第二章 原核微生物

第二章原核微生物第1页，课件共62页，创作于2023年2月2.任务：分类、鉴定、命名3.定义：现代分类学基本上有两派,一派强调形态特征,一派强调亲缘关系。

形态特征————表现型亲缘关系————基因型

第2页，课件共62页，创作于2023年2月

1、微生物的分类单位依次分为:界（Kingodm）门(phylum)

(亚门)纲(Class)

(亚纲)目(order)

(亚目)科(family)

(亚科)族(group)

(亚族)属(genus)

(亚属)种(species)一、细菌的分类单位与命名法规一、细菌的分类单位与命名法规一、细菌的分类单位与命名法规一、细菌的分类单位与命名法规一、细菌的分类单位与命名法规二、原核生物的分类单位与命名法规第3页，课件共62页，创作于2023年2月微生物分类的基本单位是“种”

例如枯草芽孢杆菌的分类顺序如下:界-原核生物界(procaryatae)门--原壁菌门(Firmicutes)纲---芽孢菌纲(Bacilla)目----芽孢菌目(Bacillales)科-----芽孢菌科(Bacillaceae)属------芽孢杆菌属(Bacillus)种--------枯草芽孢杆菌(Bacillussubtilis)第4页，课件共62页，创作于2023年2月种的概念：种是一个基本分类单位，是一大群表型特征高度相似、亲缘关系极其接近、与同属内其他种有明显差异的菌株的总称。在微生物中，一个种只能用该种内的一个典型菌株作为具体标本，它就是该种的模式种。标准菌株是人们最先发现,并进行过描述具有典型特征的菌株。第5页，课件共62页，创作于2023年2月

新种：sp.nov.或nov.sp.，新被鉴定的种发表时应在其学名后标上sp.nov.的符号，新种发表前应将其模式菌株的培养物存放在一个永久性的保藏机构，并应允许人们从中取得。

一个微生物新种的建立必须在IJSB(InternationalJournalofsystematicBactiology)(国际系统细菌学杂志)上发表。然后被添加在《细菌名称批准目录》中。新种的标准菌株要送交“世界菌种保藏联合会”(WFCC),并存入微生物资源中心(MicrobiologycalResourcesCenter)简称(MIRCEN)。第6页，课件共62页，创作于2023年2月2、命名法规及双名法：

关于原核微生物的命名,国际上有一个“国际细菌命名法规”该法规有以下主要规定:

1.细菌名称发表的优先权为1980年1月1日。

2.新种的命名不应与已发表的真菌,藻类、原生动物同名。

3.种名要用拉丁文,用双名法表示,新种要有典型菌株,新属要有典型种,并要同时发表菌种的保藏号。

4.新种(属)要在“国际系统分类细菌学杂志”(IJSB)上发表。

5.菌名的更改要得到仲裁委员会同意,并发表在IJSB上才能有效。第7页，课件共62页，创作于2023年2月2、原核生物的名法：命名原则：由“属名+种名”构成；属名：用希腊字或拉丁字或拉丁化了的其它文字组成。属名用来描述主要特征，如形状、构造或者科学家的名字；种名：用拉丁文或拉丁化的文字或人名表示,种名用来描述色素,来源或科学家的名字。枯草芽孢杆菌(Bacillussubtilis)第8页，课件共62页，创作于2023年2月学名=属名+种的加词+（首次定名人）+现名定名人和鲜明定名年份规定与常识：属名应大写首字母、单数、可以组合外而成。种的加词代表一个种的次要特征，首字小写，倾斜。例如:BacillusthuringiensisBerliner1915;

属名种名定名人定名时间第9页，课件共62页，创作于2023年2月三、原核生物的分类依据和方法（一）传统分类法1、形态学特征:(1)细胞形态及排列:(2)细胞大小:(3)细胞的结构和染色:如特殊结构、革兰氏染色等。(4)培养特征：菌落、菌苔、液体培养菌落特征:1.菌落大小,一般量直径2.形状:圆、扩展、不规则、变形状等。3.边缘:踞齿状波形放射状。4.隆起度:5.透明度:半透明,透明,不透明。6.质地:粘稠、疏松、紧密。7.颜色:正面颜色,反面颜色。单个或者多个细菌细胞在适宜的固体培养基上生长发育而成的肉眼可见的群体称为菌落。多个菌落聚集在一起形成菌苔。没有鞭毛不运动的细菌，特别是球菌，常形成较小、较厚、边缘较整齐的菌落；有鞭毛的细菌则较大而扁平，边缘波状、锯齿状等；有荚膜的细菌菌落较大并且表面光滑，而没有荚膜的则表面较粗糙；具有芽孢的细菌菌落表面常有褶皱并且不透明。第10页，课件共62页，创作于2023年2月2、繁殖方式：二等分裂3、生理生化特征：如对氧气的需要;营养;代谢产物及分泌物

