微生物分类与鉴定

关于微生物分类与鉴定

地球上的物种估计大约有150万，其中微生物超过10万种，而且其数目还在不断增加。第2页,共58页，2024年2月25日，星期天生物分类的二种基本原则：a）根据表型(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(systematics)第3页,共58页，2024年2月25日，星期天章节内容第一节通用分类单元系统分类单元、种的概念、学名、亚种第二节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微生物的鉴定经典分类鉴定方法、现代分类鉴定方法。

第4页,共58页，2024年2月25日，星期天第一节通用分类单元

分类是认识客观事物的一种基本方法。我们要认识、研究和利用各种微生物资源也必须对它们进行分类。分类学涉及三个相互依存又有区别的组成部分：鉴定分类、命名、第5页,共58页，2024年2月25日，星期天命名(nomenclature)：是根据命名法规，给每一个分类群一个专有的名称；鉴定(identification或determination)：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、或未明确分类地位的微生物所应归属分类群的过程。分类(classification)：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进行描述，以便查考和对未被分类的微生物进行鉴定；第6页,共58页，2024年2月25日，星期天一、分类单元及其等级界

（Kingdom）(Regnum)门

（Phylum）(Phylum)纲（Class）(Classis)目（Order）(Ordo)科（Family）(Familia)属（Genus）(Genus)种（Species）(Species)第7页,共58页，2024年2月25日，星期天根据CarlWoese的理论，现在还在界之上使用域(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。）第8页,共58页，2024年2月25日，星期天常用的细菌分类学术语：1）培养物(culture)：一定时间一定空间内微生物的细胞群或生长物。如微生物的斜面培养物、摇瓶培养物等。2）菌株(strain)：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(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，以便与原来的菌株相区别。第9页,共58页，2024年2月25日，星期天BacillussubtilisASI.398BacillussubtilisBF7658生产蛋白酶生产α淀粉酶第10页,共58页，2024年2月25日，星期天3）型(form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。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4）种（species）：

物种，生物分类中基本的分类单元高等生物中，“生殖隔离”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群，这个菌株群与其他类群的菌株有很明显的区别。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必需有分类学依据。第11页,共58页，2024年2月25日，星期天二、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sp来表示，例如Bacillussp第12页,共58页，2024年2月25日，星期天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（typestrain）；亚属和属指定模式种（typespecies）；属以上至目级分类单元指定模式属（typegenus）；模式菌株应送交菌种保藏机构保藏，以便备查考和索取。第13页,共58页，2024年2月25日，星期天第二节微生物在生物界的地位一、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界系统第14页,共58页，2024年2月25日，星期天利用16SrRNA建立分子进化树的美国科学家

CarlWoese

二、三域学说及其发展第15页,共58页，2024年2月25日，星期天三、rRNA和系统发育树1.rRNA的顺序和进化培养微生物提取并纯化rRNArRNA序列测定分析比较微生物之间的系统发育关系第16页,共58页，2024年2月25日，星期天2.特征序列或序列印记（signaturesequence）通过对rRNA全序列资料的分析比较（特别是采用计算机）发现的在不同种群水平上的特异特征性寡核苷酸序列，或在某些特定的序列位点上出现的单碱基印记。特征序列有助于迅速确定某种微生物的分类归属，或建立新的分类单位。第17页,共58页，2024年2月25日，星期天3.系统发育树(phylogenetictree)

通过比较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，其特点是用一种树状分枝的图型来概括各种(类)生物之间的亲缘关系。第18页,共58页，2024年2月25日，星期天16SrRNA系统发育树第19页,共58页，2024年2月25日，星期天1）生命的第三种形式——古生菌动物界和植物界原核生物和真核生物（20世纪60年代）古细菌(archaebacteria)真细菌(Eubacteria)真核生物(Eukaryotes)（1977，CarlWoese）Bacteria(细菌)Archaea(古生菌)Eukarya(真核生物)（1990，CarlWoese）原核生物界（Kingdom）域（domain）第20页,共58页，2024年2月25日，星期天2）建立16SrRNA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；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，而后者仅占整个生物进化历程的1/5第21页,共58页，2024年2月25日，星期天b）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；第22页,共58页，2024年2月25日，星期天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。第23页,共58页，2024年2月25日，星期天不可培养微生物（unculturedmicroorganisms）

