微生物分類與鑒定

關(guān)于微生物分類與鑒定第一頁，共五十八頁，2022年，8月28日

地球上的物種估計大約有150萬，其中微生物超過10萬種，而且其數(shù)目還在不斷增加。第二頁，共五十八頁，2022年，8月28日生物分類的二種基本原則：a）根據(jù)表型(phenetic)特征的相似程度分群歸類，這種表型分類重在應(yīng)用，不涉及生物進(jìn)化或不以反映生物親緣關(guān)系為目標(biāo)。b）按照生物系統(tǒng)發(fā)育相關(guān)性水平來分群歸類，其目標(biāo)是探尋各種生物之間的進(jìn)化關(guān)系，建立反映生物系統(tǒng)發(fā)育的分類系統(tǒng)。從進(jìn)化論誕生以來，已經(jīng)成生物學(xué)家普遍接受的分類原則生物系統(tǒng)學(xué)(systematics)第三頁，共五十八頁，2022年，8月28日章節(jié)內(nèi)容第一節(jié)通用分類單元系統(tǒng)分類單元、種的概念、學(xué)名、亞種第二節(jié)微生物在生物界的地位生物界級分類學(xué)說、五界系統(tǒng)、三域?qū)W說及其發(fā)展、※微生物的進(jìn)化第三節(jié)各大類微生物的分類系統(tǒng)綱要原核微生物分類系統(tǒng)綱要、真菌的分類系統(tǒng)綱要第四節(jié)微生物的鑒定經(jīng)典分類鑒定方法、現(xiàn)代分類鑒定方法。

第四頁，共五十八頁，2022年，8月28日第一節(jié)通用分類單元

分類是認(rèn)識客觀事物的一種基本方法。我們要認(rèn)識、研究和利用各種微生物資源也必須對它們進(jìn)行分類。分類學(xué)涉及三個相互依存又有區(qū)別的組成部分：鑒定分類、命名、第五頁，共五十八頁，2022年，8月28日命名(nomenclature)：是根據(jù)命名法規(guī)，給每一個分類群一個專有的名稱；鑒定(identification或determination)：借助于現(xiàn)有的微生物分類系統(tǒng)，通過特征測定，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)歸屬分類群的過程。分類(classification)：根據(jù)一定的原則對微生物進(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)，并對各個分類群的特征進(jìn)行描述，以便查考和對未被分類的微生物進(jìn)行鑒定；第六頁，共五十八頁，2022年，8月28日一、分類單元及其等級界

（Kingdom）(Regnum)門

（Phylum）(Phylum)綱（Class）(Classis)目（Order）(Ordo)科（Family）(Familia)屬（Genus）(Genus)種（Species）(Species)第七頁，共五十八頁，2022年，8月28日根據(jù)CarlWoese的理論，現(xiàn)在還在界之上使用域(domain)（把全部生物先分為古生菌域、細(xì)菌域和真核生物域，域下面再分界。）第八頁，共五十八頁，2022年，8月28日常用的細(xì)菌分類學(xué)術(shù)語：1）培養(yǎng)物(culture)：一定時間一定空間內(nèi)微生物的細(xì)胞群或生長物。如微生物的斜面培養(yǎng)物、搖瓶培養(yǎng)物等。2）菌株(strain)：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菌株；用實驗方法(如通過誘變)所獲得的某一菌株的變異型，也可以稱為一個新的菌株，以便與原來的菌株相區(qū)別。第九頁，共五十八頁，2022年，8月28日BacillussubtilisASI.398BacillussubtilisBF7658生產(chǎn)蛋白酶生產(chǎn)α淀粉酶第十頁，共五十八頁，2022年，8月28日3）型(form或type)：常指亞種以下的細(xì)分。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，可以細(xì)分為不同的型。例如抗原特征的差異分為不同的血清型；對噬菌體裂解反應(yīng)的不同分為不同的噬菌型等4）種（species）：

