远近，碱基排列顺序差异越小，它们之间 的亲缘关系就越近，反之亦然。,直接分析比较DNA的碱基排列顺序,核酸分
12、子杂交(hybridization)间接比较不同微生物DNA碱基排列顺序的相似性,P265,核酸分子杂交：,a）DNA-DNA杂交；,（亲缘关系相对近的微生物之间的亲缘关系比较）,b）DNA-rRNA杂交；,（亲缘关系相对远的微生物之间的亲缘关系比较）,c）核酸探针；,（利用特异性的探针，用于细菌等的快速鉴定）,（3） rRNA寡核苷酸编目分析,p266,分析不同微生物16SrRNA或18SrRNA寡核苷酸序列的同源性程度，以确定不同生物间的亲缘关系和进化谱系。,基本原理： 用一种RNA酶水解rRNA后，产生一系列寡核苷酸片段，如果两种或两株微生物的亲缘关系越近，则其所产生的寡核苷酸片段的序列
13、也接近，反之亦然。,T1RNA 酶水解（专一性水解G 上3端磷酸酯键 ）,提纯rRNA（32P标记）,一系列寡核苷酸片段（长度不一以G为末端）,双向电泳分离，确定rRNA寡核苷酸的指纹图谱,寡核苷酸序列分析（6个核苷酸以上）,编目，比较、计算和分析,确定菌株间的亲缘关系,实验方法：,rRNA作为进化和系统分类指征的优点：,a）rRNA具有重要且恒定的生理功能；,b）在16SrRNA分子中，既含有高度保守的序列区域，又有中度保守和高度变化的序列区域，因而它适用于进化距离不同的各类生物亲缘关系的研究；,c）16SrRNA分子量大小适中，便于序列分析；,d）rRNA在细胞中含量大(约占细胞中RNA的
14、90%)，也易于提取；,e）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)。因此它可以作为测量各类生物进化的工具。,p261,利用16SrRNA建立分子进化树的美国科学家 Carl Woese,根据16SrRNA序列分析， 提出了“三域学说”和生命的第三种形式古生菌,动物界和植物界,原核生物和真核生物（20世纪60年代）,古细菌(archaebacteria) 真细菌(Eubacteria) 真核生物(Eukaryotes),（1977，Carl Woese）,Bacteria(细菌) Archaea(古生菌) Eukarya(真核生物),（1990，Ca
15、rl Woese）,原核生物,界（Kingdom）,域（domain）,提出了一种全新的正确衡量生物间系统发育关系的方法；,对探索生命起源及原始生命的发育进程提供了线索和理论依据；,突破了细菌分类仅靠形态学和生理生化特性的限制，建立了全新的分类理论；,一些生物大分子（如16SrRNA或18SrRNA），其分子序列的改变量与分子进化的时间成正比，因此，这些生物大分子被作为分子计时器，真实记录了各种生物的进化过程。可通过比较不同类群的生物大分子序列的改变量来确定它们彼此系统发育的相关性或进化距离。,分子计时器：,p260,（4） 微生物全基因组序列测定,2. 细胞化学成分用作鉴定的指标 p267,
16、细胞壁的化学成分 全细胞水解液的糖型 磷酸类脂成分的分析 枝菌酸的分析 醌类的分析 气相色谱技术（脂肪酸组成和代谢产物分析）,按大量表型性状的相似性程度进行统计、归类特点: 使用尽可能多的性状每个性状同等重要计算相关系数Ssm或Sj：Ssm=（a+d）/(a+b+c+d) 正负反应性状Sj=a/(a+b+c) 正反应性状Sj 85% 种Sj 65% 属,3. 数值分类法（统计分类法）,p264,p270,伯杰氏鉴定细菌学手册 (Bergeys Manual of Determinative Bacteriology)20世纪80年代末期， 改为伯杰氏系统细菌学手册，简称系统手册(Bergeys
17、 Manual of Systematic Bacteriology),第一版（1923年） 第九版（1994年）,美国宾夕法尼亚大学的细菌学教授伯杰(D.Bergey)(1860-1937)主编。1957年第七版后，吸收了国际上细菌分类学家参加编写，它的近代版本反映了出版年代细菌分类学的最新成果，因而逐渐确立了在国际上对细菌进行全面分类的权威地位。,四. 分类系统,1. 原核生物分类系统,伯杰氏手册是目前进行细菌分类、鉴定的最重要 依据，其特点是描述非常详细，包括对细菌各个属 种的特征及进行鉴定所需做的实验的具体方法。,2. 菌物分类系统,Ainsworth菌物系统（ Ainsworths
18、system of fungi）,第七版(1983年)第八版(1995年)影响力较大,本章重点,1. 分类单元（七级）种是基本的分类单位 2. 命名 1）学名的国际命名法则双名法 2）常见微生物的学名 3. 分类鉴定的方法和指标 4. 分类系统,思考题,Wose将生物分成“Bacteria、Archaea和Eukarya”三域系统的主要实验根据是什么？目前主要有哪些分子遗传学方法用于微生物分类？名词解释：分子计时器,Thanks you,For your patients For your understanding For your hard works For your good exam results,
