第十章 微生物的分类和鉴定
微生物分类学 (microbial taxonomy)
微生物系统学 (microbial systematics)
分类学的三个任务:分类、鉴定、命名
目的:熟知物种多样性;开发和利用物种资源。
? 第一节 通用分类单元
? 第二节 微生物在生物界的地位
? 第三节 各大类微生物的分类系统纲要
? 第四节 微生物的鉴定
第一节 通用分类单元
一、种以上的系统分类单元
(一)七级分类单元
界 Kingdom ( 拉,Regnum)
门 Phylum( 拉,phylum) 或(拉,Divisio)
纲 Class( 拉,Classis)
目 Order( 拉,Ordo)
科 Family( 拉,Familia)
属 Genus( 拉,Genus)
种 Species( 拉,Species)
(二)种的概念:
? 种 是一个基本分类单位,它是一大群表型特征高度相
似、亲缘关系极其接近、与同属内其他种有着明显差
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
(type strain)来作具体标本,故这一典型菌株就是该
种的模式种 (type species)。
? 种的定义应建立在遗传物质即 DNA鉴定的基础上,把
DNA同源性的大小作为划分种的标准。
? 新种( species nova,sp.nov或 nov sp.),是权威性
的分类、鉴定手册中从未记载过的一种新分离并鉴定
过的微生物。
(三)种的分类地位举例
? 三种微生物的分类地位举例:
分类单元 海扇脊螺旋体 灰色链霉菌 八孢裂殖酵母
界 原核生物界 原核生物界 真菌界
门 薄壁菌门 厚壁菌门 真菌门
亚门 ―― ―― 子囊菌亚门
纲 暗细菌纲 枝形细菌纲 半子囊菌纲
目 螺旋体目 放线菌目 内孢霉目
科 螺旋体科 链霉菌科 内孢霉科
属 脊螺旋体属 链霉菌属 裂殖酵母属
种 海扇脊螺旋体 灰色链霉菌 八孢裂殖酵母
分类系统 伯杰氏手册( 1984) 伯杰氏手册( 1984) Aingsworth(1971)
二、学名
学名= 属名 + 种名加词 +(首次定名人)+现名定名人+定
名年份
( 必要,用斜体排字) (可省略,均用正体排字)
举例:
金黄葡萄菌,
Staphylococcus aureus Rosenback
猪霍乱沙门氏菌,
Salmonella cholerae-suis (Smith) Weldin,1927
Bacillus cholerae-suis Smith,1894
蜡状芽孢杆菌荧光变种:
把 Bacillus cereus var,fluorescens Laubach
variety
有关学名的其他知识:
1)属名
2)种加词
3)学名的发音 — 拉丁文
拉 丁 语
? 拉丁语是公元前八世纪时居住在地中海阿平宁半岛上的拉丁
民族的语言。
? 拉丁民族在建成罗马城之后,将其版图扩展至几乎整个欧洲,
印度,非洲。这就是历史上的罗马帝国。
? 罗马帝国的国语就是拉丁语。
? 从公元前八世纪到公元 476年罗马帝国的崩溃,拉丁语曾被
应用了一千多年,在科学、宗教与文化方面,尤其是诗歌文
学方面给人类留下了大量不朽著作,从而深刻的影响着当今
的欧洲文化。
? 随着罗马帝国的灭亡,拉丁语渐渐地向两个方向演变和发
展:
? (1) 拉丁语和西班牙、意大利、法兰西、罗马尼亚以及葡
萄牙等国土语相结合而演变成这些国家的国语,即现代拉
丁语系的语言。
? (2) 拉丁文在中世纪还继续存在,并且在文艺复兴时期又
保留了下来,一直到十八世纪,它作为欧洲各国人民一种
国际上通用的学术语言。 当时(十六世纪末期以前)还没
有一个欧洲国家具有发达而又普遍的本国语言能够在外交、
法律、宗教等事务中与拉丁文的优势相抗衡。
大写 小写 名称 发音
? A a [a] [a]
? B b [be] [b]
? C c [tse] [k] [ts]
? D d [de] [d]
? E e [e] [e]
? F f [ef] [f]
? G g [ge] [g]
? H h [ha] [h]
? I I [i] [i]
? J j [jota] [j]
? K k [ka] [k]
? L l [el] [l]
? M m [em] [m]
? N n [en] [n]
? O o [o] [o]
? P p [pe] [p]
? Q q [ku] [k] [kv]
? R r [er] [r]
? S s [es] [s] [z]
? T t [te] [t]
? U u [u] [u]
? V v [ve] [v]
? X x [iks] [ks]
? Y y [ipsilon] [i]
? Z z [zeta] [z]
元音和辅音
? 元音,a,e,i,o,u,(i 和 y 发同一个元音 [i] )
? 辅音,b,d,f,g,h,j,k,l,m,n,p,r,s,t,v,z
浊辅音 — b,d,g,v,j,l,m,n,r,z,
清辅音 — p,t,k,f,s,h,
某些字母的读音规则
拉丁文有九种词,分变化词与无变化词两大类 。
1)变化词,有性、数、格变化的词类:
名词,aqua,水
形容词,albus,白的
代词,tu,你
动词,signa,标明
数词,unus,一
2)无变化词:
副词,non,不
前臵词,cum,和,用
连接词,et,和,及
感叹词,o! 噢!