物種，生物分類中基本的分類單元高等生物中，“生殖隔離”被看作是區(qū)分物種的標(biāo)準(zhǔn)微生物的種：具有高度特征相似性的菌株群，這個菌株群與其他類群的菌株有很明顯的區(qū)別。菌株與型的區(qū)別：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)，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)。第十一頁，共五十八頁，2022年，8月28日二、微生物的命名雙名法，由二個拉丁字或希臘字或拉丁化了的其它文字組成，一般用斜體表示屬名在前，一般用拉丁字名詞表示，字首字母大寫種名在后，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sp來表示，例如Bacillussp第十二頁，共五十八頁，2022年，8月28日由于細(xì)菌分類單元的劃分缺乏一個易于操作的統(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)分類也像其他生物分類一樣采用“模式概念”種和亞種指定模式菌株（typestrain）；亞屬和屬指定模式種（typespecies）；屬以上至目級分類單元指定模式屬（typegenus）；模式菌株應(yīng)送交菌種保藏機構(gòu)保藏，以便備查考和索取。第十三頁，共五十八頁，2022年，8月28日第二節(jié)微生物在生物界的地位一、生物的界級分類學(xué)說兩界系統(tǒng)三界系統(tǒng)四界系統(tǒng)五界系統(tǒng)六界系統(tǒng)第十四頁，共五十八頁，2022年，8月28日利用16SrRNA建立分子進(jìn)化樹的美國科學(xué)家

CarlWoese

二、三域?qū)W說及其發(fā)展第十五頁，共五十八頁，2022年，8月28日三、rRNA和系統(tǒng)發(fā)育樹1.rRNA的順序和進(jìn)化培養(yǎng)微生物提取并純化rRNArRNA序列測定分析比較微生物之間的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系第十六頁，共五十八頁，2022年，8月28日2.特征序列或序列印記（signaturesequence）通過對rRNA全序列資料的分析比較（特別是采用計算機）發(fā)現(xiàn)的在不同種群水平上的特異特征性寡核苷酸序列，或在某些特定的序列位點上出現(xiàn)的單堿基印記。特征序列有助于迅速確定某種微生物的分類歸屬，或建立新的分類單位。第十七頁，共五十八頁，2022年，8月28日3.系統(tǒng)發(fā)育樹(phylogenetictree)

通過比較生物大分子序列差異的數(shù)值構(gòu)建的系統(tǒng)樹稱為分子系統(tǒng)樹，其特點是用一種樹狀分枝的圖型來概括各種(類)生物之間的親緣關(guān)系。第十八頁，共五十八頁，2022年，8月28日16SrRNA系統(tǒng)發(fā)育樹第十九頁，共五十八頁，2022年，8月28日1）生命的第三種形式——古生菌動物界和植物界原核生物和真核生物（20世紀(jì)60年代）古細(xì)菌(archaebacteria)真細(xì)菌(Eubacteria)真核生物(Eukaryotes)（1977，CarlWoese）Bacteria(細(xì)菌)Archaea(古生菌)Eukarya(真核生物)（1990，CarlWoese）原核生物界（Kingdom）域（domain）第二十頁，共五十八頁，2022年，8月28日2）建立16SrRNA系統(tǒng)發(fā)育樹的意義a）使生物進(jìn)化的研究范圍真正覆蓋所有生物類群；傳統(tǒng)生物進(jìn)化研究主要基于復(fù)雜的形態(tài)學(xué)和化石記載，因此多限于研究后生生物，而后者僅占整個生物進(jìn)化歷程的1/5第二十一頁，共五十八頁，2022年，8月28日b）提出了一種全新的正確衡量生物間系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系的方法；c）對探索生命起源及原始生命的發(fā)育進(jìn)程提供了線索和理論依據(jù)；d）突破了細(xì)菌分類僅靠形態(tài)學(xué)和生理生化特性的限制，建立了全新的分類理論；第二十二頁，共五十八頁，2022年，8月28日e）為微生物生物多樣性和微生物生態(tài)學(xué)研究建立了全新的研究理論和研究方法，特別是不經(jīng)培養(yǎng)直接對生態(tài)環(huán)境中的微生物進(jìn)行研究。第二十三頁，共五十八頁，2022年，8月28日不可培養(yǎng)微生物（unculturedmicroorganisms）

