微生物分類與鑒定

1、微生物的微生物的分類和鑒定分類和鑒定p 分類是認(rèn)識(shí)客觀事物的一種基本方法。分類是認(rèn)識(shí)客觀事物的一種基本方法。p 要認(rèn)識(shí)、研究和利用各種微生物資源也必須對(duì)它們要認(rèn)識(shí)、研究和利用各種微生物資源也必須對(duì)它們進(jìn)行分類。進(jìn)行分類。p 分類學(xué)涉及三個(gè)相互依存又有區(qū)別的組成部分：分類學(xué)涉及三個(gè)相互依存又有區(qū)別的組成部分：分分類、鑒定、名類、鑒定、名(分類學(xué)的具體任務(wù)分類學(xué)的具體任務(wù))微生物的分類微生物的分類分類：分類：根據(jù)一定的原則根據(jù)一定的原則( (表型特征相似性或系統(tǒng)發(fā)育相關(guān)性表型特征相似性或系統(tǒng)發(fā)育相關(guān)性) )對(duì)對(duì)微生物進(jìn)行分群歸類，根據(jù)相似性或相關(guān)性水平排列成系統(tǒng)，微生物進(jìn)行分群歸類，根據(jù)相似性或相

2、關(guān)性水平排列成系統(tǒng)，并對(duì)各個(gè)分類群的特征進(jìn)行描述，以便查考和對(duì)未被分類的微并對(duì)各個(gè)分類群的特征進(jìn)行描述，以便查考和對(duì)未被分類的微生物進(jìn)行鑒定。生物進(jìn)行鑒定。 ( (根據(jù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)建立系統(tǒng)的過程根據(jù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)建立系統(tǒng)的過程) )鑒定：鑒定：借助于現(xiàn)有的微生物分類系統(tǒng)，通過特征測(cè)定，確定未借助于現(xiàn)有的微生物分類系統(tǒng)，通過特征測(cè)定，確定未知的、或新發(fā)現(xiàn)的、或未明確分類地位的微生物所應(yīng)歸屬分類知的、或新發(fā)現(xiàn)的、或未明確分類地位的微生物所應(yīng)歸屬分類群的過程。群的過程。( (根據(jù)現(xiàn)有系統(tǒng)確定未知微生物分類歸屬的過程根據(jù)現(xiàn)有系統(tǒng)確定未知微生物分類歸屬的過程) )命名：命名：是根據(jù)命名法規(guī)，給每一個(gè)分類群一個(gè)專有

3、的名稱。是根據(jù)命名法規(guī)，給每一個(gè)分類群一個(gè)專有的名稱。( (分類系統(tǒng)建立過程中的步驟之一分類系統(tǒng)建立過程中的步驟之一) )一、分類單元及其等級(jí)一、分類單元及其等級(jí)界門綱目科屬種常用的微生物分類學(xué)術(shù)語：常用的微生物分類學(xué)術(shù)語：1）培養(yǎng)物）培養(yǎng)物(culture)：一定時(shí)間一定空間內(nèi)微生物的細(xì)胞群或生：一定時(shí)間一定空間內(nèi)微生物的細(xì)胞群或生長(zhǎng)物。長(zhǎng)物。如微生物的斜面培養(yǎng)物、搖瓶培養(yǎng)物等。如微生物的斜面培養(yǎng)物、搖瓶培養(yǎng)物等。2）菌株）菌株(strain)：表示任何由一個(gè)獨(dú)立分離的單細(xì)胞（或單個(gè)：表示任何由一個(gè)獨(dú)立分離的單細(xì)胞（或單個(gè)病毒顆粒）繁殖而成的純遺傳型群體及其一切后代。病毒顆粒）繁殖而成的純遺