各种格的用途
? ①主格 (Nominative,nominativus),主格,主语格
? ②所有格 (genetive,genetivus),具有英文中,of”的,或
,belonging to”(属于 )之意。
? ③与格( dative,dativus):间接宾语格,类似于英文中
的” for” 或” to”(对于)含意。
? ④受格 (accusative,accusativus):直接宾语格。
? ⑤工具格 (Ablative,ablativus):夺格,媒介格,具有英文
中” with”(和),或” by”(用,被),” in”
(在),” from”(从)等的意义。
? ⑥呼格 (vocative,vocativus):称呼时用的格,植物拉丁文中
不用。
三、亚种以下的分类单元
(一)亚种 (subspecies,subsp,ssp.);
(二)变种 (variety,var);
(三)型 (form);
(四)菌株 (stain):
菌株:任何由一个独立分离的单细胞(或单个病毒粒)繁殖
而成的纯遗传型群体及其一切后代。
一种微生物的每一个不同来源的纯培养物或纯分离物均可称
为某菌种的一个菌株。
? 菌株是一个物种内遗传多态性的反映,其数目是无数的。
? 强调遗传的纯谱系
? 菌株与克隆的概念相同
? 同一菌种间的不同菌株的性状差异
? 自发或人工变异后,应标记新菌株名称
? 使用菌种时,菌株名称的标记
? 菌株名称的确定。
第二节 微生物在生物界的地位
一、生物的界级分类学说 (提出的时间、提出者、内容)
( 一 ) 二界系统; 1755 Linne
( 二 ) 三界系统; 1866 Haeckel
( 三 ) 四界系统; 1938 Copeland
( 四 ) 五界系统 ; 1969 Whittaker
( 五 ) 六界系统; 1949 Jahn
( 六 ) 三总界五界系统; 1979 陈世骧
五界系统
二、三域学说及其发展
三域学说 (Three Domains Theory),1977年 C,R,Woese提
出三域学说:(真)细菌域、古细菌域和真核生
物域。
依据:生物的 16S和 18S rRNA的寡核苷酸测序,并比
较其同源性水平,而提出各个界级分类新系统。
三域学说
内共生学说
第三节 各大类微生物的分类系统纲要
分类依据:形态特征、培养特征、生理生化特征以及血清学反
应和噬菌体敏感性等。
新分类方法:核酸分析法、数值分类法和 DNA体外杂交法等。
一、原核微生物分类系统纲要
1,,伯杰氏 鉴定细菌学 手册, 1923(主编 Bergey)
1974 (第八版 ), 1994 (第九版 )
( 1)手册中的高级分类单元,有四个门
( 2)手册所包括的主要科属
( 3) 重要原核微生物类群简介
2,,伯杰氏 系统 细菌学 手册, 1984-1989( 4卷)
2000— ( 5 卷)
( 1)内容丰富,5卷 2界 (古生菌界和细菌界)
( 2)分类特点:表型、实用性鉴定指标为主的旧体系向鉴定
遗传型的系统进化分类体系转变
二、真菌的分类系统纲要
( 1)菌物与真菌的关系:
( 2)真菌自成一界的原因( 5要点)
① 真菌的营养方式:分解吸收式
② 细胞结构和化学成分:独特, 如细胞壁主要成分为几丁质;
细胞中无叶绿体;线粒体, 核糖体不同于植物 。
③ 组织分化程度差, 一般有发达的菌丝体和各种子实体构造 。
④ 核分裂方式简单, 除正常有性生殖外, 还有准性生殖 ( 发
生在体细胞间的基因重组方式, 从而导致了变异和广泛
适应不同环境的特性 ) 。
⑤ 真菌细胞色素 c的结构比较接近动物而远于植物, 它与动
物的差别要大与动物与植物的差异 。
( 3)真菌界及其有代表性的分类系统
Ainsworth系统( 1966年)
Ainsworth ( ed.7,1983) 的真菌分类系统纲要,
Dictionary of the fungi (Hawksworth,D,L,et al,1983)
两大门(粘菌门和真菌门),真菌门又分五亚门。
Dictionary of the fungi (ed,8,Hawksworth,D,L,et al,
1995)
真核生物域:原生动物、假菌界、真菌界
Dictionary of the fungi (ed.9,Kirk,P,M,et al,2001)
Ainsworth ( ed.7,1983)
Ainsworth ( ed.8,1995)
第四节 微生物的鉴定
