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1、第十一章 微生物的分类鉴定,教学内容,1.了解分类的单元,2.掌握微生物的命名方法,3.了解微生物的分类系统,4.了解微生物的鉴定,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),分类学涉及三个相互依存又有区别的组成部分：,鉴定,分类、,命名、,命名(nomenclature)：根据命名法规，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dete
2、rmination)：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),主要以细菌为例介绍微生物分类、命名和鉴定的有关知识,界,门,纲,目,科,属,种,第一节 分类单元,一.微生物分类单元及等级,根据Carl Woese的理论，现在还在界之上使用域(domain),（把全部生物先分为古生菌域、细菌域和真核生物域，域下面再分界。）,二.种的定义,种又称物种，是微生物分类学最基本的分类单位。但是至今，关于种的概念还没有形成一个统一的定义，争论较大。,一般认为：微生物的种是一个基本的分类单位
3、，是一群表型特征高度相似、亲源关系极其相近、与同属内的其他种有着明显差异的菌株的总称。,在微生物中，一个种只能用该种内的一个典型菌株作它的具体代表，故此典型菌株成了该种的模式种，如产黄青霉Penicillium chrysogenum NRRL-Q176。,三.种以下的分类单元,为了使用方便，在种以下人们又提出了许多分类单元，这些分类单元不是正式的分类单位，因此，也没有得到国际公认。,1.亚种(Subspecies，subsp.,ssp.),当某一个种内的不同菌株存在少数明显而稳定的变异特征或遗传性状又不足以区分为新种时，可将这些菌株细分为两个或更多的小的分类单元-亚种。,亚种是微生物分类中具
4、有正式分类地位的最低等级。,亚种是在种的加词后写上“subsp.”，再写上具体的亚种的加词。,蜡状芽孢杆菌亚种：Bacillus cereus subsp.mycoides,2.变种(Variety,var.),变种是亚种的同义词，因易引起混乱，故国际细菌命名法规(1975)已规定它在命名法中没有地位，且不主张使用。,3.型(Form),是亚种以下的分类单位，仅作若干变异型的后辍。,常见的有生物变异型、形态变异型、血清变异型、致病变异型、噬菌体变异型等。,4.常用的细菌分类学术语：,1）培养物(culture)：一定时间一定空间内微生物的细胞群或生长物。如微生物的斜面培养物、摇瓶培养物等。,2
5、）菌株(strain)：菌株是指任何由一个独立分离的单细胞繁殖而成的纯种群体及其后代。从自然界中分离到的任何一种微生物的纯培养物都可以称为微生物的一个菌株；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。由于同种或同一亚种的不同菌株之间，某些生物学特性可能存在一定差异，如一些生化性状、代谢产物的产量性状等。因此在实际工作中，除了注意菌株的种名外，还要注意菌株的名称。,菌株的名称可随意确定，一般都放在学名（即只有属名和种的加词者）的后面，可随意用字母加编号表示，如：,Escherichia coli
6、 K12,第二节 微生物的命名方法,微生物名称分为两类：,1）区域性的俗名；是一个国家或地区使用的普通名称，如结核杆菌（结核分枝杆菌）、红色面包霉（粗糙脉孢霉）；具有大众化和简明等优点，但不便于国际间的交流。,2）学名；是某一菌种的科学名称，是按“国际命名法规”命名并受国际学术界公认的通用正式名称。,物种的学名是用拉丁词或拉丁化的词组成。要求印刷为斜体，或书写时在学名下划线。学名的表示方法有双名法和三名法两种。,一.双名法,双名法是指一个种的学名由属名和种的加词两部分组成。,属名的词首须大写，种名加词的字首须小写。,出现在分类学文献中的学名，在两部分之后还应加写3项内容（均排正体字），即首次定
7、名人（用括号括住）、现名定名人和现名的定名年份。如在一般书刊中出现时可省后3项。,通式：学名=属名+种的加词+(首次定名人)+现在定名人+定名年份,例:(1)枯草芽孢杆菌,Bacillus subtilis(Ehrenberg)Cohn 1872,例如:(2)大肠杆菌,Escherichia coli(Migula)Castellani et Chalmers 1919,例:(3)金黄色葡萄球菌,Staphylococcus aureus Rosenbach 1884,二.三名法,当某种微生物是一个亚种或变种时，学名应按三名法拼写：,通式：学名=属名+种名加词+符号subsp或var+亚种或变
8、种的加词,符号subsp或var排正体，可省；亚种或变种的加词排斜体，不可省。,例:(1)苏云金芽孢杆菌蜡螟变种 Bacillus thuringiensis(subsp)galleria,(2)酿酒酵母椭圆变种 Saccharomyces cerevisiae(var)ellipsoideus,第三节 微生物的分类系统,一.原核生物的分类系统,二.菌物分类系统,一.原核生物的分类系统,1.前苏联克拉西尼科夫的“细菌与放线菌的鉴定”（1949）,2.法国普雷沃的“细菌分类学”（1961）,3.中国科学院王大耜的细菌分类系统（1981）,4.美国的伯杰氏细菌分类系统,伯杰氏细菌分类系统第一版19
