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第十一章微生物的分类第一页，本课件共有24页 课课 时：时：2 学时学时授课方法：授课方法：讲解讲解授课内容：授课内容：1.微生物的分类单元微生物的分类单元 2.微生物的分类系统微生物的分类系统 3.微生物的分类鉴定方法微生物的分类鉴定方法 重重 点：微生物的分类鉴定方法点：微生物的分类鉴定方法 难难 点：微生物的分类鉴定方法点：微生物的分类鉴定方法 目的要求：目的要求：1.使学生认识并掌握微生物的分类单元使学生认识并掌握微生物的分类单元 2了解微生物的分类系统了解微生物的分类系统 3了解微生物的分类鉴定方法了解微生物的分类鉴定方法 参考书目：现代生命科学概论（黄诗笺主编）参考书目：现代生命科学概论（黄诗笺主编）微生物学（武汉大学、复旦大学微生物学教研室编）微生物学（武汉大学、复旦大学微生物学教研室编）现代生物学（胡玉佳主编）现代生物学（胡玉佳主编）海洋微生物及其代谢产物（林永成主编）海洋微生物及其代谢产物（林永成主编）第二页，本课件共有24页 n微生物分类学(microbial taxonomy)是指根据微生物的亲缘关系把它们排列成一个有规律的分类系统的科学。分类学由分类(classification)、鉴定(identification)和命名(nomenclature)3个部分组成。n分类是根据一定的原则对微生物进行分群归类即根据相似性和相关性水平把一个有机体放在一个分类单元中。n鉴定是借助现有的微生物分类系统通过对某一未知纯微生物培养物的各种性状特征研究之后确定其应归属哪个分类群的过程。通过鉴定可达到知类辩名的目的。n命名是指根据国际命名法规为一个未知名字的新培养物确定其学名的过程：第三页，本课件共有24页第一节微生物的分类单元n分类单元(taxon。复数taxa)是指某一个具体的分类群，如原核生物界，大肠埃希氏菌属和枯草杆菌等分别代表一个分类单元：n与其他生物一样，微生物分类的基本单元也是种(species)n微生物种是显示高度相似性、亲缘关系极其接近、与其他种有明显差异的一群菌株的总称。在每个种中都有一个菌株被指定为模式菌株(type strain)，它是这个种名称的代表是这个种的永久的标准标本。第四页，本课件共有24页 一、种以上的分类单元 n 种(包括种)以上的分类单元自上而下依次分为7个等级，它们是：n界(Kingdom)n 门(Phylum或Division)n 纲(Class)n 目(Order)n 科(Family)n 属(Genus)n 种(Species)n 必要时还可在上述分类单元之间设中间类群。在门与纲之间可设超纲(Superclass)；在纲与目之间可设亚纲(Subclass)、超目(Superor-der)；在目与科之间可设亚目(suborder)、超科(superfamiiy)：在科与属之间可设亚科(Subfamily)、族(Tribe)、亚族(Subtribe)等。见(表111)。第五页，本课件共有24页 二、种以下的分类单元 n鉴定微生物种时只有在所有鉴别特征都与已知的模式种相同的情况下才能定为同种。n实际上由于变异的绝对性被鉴定的微生物总是在某个或某些特征上与模式种有明显而稳定的差异。n因此，在微生物种以下就必须再分为亚种、变种、型或菌株等级别了。第六页，本课件共有24页 n(一)亚种n 亚种(subspecies。subsp，ssp)在一个种内根据少数几个稳定的变异特征或根据遗传性状区分成小群，从而把一个种分成两个或多个小群。，这些小的分类单位称为亚种，如金黄色葡萄球菌厌氧亚种(Staphylococcus aureus subspanaerobius)。n(二)型n 型(type)是同一细菌种内显示很小生物化学与生物学差异的菌株，常用于细菌(尤其是致病菌)中紧密相关菌株的区分。型是亚种的再细分。n(三)菌株n 菌株又称品系。一个菌株是指由一个单组胞繁衍而来的克隆(clone)或无性繁殖系中的一个微生物或微生物群体。同一种微生物的不同菌株虽然在作为分类鉴定的一些主要性状上是相同的，但是在次要性状(如生化性状、代谢产物和产量性状)上可以有或大或小的差异。