微生物分类研究现状及典型菌群分析

（四） 关于原核生物的命名

种（不含种）以上的分类阶元是一个独立的词，并拉丁化
种的命名原则——双名法
学名= 属名+种名+ (首次定名人) + 现名定名人 ( + 定名年份)
用斜体排字 均用正体排字，可省略



每一种微生物的学名由两个拉丁字、希腊字或拉丁化了的 其它文字组成； 第一个字是属名，用名词，字首字母大写；第二个字是种 名，用形容词，字首字母不大写； 属名规定了微生物的主要特征，如形态特征、生理特征等； 种名补充说明微生物的次要特征，如颜色、形状、用途等；
亚种的命名原则
——“四体结合法”
排成正体，但可省略 排成斜体
学名= 属名 + 种名+ （subsp. ） + 亚种
排成斜体
举例
Escherichia coli (Migula) Castellani et Chalmers 1919 Saccharomyces serevisiae var. ellipsoideus
行归群，并依据各群间亲缘关系的密切程度排列成一个等 级系统。该系统应尽可能反映各生物种群间自然的系统演 化关系，每个种群在这个系统中都应有自己的位臵。 命名（nomenclature）是按照国际准则给每个物种一个（惟 一的）公认的名称，以便于科学界的交流和避免物名的混 淆。 鉴定（identification）是确定一个新分离物的特征，并将其 归属于已存在的分类单位中的过程。
菌株名称



菌株名称=属名+种的加词+菌株代号，菌株代号可随意 用字母、符号、编号或字母加编号等自行决定 实例 大肠杆菌K12菌株 E. coli K12 E. coli O157:H7：致病性，抗原特征 Bacillus subtilis AS 1.398：产蛋白酶 Bacillus subtilis BF 7658：α－淀粉酶 产黄青霉P. chrysogenum NRRL-Q176 两歧双歧杆菌Bifidobacterium bifidum ATCC 29521 模式菌株 菌落、菌株、菌苔、斜面、菌种、培养物、克隆、分离 物、纯培养物
根据G+C mol%不同原核生物可分为高和低G+C两个类群
随机扩增的多型性DNA分析
各大类生物的GC比
GC比相差低于2％ 无分类学意义 GC比差别2.5－4.0％ 种内各菌株 GC比差别5％以上：不同种 GC比差别10％以上：不同属

测定DNA的GC比的方法
解链温度（Melting Temperature）法： 260nm 减色效应 增色效应 高效液相色谱法
菌 株（品系）

一种微生物的每一不同来源的纯培养物Pure culture或纯分离物Pure isolate都可称为某菌种 的一个菌株

物种遗传多态性的客观反映 强调遗传型纯的谱系 菌株与克隆概念相通 不同菌株间大同小（生化性状、代谢产物）异 遗传型纯，当突变时需要重新标注新的菌株名称 菌株名称的标注 名称可随意确定：实验室、产地、特征，数字编号


二、原核生物的分类系统和典型菌群
（一）原核生物分类中采用的分类单位 主要分类单位 次要分类单位 界 Kingdom 门 Division 亚门 纲 Class 亚纲 目 Order 亚目 科 Family 亚科 属 Genus 亚属 种 Species 亚种
关于“属（Genus)”


关于“种（Species）”的几点说明
种：凡是与典型培养菌（type culture）密切相同的其

它培养菌统一起来区分为细菌的一个种。 (伯杰氏手册) type strain, type species 种是分类等级的基本单元，在概念上有下列认识： 1987年国际细菌分类委员会颁布，表观特征高度相 似，DNA同源性≥70%的菌群可定为一个种。 1994年Embley和Stackebrandt认为当16S rRNA的序列 同源性≥97%时可认为是一个种，但多相分类研究认 为一个种的确定不应只依据一个单一的标准。


