第10章微生物的分类

1、第十章第十章微生物的分类和鉴定微生物的分类和鉴定微生物分类学（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元或分类群（taxon）的科学它的具体任务有三即分类（分类（classification）鉴定（鉴定（identification）命名（命名（nomenclature）生物分类的二种基本原则：生物分类的二种基本原则：a）根据表型表型(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

2、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生物系统学(systematics)(systematics)章节内容章节内容第一节第一节 通用分类单元通用分类单元系统分类单元、种的概念、学名、亚种第二节第二节 微生物在生物界的地位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第三节 各大类微生物的分类系统纲要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第四节 微生物的鉴定微生物的鉴定经典分类鉴定方法、现代分类鉴定方法。 命名命名(nomenclature)：是根据命名法规，给每一个

3、分类群一个：是根据命名法规，给每一个分类群一个专有的名称；专有的名称；鉴定鉴定(identification或或determination)：借助于现有的微生物：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。明确分类地位的微生物所应归属分类群的过程。分类分类(classification)：根据一定的原则对微生物进行分群归类，：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

4、，以便查考和对未被分类的微生物进行鉴定进行描述，以便查考和对未被分类的微生物进行鉴定；第一节第一节 通用分类单元通用分类单元一、分类单元及其等级一、分类单元及其等级界界 （kingdom） 门门 （phylum）纲（纲（class） 目（目（order） 科（科（family） 属（属（genus） 种（种（species） 根据carl woese的理论，现在还在界界之上之上使用域域(domain)（把全部生物先分为古生菌域、细菌域和真核生物域，域下面再分界。） 常用的细菌分类学术语：1）培养物）培养物(culture)：一定时间一定空间内微生物的细胞群或生长一定时间一定空间内微生物的细胞群

5、或生长 物。如微生物的斜面培养物、摇瓶培养物等。物。如微生物的斜面培养物、摇瓶培养物等。2）菌株）菌株(strain)：从自然界中分离得到的任何一种微生物的纯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。与原来的菌株相区别。3）型）型(form或或type)：常指亚种以下的细分。当同种或同亚种不同菌株之间的性状差异，不足以分为新的亚种时，可以细分为不同的型

6、。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不同分为不同的噬菌型等菌株与型的区别：菌株与型的区别：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学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学依据，依据，不同型的细菌之间存在鉴别性特征的差异，命名或鉴定不同的型不同型的细菌之间存在鉴别性特征的差异，命名或鉴定不同的型必需有分类学依据。必需有分类学依据。4）种（）种（species）： 物种，生物分类中基本的分类单元物种，生物分类中基本的分类单元高等生物中，高等生物中，“生殖隔离生殖隔离”被看作是区分物种的标准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

7、群，这个菌株群与其微生物的种：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。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，一般用斜体表示一般用斜体表示属名在前，一般用拉丁字名词表示，字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，可用若所分离的菌株只鉴定到属，而未鉴定到种，可用sp.来表示，来表示，例如例如 bacillus sp.spp. 复数复数例1：大肠埃希氏菌（简称大肠杆菌）escherichia coli（migula）castellani et chalmers

8、 1919例2：枯草芽孢杆菌（简称枯草杆菌）bacillus subtilis（ehrenberg）cohn 1872 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。第二节第二节 微生物在生物界的地位微生物在生物界的地位一、生物的界级分类学说一、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

9、界系统二、三域学说及其发展二、三域学说及其发展选用16srrna进行研究的主要原因是：1.16srrna普遍存在于原核生物和真核生物细胞中，故可用以比较它们在进化上的相互联系；2.16srrna有重要且恒定的生理功能；3.在细胞中含有较大量的易于提取的rrna；4.rrna的基因在细胞中不像质粒dna那样会转移，而是稳定的；5. 16srrna分子中的某些碱基顺序非常保守，以致在30多亿年的进化中仍保持着原初的状态，而不像另一些顺序那样变化很大，因此可用作探索自古至今生物的主要进化历程；6. 16srrna的分子量适中，在核糖体所含的三种rrna中，其核苷酸数分别约为2900、1540和120

10、个，其中的16srrna不但核苷酸数适中，而且信息量较大且易于分析，故是理想的研究材料。三、rrna和系统发育树1. rrna的序列和进化培养微生物培养微生物提取并纯化提取并纯化rrnarrna序列测定序列测定分析比较分析比较微生物之间的系统发育关系微生物之间的系统发育关系2. 特征序列或序列印记（signature sequence）通过对通过对r rna全序列资料的分析比较（特别是全序列资料的分析比较（特别是采用计算机）发现的在不同采用计算机）发现的在不同种群水平上的特种群水平上的特异特征性寡核苷酸序列，或异特征性寡核苷酸序列，或在某些特定的序在某些特定的序列位点上出现的单碱基印记列位点上

