第二十六單元-第十章分類和鑒定

1、微生物分類與鑒定微生物分類與鑒定本章內(nèi)容本章內(nèi)容一、分類單元一、分類單元二、命名規(guī)則二、命名規(guī)則三、分類鑒定方法三、分類鑒定方法四、微生物的分類系統(tǒng)四、微生物的分類系統(tǒng) 據(jù)保守估計，地球上據(jù)保守估計，地球上真菌約真菌約150150萬種，細(xì)菌萬種，細(xì)菌4 4萬種，病毒萬種，病毒130130萬種萬種但認(rèn)識的微生物僅是估計數(shù)量的但認(rèn)識的微生物僅是估計數(shù)量的5 510%10%，即，即1515萬萬2020萬種萬種要認(rèn)識、研究和利用類群龐大的微生物資源，要認(rèn)識、研究和利用類群龐大的微生物資源，必須對它們進(jìn)行分類。必須對它們進(jìn)行分類。分類分類(classification)：根據(jù)一定的原則根據(jù)一定的原則(表

2、型特征相似性或系表型特征相似性或系統(tǒng)發(fā)育相關(guān)性統(tǒng)發(fā)育相關(guān)性)對微生物進(jìn)行對微生物進(jìn)行分群歸類分群歸類，根據(jù)相似性或相關(guān)，根據(jù)相似性或相關(guān)性水平性水平排列成系統(tǒng)排列成系統(tǒng)，并對各個分類群的特征進(jìn)行描述，并對各個分類群的特征進(jìn)行描述，以便以便查考和對未被分類的微生物進(jìn)行鑒定查考和對未被分類的微生物進(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)分類學(xué)的具體任務(wù)有三個：分類學(xué)的具體任務(wù)有三個：鑒定鑒定分類、分類、命名、命名、命名命名(nomenclature)：是根據(jù)命名法規(guī)，給每一個分類群一個專有是根據(jù)命名法規(guī)，給每一個分類群一個專有的名稱。的名稱。鑒定鑒定(identifica

3、tion或或determination)：借助于現(xiàn)有的微生物分類借助于現(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。地位的微生物所應(yīng)歸屬分類群的過程。(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)1. 種以上的系統(tǒng)分類單元種以上的系統(tǒng)分類單元界界門門綱綱目目科科屬屬 種種（基本分類單元）（基本分類單元）一、分類單元一、分類單元七級七級根據(jù)根據(jù)Carl Woese的理論，現(xiàn)在還在界之上使用的理論，現(xiàn)在還在界之上使用域域(domain)，即：即：

4、古生菌域、細(xì)菌域、真核生物域古生菌域、細(xì)菌域、真核生物域。圖10-5 生命世界的系統(tǒng)發(fā)育樹狀圖（Olsen & Woese 1993） 種是生物分類中種是生物分類中基本的分類單元基本的分類單元和分類等級。和分類等級。 微生物的種：微生物的種：指具有指具有高度特征相似性高度特征相似性的的菌株群菌株群，這個菌，這個菌株群與其他類群的菌株有很明顯的區(qū)別。株群與其他類群的菌株有很明顯的區(qū)別。2. 種（種（species）種的具體代表：種的具體代表： 稱為稱為“模式種模式種”（type species）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)，由于細(xì)菌分類單元的劃分缺乏一個易于操作的統(tǒng)一

5、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，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細(xì)菌系統(tǒng)分類也像其他生物分類一樣采用“模式概念模式概念”種種和和亞種亞種指定指定模式菌株（模式菌株（type strain）；亞屬亞屬和和屬屬指定指定模式種（模式種（type species）；屬以上至目屬以上至目級分類單元指定級分類單元指定模式屬（模式屬（type genus）。3.種以下的分類單元種以下的分類單元1）亞種）亞種(subspecies)和變種和變種(variety)：2）型）型(form或或type)：常指亞種以下的細(xì)分。當(dāng)同種或同亞種常指