见第四、五、六章4、生态特征：如对rH的要求；对温度的要求；海水、淡水中的分布等。6、血清学反应：如表面抗原、鞭毛抗原等。5、抗逆性：如燃料、噬菌体、抗生素等。见第六章见第九章第11页，课件共62页，创作于2023年2月（二）数值分类法数值分类法:就是用数理统计方法来处理细菌的各种特征,求出相似值,以其相似性的大小决定细菌在分类学中的关系,并把它们分为各个类群。第12页，课件共62页，创作于2023年2月（二）数值分类法数值分类可归纳为以下几个步骤：(2)选择分类特性：

特征数目不少于50-60个(3)进行特征鉴定

取得各项特征的数据+特征记1-特征记0(1)选择分类单位

分类单位可以是菌株,也可以是种,在数字分类中分类单位称为运算单位(OTU)。第13页，课件共62页，创作于2023年2月(4)计算相似性相似性在原核生物分类中,常用Sm(匹配系数)或Sj(相似系数)表示。二者的计算公式为：

Ssm=(a+d)/(a+b+c+d)Sj=a/(a+c+b)匹配系数公式常改为Ssm=(a+d)/(a+b+c+d)-nca、表示两个OTU的性状编码皆为“1”的个数；b、表示一个OTU为“1”，另一个OTU为“0”的性状个数；c、表示一个OTU为“0”，另一个OTU为“1”的性状个数；d、表示两个OTU皆为“0”的性状个数。第14页，课件共62页，创作于2023年2月特征菌株ABCDEFGHIJ1+-+++--++-2-+++--++--3++++-+nc--+4-+---+-nc++5+++--+++--第15页，课件共62页，创作于2023年2月计算匹配系数：

第16页，课件共62页，创作于2023年2月

123451100

250100

33355100

4223350100

540705544100

1

25

3

41100

250100

54070100

3335555100

422334450100将各运算单位(OTU)之间的匹配系数排列出矩阵图

按匹配系数大小重新排列矩阵第17页，课件共62页，创作于2023年2月（5）分类结果的表示，绘出树状图大约是75%相似度的表观群可视为同一种，比值达65%以上者可归入同一属。这样的结论和传统分类方法的结果通常是一致的。

第18页，课件共62页，创作于2023年2月（三）化学分类法1、细胞壁的组成:如磷壁酸、脂多糖等2、脂质：细胞膜组成3、异戊烯醌：细胞膜成分4、蛋白质：氨基酸序列第19页，课件共62页，创作于2023年2月（四）遗传分类法1、DNA中G+C含量

不同的原微生物,其DNA中的G+C的百分含量不一样,现在把它作为原核生物的重要分类依据。

同种不同菌株G+Cmol%差异应在4-5%以下。

同属不同种的G+Cmol%差异应小于10-15%，通常小于10%。G+C%的测定方法:

测定DNA的解链温度(或Tm测定法)第20页，课件共62页，创作于2023年2月2、核酸杂交

通过测定两菌株DNA的碱基顺序的相似性(同源性),来判断两菌株的亲缘关系。同源性＞60%为同一个种

同源性＞70%为同一个亚种

同源性20-60%为同属不同种DNA-rRNA杂交：

rRNA具有很强的保守性，当DNA－DNA杂交率很低时，利用DNA-rRNA杂交仍可出现很高的杂交率核酸探针：核酸探针是用标记DNA检测未知DNA是否与其互补。核酸探针杂交方法有菌落原位杂交、斑点杂交(dot-blotting)和印迹杂交等。第21页，课件共62页，创作于2023年2月3、16srRNA碱基测序

