第十一章 微生物的分类和鉴定

★血清学反应 常借助特异性的血清学反应来确定未知菌种、亚种 或菌株。
二、微生物分类鉴定中的现代方法
核酸的碱基组成和分子杂交 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。
1、 DNA的碱基比例的测定 DNA碱基因组成是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。
例：大肠埃希氏杆菌
Escherichia coli （Migula）Castellani et Chalmers 1919 金黄色葡萄球菌 Staphylococcus aureus Rosenbach 1884
◆当泛指某一属微生物，而不特指该属中某一种（或未
定种名）时，可在属名后加sp.或ssp.（分别代表 species 缩写的单数和复数形式） 例如：Saccharomyces sp. 表示酵母菌属中的一个种。
◆每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。
◆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。
使用原则： G+C含量的比较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 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。
Leabharlann Baidu
利用16S rRNA建立分子进化树的美国科学家Carl Woese
（1）古生菌域（Archaea) ：包括产甲烷细菌、 极端嗜盐菌和嗜热嗜酸菌等 （2）细菌域（Bacteria) ：包括蓝细菌和各种除 古细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、动物和植物
第二节 微生物的分类和命名
◆当文章中前面已出现过某学名时，后面的可将其属名缩
写成1～3个字母。
如：Escherichia coli 可缩写成 E.coli
Staphylococcus aureus可缩写成 S. aureus
②三名法：用于对亚种的命名，这时在属和种名后加写一
个subsp.或var，然后再附上亚种名称（斜排体）。 如：
第十一章 微生物的分类和鉴定
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 微生物在生物界的地位 微生物的分类和命名 微生物分类鉴定的方法 微生物的分类系统 微生物的快速鉴定和自动化分析技术
生物界的分类 地球上的物种估计大约有150万，其中微生物 超过10万种，而且其数目还在不断增加。
在生物进化历史过程中演化形 成生物种类和种群的多样性。
生物分类就是通过研究生物的系统发育及其进化 历史，揭示各类生物的多样性及其系统关系，编 制分类系统，还原生物的自然历史位臵。
化石资料、形态学、比较胚胎学
高等动植分类
较正确反映 其系统发育
微生物分类的难题： 绝大部分微生物个体小、形态简单、易受环境 影响而变异、缺少有性繁殖、缺乏化石资料。 生物分类的二种基本原则： a）根据表型(phenetic)特征的相似程度分群归类， 这种表型分类重在应用，不涉及生物进化或不以反 映生物亲缘关系为目标； b）按照生物系统发育相关性水平来分群归类，其目 标是探寻各种生物之间的进化关系，建立反映生物 系统发育的分类系统。
Escherichia coli B 和 Escherichia coli K12
★菌株的表示法： ★种是分类学上的基本单位，菌株是实际上应用的基本单位，因
为同一菌种的不同菌株在产酶上种类或代谢物产量上会有很大的 不同和差别！
亚种(subspecies）或变种(variety)：
为种内的再分类。 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形状， 而又不足以区分成新种时，可以将这些菌株细分成两个或更多的小的 分类单元——亚种。 变种是亚种的同义词，因“变种”一词易引起词义上的混淆，从1976 年后，不再使用变种一词。通常把实验室中所获得的变异型菌株，称 之为亚种。 如：E.coli k12（野生型）是不需要特殊氨基酸的，而实验室变异后， 可从k12获得某氨基酸的缺陷型，此即称为E.coli k12的亚种。
经典分类学：按微 生物表型分类 表型特征：形态学、生 理生化学、生态学等， 推断微生物的系统发育。
表型特征结合分子水平上 比较微生物的基因型特征 （如16S rRNA)探讨微生物 进化、系统发育和分类鉴 定。
发展
微生物系统学：按 亲缘关系和进化规 律分类
★微生物分类学的三个任务：分类、鉴定及命名 ☆分类是根据微生物的相似性和亲缘关系，将微生物归入不同的
第一节 微生物在生物界的地位
一、生物的界级分类学说
★从两界系统经历过三界 系统、四界系统、五界系 统甚至六界系统，最后又 有了三原界（或三总界） 系统。（图10－2） ★传统的、为多数学者所 接受的是1969年魏塔克 （R.H.Whittaker）在 《Science》上提出的五界 学说。
二、三域学说的建立和发展