6、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)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。分為不同的型。例如：抗原特征的差異，分為不同的例如：抗原特征的差異，分為不同的血清型血清型； 對噬菌體裂解反應(yīng)的不同，分為不同的對噬菌體裂解反應(yīng)的不同，分為不同的噬菌體型噬菌體型3）菌株）菌株(strain)：從自然界中分離得到的從自然界中分離得到的任何一種微生物的純培養(yǎng)任何一種微生物的純培養(yǎng) 物物都可以稱為一個菌株；用實驗方法都可以稱為一個菌株；用實驗方法(如通過誘變?nèi)缤ㄟ^誘變)所獲得所獲得 的某一菌株的變異型，也可以稱為一個新的菌株，以便與的某

7、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。原來的菌株相區(qū)別。菌株是微生物分類和研究工作中最基礎(chǔ)的操作實體菌株是微生物分類和研究工作中最基礎(chǔ)的操作實體菌株與型的區(qū)別：菌株與型的區(qū)別： 菌株之間菌株之間不存在鑒別特征的差異不存在鑒別特征的差異，命名不同的菌株無需分類學(xué)依，命名不同的菌株無需分類學(xué)依據(jù)；據(jù)； 不同型的細(xì)菌之間不同型的細(xì)菌之間存在鑒別特征的差異存在鑒別特征的差異，命名或鑒定不同的型必，命名或鑒定不同的型必需有分類學(xué)依據(jù)。需有分類學(xué)依據(jù)。二、微生物的命名二、微生物的命名微生物名稱：微生物名稱： 俗名（俗名（common name） 學(xué)名（學(xué)名（scientific

8、 name）（1）學(xué)名學(xué)名國際命名法規(guī)：國際命名法規(guī)：雙名法：雙名法：屬名屬名 + 種名加詞種名加詞屬名在前，一般用屬名在前，一般用拉丁文名詞拉丁文名詞表示，表示，字首字母大寫字首字母大寫種名在后，常用種名在后，常用拉丁文形容詞拉丁文形容詞表示，表示，全部小寫全部小寫 一般用斜體表示一般用斜體表示 當(dāng)兩個或多個學(xué)名排在一起時，若它們的屬名當(dāng)兩個或多個學(xué)名排在一起時，若它們的屬名相同，則相同，則后面的屬名可縮寫后面的屬名可縮寫成成1個、個、2個或個或3個字母，個字母，在其后加一個點(diǎn)。在其后加一個點(diǎn)。如如 ： Bacillus可縮寫成可縮寫成“B.” 或或“Bac.” 若所分離的菌株只鑒定到屬而未

9、鑒定到種，用若所分離的菌株只鑒定到屬而未鑒定到種，用sp.（單數(shù)）（單數(shù)）或或 spp.（復(fù)數(shù)）（復(fù)數(shù)）表示。表示。如：如：Bacillus sp.（2）在分類學(xué)文獻(xiàn)中）在分類學(xué)文獻(xiàn)中 學(xué)名學(xué)名=屬名屬名+種名種名+（首次定名人）（首次定名人）+現(xiàn)名定名人現(xiàn)名定名人+現(xiàn)名定名年份現(xiàn)名定名年份 必要（斜體）必要（斜體） 可省略（正體）可省略（正體）（3）三名法）三名法 有有亞種亞種或或變種變種時，學(xué)名由時，學(xué)名由“三名法三名法”構(gòu)成構(gòu)成 學(xué)名學(xué)名=屬名屬名 + 種名加詞種名加詞 + subsp 或或 var + 亞種或變種的加詞亞種或變種的加詞 斜體斜體 正體（可省略）正體（可省略） 斜體（不可

10、省略）斜體（不可省略）三、微生物分類鑒定的方法三、微生物分類鑒定的方法菌種鑒定步驟：菌種鑒定步驟：獲得純培養(yǎng)物獲得純培養(yǎng)物測定必要的鑒定指標(biāo)測定必要的鑒定指標(biāo)查找權(quán)威性的菌種鑒定手冊查找權(quán)威性的菌種鑒定手冊分類鑒定方法：分類鑒定方法：經(jīng)典分類鑒定法經(jīng)典分類鑒定法微生物遺傳型的鑒定微生物遺傳型的鑒定細(xì)胞化學(xué)成分的鑒定細(xì)胞化學(xué)成分的鑒定 現(xiàn)代方法現(xiàn)代方法數(shù)值分類法數(shù)值分類法（一）（一） 經(jīng)典分類鑒定法經(jīng)典分類鑒定法 形態(tài)學(xué)特征形態(tài)學(xué)特征 生理學(xué)特征生理學(xué)特征 生態(tài)學(xué)特征生態(tài)學(xué)特征經(jīng)典鑒定指標(biāo)：經(jīng)典鑒定指標(biāo)： 生活史，有性生殖情況生活史，有性生殖情況 血清學(xué)反應(yīng)血清學(xué)反應(yīng) 對噬菌體的敏感性對噬菌體的