從環(huán)境中直接分離并克隆rRNA并分析其序列和在分子進(jìn)化樹上的位置等方法而發(fā)現(xiàn)的的目前尚不能在人工條件下獲得培養(yǎng)的微生物。不可培養(yǎng)的微生物與生物多樣性第二十四頁，共五十八頁，2022年，8月28日3）三（界)域生物的主要特征三界理論雖然是根據(jù)16SrRNA序列的比較提出的，但其他特征的比較研究結(jié)果也在一定程度上支持了三界生物的劃分。第二十五頁，共五十八頁，2022年，8月28日

隨著越來越多的微生物的全基因組序列的測定，人們發(fā)現(xiàn)生物在進(jìn)化中存在著非常廣泛的水平基因轉(zhuǎn)移現(xiàn)象，很多科學(xué)家都認(rèn)為不能僅靠對16SrRNA的序列比較來確定生物之間的親緣關(guān)系，還必須借助各種信息對這個進(jìn)化樹進(jìn)行改進(jìn)。CarlWoose的rRNA進(jìn)化樹完美無缺？第二十六頁，共五十八頁，2022年，8月28日

一項新的研究指出，在我們體內(nèi)的每個細(xì)胞中有40

個左右的細(xì)菌基因，這個由細(xì)菌到人類寄主的所謂的“橫向轉(zhuǎn)移(lateraltransfer)”給進(jìn)化生物學(xué)帶來了極大的問題。

2001年5月18日美國《科學(xué)》周刊292卷第5520期人類基因組中的細(xì)菌基因？第二十七頁，共五十八頁，2022年，8月28日第三節(jié)各大類微生物的分類系統(tǒng)綱要二、真菌（菌物）分類系統(tǒng)簡介一、原核微生物分類系統(tǒng)第二十八頁，共五十八頁，2022年，8月28日一、原核微生物分類系統(tǒng)（一）《伯杰氏鑒定細(xì)菌學(xué)手冊》(Bergey’sManualofDeterminativeBacteriology)美國賓夕法尼亞大學(xué)的細(xì)菌學(xué)教授伯杰(D.Bergey)(1860-1937)伯杰氏手冊:是目前進(jìn)行細(xì)菌分類、鑒定的最重要參考書，其特點是描述非常詳細(xì)，包括對細(xì)菌各個屬種的特征及進(jìn)行鑒定所需做的實驗的具體方法。第二十九頁，共五十八頁，2022年，8月28日1923年以來已出至第九版(1994)；第九版伯杰氏細(xì)菌鑒定手冊設(shè)立35個群，將古細(xì)菌部改編為5個群，全書描寫了約500個屬。劃分為四大類：

第一類具細(xì)胞壁的革蘭氏陰性真細(xì)菌第二類具細(xì)胞壁的革蘭氏陽性真細(xì)菌第三類無細(xì)胞壁的真細(xì)菌第四類古細(xì)菌

伯杰氏細(xì)菌鑒定手冊第三十頁，共五十八頁，2022年，8月28日（二）伯杰氏系統(tǒng)細(xì)菌學(xué)手冊(Bergey’sManualofSystematicBacteriology)第一版1984年問世，至1989年出齊，共4卷。第二版由GeorgeGarrity主編分為5卷，將從2000年起陸續(xù)出版。這一版納入了研究核糖體RNA測序所產(chǎn)生的許發(fā)育)分類系統(tǒng)。第三十一頁，共五十八頁，2022年，8月28日《伯杰氏系統(tǒng)細(xì)菌學(xué)手冊》第二版

分古細(xì)菌和真細(xì)菌2個界，下設(shè)18門、27綱、73目、186科，包括870余屬和4900多個種。第三十二頁，共五十八頁，2022年，8月28日界Ⅰ：古細(xì)菌(Archaeota)