Eubacteria （细菌域）
Archaea （古生菌域）
Eukarya （真核生物域）
Carl Woese利用16SrRNA建立分子进化树
古生菌在进化谱系上与真细菌及真核生物相互并列，且与后者关 系更近，而其细胞构造却与真细菌较为接近，同属于原核生物。
微生物分类鉴定的指标和方法 1、 生物分类的传统指标： 形态学特征、生理学特征、 生态学特征 形态学特征 培养特征、 细胞形态及其染色特性、 特殊的细胞结构、 运动性等等、 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；
分类类群。 ☆鉴定是确定一个新的分离物属于已经确认的分类单元的过程。 ☆命名是根据国际命名法规给微生物分类单元以科学的名称。
微生物的分类单位
界、门、纲、目、科、属、种 种是最基本的分类单位
每一分类单位之后可有亚门、亚纲、亚目、亚科...
以啤酒酵母为例，它在分类学上的地位是：
界(Kindom)：真菌界 门(Phyllum)：真菌门 纲(Class)：子囊菌纲 目(Order)：内孢霉目 科(Family)：内孢霉科 属(Genus)：酵母属 种(Species)：啤酒酵母
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。
会拟定的法则命名的。学名由拉丁词、或拉丁化的外来词组成。 学名的命名有双名法和三名法两种。
①双名法： 学名=属名+种名+（首次定名人）+现定名人+定名年份
必要，用斜体表示
可省略，用正体字
属名：拉丁文的名词或用作名词的形容词，单数，首字母大写， 表示微生物的主要特征，由微生物构造，形状或由科学家命名。 种名：拉丁文形容词，字首小写，为微生物次要特征， 如微生物色素、形状、来源或科学家姓名等。
Bacillus thuringiensis （subsp.） galleria
苏云金芽孢杆菌腊螟亚种
有关学名的其他知识

属名：是一个表示该微生物主要特征的名词或用作名 词的形容词，单数，第一个字母大写。 种名加词：又称种加词，它代表一个物种的次要特征， 字母一律小写。 属名和种名都是由拉丁词、希腊词或其他拉丁化的外 来词或以组合方式拼成。 按规定，学名均应按拉丁字母发音规则发音。
第三节 微生物分类鉴定的方法
表型特征： 形态结构、生理生化、少量的化石 资料、行为习性，等等
缺点： a）由于微生物可利用的形态特征少，很难把所有生物 放在同一水平上进行比较； b）形态特征在不同类群中进化速度差异很大，仅根据 形态推断进化关系往往不准确；
生物大分子作为分类鉴定的依据 蛋白质、RNA和DNA序列进化变化的显著特点是进化速率 相对恒定，也就是说，分子序列进化的改变量(氨基酸或 核苷酸替换数或替换百分率)与分子进化的时间成正比。 a）在两群生物中，如果同一种分子的序列差异很大时，

rRNA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； 16SrRNA分子量大小适中，便于序列分析； rRNA在细胞中含量大(约占细胞中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)。因此它可以作为测量各类 生物进化的工具。
同一个种内的不同菌株G+C含量差别应在4～5%以下；同
属不同种的差别应低于10～15%；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。
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G+C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。 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
型(form): 常指亚种以下的细分。当同种或同亚种内不同菌株之间的 性状差异不足以分为新的亚种时，可以细分为不同的型。 例如：按抗原特征的差异分为不同的血清型；
微生物的命名
微生物的名字有俗名和学名两种。如： 红色面包霉———粗糙脉孢霉 绿脓杆菌———铜绿假单胞菌
学名—是微生物的科学名称，它是按照有关微生物分类国际委员
☆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； 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；
对温度的适应性； 对渗透压的适应性； 对pH的适应性； 代谢产物等
营养类型；
与氧的关系；
★生态特性
包括在自然界的分布情况，与其他生物有否寄生或共 生关系, 宿主种类及与宿主关系, 有性生殖情况, 生 活史等。
◆菌株名称——在种名后面自行加上数字、地名或符号等
如：Bacillus subtilis AS1.389 AS=Academia Sinica Bacillus subtilis BF7658 BF=北纺 Clostridium acetobutylicum ATCC824 丙酮丁醇梭菌 ATCC＝American Type Culture Collection美国模式菌种保藏中心
------------进化距离远，进化过程中很早就分支了。
b）如果两群生物同一来源的大分子的序列基本相同，
------------处在同一进化水平上。 大量的资料表明：功能重要的大分子、或者大分子中功能 重要的区域，比功能不重要的分子或分子区域进化变化速 度低。
RNA作为分类鉴定的依据
16S rRNA被普遍公认为是一把好的谱系分析的“分子尺”：
测定解链温度(Tm): Tm值计算公式：Tm=69.3+0.41(G+C%), <20bp的寡核苷酸：Tm=4（G+C）+2（A+T）
种（species）：是一个基本分类单位；是一大群表型特 征高度相似、亲缘关系极其接近，与同属内其他种有明显 差别的菌株的总称。 菌株（strain）: 表示任何由一个独立分离的单细胞繁 殖而成的纯种群体及其一切后代（起源于共同祖先并保持 祖先特性的一组纯种后代菌群）。因此，一种微生物的不 同来源的纯培养物均可称为该菌种的一个菌株。菌株强调 的是遗传型纯的谱系。 例如：大肠埃希氏杆菌的两个菌株：