11、敏感性 其他其他形態(tài)和生理生化特征形態(tài)和生理生化特征是最常用是最常用的細(xì)菌分類、鑒定指標(biāo)的細(xì)菌分類、鑒定指標(biāo) 以生物學(xué)表型為指標(biāo)的傳統(tǒng)方法，以生物學(xué)表型為指標(biāo)的傳統(tǒng)方法，正在向正在向微量化、簡便化、快速化、智能微量化、簡便化、快速化、智能化化的方向發(fā)展。目前，已有商品化的鑒的方向發(fā)展。目前，已有商品化的鑒定系統(tǒng)，如：定系統(tǒng)，如： APIAPI系統(tǒng)系統(tǒng) “Enterotube”Enterotube” “Biolog”“Biolog”全自動和手動系統(tǒng)全自動和手動系統(tǒng) 按大量按大量表型性狀表型性狀的相似性程度進(jìn)行統(tǒng)計、歸類的相似性程度進(jìn)行統(tǒng)計、歸類 特點(diǎn)特點(diǎn): 使用盡可能多的性狀，每個性狀同等重要。

12、使用盡可能多的性狀，每個性狀同等重要。 步驟: (1) 收集菌株，選擇性狀收集菌株，選擇性狀 (2) 性狀編碼 (3) 相似性計算: 計算相關(guān)系數(shù)計算相關(guān)系數(shù)Ssm或或Sj： Ssm=（a+c）/(a+b+c) 正負(fù)正負(fù)反應(yīng)性狀反應(yīng)性狀 Sj=a/(a+b+c) 正正反應(yīng)性狀反應(yīng)性狀 Sj 8085% 種種 Sj 65% 屬屬 (4)系統(tǒng)聚類系統(tǒng)聚類 (5)聚類結(jié)果的表示 1. 數(shù)值分類法（統(tǒng)計分類法）數(shù)值分類法（統(tǒng)計分類法）（二）（二） 現(xiàn)代分類鑒定方法現(xiàn)代分類鑒定方法2. 微生物遺傳型的鑒定微生物遺傳型的鑒定特點(diǎn)：特點(diǎn)： 與形態(tài)及生理生化特性的比較不同，對與形態(tài)及生理生化特性的比較不同，對

13、DNA的堿基組成的堿基組成的比較和進(jìn)行的比較和進(jìn)行核酸分子雜交核酸分子雜交是直接比較不同微生物之間是直接比較不同微生物之間基因組的差異基因組的差異，因，因此此結(jié)果更加可信結(jié)果更加可信。（1） DNA堿基比例的測定堿基比例的測定 測測“GC比比”： (G+C ) mol% = （G+C ）/（A+T+ G+C ） 100% 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)來表占全部堿基的克分子百分?jǐn)?shù)來表示各類生物的示各類生物的DNA堿基組成特征。堿基組成特征。 DNA堿基組成是各種生物的一個穩(wěn)定特征，即使堿基組成是各種生物的一個穩(wěn)定特征，即使個別基因突變，堿基組成也不會發(fā)生明顯變化。個別基

14、因突變，堿基組成也不會發(fā)生明顯變化。a）每個生物種都有特定的每個生物種都有特定的GC%范圍，因此可以作范圍，因此可以作為分類鑒定的指標(biāo)為分類鑒定的指標(biāo)。細(xì)菌的。細(xì)菌的GC%范圍為范圍為25-75%， 變化范圍最大。變化范圍最大。b）GC%測定測定主要用于對表型特征難區(qū)分的細(xì)菌作主要用于對表型特征難區(qū)分的細(xì)菌作 出鑒定出鑒定，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。c） GC%的比較，主要用于分類鑒定中的的比較，主要用于分類鑒定中的否定否定. 親緣關(guān)系近的生物，它們應(yīng)該具有相似的親緣關(guān)系近的生物，它們應(yīng)該具有相似的G+C含含 量，量，但具有相似但具有相似G+C含量的生物

