第11章分类和鉴定.ppt

第十一章第十一章 微生物的分类和鉴定微生物的分类和鉴定本章内容本章内容一、分类单元一、分类单元二、命名规则二、命名规则三、分类鉴定方法三、分类鉴定方法四、微生物的分类系统四、微生物的分类系统 已记载过的生物已记载过的生物150余万种，余万种， 其中微生物为其中微生物为15万万~20万种 分类是认识客观事物的一种基本方法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必须对它们进行分类分类分类(classification)：：根据一定的原则根据一定的原则(表型特征相似性或系统发育表型特征相似性或系统发育相关性相关性)对微生物进行对微生物进行分群归类分群归类，根据相似性或相关性水平，根据相似性或相关性水平排列成排列成系统系统，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，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；微生物进行鉴定；(根据现有数据建立系统的过程根据现有数据建立系统的过程)分类学的具体任务有三个：分类学的具体任务有三个：鉴定鉴定分类、分类、命名、命名、命名命名(nomenclature)：：是根据命名法规，给每一个分类群一个专有是根据命名法规，给每一个分类群一个专有的名称；的名称；(分类系统建立过程中的步骤之一分类系统建立过程中的步骤之一)鉴定鉴定(identification或或determination)：：借助于现有的微生物分类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。

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：微生物分类学：经典分类学经典分类学（表型）（表型）微生物系统学微生物系统学（亲缘关系，进化规律）（亲缘关系，进化规律）1. 种以上的系统分类单元种以上的系统分类单元界界门门纲纲目目科科属属 种种（基本分类单元（基本分类单元））（参见（参见P268））一、分类单元一、分类单元七级七级根据根据Carl Woese的的理论，现在还在界理论，现在还在界之上使用之上使用域域(domain) 把全部生物先分为三把全部生物先分为三个域，即：个域，即：古生菌域、古生菌域、细菌域、细菌域、真核生物域真核生物域域下面再分界域下面再分界参见（参见P262））物种，生物分类中物种，生物分类中基本的分类单元基本的分类单元和分类等级和分类等级 高等生物高等生物中，中，“生殖隔离生殖隔离”被看作是区分物种的标准被看作是区分物种的标准微生物的种：微生物的种：指具有指具有高度特征相似性高度特征相似性的的菌株群菌株群，，这个菌株群与其他类群的菌株有很明显的区别这个菌株群与其他类群的菌株有很明显的区别。

2. 种（种（species））p268新种：新种：学名学名 + sp.nov 或或 nov sp.典型菌株典型菌株或或模式菌株模式菌株（（type strain））种的具体代表：种的具体代表： 称为称为“模式种模式种”（（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，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，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细菌系统分类也像其他生物分类一样采用“模式概念模式概念”种种和和亚种亚种指定指定模式菌株（模式菌株（type strain））；；亚属亚属和和属属指定指定模式种（模式种（type species））；；属以上至目属以上至目级分类单元指定级分类单元指定模式属（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.种以下的分类单元种以下的分类单元1）亚种）亚种(subspecies)和变种和变种(variety)：：2）型）型(form或或type)：：常指亚种以下的细分。

当同种或同亚种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分为不同的型参见（参见P269））例如：抗原特征的差异，分为不同的例如：抗原特征的差异，分为不同的血清型血清型；； 对噬菌体裂解反应的不同，分为不同的对噬菌体裂解反应的不同，分为不同的噬菌体型噬菌体型3）菌株）菌株(strain)：：从自然界中分离得到的从自然界中分离得到的任何一种微生物的纯培任何一种微生物的纯培养养 物物都可以称为一个菌株；用实验方法都可以称为一个菌株；用实验方法(如通过诱变如通过诱变)所获得所获得 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：菌株与型的区别：菌株之间菌株之间不存在鉴别性特征的差异不存在鉴别性特征的差异，命名不同的菌株无需分类学，命名不同的菌株无需分类学依据；依据；不同型的细菌之间不同型的细菌之间存在鉴别性特征的差异存在鉴别性特征的差异，命名或鉴定不同的型，命名或鉴定不同的型必需有分类学依据。