11、出现的单碱基印记。特征序列特征序列有助于有助于迅速确定某种微生物的迅速确定某种微生物的分类归属，或建立新的分类单位。分类归属，或建立新的分类单位。3. 系统发育树(phylogenetic tree) 通过比较通过比较生物大分子序列差异的数值构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，其特点是建的系统树称为分子系统树，其特点是用一用一种树状分枝的图型来概括各种种树状分枝的图型来概括各种( (类类) )生物之间生物之间的亲缘关的亲缘关系。系。1）生命的第三种形式古生菌动物界和植物界动物界和植物界原核生物和真核生物（原核生物和真核生物（20世纪世纪60年代）年代）古细菌古细菌(archa

12、ebacteria)真细菌真细菌( (eubacteria)真核生物真核生物(eukaryotes)（1977，carl woese）bacteria(细菌细菌)archaea(古生菌古生菌)eukarya(真核生物真核生物)（1990，carl woese）原核生物原核生物界（界（kingdom）域（域（domain）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；）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

13、物进化历程的于研究后生生物，而后者仅占整个生物进化历程的1/5b）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。不可培养微生物（uncultured microorganisms） 从环境中直接分离并克隆从环境中直接分离并克隆rrna基因基因并分析其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序列和在分子进化树上的位置等方法而发

14、现的的目前尚不能在人工条件下获得培养的微生物。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3）三（界）三（界)域生物的主要特征域生物的主要特征三界理论虽然是根据三界理论虽然是根据16srrna16srrna序列的比序列的比较提出的，但其他特征的比较研究结果较提出的，但其他特征的比较研究结果也在一定程度上支持了三也在一定程度上支持了三界生物的划分。界生物的划分。第三节第三节 各大类微生物的分类系统纲要各大类微生物的分类系统纲要二 、真菌（菌物）分类系统简介真菌（菌物）分类系统简介一、 原核微生物分类系统原核微生物分类系统一、 原核微生物分类系统原核微生物分类系统（一）伯杰氏

15、鉴定细菌学手册(bergeys manual of determinative bacteriology)美国宾夕法尼亚大学的细菌学教授伯杰美国宾夕法尼亚大学的细菌学教授伯杰(d.bergey)(1860-1937)伯杰氏手册伯杰氏手册: 是目前进行细菌分类、鉴定的最重要参考书，是目前进行细菌分类、鉴定的最重要参考书，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。鉴定所需做的实验的具体方法。1923年以来已出至第九版年以来已出至第九版(1994)；第九版伯杰氏细菌鉴定手册设立第九版伯杰氏细菌鉴定手册设立35个

16、群，将古细菌部个群，将古细菌部改编为改编为5个群，全书描写了约个群，全书描写了约500个属。个属。划分为四大类：划分为四大类： 第一类第一类 具细胞壁的革兰氏阴性真细菌具细胞壁的革兰氏阴性真细菌 第二类第二类 具细胞壁的革兰氏阳性真细菌具细胞壁的革兰氏阳性真细菌 第三类第三类 无细胞壁的真细菌无细胞壁的真细菌 第四类第四类 古菌古菌 伯杰氏细菌鉴定手册伯杰氏细菌鉴定手册（二）伯杰氏系统细菌学手册（二）伯杰氏系统细菌学手册(bergeys manual of systematic bacteriology)第第8版版 1984年问世，至年问世，至1989年出齐，共年出齐，共4卷。卷。第二版第二版

17、 由由george garrity主编分为主编分为5卷，从卷，从2000年起陆年起陆续出版。这一版纳入了研究核糖体续出版。这一版纳入了研究核糖体rna测序所产生的测序所产生的发育发育)分类系统。分类系统。the bible of microbiologists-bergeys manual of systematic bacteriology bergeys manual of determinative bacteriology-1st e 1923 bergeys manual of systematic bacteriology-2nd e 2001groupbnumber ofdesc

18、ribed speciesestimated numberof speciesnumber of knownspecies as % of theestimated numberplantalgaedicotyledonsfernsmonocotyledonsmosses and liverwortsanimalbirdsfishesinsectsmammalsnematodesretiles and amphibiansmicroorganismsfungiprokayotesdprotozoaviruses 40,000170,000 10,000 50,000 17,00060,0002