从环境中直接分离并克隆rRNA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第24页,共58页，2024年2月25日，星期天3）三（界)域生物的主要特征三界理论虽然是根据16SrRNA序列的比较提出的，但其他特征的比较研究结果也在一定程度上支持了三界生物的划分。第25页,共58页，2024年2月25日，星期天

随着越来越多的微生物的全基因组序列的测定，人们发现生物在进化中存在着非常广泛的水平基因转移现象，很多科学家都认为不能仅靠对16SrRNA的序列比较来确定生物之间的亲缘关系，还必须借助各种信息对这个进化树进行改进。CarlWoose的rRNA进化树完美无缺？第26页,共58页，2024年2月25日，星期天

一项新的研究指出，在我们体内的每个细胞中有40

个左右的细菌基因，这个由细菌到人类寄主的所谓的“横向转移(lateraltransfer)”给进化生物学带来了极大的问题。

2001年5月18日美国《科学》周刊292卷第5520期人类基因组中的细菌基因？第27页,共58页，2024年2月25日，星期天第三节各大类微生物的分类系统纲要二、真菌（菌物）分类系统简介一、原核微生物分类系统第28页,共58页，2024年2月25日，星期天一、原核微生物分类系统（一）《伯杰氏鉴定细菌学手册》(Bergey’sManualofDeterminativeBacteriology)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: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鉴定所需做的实验的具体方法。第29页,共58页，2024年2月25日，星期天1923年以来已出至第九版(1994)；第九版伯杰氏细菌鉴定手册设立35个群，将古细菌部改编为5个群，全书描写了约500个属。划分为四大类：

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

伯杰氏细菌鉴定手册第30页,共58页，2024年2月25日，星期天（二）伯杰氏系统细菌学手册(Bergey’sManualofSystematicBacteriology)第一版1984年问世，至1989年出齐，共4卷。第二版由GeorgeGarrity主编分为5卷，将从2000年起陆续出版。这一版纳入了研究核糖体RNA测序所产生的许发育)分类系统。第31页,共58页，2024年2月25日，星期天《伯杰氏系统细菌学手册》第二版

分古细菌和真细菌2个界，下设18门、27纲、73目、186科，包括870余属和4900多个种。第32页,共58页，2024年2月25日，星期天界Ⅰ：古细菌(Archaeota)

部1：热变形菌、硫化叶菌、嗜压菌(Thermoprotei、Sulfolobi、Barophiles，21属36种)部2：产甲烷菌(Methanogens，21属97种)部3：盐杆菌(Halobacteria，14属50种)部4：热原体(Thermoplasma，2属4种)部5：热球菌(Thermococci，5属19种)

第33页,共58页，2024年2月25日，星期天界Ⅱ：真细菌(Bacteria)部6：产液菌(Aquifex)和相关细菌(3属5种)部7：栖热袍菌(Thermotoga)和Geotogas，9属22种)部8：异常球菌(Deinococci，1属8种)部9：栖热菌和归属不明的属(Thermi，10属21种)部10：产菌黄(Chrysiongenes,1属2种)部11：绿屈挠菌和滑柱菌(Chloroflexi和Herpetosiphons，5属11种)第34页,共58页，2024年2月25日，星期天界Ⅱ：真细菌(Bacteria)部12：热微菌(Thermomicrobia,1属2种)部13：蓝细菌(Cyanobacteria，69属73种)部14：绿菌(Chlorobia，6属17种)部15：α-变形细菌(α-Proteobacteria，117属392种)部16：β-变形细菌(β-Proteobacteria，53属204种)第35页,共58页，2024年2月25日，星期天界Ⅱ：真细菌(Bacteria)部17：γ-变形细菌(γ-Proteobacteria，150属854种)部18：δ-变形细菌(δ-Proteobacteria，39属128种)部19：ε-变形细菌(ε-Proteobacteria，6属56种)部20：梭菌(Clostridia)和相关细菌(73属403种)部21：柔膜菌(Mollicutes，10属191种)部22：芽胞杆菌和乳杆菌(Bacilli和Lactobacilli，55属535种)第36页,共58页，2024年2月25日，星期天界Ⅱ：真细菌(Bacteria)部23：放线细菌(Actinobacteria，117属，1371种)部24：浮霉状菌和衣原体(Planctomycetes和Chlamydia，5属14种)部26：丝状杆菌(Fibrobacters，3属5种)部27：拟杆菌(Bacteroides，20属130种)第37页,共58页，2024年2月25日，星期天界Ⅱ：真细菌(Bacteria)部28：黄杆菌(Flavobacteria，15属72种)部29：鞘氨醇杆菌(Sphingobacteria，22属76训)部30：梭形菌(Fusoforms，6属29种)部31：疣微菌和相关细菌(Verrucomicrobium，2属5种)第38页,共58页，2024年2月25日，星期天二真菌（菌物）分类系统简介Ainsworthetal(1973)