4、傳型群體及其一切后代。從自然界中分離得到的任何一種微生物的純培養(yǎng)物都可以稱為從自然界中分離得到的任何一種微生物的純培養(yǎng)物都可以稱為微生物的一個(gè)菌株；微生物的一個(gè)菌株；菌株是微生物分類和研究工作中最基礎(chǔ)的操作實(shí)體菌株是微生物分類和研究工作中最基礎(chǔ)的操作實(shí)體3）型）型(form或或type)：常指亞種以下的細(xì)分：常指亞種以下的細(xì)分。當(dāng)同種或同。當(dāng)同種或同亞種不同菌株之間的性狀差異，不足以分為新的亞種時(shí)，亞種不同菌株之間的性狀差異，不足以分為新的亞種時(shí)，可以細(xì)分為不同的型?？梢约?xì)分為不同的型。例如抗原特征的差異分為不同的血清型；對(duì)噬菌體裂解例如抗原特征的差異分為不同的血清型；對(duì)噬菌體裂解反應(yīng)的不同分

5、為不同的噬菌型等反應(yīng)的不同分為不同的噬菌型等p 菌株之間不存在鑒別性特征的差異，命名不同的菌株無需分菌株之間不存在鑒別性特征的差異，命名不同的菌株無需分類學(xué)依據(jù)；類學(xué)依據(jù)；p 不同型的細(xì)菌之間存在鑒別性特征的差異，命名或鑒定不同不同型的細(xì)菌之間存在鑒別性特征的差異，命名或鑒定不同的型必需有分類學(xué)依據(jù)。的型必需有分類學(xué)依據(jù)。菌株與型的區(qū)別：菌株與型的區(qū)別：高等生物中，高等生物中，“生殖隔離生殖隔離”被看作是區(qū)分物種的標(biāo)被看作是區(qū)分物種的標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn).微生物的種微生物的種：一大群表型特征高度相似、親緣關(guān)系：一大群表型特征高度相似、親緣關(guān)系極其接近、與同屬內(nèi)的其他物種有明顯差異的菌株極其接近、與同屬內(nèi)的其

6、他物種有明顯差異的菌株群。群。4）種（）種（species）：）： 物種，生物分類中基本的分類單元物種，生物分類中基本的分類單元和分類等級(jí)。和分類等級(jí)。在微生物中，一個(gè)種只能用該種內(nèi)的一在微生物中，一個(gè)種只能用該種內(nèi)的一個(gè)個(gè)典型菌株典型菌株作具體的代表，該典型菌株作具體的代表，該典型菌株就是就是該種的模式種該種的模式種。5）亞種（亞種（subspecies）：是進(jìn)一步細(xì)分種時(shí)所用的概：是進(jìn)一步細(xì)分種時(shí)所用的概念。指除某一明顯而穩(wěn)定的特征外，其余鑒定特征念。指除某一明顯而穩(wěn)定的特征外，其余鑒定特征都與模式種相同的種。都與模式種相同的種。6）新種（新種（species nova）：指權(quán)威性的分類、

7、鑒定手：指權(quán)威性的分類、鑒定手冊(cè)中從未記載過的一種新分離并鑒定過的微生物。冊(cè)中從未記載過的一種新分離并鑒定過的微生物。7）模式菌株（模式菌株（type strain）：一個(gè)微生物種的具體：一個(gè)微生物種的具體的活培養(yǎng)物，是由一個(gè)被指定為命名的模式菌株傳的活培養(yǎng)物，是由一個(gè)被指定為命名的模式菌株傳代而來，理應(yīng)與原初的描述完全一致的純培養(yǎng)物。代而來，理應(yīng)與原初的描述完全一致的純培養(yǎng)物。雙名法，由二個(gè)拉丁字或希臘字或拉丁化了的其它文字組成，雙名法，由二個(gè)拉丁字或希臘字或拉丁化了的其它文字組成，一般用斜體表示一般用斜體表示屬名在前，一般用拉丁字名詞表示，字首字母大寫屬名在前，一般用拉丁字名詞表示，字首字