必需有分类学依据Bacillus subtilisAS1.398Bacillus subtilisBF7658蛋白酶生产菌株蛋白酶生产菌株α-淀粉酶生产菌株淀粉酶生产菌株二、微生物的命名二、微生物的命名微生物名称：微生物名称： 俗名（俗名（common name）） 学名（学名（scientific name））p2691. 学名学名（（1）国际命名法规：）国际命名法规：双名法：双名法：属名属名 + 种名加词种名加词属名在前，一般用属名在前，一般用拉丁文名词拉丁文名词表示，表示，字首字母大写字首字母大写种名在后，常用种名在后，常用拉丁文形容词拉丁文形容词表示，表示，全部小写全部小写 一般用斜体表示一般用斜体表示 当两个或多个学名排在一起时，若它们的属名相同，当两个或多个学名排在一起时，若它们的属名相同，则则后面的属名可缩写后面的属名可缩写成成1个、个、2个或个或3个字母，在其后个字母，在其后加一个点加一个点如如 ：： Bacillus可缩写成可缩写成“B.” 或或“Bac.” 若所分离的菌株只鉴定到属而未鉴定到种，若所分离的菌株只鉴定到属而未鉴定到种，用用sp.（（单数）单数）或或 spp.（（复数）复数）表示。

表示如：如：Bacillus sp（（2）在分类学文献中）在分类学文献中 学名学名=属名属名+种名种名+（首次定名人）（首次定名人）+现名定名人现名定名人+现名定名年份现名定名年份 必要（斜体）必要（斜体） 可省略（正体）可省略（正体）（（3）三名法）三名法 有有亚种亚种或或变种变种时，学名由时，学名由“三名法三名法”构成构成 学名学名=属名属名 + 种名加词种名加词 + subsp 或或 var + 亚种或变种的加词亚种或变种的加词 斜体斜体 正体（可省略）正体（可省略） 斜体（不可省略）斜体（不可省略）2.一些常见微生物的学名一些常见微生物的学名要求熟记要求熟记参考参考“微生物学教程微生物学教程”P367-368三、微生物分类鉴定的方法三、微生物分类鉴定的方法菌种鉴定步骤：菌种鉴定步骤：获得纯培养物获得纯培养物测定必要的鉴定指标测定必要的鉴定指标查找权威性的菌种鉴定手册查找权威性的菌种鉴定手册分类鉴定方法：分类鉴定方法：经典分类鉴定法经典分类鉴定法微生物遗传型的鉴定微生物遗传型的鉴定细胞化学成分的鉴定细胞化学成分的鉴定 现代方法现代方法数值分类法数值分类法（一）（一） 经典分类鉴定法经典分类鉴定法• 形态学特征形态学特征• 生理学特征生理学特征• 生态学特征生态学特征经典鉴定指标：经典鉴定指标： （参见（参见 P263））• 生活史，有性生殖情况生活史，有性生殖情况• 血清学反应血清学反应• 对噬菌体的敏感性对噬菌体的敏感性• 其他其他形态和生理生化特征形态和生理生化特征是最常用是最常用的细菌分类、鉴定指标的细菌分类、鉴定指标 在生物学表型为指标的传统方法，在生物学表型为指标的传统方法，正在向正在向微量化、简便化、快速化、智能微量化、简便化、快速化、智能化化的方向发展。

目前，已有商品化的鉴的方向发展目前，已有商品化的鉴定系统，如：定系统，如： API系统系统 “Enterotube” “Biolog”全自动和手动系统全自动和手动系统（二）（二） 现代分类鉴定方法现代分类鉴定方法1. 微生物遗传型的鉴定微生物遗传型的鉴定特点：特点：与形态及生理生化特性的比较不同，对与形态及生理生化特性的比较不同，对DNA的碱基组成的碱基组成的比较和进行的比较和进行核酸分子杂交核酸分子杂交是直接比较不同微生物之间是直接比较不同微生物之间基因组的差异基因组的差异，因此，因此结果更加可信结果更加可信P265（（1）） DNA碱基比例的测定碱基比例的测定 测测“GC比比”：： (G+C ) mol% = （（G+C ））/（（A+T+ G+C ））×× 100% 分类学上，用分类学上，用G+C占全部碱基的克分子百分数来表示占全部碱基的克分子百分数来表示各类生物的各类生物的DNA碱基组成特征碱基组成特征 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。

别基因突变，碱基组成也不会发生明显变化a））每个生物种都有特定的每个生物种都有特定的GC%范围，因此后者范围，因此后者 可以作为分类鉴定的指标可以作为分类鉴定的指标细菌的GC%范围范围 为为25--75%，变化范围最大，因此更适合于细，变化范围最大，因此更适合于细 菌的分类鉴定菌的分类鉴定b））GC%测定测定主要用于对表型特征难区分的细菌主要用于对表型特征难区分的细菌 作出鉴定作出鉴定，并可检验表型特征分类的合理性，，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从分子水平上判断物种的亲缘关系c））使用原则：使用原则：GC%的比较，主要用于分类鉴定中的的比较，主要用于分类鉴定中的否定否定亲缘关系近的生物，它们应该具有相似的亲缘关系近的生物，它们应该具有相似的G+C含量，含量，若不同生物之间若不同生物之间G+C含量差别大表明它们关系远含量差别大表明它们关系远但具有相似但具有相似G+C含量的生物并不一定表明它们含量的生物并不一定表明它们之间具有近的亲缘关系之间具有近的亲缘关系同一个同一个种内的不同菌株种内的不同菌株GC%含量差别应在含量差别应在4～～5%以下；以下；同属不同种同属不同种的差别应低于的差别应低于10～～15%；； GC%含量已经作为建立新的微生物分类单元的一项含量已经作为建立新的微生物分类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。