19、5,0006768 9,000 19,000800,000 9,10021,0002,000,000 to 80.000.000 or5,000,000 to 10,000,000cca. 100 901 to 40 or8 to 16 4,000 15,000 9,00069,000 4,76030,800 5,0001,500,00040,000 to 3,500,0001,000,000130,000 4,000 500,000 9,500ca. 100 3 95 50.1 to 12 31 4world species totals based on data from multipl

20、e sources.aa compiled from stork(1988), wilson(1988), hawksworth(1991a), bull et al.(1992) and world conservation monitoring center(1992)bgroup names are used in colloquial and not in the formal taxonomic sense.cupper limit for predictions estimated on the basis of biological associations with plant

21、s.dincluding archaea and bacteria. upper for predictions include uncultivated bacteria.( modified from manfio, 1995)分类等级已知的原核生物种类数目 2007, ncbi 1 产液菌门(aquificae)2 栖热袍菌门(thermotogae)3 热脱硫杆菌门(thermodesulfobacteria)4 异常球菌-栖热菌门(deinococcus-thermus) 5 金矿菌门(chrysiogenetes) 6 绿曲挠菌门(chloroflexi) 7热微菌门(thermo

22、microbia)8 硝化螺旋菌门(nitrospira)9 铁还原杆菌门(deferribacteres) 10 蓝细菌门(cyanobacteria) 11 绿细菌门(chlorobi) 12 变形菌门(proteobacteria) 13 厚壁菌门(firmicutes)（低g+c革兰氏阳性菌） 14 放线菌门(actinobacteria)（高g+c革兰氏阳性菌） 15 浮霉状菌门(planctomycetes)16 衣原体门(chlamydiae)17 螺旋体门(spirochaetes)18 丝状杆菌门(fibrobacteres) 19 酸杆菌门(acidobacteria)20

23、 拟杆菌门(bacteroidetes)21 梭杆菌门(fusobacteria)22 微疣菌门(verrucomicrobia) 23 网球菌门(dictyoglomi) 24 芽单胞菌门(gemmatimonadetes)-变形菌纲(alphaproteobacteria) -变形菌纲(betaproteobacteria) -变形菌纲(gammaproteobacteria) -变形菌纲(deltaproteobacteria) -变形菌纲(epsilonproteobacteria) 变形菌门(proteobacteria)1. 着色菌目(chromatiales) 2. 酸硫杆状菌目

24、(acidithiobacillales) 3. 黄色单胞菌目(xanthomonadales) 4. 心杆菌目(cardiobacteriales) 5. 硫发菌目(thiotrichales) 6. 军团菌目(legionellales) 7. 甲基球菌目(methylococcales) 8. 海洋螺菌目(oceanospirillales) 9. 假单胞菌目(pseudomonadales) 10. 交替单胞菌目(alteromonadales) 11. 弧菌目(vibrionales) 12. 气单胞菌目(aeromonadales) 13. 肠杆菌目(enterobacterial

25、es) 14. 巴斯德氏菌目(pasteurellales) -变形菌纲(gammaproteobacteria)弧菌目(vibrionales) 弧菌科(vibrionaceae) (vibrio)弧菌属 (allomonas) (enhydrobacter) (listonella) (photobacterium) (salinivibrio) vibrios highly abundant in marine environment gram negative, straight or curved rods motile by one or more polar flagella g

26、ive a positive oxidase test most species can grow on tcbs most species are sensitive to the vibriostatic agent o/129 have both a respiratory and a fermentative type of metabolism sodium ions stimulate the growth of all species and are an absolute requirement for most speciesbiodiversity of vibrio 19

27、74 bergeys manual of determinative bacteriology 8th edition: 5 species 1984 bergeys manual of systematic bacteriology 1th edition: 20 species 1994 bergeys manual of determinative bacteriology 9th edition: 34 species 2005 bergeys manual of systematic bacteriology (volume 2) 2th edition: around 63 spe

28、ciesvibrio species reported to have caused human disease vibrio alginolyticus vibrio furnissii vibrio carchariae vibrio hollisae vibrio cholerae vibrio metschnikovii vibrio cincinnatiensis vibrio mimicus vibrio damsela vibrio parahaemolyticus vibrio fluvialis vibrio vulnificus any species of vibrio