V.Arx(1981)真菌字典（1983）Kendrick(1992)真菌字典（1995）Alexopoulos&Mins(1996)第39页,共58页，2024年2月25日，星期天黏菌门：黏菌纲根肿菌纲

真菌门：鞭毛菌亚门：壶菌纲丝壶菌纲卵菌纲

接合菌亚门：接合菌纲毛菌纲

子囊菌亚门：半子囊菌纲不整囊菌纲核菌纲

盘菌纲腔菌纲虫囊菌纲

担子菌亚门：冬孢菌纲层菌纲腹菌纲

半知菌亚门：芽孢纲丝孢纲腔孢纲真菌界（1995）第40页,共58页，2024年2月25日，星期天第四节微生物分类鉴定的方法生物分类的传统指标分子生物学指标微型、简便、快速或自动化鉴定技术细菌的数值分类

第41页,共58页，2024年2月25日，星期天形态学特征生理学特征生态学特征

从不同层次，用不同学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第42页,共58页，2024年2月25日，星期天一、形态学特征培养特征、运动性、特殊的细胞结构、细胞形态及其染色特性、等等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，具有相对的稳定性；第43页,共58页，2024年2月25日，星期天二、生理生化特征

与微生物的酶和调节蛋白质的本质和活性直接相关；代谢产物等营养类型；与氧的关系；对温度的适应性；对pH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；第44页,共58页，2024年2月25日，星期天1、API细菌数值鉴定系统2、Enterotube系统3、Biolog全自动或手动细菌鉴定系统微型、简便、快速或自动化鉴定技术第45页,共58页，2024年2月25日，星期天1、API细菌数值鉴定系统菌种基本培养基（液体）

菌悬液检测、编码、查表、鉴定适用于API鉴定细菌有700多种AnalyticaProductsINC的简称。法国生物-梅里埃公司生产的细菌数值分类分析鉴定系统。约有1000种生化反应,可鉴定的细菌大于550种。目前中国各级疾病预防控制机构在细菌学检验中比较多地应用了此项技术第46页,共58页，2024年2月25日，星期天2、Enterotube系统

不同培养基分装不同小槽中，同步接种，培养后检测、查表、鉴定。第47页,共58页，2024年2月25日，星期天3、Biolog全自动或手动细菌鉴定系统

在96孔的细菌培养板上检测微生物对不同发酵性碳源利用情况进行的分类鉴定。自动化、快速

可鉴定细菌有1140多种、酵母菌267种、目前已经可用于丝状真菌。每个孔中含有不同的底物菌悬液或无菌水第48页,共58页，2024年2月25日，星期天分子生物学指标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。第49页,共58页，2024年2月25日，星期天1.DNA的碱基组成(G+Cmol%)

分类学上，用G+C占全部碱基的克分子百分数(G+Cmol%)来表示各类生物的DNA碱基因组成特征。第50页,共58页，2024年2月25日，星期天

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，因此更适合于细菌的分类鉴定。第51页,共58页，2024年2月25日，星期天

GC%测定主要用于对表型特征难区分的细菌作出鉴定，并可检验表型特征分类的合理性，从分子水平上判断物种的亲