聚类分析

最常用的是：单链锁聚类分析方法（single linkage cluster analysis technique），根据矩阵得出的相似系数，由最高值开始， 逐一进行链锁构成树状谱（dendrogram）
表型性状测定结果
数值分类结果表示方法
3 化学分类（chemotaxonomy）

化学分类是研究微生物细胞不同化学特性，并利用这些特 性对生物个体进行分类和鉴定。包括： 细胞壁化学组分（ 肽聚糖中肽链第3位氨基酸的种类、 中间肽桥和邻近的四肽交联的位臵） 枝菌酸（mycolic acid）（枝菌酸的有无和分子特性是诺 卡氏菌形放线菌分类必不可少的化学指征） 脂肪酸（直链、分支和复杂形式的脂肪酸，链长、双键 的位臵和数量及取代基团在细菌中具有分类意义） 磷酸类脂（膜脂） 甲基萘醌（细胞膜呼吸链成员） 全细胞蛋白及核糖体蛋白电泳分析
微生物分类鉴定方法的四个水平

细胞形态和习性水平 细胞形态、生理生化、营养、生长 细胞组分水平 细胞壁成分、氨基酸库、脂类、醌类 蛋白质水平 氨基酸系列分析、凝胶电泳、免疫标记技术 基因或DNA水平 核酸分子杂交、G + C mol %值、DNA、RNA核苷 酸顺序分析、重要基因组序列分析和全基因组测序
4 分子分类

分子分类是在分子水平上，对生物个体的DNA、RNA 和蛋白质进行研究，并根据获得的基因型信息对生物个 体进行分类。目前常用的分类方法有： DNA碱基组成 （G+C mol%, DNA分子中鸟嘌呤G 和胞嘧啶C所占的摩尔百分比值）分析 DNA分子指纹分析 DNA-DNA杂交 DNA-RNA杂交及核酸序列分析[16S rRNA/rDNA序 列分析、rDNA转录间隔区序列分析、随机扩增的多 型性DNA分析（ARDRA）等]
（二）原核生物的分类系统

伯杰氏细菌分类系统 《伯杰氏细菌鉴定手册》是本系统的综合和标准，由美国微生 物学会发起编写，最初指定David H. Bergey作为编委会主席， 于1923年出版第一版，1994年出版了第九版。 手册依据表型将细菌划分为33群，将所有细菌归属为原核 生物界，并分为4个门：薄壁菌门、厚壁菌门、软壁菌门、 疵壁菌门 1999年由Geoge Garrity编辑出版了《伯杰氏系统细菌学手 册》第二版，其分类系统完全按16S rRNA系统发育研究重 新编排，分31部分，描述了869个属和4928个种。

《原核生物》分类系统 1991年由Balows主编《原核生物 》 以核糖体RNA序列同源性为基础， 首次建立了真正的系统发育树
（三）原核生物的多相分类


多相分类（polyphasic taxonomy）由Colwell 于1970 年提出，指利用微生物多种不同的信息，包括表型的、 基因型的和系统发育的信息，综合起来研究微生物分 类和系统进化的过程。 多相分类包括：传统分类、化学分类、分子分类、数 值分类等，是目前研究各级分类单位的最有效手段， 可用于所有水平上的分类单位的描述和定义。


菌型（form） 曾用作菌株的同义词，现已废除，仅作若干变异型的 后缀。如噬菌体变异型Phagovar、血清变异型Serovar、 生物变异型Biovar、形态变异型Morphovar、致病变 异型Pathovar等 菌群（group） 两种微生物及介于它们之间的一些过渡类型的菌种， 具有某些共同性状。如大肠菌群包括大肠杆菌、产气 肠细菌及它们之间的过渡类型
微生物鉴定的基本步骤