8、母大寫種名在后，常用拉丁文形容詞表示，全部小寫種名在后，常用拉丁文形容詞表示，全部小寫若所分離的菌株只鑒定到屬，而未鑒定到種，可用若所分離的菌株只鑒定到屬，而未鑒定到種，可用spsp來表示來表示. .例如例如 BacillusBacillus sp sp二、微生物的命名二、微生物的命名由于細(xì)菌分類單元的劃分缺乏一個(gè)易于操作的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，為了由于細(xì)菌分類單元的劃分缺乏一個(gè)易于操作的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，為了減少因采用不同標(biāo)準(zhǔn)界定分類單元所造成的混亂，細(xì)菌系統(tǒng)分減少因采用不同標(biāo)準(zhǔn)界定分類單元所造成的混亂，細(xì)菌系統(tǒng)分類也像其他生物分類一樣采用類也像其他生物分類一樣采用“模式概念模式概念”種和亞種指定模式菌株（種和

9、亞種指定模式菌株（type strain）；）；亞屬和屬指定模式種（亞屬和屬指定模式種（type species）；）；屬以上至目級(jí)分類單元指定模式屬（屬以上至目級(jí)分類單元指定模式屬（type genus）；）；模式菌株應(yīng)送菌種保藏機(jī)構(gòu)保藏，以便備查考和索取。模式菌株應(yīng)送菌種保藏機(jī)構(gòu)保藏，以便備查考和索取。細(xì)菌分類細(xì)菌分類三、常用微生物分類鑒定的方法三、常用微生物分類鑒定的方法微生物分類鑒定方法微生物分類鑒定方法細(xì)胞的形態(tài)和習(xí)性水平細(xì)胞的形態(tài)和習(xí)性水平細(xì)胞組分水平細(xì)胞組分水平蛋白質(zhì)水平蛋白質(zhì)水平核酸水平核酸水平從不同層次從不同層次(生態(tài)的、群體的、細(xì)胞的、分子的生態(tài)的、群體的、細(xì)胞的、分子的)

10、，用不同學(xué)科，用不同學(xué)科 (生態(tài)學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)、遺傳學(xué)、免疫學(xué)、分子生物學(xué)等生態(tài)學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)、遺傳學(xué)、免疫學(xué)、分子生物學(xué)等)的技的技術(shù)方法來研究和比較不同微生物的術(shù)方法來研究和比較不同微生物的群體、細(xì)胞、細(xì)胞組分或代群體、細(xì)胞、細(xì)胞組分或代謝產(chǎn)物的區(qū)別謝產(chǎn)物的區(qū)別，從中發(fā)現(xiàn)的反映，從中發(fā)現(xiàn)的反映微生物類群特征微生物類群特征的資料。的資料。在現(xiàn)代微生物分類中，任何能穩(wěn)定地反映微生物種類在現(xiàn)代微生物分類中，任何能穩(wěn)定地反映微生物種類特征的資料，都有分類學(xué)意義，都可以作為分類鑒定特征的資料，都有分類學(xué)意義，都可以作為分類鑒定的依據(jù)。的依據(jù)。（一）形態(tài)學(xué)特征（一）形態(tài)學(xué)特征細(xì)胞形態(tài)及其染色特性、

11、菌落特征、特殊的細(xì)胞結(jié)構(gòu)、細(xì)胞形態(tài)及其染色特性、菌落特征、特殊的細(xì)胞結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)性、等等運(yùn)動(dòng)性、等等微生物分類和鑒定的重要依據(jù)之一：微生物分類和鑒定的重要依據(jù)之一：a）易于觀察和比較，尤其是真核微生物和具有特殊）易于觀察和比較，尤其是真核微生物和具有特殊 形態(tài)結(jié)構(gòu)的細(xì)菌；形態(tài)結(jié)構(gòu)的細(xì)菌；b）許多形態(tài)學(xué)特征依賴于多基因的表達(dá)，具有相對(duì)）許多形態(tài)學(xué)特征依賴于多基因的表達(dá)，具有相對(duì) 的穩(wěn)定性；的穩(wěn)定性；（二）生理生化特征（二）生理生化特征與微生物的酶和調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)的本質(zhì)和活性直接相關(guān)與微生物的酶和調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)的本質(zhì)和活性直接相關(guān)營(yíng)養(yǎng)類型、酶、代謝產(chǎn)物等；營(yíng)養(yǎng)類型、酶、代謝產(chǎn)物等；生長(zhǎng)溫度、與氧、生長(zhǎng)溫度、