生物细胞中rRNA约占细胞RNA总量的80%

。

主要用原核生物的16srRNA序列和真核生物的18srRNA碱基序列测定不同生物间的进化关系。差别＞3%，为新种

差别＞5%-7%，为新属第22页，课件共62页，创作于2023年2月四、原核生物的分类系统（一）生物分类系统

1、魏塔克的五界分类系统2、伍斯提出三原界分类系统第23页，课件共62页，创作于2023年2月生物的三域学说第24页，课件共62页，创作于2023年2月

（二）原核生物的分类系统关于原核微生物的分类系统，世界比较权威的原核微生物分类系统有三个：①、前苏联克拉西尼柯夫系统②、法国的普雷沃系统③、美国的伯杰氏系统第25页，课件共62页，创作于2023年2月细菌的伯杰氏分类系统

《伯杰氏系统细菌学手册》第二版将原核生物分为古细菌和真细菌2个界，下设25门，39纲，89目，207科，包括852属，5000余种，分为五卷本出版。《伯杰氏系统细菌学手册》第二版的分类如下:第26页，课件共62页，创作于2023年2月细菌的伯杰氏分分类系统

《伯杰氏细菌鉴定手册(第九版)》将原核微生物分为35群，归纳为四大类(或四个门)：

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。

第27页，课件共62页，创作于2023年2月伯杰氏系统细菌学手册第二版对原核微生物的分类（该系统将原核生物分为2域（或界）25门39纲89目207科852属）第一卷古生菌，深刻分支的和光能营养细菌古生菌域（或界）

含2门8纲12目20科69属1.泉古生菌门(Crenarchaeota)2.广古生菌门(Euryarchaeota)

细菌域（或界）

含23门31纲77目187科783属

3.产液菌门

4.栖热袍菌门

5.热脱硫杆菌门10.硝化螺菌门10.硝化螺菌门

6.异常球菌－栖热菌门11.铁还原杆菌门

7.金矿菌门12.蓝细菌门

8.绿屈挠菌门13.绿菌门第28页，课件共62页，创作于2023年2月第二卷变形杆菌

14.变形杆菌门第三卷低G＋C含量的革兰氏阳性细菌

15.厚壁菌门

第四卷高G＋C含量的革兰氏阳性细菌

16.放线杆菌门

第五卷浮霉状菌、螺旋体、丝杆菌、拟杆菌和梭杆菌

17.浮霉状菌门

18.衣原体门

19.螺旋体门

20.丝状杆菌门

21.酸杆菌门

22.拟杆菌门

23.梭杆菌门

24.疣微菌门

25.网球菌门第29页，课件共62页，创作于2023年2月终日沸腾的温泉成了古细菌最后的天堂第三节古细菌第30页，课件共62页，创作于2023年2月

第三节古细菌Woese和Wolfe（1970）在对代表性细菌类群的16SRNA碱基序列进行比较后发现：产甲烷菌、极端嗜盐菌和嗜热嗜酸细菌的16SRNA谱既不同于真细菌，也不同于真核生物。由于这些细菌的生活条件与地球上生命出现的初期的环境相似，因此他们建议把这些细菌从细菌中独立出来并命名为古细菌（archaebacteria）。第31页，课件共62页，创作于2023年2月一、概念的提出1977年，美国学者Woese以16SrRNA序列比较为依据，提出的独立于真细菌和真核生物之外的生命的第三种形式。

在分类地位上与真细菌和真核生物并列为三域，并且在进化谱系上更接近真核生物。在细胞构造上与真细菌较为接近，同属原核生物。多生活于一些生存条件十分恶劣的极端环境中，例如高温、高盐、高酸等。第32页，课件共62页，创作于2023年2月二、细胞形态

在显微镜下，古生菌与细菌具有类似的个体形态：

古菌的细胞很薄，扁平。单细胞或团聚体第三节古细菌（Archaea）第33页，课件共62页，创作于2023年2月第34页，课件共62页，创作于2023年2月第35页，课件共62页，创作于2023年2月第36页，课件共62页，创作于2023年2月三、古细菌的细胞结构特点

1、细胞壁没有肽聚糖，而含“假肽聚糖"，假肽聚糖不含胞壁酸，DAP和D型AA。2、细胞膜中的脂类不是磷脂而是甘油与植烷基以醚键连接。3、16SRNA有较强的保守性。古细菌与真细菌相比，它们的细胞构造具有如下特点：第37页，课件共62页，创作于2023年2月古细菌的细胞壁