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，如果其菌株，如果其GC%含量的差别大于含量的差别大于5%，则肯定，则肯定不是同一个种，大于不是同一个种，大于15%则肯定不是同一个属则肯定不是同一个属80年代以前螺菌属年代以前螺菌属(Spirillum)不同种的不同种的G+C含量范围宽达含量范围宽达38～～66%，，后来后来“伯杰氏手册伯杰氏手册”(1984)结合其他特征已将其分成三个属：螺菌属、结合其他特征已将其分成三个属：螺菌属、海洋螺菌属海洋螺菌属(Oceanospirillum)和水螺菌属和水螺菌属(Aquaspirillum) 它们它们GC%含量分别为含量分别为38%、、42～～51%和和49～～66%；；过去根据形态学特征曾认为微球菌属过去根据形态学特征曾认为微球菌属(Micrococcus)和葡萄球菌属和葡萄球菌属(Staphylococcus)是关系很近的两个属，因而长期放在一个科内，是关系很近的两个属，因而长期放在一个科内，由于由于G+C含量的差异含量的差异(分别为分别为30～～38%和和64～～75%)表明它们亲缘关表明它们亲缘关系相当远，现在根据系相当远，现在根据16SrRNA序列资料已进行新的调整。

序列资料已进行新的调整在疑难菌株鉴定、新种命名、建立一个新的在疑难菌株鉴定、新种命名、建立一个新的分类单位时，分类单位时，G+C含量是一项重要的，必不含量是一项重要的，必不可少的鉴定指标可少的鉴定指标其分类学意义其分类学意义主要是作为建立新分类主要是作为建立新分类单元的一项基本特征和把那些单元的一项基本特征和把那些G+C含含量差别大的种类排除出某一分类单元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含量的比较主要用于分类鉴定中的否定否定（（2）） 核酸的分子杂交核酸的分子杂交不同生物不同生物DNA碱基排列顺序的异同直接反映生物之间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，反之亦然的亲缘关系就越近，反之亦然t 直接分析比较直接分析比较DNA的碱基排列顺序的碱基排列顺序t 核酸分子杂交核酸分子杂交(hybridization)间接比较不同微生物间接比较不同微生物DNA 碱基排列顺序的相似性碱基排列顺序的相似性P265核酸分子杂交：核酸分子杂交：a））DNA-DNA杂交；杂交；（亲缘关系相对近的微生物之间的亲缘关系比较）（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；杂交；（亲缘关系相对远的微生物之间的亲缘关系比较）（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；核酸探针；（（利用特异性的探针，用于细菌等的快速鉴定）利用特异性的探针，用于细菌等的快速鉴定）（（3）） rRNA寡核苷酸编目分析寡核苷酸编目分析p266分析不同微生物分析不同微生物16SrRNA或或18SrRNA寡核苷酸序列的同源性程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。

度，以确定不同生物间的亲缘关系和进化谱系基本原理：基本原理：用一种用一种RNA酶酶水解水解rRNA后，产生一系列寡核苷酸片段，如果两种或两株微生后，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也接近，反之亦然物的亲缘关系越近，则其所产生的寡核苷酸片段的序列也接近，反之亦然T1RNA 酶酶水解水解（专一性（专一性水解水解G 上上3’端磷酸酯键端磷酸酯键 ））提纯提纯rRNA（（32P标记）标记）一系列寡核苷酸片段一系列寡核苷酸片段（长度不一以（长度不一以G为为末端）末端）双向电泳双向电泳分离，确定分离，确定rRNA寡核苷酸的寡核苷酸的指纹图谱指纹图谱寡核苷酸序列分析寡核苷酸序列分析（（6个核苷酸以上）个核苷酸以上）编目，比较、计算和分析编目，比较、计算和分析确定菌株间的亲缘关系确定菌株间的亲缘关系实验方法：实验方法：rRNA作为进化和系统分类指征的优点：作为进化和系统分类指征的优点：a））rRNA具有具有重要且恒定的生理功能重要且恒定的生理功能；；b））在在16SrRNA分子中，既含有分子中，既含有高度保守高度保守的序列区域，又有的序列区域，又有中度中度 保守保守和和高度变化高度变化的序列区域，因而它适用于进化距离不同的的序列区域，因而它适用于进化距离不同的 各类生物亲缘关系的研究；各类生物亲缘关系的研究；c））16SrRNA分子量分子量大小适中大小适中，便于序列分析；，便于序列分析；d））rRNA在细胞中在细胞中含量大含量大(约占细胞中约占细胞中RNA的的90%)，也，也易于提取易于提取；；e））16SrRNA普遍存在于真核生物和原核生物中普遍存在于真核生物和原核生物中(真核生物中其同真核生物中其同 源分子是源分子是18SrRNA)。