微生物鉴定的技术水平有三个不同水平
一、经典分类鉴定方法
二、现代分类鉴定方法
(一)微生物遗传型的鉴定
1,DNA碱基比例的测定
2,核酸分子杂交法
3,16SrRNA寡核苷酸编目分析
(二)细胞化学成分的鉴定
三、数值分类法
菌种鉴定工作的步骤:
1、获得该微生物的纯培养物
2、测定一系列必要的鉴定指标
3、查找权威性的菌种鉴定手册
一、经典分类鉴定方法
(一 ) 形态特征:包括个体形态和群体形态 (即培养特征 )
1.在显微镜下观察细胞的形状、大小及排列情况,革兰氏染色
反应,有无运动,鞭毛着生位臵和数目,芽孢的有无及芽
孢着生的部位和形状,细胞内含物,个体发育过程中形态
变化的规律性。
2.在固体培养基上观察菌落的形状、大小、颜色、光泽、粘稠
度、隆起形状、透明度及边比重特征,和水溶性色素、质
地、移动性、气味等。
3.在半固体培养基中观察穿刺接种后的生长及运动情况。
4.在液体培养基中观察生长特征,液体是否混浊及混浊的程度;
液面有无菌膜;管底有无沉淀以及沉淀的形状;管中有无
气泡;培养液中有无颜色变化等。
(二 ) 生理生化特性
1.营养要求,可根据微生物对营养的不同利用能力来区别微生
物。试验多种营养能否被微生物作为碳源和能源利用,以及
微生物对一定有机化合物或 CO2的利用能力。对于氮源来讲,
看其是取自蛋白质、蛋白胨、氨基酸或铵盐、硝酸盐,还是
大气中的游离氮。
2.代谢产物,不同的微生物,因生理特性的不同而产生不同的
代谢产物。因此,检查微生物的代谢产物,可以用来鉴别不
同的微生物。在培养基中检查微生物是否形成有机酸、酒精、
气体与类似的物质;能否与解色氨酸产生吲哚;是否产生色
素或其他物质,如抗生素等。
3.酶,产酶的种类何反应特性等。
4.对药物的敏感性。
(三)血清学反应
有时确定微生物的种,尤其是亚种,仅依据形态、生理生化
等特征很难区别开。因此,常借助于血清学反应。
在微生物分类鉴定中,应用血清学反应的基本原理,是用已
知菌种、型或菌株制成抗血清,然后根据它们与待鉴定微
生物是否发生特异性的血清学反应,来确定未知菌种、型
或菌株。
血清学反应的方法同样可应用于病毒的分类,尤其是应用于
噬菌体的分类,具有良好的效果。一般噬菌体都是良好的
抗原,把它注射到动物体内可以产生特异性抗体。噬菌体
和抗体间的反应和其他常见的抗原抗体反应相似。
二、现代分类鉴定方法
(一)微生物遗传型的鉴定
1,DNA碱基比例的测定:( G+C) mol%,DNA分子中 G和
C所占的摩尔百分比。
2,核酸分子杂交法:按照碱基的互补配对原理,用人工方法
对两条不同来源的单链核酸进行复性,以构建新的杂合双
链核酸技术。
3,16SrRNA寡核苷酸编目分析
4,微生物全基因组序列测定
(二)细胞化学成分的鉴定
1.细胞壁的化学成分:主要是肽聚糖的基本结构
2.全细胞水解液的糖型
3.磷酸类脂成分的分析
4.枝菌酸的分析
5.醌类的分析
6.气相色谱技术的应用
三、数值分类法
? 数值分类法,是通过比较分类单元的性状特征,然后计
算它们之间的相似性,再根据相似性的数值划分类群的
一种分类方法。
? 步骤:
①确定分类单元和选择分类特征;
②进行特征测定或从文献中收集有关 OUT的各项特征资
料;
③根据所编制的计算机程序要求,将特征资料进行编码、
标准化并输入计算机;
④由计算机计算各 OUT之间的相似性,并根据相似性的
数值进行聚类分析、分群归类;
⑤输出分类结果、常用树状谱图法表示。
? 数值分类法是根据生物表型特征总的相似性分类,其分
类结构的表示是一种表型关系,并不直接表示生物的系
统发育。其分类结果可作为建立或修改传统分类单元的
依据。该分类方法使生物分类从传统分类的定性描述发
展到了进行定量分析的水平,其主要目的是建立一种客
观的分类方法,并实现分类过程的自动化。
作业题:
1、微生物分类学有哪3项具体任务?简要说明。
2、种以上通用分类单元分几级?(英文、拉丁名称,举例)。
3、种、新种概念?如何表示一个种和新种?
4、什么是菌株、模式菌株?菌株名称用什么表示?
5、解释五界系统和三原界学说。
6、真菌为何自成一界?
7、在现代微生物分类鉴定中,有哪些新技术和方法?
8、鉴定微生物遗传型的分子生物学有那些?说明其原理。
9、什么是数值分类法?说明其主要工作原理和方法。
课程论文,
现代微生物学的发展前景展望
(微生物的特点及其应用,微生物学的发展趋势,
特别注意分子生物学研究对微生物的重要实践意
义等。)