微生物的分类和鉴定

科（Family） (Familia)
属（Genus） (Genus)
种（Species） (Species)
根据Carl Woese的理论，现在还在界之上使 用域(domain)
全部生物先分为: 古生菌域 细菌域 真核生物域
常用的细菌分类学术语：
1）培养物(culture)：一定时间一定空间人工条件下微生物的
属名在前，一般用拉丁字名词表示，首字母大写
种名在后，常用拉丁文形容词表示，全部小写 若所分离的菌株只鉴定到属，而未鉴定到种，可用sp来表示，
例如 Bacillus sp
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”
源自文库
界（Kingdom）
（1977，Carl Woese）
域（domain）
Bacteria(细菌) 原核生物 Archaea(古生菌) Eukarya(真核生物)
（1990，Carl Woese）
2）建立16 S r RNA系统发育树的意义
a）使生物进化的研究范围真正覆盖所有生物类群；
传统生物进化研究主要基于复杂的形态学和化石记 载，因此多限于研究后生生物，而后者仅占整个生 物进化历程的1/5
• 界Ⅰ：古细菌(Archaeota)
• 部1：热变形菌、硫化叶菌、嗜压菌(Thermoprotei、
Sulfolobi、Barophiles，21属36种)
• 部2：产甲烷菌(Methanogens，21属97种)
• 部3：盐杆菌(Halobacteria，14属50种)
• 部4：热原体(Thermoplasma，2属4种)
模式生物
第二节 微生物在生物界的地位
一、生物的界级分类学说
两界系统 三界系统 四界系统 五界系统 六界系统
二、三域学说及其发展
利用16SrRNA建立分子进化树的美国科学家
Carl Woese
•这把“尺子” 70年代首先发现的
三、rRNA和系统发育树
1. rRNA的顺序和进化
培养微生物
rRNA序列测定
• （2）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；
（3）16rRNA （约含1540个核苷酸），相对 分子质量大小适中，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；
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。
作为实验模型以研究特定生物学 现象的动物、植物和微生物。从 研究模式生物得到的结论，通常 可适用于其他生物。
（二）伯杰氏系统细菌学手册 (Bergey’s Manual of Systematic Bacteriology)
第一版 1984年问世，至1989年出齐，共4卷。
第二版 由George Garrity主编分为5卷，将从2000年起
陆续出版。这一版纳入了研究核糖体RNA测序所产生
的发育分类系统。
• 部5：热球菌(Thermococci，5属19种)
界Ⅱ：真细菌(Bacteria)
部6：产液菌(Aquifex)和相关细菌(3属5种)
部7：栖热袍菌(Thermotoga)和Geotogas，9属22种)
部8：异常球菌(Deinococci，1属8种)
部9：栖热菌和归属不明的属(Thermi，10属21种)
• 5SrRNA信息量小120个核苷酸， • 23SrRNA虽然它蕴藏着大量信息，但由于相 对分子质量大（约含2900个核苷酸）序列测 定和分析比较工作量大，使用时难度较大，而 加上
（4）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）。
3）三（界)域生物的主要特征 三界理论虽然是根据16SrRNA序列的比
细胞群或生长物。如微生物的斜面培养物、摇瓶培养物等。
2）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。
Bacillus subtilisASI.398 Bacillus subtilisBF7658
部10：产菌黄(Chrysiongenes,1属2种)
部11：绿屈挠菌和滑柱菌(Chloroflexi和
Herpetosiphons，5属11种)
界Ⅱ：真细菌(Bacteria)
• 部12：热微菌(Thermomicrobia,1属2种)
• 部13：蓝细菌(Cyanobacteria，69属73种)
第十一章
微生物的分类和鉴定
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。 哪总得取个名字，排个辈份吧！
61岁爷爷哈里· 福克斯、35岁儿子李· 福 克斯和刚出生的孙子本杰明· 福克斯的生 日竟然碰巧都在同一天——5月8日
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生物分类的二种基本原则：
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。
伯杰氏细菌鉴定手册
1923年以来已出至第九版(1994)；
第九版伯杰氏细菌鉴定手册设立35个群，将古细菌部
改编为5个群，全书描写了约500个属。
划分为四大类：
第一类 具细胞壁的革兰氏阴性真细菌 第二类 具细胞壁的革兰氏阳性真细菌 第三类 无细胞壁的真细菌 第四类 古细菌
较提出的，但其他特征的比较研究结果
也在一定程度上支持了三界生物的划分。
Carl Woose的rRNA进化树完美无缺？
随着越来越多的微生物的全基因组序列的测定，人
们发现生物在进化中存在着非常广泛的水平基因转移现 象，很多科学家都认为不能仅靠对16SrRNA的序列比 较来确定生物之间的亲缘关系，还必须借助各种信息对 这个进化树进行改进。
命名(nomenclature)：是根据命名法规，给每一个分类群一个 专有的名称；
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。