第七页，本课件共有24页 三、分类单元的命名 n微生物的名字有俗名(common name)和学名(scientific name)两种。n俗名是通俗的名字如结核分支杆菌俗称结核杆菌，铜绿假单胞菌俗称绿脓杆菌。n学名是微生物的科学名称，它是按照有关微生物分类的国际委员会拟定的法则命名的。学名由拉丁词、希腊词或拉丁化的外来词组成。n 学名的命名采用双名法，由属名和种名构成，用斜体表示。属名在前，而且第一个字母要大写。种名在后全部小写。学名后还要附上首次命名者的名字和命名的年份但这些都用正体字。一般情况下使用时，后面的正体字部分可以省略。n 金黄色葡萄球菌(俗称“金葡菌”)Staphylococcus aureus Rosenbach 1884n 蜡状芽孢杆菌Bacillus cereus Frankland et Frankland 1887第八页，本课件共有24页四、细菌分类和伯杰氏手册n 伯杰氏手册最初由美国宾夕法尼亚大学的细菌学教授伯杰(DBergey)(18601937)及其同事为细菌的鉴定而编写的名为伯杰氏鉴定细菌学手册沿用至今。第九页，本课件共有24页 第二节 微生物的分类系统 n最初根据生物的形态和生理特征把地球上的生物分为动物界和植物界两类，n现代将生物分为三域(Kingdom)(以前曾称为三原界)即古生菌(archaea)、细菌(bacteria)和真核生物（eukaryotes)第十页，本课件共有24页第十一页，本课件共有24页第三节微生物分类鉴定方法n对某一未知菌种进行分类鉴定首先要获得该菌种的纯培养物。然后对其生态特征、生理生化特性、遗传特性以及分子生物学特性进行深入研究在此基础上确定其分类地位。n一、常规分类法n 常规分类是微生物分类鉴定中通常采用的方法。主要根据微生物形态、生理生化、生态和抗原等表型特征进行分类。第十二页，本课件共有24页(一)形态特征 n 1、个体形态特征n 主要包括细菌细胞的形状、大小和排列方式：革兰氏染色；运动性；鞭毛的着生位置。是否产芽孢及芽孢的形状、大小与着生位置；细胞贮藏物；某细菌的荚膜、菌毛、菌鞘、附器、气泡和色素等。在放线菌与丝状真菌中包括菌丝长短、粗细、分支状况、有无横隔和颜色；无性和有性繁殖阶段的特征以及繁殖器官的形态与结构；孢子的种类、形态、大小、数目、着生状态、颜色与表面纹饰等。n 2群体形态特征n 固体培养特征包括菌落形状、大小、边缘、表面及质地(光滑、粗糙、湿润、干燥、光泽、暗淡、皱摺、细小颗粒状与凹凸不平等)、隆起程度、易挑取性或粘稠度、透明度与色泽等。还包括斜面培养特征和穿刺培养特征等。n 液体培养特征包括生长量、生长类型与分布、混浊度、表面生长状态、沉淀物、气味和颜色等。第十三页，本课件共有24页(二)生理生化特征 n 1对营养或生长基质的要求n 包括所能利用的碳源、能源、氮源、无机盐以及生长因子等。n 2生理生化反应n 水解大分子的能力如淀粉水解、油脂水解、明胶液化和酪素水解等试验：糖或醇类发酵试验、甲基红试验、VP试验；吲哚试验和H2S试验；硝酸盐还原试验、柠檬酸盐或丙酸盐利用试验和丙二酸盐利用试验等；用作分类特征的酶如氧化酶、过氧化氢酶、凝固酶、脲酶、氨基酸脱羧酶、精氨酸双水解酶、苯丙氨酸脱氨酶以及B一半乳糖苷酶等；产色素、抗生素等次级代谢产物也常是某些微生物的分类依据。n 3抗逆性n 对噬菌体、抗生素、染料和化学药品等抗微生物因子(antimicrobial agent)的反应等。第十四页，本课件共有24页(三)生态特征 n 包括微生物的天然生境以及微生物与环境因子的关系：n 1氧气，n 根据微生物与氧的关系可将其分为：专性好氧、兼性厌氧、微好氧、耐氧和专性厌氧等。n 2温度n 根据微生物生长的温度范围可将微生物分为嗜冷菌(psychroplliles)、耐冷菌(psycllrotroph)、中温菌(mesophiles)、嗜热菌(thermophiles)和超嗜热菌(superthermophiles)。n 3.PHn 依据微生物生境的I)H范围可将其分为嗜酸菌(acidophiles)和嗜碱菌(alkaliphiles)。