29、may be found in faeces after the ingestion of seafood or water that contains them. 二 真菌（菌物）分类系统简介真菌（菌物）分类系统简介ainsworth et al(1973) v.arx (1981) 真菌字典（真菌字典（1983）kendrick (1992) 真菌字典（真菌字典（1995）alexopoulos&mins(1996)黏菌门：黏菌纲黏菌门：黏菌纲 根肿菌纲根肿菌纲真菌门：真菌门：鞭毛菌亚门：壶菌纲鞭毛菌亚门：壶菌纲 丝壶菌纲丝壶菌纲 卵菌纲卵菌纲接合菌亚门：接合菌纲接合菌亚门：接合菌

30、纲 毛菌纲毛菌纲子囊菌亚门：半子囊菌纲子囊菌亚门：半子囊菌纲 不整囊菌纲不整囊菌纲 核菌纲核菌纲 盘菌纲盘菌纲 腔菌纲腔菌纲 虫囊菌纲虫囊菌纲担子菌亚门担子菌亚门 ：冬孢菌纲：冬孢菌纲 层菌纲层菌纲 腹菌纲腹菌纲半知菌亚门：半知菌亚门： 芽孢纲芽孢纲 丝孢纲丝孢纲 腔孢纲腔孢纲 真真 菌菌 界界（1995）第四节第四节 微生物分类鉴定的方法微生物分类鉴定的方法生物分类的传统指标生物分类的传统指标分子生物学指标分子生物学指标 微型、简便、快速或自动化鉴定技术微型、简便、快速或自动化鉴定技术细菌的数值分类细菌的数值分类 形态学特征形态学特征生理学特征生理学特征生态学生态学特征 从不同层次，用不同学

31、科的技术方法来研究和比较不同微生物的细胞、细胞组分或代谢产物，从中发现的反映微生物类群特征的资料。生物分类的传统指标生物分类的传统指标一、形态学特征培养特征、培养特征、运动性、运动性、特殊的细胞结构、特殊的细胞结构、细胞形态及其染色特性、细胞形态及其染色特性、等等等等微生物分类和鉴定的重要依据之一：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）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；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）许多形态学特征依赖于多基因的表达，具有相对 的稳定性；的稳定性；二、生理生化特征二、生理生化特征

32、与微生物的酶和调节蛋白质的本质和活性直接相关；代谢产物等代谢产物等营养类型；营养类型；与氧的关系；与氧的关系；对温度的适应性；对温度的适应性；对对ph的适应性；的适应性；对渗透压的适应性；对渗透压的适应性；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；api20e：发酵型革兰氏阴性杆菌，可对98种革兰氏阴性肠道杆菌进行准 确鉴定。api 20 ne：非属肠杆菌科，假单胞菌属，不动杆菌属，黄杆菌属、莫拉菌属、弧菌属、气单胞菌属等，包括8个标准化常规测试验和12个同化试验。api-20a ：厌氧菌自动化鉴定技术1、 ap

33、i20细菌数值鉴定方法目前应用最广泛的细菌鉴定系统，主要含有20种脱水基的微型管组成的api试验条、试验结果读数表和检测试剂等组成。每个试验条可对1株细菌进行23个生化试验。2.2. biologbiolog系统系统依据每种细菌形成各自特有的依据每种细菌形成各自特有的“代谢指纹代谢指纹”图谱为鉴定依据。图谱为鉴定依据。其主要由含其主要由含9595种脱水碳源培养基的微孔板以及种脱水碳源培养基的微孔板以及biologbiolog分析仪分析仪组成。它是开放性菌库，用户可自建菌库。组成。它是开放性菌库，用户可自建菌库。分为用于革兰氏阴性（分为用于革兰氏阴性（g g一一）细菌的）细菌的gngn板，革兰氏

34、阳性（板，革兰氏阳性（g g+ + ）细）细菌的菌的gpgp板和用于酵母菌的板和用于酵母菌的yeye板。板。目前可鉴定496种革兰氏阴性菌（gn），312种革兰氏阳性菌（gp），406种厌氧菌（an），267种酵母菌（ye），以及45种放线菌。分子生物学指标分子生物学指标 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。1. dna的碱基组成(g+cmol%) 分类学上，用分类学上，用g+c占全部碱基的克分占全部碱基的克分子百分数子百分数(g+cmol%)来表示各类生物的来表示各类生物的dna碱基因组成特征。碱基因组成特征。 每个生物种都有特定的gc%范围，因此 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