12、與氧、pH、滲透壓的關(guān)系；、滲透壓的關(guān)系；宿主種類、與宿主的關(guān)系；宿主種類、與宿主的關(guān)系；免疫特性免疫特性酶及蛋白質(zhì)都是基因產(chǎn)物酶及蛋白質(zhì)都是基因產(chǎn)物對(duì)微生物生理生化特征的比較也是對(duì)微生物基因組對(duì)微生物生理生化特征的比較也是對(duì)微生物基因組的間接比較的間接比較測(cè)定生理生化特征比直接分析基因組要容易得多測(cè)定生理生化特征比直接分析基因組要容易得多（三）核酸的堿基組成和分子雜交（三）核酸的堿基組成和分子雜交特點(diǎn)：特點(diǎn)：與形態(tài)及生理生化特性的比較不同，與形態(tài)及生理生化特性的比較不同，對(duì)對(duì)DNADNA的堿基組成的比較和進(jìn)行核酸分子雜交的堿基組成的比較和進(jìn)行核酸分子雜交是直接比較不同微生物之間基因組的差異，

13、是直接比較不同微生物之間基因組的差異，因此結(jié)果更加可信。因此結(jié)果更加可信。1、DNA的堿基組成的堿基組成(G+Cmol%)DNADNA堿基因組成是各種生物一個(gè)穩(wěn)定的特征，即使個(gè)別堿基因組成是各種生物一個(gè)穩(wěn)定的特征，即使個(gè)別基因突變，堿基組成也不會(huì)發(fā)生明顯變化。基因突變，堿基組成也不會(huì)發(fā)生明顯變化。分類學(xué)上，用分類學(xué)上，用G+C占全部堿基的克分子百分?jǐn)?shù)占全部堿基的克分子百分?jǐn)?shù)(G+Cmol%)來表示各類生物的來表示各類生物的DNA堿基因組成特征，簡(jiǎn)稱堿基因組成特征，簡(jiǎn)稱GC比。比。1）每個(gè)生物種都有特定的）每個(gè)生物種都有特定的GC%范圍，因此后者范圍，因此后者 可以作為分類鑒定的指標(biāo)。細(xì)菌的可以

14、作為分類鑒定的指標(biāo)。細(xì)菌的GC%范圍范圍 為為25-75%，變化范圍最大，因此更適合于細(xì)，變化范圍最大，因此更適合于細(xì) 菌的分類鑒定。菌的分類鑒定。2）GC%測(cè)定主要用于對(duì)表型特征難區(qū)分的細(xì)菌測(cè)定主要用于對(duì)表型特征難區(qū)分的細(xì)菌 作出鑒定，并可檢驗(yàn)表型特征分類的合理性，作出鑒定，并可檢驗(yàn)表型特征分類的合理性， 從分子水平上判斷物種的親緣關(guān)系。從分子水平上判斷物種的親緣關(guān)系。3）使用原則：）使用原則：G+C含量的比較主要用于分類鑒定中的含量的比較主要用于分類鑒定中的否定否定每一種生物都有一定的堿基組成，親緣關(guān)系近的生物，每一種生物都有一定的堿基組成，親緣關(guān)系近的生物，它們應(yīng)該具有相似的它們應(yīng)該具有

15、相似的G+C含量，若不同生物之間含量，若不同生物之間G+C含含量差別大表明它們關(guān)系遠(yuǎn)。量差別大表明它們關(guān)系遠(yuǎn)。但具有相似但具有相似G+CG+C含量的生物并不一定表明它們含量的生物并不一定表明它們之間具有近的親緣關(guān)系。之間具有近的親緣關(guān)系。同一個(gè)種內(nèi)的不同菌株同一個(gè)種內(nèi)的不同菌株G+C含量差別應(yīng)在含量差別應(yīng)在45%以下；以下；同屬不同種的差別應(yīng)低于同屬不同種的差別應(yīng)低于1015%；G+C含量已經(jīng)作為建立新的微生物分類單元的一項(xiàng)基本特征，含量已經(jīng)作為建立新的微生物分類單元的一項(xiàng)基本特征，它對(duì)于種、屬甚至科的分類鑒定有重要意義它對(duì)于種、屬甚至科的分類鑒定有重要意義。若二個(gè)在形態(tài)及生理生化特性方面及其