因此它可以作为测量各类生物进化的工具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 根据根据16SrRNA序列分析，序列分析，提出了提出了“三域学说三域学说”和和生命的第三种形生命的第三种形式式——古生菌古生菌动物界和植物界动物界和植物界原核生物和真核生物原核生物和真核生物（（20世纪世纪60年代）年代）古细菌古细菌(archaebacteria)真细菌真细菌( (Eubacteria)真核生物真核生物(Eukaryotes)（（1977，，Carl Woese））Bacteria(细菌细菌)Archaea(古生菌古生菌)Eukarya(真核生物真核生物)（（1990，，Carl Woese））原核生物原核生物界（界（Kingdom））域（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；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；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；新的分类理论；一些生物大分子（如一些生物大分子（如16SrRNA或或18SrRNA），），其分子序列的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统发育的相关性或进化距离分子计时器：分子计时器：p260（（4）） 微生物全基因组序列测定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细胞化学成分用作鉴定的指标 p267细胞壁的化学成分细胞壁的化学成分全细胞水解液的糖型全细胞水解液的糖型磷酸类脂成分的分析磷酸类脂成分的分析枝菌酸的分析枝菌酸的分析醌类的分析醌类的分析气相色谱技术（脂肪酸组成和代谢产物气相色谱技术（脂肪酸组成和代谢产物分析）分析）  按按大量大量表型性状表型性状的相似性程度进行统计、归类的相似性程度进行统计、归类 特点特点: 使用尽可能多的性状使用尽可能多的性状 每个性状同等重要每个性状同等重要 计算相关系数计算相关系数Ssm或或Sj：： Ssm=（（a+d））/(a+b+c+d) 正负正负反应性状反应性状 Sj=a/(a+b+c) 正正反应性状反应性状 Sj > 85% 种种 Sj > 65% 属属3. 数值分类法（统计分类法）数值分类法（统计分类法）p264p270 《伯杰氏鉴定细菌学手册》《伯杰氏鉴定细菌学手册》(Bergey’s Manual of Determinative Bacteriology)20世纪世纪80年代末期，年代末期，改为《伯杰氏系统细菌学手册》，简称《系统手册》改为《伯杰氏系统细菌学手册》，简称《系统手册》 (Bergey’s Manual of Systematic Bacteriology) 第一版（第一版（1923年）年）~ 第九版（第九版（1994年）年） 美国宾夕法尼亚大学的美国宾夕法尼亚大学的细菌学教授细菌学教授伯杰伯杰(D.Bergey)(1860-1937)主编。

主编1957年第七版后年第七版后，吸收了，吸收了国际上细菌分类学家国际上细菌分类学家参加参加编写，它的近代版本反映了出版年代细菌分类学的最新成果，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国际上对细菌进行全面分类的权威地位四四. 分类系统分类系统1. 原核生物分类系统原核生物分类系统伯杰氏手册伯杰氏手册是目前进行是目前进行细菌分类、鉴定的最重要细菌分类、鉴定的最重要依据依据，其特点是描述非常详细，包括对细菌各个属，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. 菌物分类系统菌物分类系统Ainsworth菌物系统（菌物系统（ Ainsworth’s system of fungi）） 第七版第七版(1983年年) 第八版第八版(1995年年) 影响力较大影响力较大本章重点本章重点1. 分类单元（七级）分类单元（七级） 种是基本的分类单位种是基本的分类单位2. 命名命名1）学名的国际命名法则）学名的国际命名法则——双名法双名法2）常见微生物的学名）常见微生物的学名3. 分类鉴定的方法和指标分类鉴定的方法和指标4. 分类系统分类系统思考题思考题1.Wose将生物分成将生物分成“Bacteria、、Archaea和和Eukarya”三三域系统的主要实验根据是什么？域系统的主要实验根据是什么？2.目前主要有哪些分子遗传学方法用于微生物分类目前主要有哪些分子遗传学方法用于微生物分类？？3.名词解释：分子计时器名词解释：分子计时器Thanks youFor your patientsFor your understandingFor your hard worksFor your good exam results。