15、，并不一定表明它含量的生物，并不一定表明它 們之間具有近的親緣關(guān)系。們之間具有近的親緣關(guān)系。GC%使用注意事項：使用注意事項：同一個種內(nèi)同一個種內(nèi)的不同菌株的不同菌株GC%含量差別應(yīng)在含量差別應(yīng)在45%以下以下；同屬同屬不同種的差別應(yīng)不同種的差別應(yīng)低于低于1015%； GC%含量已經(jīng)作為建立新的微生物分類單元的一項含量已經(jīng)作為建立新的微生物分類單元的一項基本特征，它對于種、屬甚至科的分類鑒定有重要意義。基本特征，它對于種、屬甚至科的分類鑒定有重要意義。 若二個在形態(tài)及生理生化特性方面及其相似的若二個在形態(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GC%含量的差別大于含量的差別大于5%

16、，則肯定，則肯定不是同一個種，大于不是同一個種，大于15%則肯定不是同一個屬。則肯定不是同一個屬。（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堿基排列順序的異同直接反映生物間親緣關(guān)系的遠(yuǎn)近，堿基排列順序差異越小，生物間親緣關(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。它們之間的親緣關(guān)系就越近，反之亦然。（3） rRNA序列同源性分析序列同源性分析三種方法：三種方法： rRNA-DNA雜交雜交 rRNA寡核苷酸編目分析寡核苷酸編目分析 rRNA序列分析（系統(tǒng)發(fā)育樹狀圖）序列分析（系統(tǒng)發(fā)育樹狀圖）分析不同微生物分析不同微生物16Sr

17、RNA或或18SrRNA寡核苷酸序列寡核苷酸序列的同源性程度，以確定不同生物間的親緣關(guān)系和進(jìn)化的同源性程度，以確定不同生物間的親緣關(guān)系和進(jìn)化譜系。譜系。T1RNA 酶水解酶水解（專一性（專一性水解水解G 上上3端磷酸酯鍵端磷酸酯鍵 ）提純提純rRNA（32P標(biāo)記）標(biāo)記）一系列寡核苷酸片段一系列寡核苷酸片段（長度不一以（長度不一以G為末端）為末端）雙向電泳雙向電泳分離，確定分離，確定rRNA寡核苷酸的寡核苷酸的指紋圖譜指紋圖譜寡核苷酸序列分析寡核苷酸序列分析（6個核苷酸以上）個核苷酸以上）編目，比較、計算和分析編目，比較、計算和分析確定菌株間的親緣關(guān)系確定菌株間的親緣關(guān)系rRNArRNA寡核苷酸

18、編目分析實驗方法：寡核苷酸編目分析實驗方法：rRNArRNA寡核苷酸編目分析的基本原理：寡核苷酸編目分析的基本原理：用一種用一種RNA酶水解酶水解rRNA后，產(chǎn)生一系列寡核苷酸片段，如果兩后，產(chǎn)生一系列寡核苷酸片段，如果兩種或兩株微生物的親緣關(guān)系越近，則其所產(chǎn)生的寡核苷酸片段的種或兩株微生物的親緣關(guān)系越近，則其所產(chǎn)生的寡核苷酸片段的序列也接近，反之亦然。序列也接近，反之亦然。rRNA作為進(jìn)化和系統(tǒng)分類指征的優(yōu)點(diǎn)：作為進(jìn)化和系統(tǒng)分類指征的優(yōu)點(diǎn)：a）rRNA具有具有重要且恒定的生理功能重要且恒定的生理功能；b）在）在16SrRNA分子中，既含有分子中，既含有高度保守高度保守的序列區(qū)域，又有的序列區(qū)