微生物鉴定的基本步骤 获微生物的纯种培养物（Pure Culture） 测定一系列必要的鉴定指标 查找权威性的鉴定手册 不同微生物有不同的重点鉴定指标 霉菌等形体较大的真菌 — 以形态特征为主 放线菌和霉菌 — 形态和生理特征兼用 细菌 — 形态、生理、生化、遗传等指标 病毒 － 电子显微镜、生化、免疫、致病性
种或种以下水平分群
种或种以下水平分群
大量菌株之间的比较、聚 群
遗传型分类方法
遗传分类方法 G+C mol%和 DNA-DNA 同源性 应用 定种
16S rRNA 基因序列分析
扩增片断长度多态性，AFLP 16S rDNA随机片断长度多态性，RFLP rep-PCR 指纹图谱
种、属水平分类
种或种水平以下分群 种、属水平分类 种或种水平以下分群
表型分类方法
表型分类方法
数值分类 (Numerical taxonomy)
应用
初步种群划分
全细胞可溶性蛋白电泳 (SDS-PAGE of whole cell proteins)
多位点酶电泳 (Mulilocus enzyme electrophoresis, MLEE ) 脂肪酸分析 (Analysis of whole cell fatty acids)
经典的鉴定指标
1 传统分类方法

传统分类（traditional classification)也称描述分类，主要 以形态特征（morphological characteristics）、培养特征 （cultural characteristics）及生理生化特征（physiological characteristics）等表观分类指征（phenotypic information） 传统分类不能确切地说明微生物的遗传进化地位和关 系，但它却是认识微生物实际重要性和研究生物进化 的基础。 许多医学致病细菌的鉴定一直是依赖于传统分类指标 和技术。


数据收集（生化、生理、形态） 一般选择不少于50个实验特征，阳性特征记录为“1” 或“+”，阴性特征记录为“0” 或 “-” 计算相似性
每一实验菌株（操作单位，OTU）实验特性要分别与其他菌株 进行匹配比较相似性（similarity），用相似系数Ssm表示： Ssm = 相同特征的和/特征总数 ×100% 或 （a + d)/n ×100% 其中，a为相同阳性特征数，d为相同阴性特征数，n为特征总数

形态特征：菌体、菌落、是否产芽孢、产芽孢的位 置 …… 培养特征：不同培养基上的培养特性 生理生化特征：惟一碳源生长试验、蛋白降解试验、 酶的产生试验、水解活性试验、抗生素抗性试验、耐 盐试验、溶菌酶敏感试验、硝酸盐还原试验……
2 数值分类（numberical classification)
属是种的高一级分类阶元，通常包含具有某些共同特征 或关系密切的种。Goodfellow和O’Donnell（1993）认 为DNA的G+C mol%差异≤10%~12%及16S rRNA的序 列同源性≥95%的种可归为一个属。 种和属是一个物种所必须具有的属性，一个生物个体的 名称则是属名加种的形容词。
分类学的根本任务是建立物种的系统，这需要基于大量
的已知特征的生物个体，而且这些个体应有一个公认的 名称，这个系统也为新分离种的确定及新物种的发现提 供指导。 微生物分类学(microbial taxonomy)：是一门按微生物 的亲缘关系把它们安排成条理清楚的各种分类单位（单 元）或分类群(taxon)的科学。 分类：宏观的战略工作 鉴定：微观的战术性工作 命名：开拓性的创新工作
第10章 微生 物 分类研究概况
Streptoቤተ መጻሕፍቲ ባይዱyces sp.
河南工业大学生物工程学院
主要内容
微生物分类的目的和意义 原核生物的分类系统和典型菌群 极端微生物和古菌 真菌的分类及典型菌群 病毒（自学）

一、微生物分类的目的意义
分类、命名和鉴定是分类学中相互关联的三要素
分类（classification）的目的是将所有的生物按其相似性进
亚种（subspecies）/变种( variety，×)： 某一明显而稳定的特征与模式种不同的种称 为模式种的亚种/变种。 菌株：(Strain) 菌株表示任何由一个独立分离的单细胞繁殖 而成的纯遗传型群体及其一切后代。 因此，一种微生物的每一不同来源的纯培养物均 可称为该菌种的一个菌株。
亚种以下的几个分类名词