部1：熱變形菌、硫化葉菌、嗜壓菌(Thermoprotei、Sulfolobi、Barophiles，21屬36種)部2：產(chǎn)甲烷菌(Methanogens，21屬97種)部3：鹽桿菌(Halobacteria，14屬50種)部4：熱原體(Thermoplasma，2屬4種)部5：熱球菌(Thermococci，5屬19種)

第三十三頁，共五十八頁，2022年，8月28日界Ⅱ：真細(xì)菌(Bacteria)部6：產(chǎn)液菌(Aquifex)和相關(guān)細(xì)菌(3屬5種)部7：棲熱袍菌(Thermotoga)和Geotogas，9屬22種)部8：異常球菌(Deinococci，1屬8種)部9：棲熱菌和歸屬不明的屬(Thermi，10屬21種)部10：產(chǎn)菌黃(Chrysiongenes,1屬2種)部11：綠屈撓菌和滑柱菌(Chloroflexi和Herpetosiphons，5屬11種)第三十四頁，共五十八頁，2022年，8月28日界Ⅱ：真細(xì)菌(Bacteria)部12：熱微菌(Thermomicrobia,1屬2種)部13：藍(lán)細(xì)菌(Cyanobacteria，69屬73種)部14：綠菌(Chlorobia，6屬17種)部15：α-變形細(xì)菌(α-Proteobacteria，117屬392種)部16：β-變形細(xì)菌(β-Proteobacteria，53屬204種)第三十五頁，共五十八頁，2022年，8月28日界Ⅱ：真細(xì)菌(Bacteria)部17：γ-變形細(xì)菌(γ-Proteobacteria，150屬854種)部18：δ-變形細(xì)菌(δ-Proteobacteria，39屬128種)部19：ε-變形細(xì)菌(ε-Proteobacteria，6屬56種)部20：梭菌(Clostridia)和相關(guān)細(xì)菌(73屬403種)部21：柔膜菌(Mollicutes，10屬191種)部22：芽胞桿菌和乳桿菌(Bacilli和Lactobacilli，55屬535種)第三十六頁，共五十八頁，2022年，8月28日界Ⅱ：真細(xì)菌(Bacteria)部23：放線細(xì)菌(Actinobacteria，117屬，1371種)部24：浮霉?fàn)罹鸵略w(Planctomycetes和Chlamydia，5屬14種)部26：絲狀桿菌(Fibrobacters，3屬5種)部27：擬桿菌(Bacteroides，20屬130種)第三十七頁，共五十八頁，2022年，8月28日界Ⅱ：真細(xì)菌(Bacteria)部28：黃桿菌(Flavobacteria，15屬72種)部29：鞘氨醇桿菌(Sphingobacteria，22屬76訓(xùn))部30：梭形菌(Fusoforms，6屬29種)部31：疣微菌和相關(guān)細(xì)菌(Verrucomicrobium，2屬5種)第三十八頁，共五十八頁，2022年，8月28日二真菌（菌物）分類系統(tǒng)簡介Ainsworthetal(1973)

V.Arx(1981)真菌字典（1983）Kendrick(1992)真菌字典（1995）Alexopoulos&Mins(1996)第三十九頁，共五十八頁，2022年，8月28日黏菌門：黏菌綱根腫菌綱

真菌門：鞭毛菌亞門：壺菌綱絲壺菌綱卵菌綱

接合菌亞門：接合菌綱毛菌綱

子囊菌亞門：半子囊菌綱不整囊菌綱核菌綱

盤菌綱腔菌綱蟲囊菌綱

擔(dān)子菌亞門：冬孢菌綱層菌綱腹菌綱

半知菌亞門：芽孢綱絲孢綱腔孢綱真菌界（1995）第四十頁，共五十八頁，2022年，8月28日第四節(jié)微生物分類鑒定的方法生物分類的傳統(tǒng)指標(biāo)分子生物學(xué)指標(biāo)微型、簡便、快速或自動化鑒定技術(shù)細(xì)菌的數(shù)值分類