古细菌假肽聚糖的单体结构第38页，课件共62页，创作于2023年2月古细菌细胞膜的结构：古细菌的细胞膜第39页，课件共62页，创作于2023年2月古细菌细胞膜植烷基甘油醚的结构：古生菌甘油醚醚键第40页，课件共62页，创作于2023年2月古菌的其它特点1、代谢有许多特殊的辅酶，如绝对厌氧的产甲烷菌有辅酶M、F420、F430等。2、呼吸类型多数严格厌氧、兼性厌氧，个别专性好氧。3、繁殖速度繁殖速度较曼，进化速度也比细菌慢。4、生活习性大多数古菌生活在极端环境。如盐分高的湖泊，极热、极酸和绝对厌氧的环境。第41页，课件共62页，创作于2023年2月生活在严格厌氧或极端嗜盐或嗜酸热的极端环境条件下。四、古细菌的主要类群第42页，课件共62页，创作于2023年2月1、极端嗜酸热，代谢S的古细菌

这是一类依赖于硫，能耐高温（80～110℃），高酸（pH1～3）的特殊类群。它们主要生活在含硫的温泉、火山口,燃烧后的煤矿等自然环境中,包括化能自养，化能异养及兼性三种营养型。

火网菌属（Pyrodictium）是这类细菌中的典型代表。第43页，课件共62页，创作于2023年2月火网菌属（Pyrodictium）细胞圆到碟形,直径0.3～2.5um，厚0.2um。产生0.04～0.08um厚的纤维，这些纤维连接许多细胞形成网状，G-，没有鞭毛，不运动。严格厌氧，最适生长温度105℃，温度生长范围为82～110℃，最适pH5.5，化能无机营养菌，是靠H2S生长的自养生物，H2S从分子硫和氢形成。第44页，课件共62页，创作于2023年2月2、产甲烷细菌

产甲烷细菌是一类严格厌氧,能利用简单的C1、C2化合物（CO2、甲酸、甲醇、甲胺和乙酸）生长并产生甲烷的古细菌。产甲烷细菌含有特殊的辅酶F420，因此几乎所有的产甲烷菌在荧光显微镜下镜检都有自发荧光。第45页，课件共62页，创作于2023年2月产甲烷菌的形态:第46页，课件共62页，创作于2023年2月

甲烷杆菌属（Methanobacterium）是产甲烷菌的典型代表。细胞杆状,常连成丝,G-，用H2、

CO2、甲酸产生甲烷是该属的主要特点。第47页，课件共62页，创作于2023年2月3、极端嗜盐菌

它们能在含盐20～30％，甚至饱和盐水中生活，严格好气，化能有机营养，常以蛋白质、氨基酸等为碳源和能源，一般因具有类胡萝卜素而呈红、橙等颜色。在有光时能合成菌视红蛋白（bacteriorhodopsin），利用光能将H+泵出细胞膜，籍以产生ATP。第48页，课件共62页，创作于2023年2月

嗜盐菌主要分布在盐湖和晒盐场。常引起腌制食品的腐败和脱色，主要有嗜盐杆菌属（Halobacterium）和嗜盐球菌属（Halococcus）。HalobacteriumHalococcus第49页，课件共62页，创作于2023年2月极端环境微生物培养之未来极端环境微生物是一大类超越人们想象的丰富的未开发资源。得到菌株，实现培养将为人类开发这资源提供更广阔的空间。对其获得纯培养需要突破传统的分离观念，在方法学上下功夫。某些特殊情况下纯培养是难以实现的，而共培养、共代谢是极端环境微生物培养的一个方向。第50页，课件共62页，创作于2023年2月第四节变形细菌

变形菌门(Proteobacteria)是细菌中最大的一门，包括很多病原菌，如大肠杆菌、沙门氏菌、弧菌、螺杆菌等著名的种类，也有自由生活的种类，包括很多可以进行固氮的细菌。

变形菌门主要是由rRNA序列定义的，名称取自希腊神话中能够变形的神Proteus（这同时也是变形菌门中变形杆菌属的名字），因为该门细菌的形状具有极为多样的形状。变形菌门根据16srRNA序列被分为五类（通常作为五个纲），用希腊字母α、β、γ、δ和ε命名。其中有的类别可能是并系的。第51页，课件共62页，创作于2023年2月一、