一、分类单元及其等级
界 （Kingdom） (Regnum) 门 （Phylum） (Phylum) 纲（Class） (Classis) 目（Order） (Ordo)
• 部14：绿菌(Chlorobia，6属17种)
• 部15：α-变形细菌(α-Proteobacteria，117属 392种) • 部16：β-变形细菌(β-Proteobacteria，53属 204种)
界Ⅱ：真细菌(Bacteria)
部17：γ -变形细菌(γ -Proteobacteria，150属854种) 部18：δ -变形细菌(δ -Proteobacteria，39属128种) 部19：ε -变形细菌(ε -Proteobacteria，6属56种)
b）提出了一种全新的正确衡量生物间系统发育关系的方法；
c）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； d）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；
e）为微生物生物多样性和微生物生态学研究建立了全新的研究理 论和研究方法，特别是不经培养直接对生态环境中的微生物进 行研究。
人类基因组中的细菌基因？
一项新的研究指出，在我们体内的每个细胞中有 40 个左右的细菌基因，这个由细菌到人类寄主的 所谓的“横向转移(lateral transfer)”给进化生物学 带来了极大的问题。
2001年5月18日 美国《科学》周刊292卷 第5520期
第三节 各大类微生物的分类系统纲要 一、 原核微生物分类系统
第一节 通用分类单元
系统分类单元、种的概念、学名、亚种
第二节 微生物在生物界的地位
生物界级分类学说、五界系统、三域学说及其发展、 ※微生物的进化
√第三节 各大类微生物的分类系统纲要
原核微生物分类系统纲要、真菌的分类系统纲要
第四节 微生物的鉴定
经典分类鉴定方法、现代分类鉴定方法。
第一节
通用分类单元
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也必须对它 们进行分类。
分类学涉及三个相互依存又有区别的组成部分：
分类
命名
鉴定
分类(classification)：根据一定的原则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；
部20：梭菌(Clostridia)和相关细菌(73属403种)
部21：柔膜菌(Mollicutes，10属191种) 部22：芽胞杆菌和乳杆菌(Bacilli和Lactobacilli，55
属535种)
界Ⅱ：真细菌(Bacteria)
部23：放线细菌(Actinobacteria，117属，1371 种) 部24：浮霉状菌和衣原体(Planctomycetes和 Chlamydia，5属14种) 部26：丝状杆菌(Fibrobacters，3属5种) 部27：拟杆菌(Bacteroides，20属130种)
生产蛋白酶 生产α淀粉酶
3）型(form或type)：常指亚种以下的细分。当同种或同
菌株与型的区别： 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 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 细分为不同的型。 学 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 依据， 不同分为不同的噬菌型等 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
4）种（species）： 物种，生物分类中基本的分类单元
型
必需有分类学依据。 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：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。
二、微生物的命名
双名法，由二个拉丁字或希腊字或拉丁化了的其它文字组成，
一般用斜体表示
Bacillus subtilis
不可培养微生物（uncultured microorganisms）
从环境中直接分离并克隆rRNA并分析其序列
和在分子进化树上的位置等方法而发现的的目前尚
不能在人工条件下获得培养的微生物。
不可培养的微生物与生物多样性
16SrRNA作为生物进化的指征
• 1）rRNA参与生物蛋白质的合成过程，其功 能是任何生物都必不可少的，而且在生物进化 的漫长历程中，其功能保持不变；
提取并纯化rRNA
分析比较
微生物之间的系统发育关系
2. 特征序列或序列印记（signature sequence）
通过对r RNA全序列资料的分析比较（特别是 采用计算机）发现的在不同种群水平上的特 异特征性寡核苷酸序列，或在某些特定的序 列位点上出现的单碱基印记。
特征序列有助于迅速确定某种微生物的 分类归属，或建立新的分类单位。
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。
从进化论诞生以来，已经成生物学家普遍接受的分类原则 生物系统学(systematics)
二 、真菌（菌物）分类系统简介
一、 原核微生物分类系统
（一）《伯杰氏鉴定细菌学手册》 (Bergey’s Manual of Determinative Bacteriology)
美国宾夕法尼亚大学的细菌学教授伯杰(D.Bergey)(1860-1937) 伯杰氏手册: 是目前进行细菌分类、鉴定的最重要参考书，
3. 系统发育树(phylogenetic tree)
通过比较生物大分子序列差异的数值构
建的系统树称为分子系统树，其特点是用一
种树状分枝的图型来概括各种(类)生物之间
的亲缘关系。
16 S r RNA系统发育树
1）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)