第四十一頁，共五十八頁，2022年，8月28日形態(tài)學(xué)特征生理學(xué)特征生態(tài)學(xué)特征

從不同層次，用不同學(xué)科的技術(shù)方法來研究和比較不同微生物的細(xì)胞、細(xì)胞組分或代謝產(chǎn)物，從中發(fā)現(xiàn)的反映微生物類群特征的資料。生物分類的傳統(tǒng)指標(biāo)第四十二頁，共五十八頁，2022年，8月28日一、形態(tài)學(xué)特征培養(yǎng)特征、運動性、特殊的細(xì)胞結(jié)構(gòu)、細(xì)胞形態(tài)及其染色特性、等等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)，具有相對的穩(wěn)定性；第四十三頁，共五十八頁，2022年，8月28日二、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)；代謝產(chǎn)物等營養(yǎng)類型；與氧的關(guān)系；對溫度的適應(yīng)性；對pH的適應(yīng)性；對滲透壓的適應(yīng)性；酶及蛋白質(zhì)都是基因產(chǎn)物；對微生物生理生化特征的比較也是對微生物基因組的間接比較；測定生理生化特征比直接分析基因組要容易得多；第四十四頁，共五十八頁，2022年，8月28日1、API細(xì)菌數(shù)值鑒定系統(tǒng)2、Enterotube系統(tǒng)3、Biolog全自動或手動細(xì)菌鑒定系統(tǒng)微型、簡便、快速或自動化鑒定技術(shù)第四十五頁，共五十八頁，2022年，8月28日1、API細(xì)菌數(shù)值鑒定系統(tǒng)菌種基本培養(yǎng)基（液體）

菌懸液檢測、編碼、查表、鑒定適用于API鑒定細(xì)菌有700多種AnalyticaProductsINC的簡稱。法國生物-梅里埃公司生產(chǎn)的細(xì)菌數(shù)值分類分析鑒定系統(tǒng)。約有1000種生化反應(yīng),可鑒定的細(xì)菌大于550種。目前中國各級疾病預(yù)防控制機構(gòu)在細(xì)菌學(xué)檢驗中比較多地應(yīng)用了此項技術(shù)第四十六頁，共五十八頁，2022年，8月28日2、Enterotube系統(tǒng)

不同培養(yǎng)基分裝不同小槽中，同步接種，培養(yǎng)后檢測、查表、鑒定。第四十七頁，共五十八頁，2022年，8月28日3、Biolog全自動或手動細(xì)菌鑒定系統(tǒng)

在96孔的細(xì)菌培養(yǎng)板上檢測微生物對不同發(fā)酵性碳源利用情況進(jìn)行的分類鑒定。自動化、快速

可鑒定細(xì)菌有1140多種、酵母菌267種、目前已經(jīng)可用于絲狀真菌。每個孔中含有不同的底物菌懸液或無菌水第四十八頁，共五十八頁，2022年，8月28日分子生物學(xué)指標(biāo)DNA堿基因組成是各種生物一個穩(wěn)定的特征，即使個別基因突變，堿基組成也不會發(fā)生明顯變化。第四十九頁，共五十八頁，2022年，8月28日1.DNA的堿基組成(G+Cmol%)

分類學(xué)上，用G+C占全部堿基的克分子百分?jǐn)?shù)(G+Cmol%)來表示各類生物的DNA堿基因組成特征。第五十頁，共五十八頁，2022年，8月28日

每個生物種都有特定的GC%范圍，因此可以作為分類鑒定的指標(biāo)。細(xì)菌的GC%范圍為25--75%，變化范圍最大，因此更適合于細(xì)菌的分類鑒定。第五十一頁，共五十八頁，2022年，8月28日

GC%測定主要用于對表型特征難區(qū)分的細(xì)菌作出鑒定，并可檢驗表型特征分類的合理性，