α-变形杆菌纲

α-变形菌除包括光合的种类外，还有代谢C1化合物的种类、和植物共生的细菌（如根瘤菌属）、与动物共生的细菌和一类危险的致病菌立克次体目。此外真核生物的线粒体的前身也很可能属于这一类。第52页，课件共62页，创作于2023年2月现已经鉴定的根瘤菌有5个属：根瘤菌属（Rhizobium）中慢生根瘤菌属中华根瘤菌属固氮根瘤菌属慢生根瘤菌属(Bradyrhizobium)

1、根瘤菌P44形态:杆状,细胞内含聚β羟基丁酸,染色不均匀呈环节状,以2-6根周生鞭毛或以一根端生或亚端生鞭毛运动,G-，没有芽胞,有孢外粘液但不形成荚膜。主要特点:生长快,代时二至四小时，在酵母膏甘露醇琼脂培养基上产酸，与豆科植物的根共生形成根瘤固定空气中的分子N2。第53页，课件共62页，创作于2023年2月2、立克次氏体（Rickettsia）P47是落基山斑疹伤寒的病源体原核，G-只能寄生于真核细胞体内（多用鸡胚培养）无滤过性(o.3-o.6×o.8-2um)细胞形态多变有不够完整的产能代谢途径基因组1.1Mb,834个基因（98年11月公布）第54页，课件共62页，创作于2023年2月3、醋杆菌属(Acetobacter)P47形态:椭圆到杆状,直或稍弯,单生、成对或成链,以周毛运动或不运动,G-,不形成芽胞。好氧，化能异养，呼吸代谢，从不发酵。

主要特点:能氧化乙醇为乙酸,如生产醋酸的纹膜醋酸菌。第55页，课件共62页，创作于2023年2月二、β-变形杆菌纲

β-变形菌包括很多好氧或兼性细菌，通常其降解能力可变，但也有一些无机化能种类和光合种类。很多种类可以在环境样品中发现，如废水或土壤中。该纲的致病菌有奈氏球菌目(Neisseriales)的中一些细菌（可导致淋病和脑膜炎）和伯克氏菌属(Burkholderia)。在海洋中很少能发现β-变形菌。第56页，课件共62页，创作于2023年2月1、奈瑟氏球菌属P49共同点：革兰阴性球菌、单个或成双排列、无芽孢、无鞭毛、有菌毛、好氧生长。接触酶试验（+）氧化酶试验（+）种类：脑膜炎奈瑟菌、淋病奈瑟菌等9种致病菌：脑膜炎奈瑟菌、淋病奈瑟菌因1879年德国医师A.奈瑟首先发现本属的淋病球菌而得名。寄生于哺乳动物的粘膜上。本属包括脑膜炎奈瑟氏球菌、淋病奈瑟氏球菌、粘液奈瑟氏球菌等种，其中除脑膜炎球菌和淋病球菌对人致病外，其余均属人类呼吸道的正常菌群。

第57页，课件共62页，创作于2023年2月脑膜炎奈瑟菌是引起流行性脑脊髓膜炎的病原菌脑膜炎奈瑟菌电镜图第58页，课件共62页，创作于2023年2月2、博德特氏菌属P49微小的球杆菌，大小0.2～0.5μm×0.5～2.0μm，单个或成对排列，极少呈链状。革兰氏染色阴性。有动力或无动力；有动力的细菌有鞭毛。专性需氧。最适生长温度为35～37℃。模式种：百日咳博德特氏菌(Bordetellapertussis)。在

Bordet-Gengou培养基上菌落表现光滑、凸起，呈珍珠光泽而透明，周围有溶血环，但边界模糊。代谢为呼吸型而不是发酵型。有机化能营养。需要尼克酰胺、有机硫(例如半胱氨酸)和有机氮(氨基酸)。能分解谷氨酸、脯氨酸、丙氨酸、天门冬氨酸和丝氨酸产生氨和二氧化碳。分解石蕊牛奶呈碱性。为哺乳动物的寄生菌和致病菌，在呼吸道上皮纤毛间定居和繁殖。第59页，课件共62页，创作于2023年2月三、γ-变形