16、相似的若二個(gè)在形態(tài)及生理生化特性方面及其相似的菌株，如果其菌株，如果其G+C含量的差別大于含量的差別大于5%，則肯定，則肯定不是同一個(gè)種，大于不是同一個(gè)種，大于15%則肯定不是同一個(gè)則肯定不是同一個(gè)屬。屬。80年代以前螺菌屬年代以前螺菌屬(Spirillum)不同種的不同種的G+C含量范圍含量范圍寬達(dá)寬達(dá)3866%，后來，后來“伯杰氏手冊(cè)伯杰氏手冊(cè)”(1984)結(jié)合其他結(jié)合其他特征已將其分成三個(gè)屬：特征已將其分成三個(gè)屬：螺菌屬、海洋螺菌屬螺菌屬、海洋螺菌屬(Oceanospirillum)和水螺菌屬和水螺菌屬(Aquaspirillum), 它們它們G+C含量分別為含量分別為38%、4251%

17、和和4966%；過去根據(jù)形態(tài)學(xué)特征曾認(rèn)為微球菌屬過去根據(jù)形態(tài)學(xué)特征曾認(rèn)為微球菌屬(Micrococcus)和和葡萄球菌屬葡萄球菌屬(Staphylococcus)是關(guān)系很近的兩個(gè)屬，因是關(guān)系很近的兩個(gè)屬，因而長(zhǎng)期放在一個(gè)科內(nèi)，由于而長(zhǎng)期放在一個(gè)科內(nèi)，由于G+C含量的差異含量的差異(分別為分別為3038%和和6475%)表明它們親緣關(guān)系相當(dāng)遠(yuǎn)，現(xiàn)在表明它們親緣關(guān)系相當(dāng)遠(yuǎn)，現(xiàn)在根據(jù)根據(jù)16SrRNA序列資料已進(jìn)行新的調(diào)整。序列資料已進(jìn)行新的調(diào)整。在疑難菌株鑒定、新種命名、建立一個(gè)新的分類在疑難菌株鑒定、新種命名、建立一個(gè)新的分類單位時(shí)，單位時(shí)，G+C含量是一項(xiàng)重要的，必不可少的鑒含量是一項(xiàng)重要的，

18、必不可少的鑒定指標(biāo)。定指標(biāo)。其分類學(xué)意義主要是作為建立新分類單元的一項(xiàng)基本特其分類學(xué)意義主要是作為建立新分類單元的一項(xiàng)基本特征和把那些征和把那些G+C含量差別大的種類排除出某一分類單元。含量差別大的種類排除出某一分類單元。G+C含量的比較主要用于分類鑒定中的否定含量的比較主要用于分類鑒定中的否定2、核酸的分子雜交、核酸的分子雜交不同生物不同生物DNA堿基排列順序的異同直接反映生物之間堿基排列順序的異同直接反映生物之間親緣關(guān)系的遠(yuǎn)近，堿基排列順序差異越小，它們之間親緣關(guān)系的遠(yuǎn)近，堿基排列順序差異越小，它們之間的親緣關(guān)系就越近，反之亦然。的親緣關(guān)系就越近，反之亦然。t 直接分析比較直接分析比較DNA的堿基排列順序的堿基排列順序-由于技術(shù)上的困難目前尚難以普遍地進(jìn)行；由于技術(shù)上的困難目前尚難以普遍地進(jìn)行；t 核酸分子雜交核酸分子雜交(hybridization)間接比較不同微生間接比較不同微生物物DNA堿基排列順序的相似性堿基排列順序的相似性3電子雜交電子雜交 隨著微生物基因信息，特別是全基因組完全測(cè)序隨著微生物基因信息，特別是全基因組完全測(cè)序的不斷增加，我們可以通過各種計(jì)算機(jī)軟件對(duì)不同物的不斷增加，我們可以通過各種計(jì)算機(jī)軟件對(duì)不同物種的遺傳信息進(jìn)行直接比較，從而分析不同微生物間種的遺傳信息進(jìn)行直