n 4盐度n 根据微生物生长生境的盐浓度范围可分为耐盐菌(halotolerant microbes)和嗜盐菌(halophiles)。n 5.与其他生物之间的相互关系n 微生物与其他生物之间的相互关系(如宿主种类与致病性等)常常是分类的依据。第十五页，本课件共有24页(四)抗原特征 n抗原特征即免疫关系。有些微生物类群中单纯按照形态和生理生化等特征难以区分诸多亲缘关系相近的成员但它们在抗原结构或血清学上有明显差异可以借助这些特征对其进行分型或区分菌株。第十六页，本课件共有24页二、遗传特征分类法 n 遗传特征分类法是指根据核酸分析得到的遗传相关性(genetic relatedness)所做的分类。因为遗传分类法是以决定生物表型特征的遗传物质一核酸作为比较的准绳，所以它是一种最客观和可信度最高的分类方法。被用作分类的遗传学特征能客观地反映微生物之间的亲缘关系。n (一)DNA（G+C)mol值，n 对某一特定的微生物来说，其DNA(G+C)mol值是恒定的，因而可代表其遗传特征。n原核微生物DNA(G+c)mol在2080范围，真核微生物DNA(G+C)mol在3060范围。一般而言，亲缘关系密切和表型又高度相似的微生物常有相似的(G+C)mol值因而被用作分类鉴定的指标。第十七页，本课件共有24页 n(二)核酸杂交n 某一物种的DNA碱基排列顺序是其长期进化的结果，由它组成的遗传密码决定着生物的一切表型特征。亲源关系越近的微生物，其碱基顺序就越近，反之就越远。核酸杂交比DNA(G+C)mol值更加客观地反映微生物的亲缘关系。核酸杂交包括DNADNA和DNArRNA杂交。核酸杂交的方法很多，通常采用的是固相杂交法。第十八页，本课件共有24页 二、化学特征分类法 n 化学分类法是应用电泳、色谱和质谱等分析技术来分析比较不同微生物细胞组分、代谢产物的组成等而进行分类的方法。n 1全细胞水解液的糖型n 2细胞壁化学成分及分支菌酸n 3脂肪酸组成n 4.磷脂、醌、多胺n 5可溶蛋白质谱第十九页，本课件共有24页 四、数值分类法n 数值分类(numerical taxonomy)是根据数值分析借助计算机将拟分类的微生物按其性状的相似程度归类的方法。n遵循的主要原则：选择尽可能多的分类性状以揭示分类单位间的真实关系；视每个性状为同等重要以避免分类者的主观偏见；按性状的相似度(similarity)归为等同分类单元或分类群(taxon)的表观群或表元(phenon)。第二十页，本课件共有24页 n 1分类单位与性状的选择n 分类单位可能是菌株（OTU）、种或属统称每个分类单位为一个操作分类单位n 选择的性状通常不应少于50个多者可达上百个甚至几百个。一般地说所选性状数目越多，分类结果越可靠。所选性状应是尽可能广泛而又均匀地遍布于所研究微生物中的、形态的、生理生化的、生态的、免疫的、遗传的等都可以。但要注意无意义性状和全同性状不能同时选用。n 2性状编码n 将观察和测得的性状用计算机所能识别和运算的符号记录下来。将性状编好码后把它们排列成顺序号形成一个性状(原始数据)矩阵然后分别用1和0符号输入汁算机。第二十一页，本课件共有24页 n 3相似度系数的计算n 相似度系数是被比较的OTU对偶间整体相似程度的量度最简单的方法是计算OTU对偶间相似性状的数目。其计算公式如下：n NSn S=-n NS+NDn 式中的NS表示比较的OTU对偶有相同性状的数目ND表示被比较的OTU对偶有不同性状的数目。算出的相似度以百分数或比例表示。第二十二页，本课件共有24页 n4系统聚类(或等级聚类)及结果的表示n 根据相似度系数对OTU进行系统(或等级)聚类归群得到相似度矩阵即S矩阵。相似度为百分数 100表示每个OTU自己与自己相比自然全同。从图112A所示的S矩阵看不出这10个菌株的相互关系将相似度高的和低的分别列在一起得到图112B所示的矩阵。再由此矩阵转换成能显示这10个菌株相互关系的树状谱(dendrogram)(图113)。数值分类得到的是表观群或表元。大约80相似度的表观群等于种。第二十三页，本课件共有24页第二十四页，本课件共有24页