19、域，又有中度中度 保守保守和和高度變化高度變化的序列區(qū)域，因而它適用于進(jìn)化距離不同的的序列區(qū)域，因而它適用于進(jìn)化距離不同的 各類生物親緣關(guān)系的研究；各類生物親緣關(guān)系的研究；c）16SrRNA分子量分子量大小適中大小適中，便于序列分析；，便于序列分析；d）rRNA在細(xì)胞中在細(xì)胞中含量大含量大(約占細(xì)胞中約占細(xì)胞中RNA的的90%)，也，也易于提取易于提??；e）16SrRNA普遍存在于原核生物中普遍存在于原核生物中(真核生物中其同源分子是真核生物中其同源分子是18SrRNA)。因此它可以作為測量各類生物進(jìn)化的工具。因此它可以作為測量各類生物進(jìn)化的工具。 一些生物大分子（如一些生物大分子（如16Sr

20、RNA或或18SrRNA），其分子序列），其分子序列的改變量與分子進(jìn)化的時間成正比，因此，這些生物大分子的改變量與分子進(jìn)化的時間成正比，因此，這些生物大分子被作為分子計時器，真實記錄了各種生物的進(jìn)化過程?？赏ū蛔鳛榉肿佑嫊r器，真實記錄了各種生物的進(jìn)化過程?？赏ㄟ^比較不同類群的生物大分子序列的改變量來確定它們彼此過比較不同類群的生物大分子序列的改變量來確定它們彼此系統(tǒng)發(fā)育的相關(guān)性或進(jìn)化距離。系統(tǒng)發(fā)育的相關(guān)性或進(jìn)化距離。分子計時器：分子計時器：（4） 微生物全基因組序列測定微生物全基因組序列測定第一個古菌：詹氏甲烷桿菌第一個古菌：詹氏甲烷桿菌第一個細(xì)菌：流感嗜血桿菌第一個細(xì)菌：流感嗜血桿菌第一個真

21、菌：釀酒酵母第一個真菌：釀酒酵母3. 細(xì)胞化學(xué)成分用作鑒定的指標(biāo)細(xì)胞化學(xué)成分用作鑒定的指標(biāo) 細(xì)胞壁的化學(xué)成分細(xì)胞壁的化學(xué)成分全細(xì)胞水解液的糖型全細(xì)胞水解液的糖型磷酸類脂成分的分析磷酸類脂成分的分析枝菌酸的分析枝菌酸的分析醌類的分析醌類的分析氣相色譜技術(shù)（脂肪酸組成和代謝產(chǎn)物分析）氣相色譜技術(shù)（脂肪酸組成和代謝產(chǎn)物分析） 伯杰氏鑒定細(xì)菌學(xué)手冊伯杰氏鑒定細(xì)菌學(xué)手冊(Bergeys Manual of Determinative Bacteriology) 第一版（第一版（1923年）年） 第八版（第八版（1974年）年） 第九版（第九版（1994年）年）美國賓夕法尼亞大學(xué)的美國賓夕法尼亞大學(xué)的細(xì)菌

22、學(xué)教授細(xì)菌學(xué)教授伯杰伯杰(D.Bergey) 主編。主編。1957年第七版后年第七版后，吸收了，吸收了國際上細(xì)菌分類學(xué)家國際上細(xì)菌分類學(xué)家參加編寫，它的參加編寫，它的近代版本反映了出版年代細(xì)菌分類學(xué)的最新成果，因而逐漸確近代版本反映了出版年代細(xì)菌分類學(xué)的最新成果，因而逐漸確立了在立了在國際上對細(xì)菌進(jìn)行全面分類的權(quán)威地位國際上對細(xì)菌進(jìn)行全面分類的權(quán)威地位。四四. 分類系統(tǒng)分類系統(tǒng)1. 原核生物分類系統(tǒng)原核生物分類系統(tǒng)19841989年年改為改為伯杰氏系統(tǒng)細(xì)菌學(xué)手冊伯杰氏系統(tǒng)細(xì)菌學(xué)手冊，簡稱，簡稱系統(tǒng)手冊系統(tǒng)手冊 (Bergeys Manual of Systematic Bacteriology) （第一版，分四卷）（第一版，分四卷）第二版，分五卷第二版，分五卷（根據(jù)系統(tǒng)發(fā)育資料根據(jù)系統(tǒng)發(fā)育資料，對分類單元進(jìn)行了相當(dāng)大的調(diào)整，將細(xì)菌，對分類單元進(jìn)行了相當(dāng)大的調(diào)整，將細(xì)菌分成兩個