9、23年出版，至今已修订出版了11个版本，1984-89年出版的4卷本“伯杰氏系统细菌学手册”（简称系统手册）是目前国际上最为流行的实用版本。,系统手册的第二版从2000年起分成5卷陆续发行，把原核生物分为古生菌界和细菌界，前者包括2门、5组、8纲、11目、17科和63属共208个种，后者包括16门、26组、27纲、62目、163科、814属共4727个种。,二.菌物分类系统,我国学术界于1990年代初起，提出以“菌物”代替普遍使用但含义不够确切的“真菌”的建议，并获菌物学者们的认同。,1.Whittaker（1969）,2.Margulis（1974）,3.Leedale（1974）,4.Ai
10、nsworth（1983）,该分类系统目前得到学术界广泛采用。,第四节、细菌分类鉴定的特征和技术,在现代微生物分类中，任何能稳定地反映微生物种类特征的资料，都有分类学意义，都可以作为分类鉴定的依据。,形态学特征、,生理学特征、,生态学特征,从不同层次(细胞的、分子的)，用不同学科(化学、物理学、遗传学、免疫学、分子生物学等)的技术方法来研究和比较不同微生物的细胞、细胞组分或代谢产物，从中发现的反映微生物类群特征的资料。,生物分类的传统指标：,一、形态学特征,培养特征、,细胞形态及其染色特性、,一、形态学特征,培养特征、,细胞形态及其染色特性、,培养特征、,特殊的细胞结构、,细胞形态及其染色特性
11、、,一、形态学特征,培养特征、,运动性、,特殊的细胞结构、,细胞形态及其染色特性、,等等,微生物分类和鉴定的重要依据之一：,a）易于观察和比较，尤其是真核微生物和具有特殊形态结构的细菌；,b）许多形态学特征依赖于多基因的表达，具有相对的稳定性；,二、生理生化特征,与微生物的酶和调节蛋白质的本质和活性直接相关；,代谢产物等,营养类型,与氧的关系；,对温度的适应性；,对pH的适应性；,对渗透压的适应性；,酶及蛋白质都是基因产物；,对微生物生理生化特征的比较也是对微生物基因组的间接比较；,测定生理生化特征比直接分析基因组要容易得多；,三、核酸的碱基组成和分子杂交,特点：,直接比较不同微生物之间基因组
12、的差异,（与形态及生理生化特性的比较相比）,结果更加可信,1.DNA的碱基组成(G+Cmol%),各种生物一个稳定的特征，即使个别基因突变，碱基组成也不会发生明显变化。,分类学上，用G+C占全部碱基的克分子百分数(G+C mol%)来表示各类生物的DNA碱基因组成特征。GC比,1）GC比测定更适合于细菌的分类鉴定 细菌的GC%变化范围最大（25-75%）,2）主要用途：鉴定表型特征难区分的细菌；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；,3）使用原则：,主要用于分类鉴定中的否定,每一种生物都有一定的碱基组成，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
13、量差别大表明它们关系远。,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,否定：,GC含量差异达到一定范围的细菌肯定不属于某同一分类单位,种内的不同菌株G+C含量差别应在45%以下；属内的不同种的差别应低于1015%；,二个在形态及生理生化特性方面极其相似的菌株：,其G+C含量的差别如果大于15%,其G+C含量的差别如果大于5%,肯定不是同一个种；,肯定不是同一个属；,其G+C含量相似（差别低于2%）,无分类学意义；,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(Oce
14、anospirillum)和水螺菌属(Aquaspirillum)它们G+C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。,G+C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。,疑难菌株鉴定、新种命名、建立一个新的分类单位、,G+C含量是一项重要的，必不可少的鉴定指标。,2.核酸的分子杂交,
15、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-由于技术上的困难目前尚难以普遍地进行；,核酸分子杂交(hybridization)间接比较不同微生物 DNA碱基排列顺序的相似性,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）,四、血清学试验,不同微生物抗原物质结构不同，赋予它们不同的抗原特征,在生物体外进行不同微生
16、物之间抗原与抗体反应试验血清学试验来进行微生物的分类和鉴定。,主要用于对仅依据形态、生理生化特征难以区分的微生物种，尤其是亚种、型的分类鉴定。,原理：特异性的抗原、抗体反应,荚膜抗原-肺炎链球菌分成近百个血清型，菌体(O)抗原、H抗原和表面(Vi)抗原-沙门氏菌属细菌分成约2000个血清型,五、噬菌体分型,噬菌体对宿主的感染和裂解作用常具有高度的特异性，一种噬菌体往往只能感染和裂解某种细菌，甚至只裂解种内的某些菌株。,追溯传染病来源、流行病调查、病原菌检测鉴定、工业上防噬菌体污染,鼠疫耶尔森氏菌(Yersinia pestis)噬菌体已被用于对该菌的快速鉴定。金黄色葡萄球菌引起的流行病的调查中，噬菌体分型也发挥了作用。,六、生态特性,微生物和其他生物的共生和寄生关系，及微生物在自然界的分布情况,七、其它,氨基酸顺序和蛋白质分析、对细胞壁等细胞成分的分析比较、通过原核生物的转化、转导、接合来判断原核生物的亲缘关系等等。,
