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1、【同济医科大学】优质课全国特级教师 江新欢 博士教授医学微生物学医学微生物学第十章 微生物的分类和鉴定至今已记载过的生物种数约150余万种,微生物为15-20万种。对微生物来说，这一数字还在急剧地扩大着。现代微生物分类学的发展：经典分类学（microbial taxonomy）：按微生物表型进行分类。微生物系统学（microbial systematics）：按微生物的亲缘关系和进化规律进行分类。2、微生物分类学、微生物分类学经典分类学：按微生物表型分类微生物系统学：按亲缘关系和进化规律分类发展表型特征：形态学、生理生化学、生态学等，推断微生物的系统发育。表型特征结合分子水平上比较微生物的基因
2、型特征（如16S rRNA)探讨微生物进化、系统发育和分类鉴定。分类学的3个任务1.分类（classification）2.鉴定（identification）3.命名（nomenclature）o分类：分类：通过收集大量描述有关个体的文献资料，经过科学通过收集大量描述有关个体的文献资料，经过科学的归纳和理性的思考，整理成一个科学分类系统。的归纳和理性的思考，整理成一个科学分类系统。或是根据微生物的相似性和亲缘关系，将微生物归入不同或是根据微生物的相似性和亲缘关系，将微生物归入不同的分类类群。的分类类群。o鉴定：鉴定：通过详细观察和描述一个未知名称纯种微生物的各通过详细观察和描述一个未知名称纯
3、种微生物的各种性状特征，然后查找现成的分类系统，以达到对其知类、种性状特征，然后查找现成的分类系统，以达到对其知类、辨名的目的。辨名的目的。或是确定一个新的分离物属于已经确认的分类单元的过或是确定一个新的分离物属于已经确认的分类单元的过程。程。o命名：是为一个新发现的微生物确定一个新学名，亦即当命名：是为一个新发现的微生物确定一个新学名，亦即当你详细观察和描述某一具体菌种后，经过认真查找现有的你详细观察和描述某一具体菌种后，经过认真查找现有的权威性分类鉴定手册，发现这是一个以往从未记载过的新权威性分类鉴定手册，发现这是一个以往从未记载过的新种，这时，就的按微生物的国际命名法规给予一个新的学种，
4、这时，就的按微生物的国际命名法规给予一个新的学名。名。第一节 通用分类单元一、种以上的系统分类单元一、种以上的系统分类单元（一）（一）7 7级分类单元级分类单元 界界KingdomKingdom 门门PhylumPhylum 纲纲ClassClass 目目OrderOrder 科科FamilyFamily 属属GenusGenus 种种SpeciesSpecies 种是最基本的分类单位 当必要时，各级都可补充若干辅助单元，有当必要时，各级都可补充若干辅助单元，有“亚亚”、“超超”或或“族族”。以啤酒酵母为例，它在分类学上的地位是：以啤酒酵母为例，它在分类学上的地位是：界界(Kindom)：真菌
5、界：真菌界 门门(Phyllum)：真菌门：真菌门 纲纲(Class)：子囊菌纲：子囊菌纲 目目(Order)：内孢霉目：内孢霉目 科科(Family)：内孢霉科：内孢霉科 属属(Genus)：酵母属：酵母属 种种(Species)：啤酒酵母：啤酒酵母（二）种的概念在微生物中，种的定义是很难下的。至今还找不在微生物中，种的定义是很难下的。至今还找不在微生物中，种的定义是很难下的。至今还找不在微生物中，种的定义是很难下的。至今还找不到一个公认的、明确的种的定义。到一个公认的、明确的种的定义。到一个公认的、明确的种的定义。到一个公认的、明确的种的定义。种的定义种的定义种的定义种的定义：是一个基本分
6、类单元，是一大群表型：是一个基本分类单元，是一大群表型：是一个基本分类单元，是一大群表型：是一个基本分类单元，是一大群表型特征高度相似、亲缘关系极其接近、与同属内的特征高度相似、亲缘关系极其接近、与同属内的特征高度相似、亲缘关系极其接近、与同属内的特征高度相似、亲缘关系极其接近、与同属内的其他物种有着明显差异的一大群菌株的总称。其他物种有着明显差异的一大群菌株的总称。其他物种有着明显差异的一大群菌株的总称。其他物种有着明显差异的一大群菌株的总称。新种新种新种新种（species novaspecies nova，sp.sp.novnov或或或或novnov sp.sp.）：）：）：）：是指权是
7、指权是指权是指权威性的分类、鉴定手册中从未记载过的一种新分威性的分类、鉴定手册中从未记载过的一种新分威性的分类、鉴定手册中从未记载过的一种新分威性的分类、鉴定手册中从未记载过的一种新分离并鉴定过的微生物。离并鉴定过的微生物。离并鉴定过的微生物。离并鉴定过的微生物。如北京棒杆菌如北京棒杆菌如北京棒杆菌如北京棒杆菌AS 1.299AS 1.299，新种（新种（新种（新种（CorynebacteriumCorynebacterium pekinensepekinense sp.novsp.nov AS 1.299 AS 1.299）（三）种的分类地位举例二 学名名称：地区性的俗名、学名。如：红色面包
8、霉粗糙脉孢霉 绿脓杆菌铜绿假单胞菌学名是按“国际命名法规：进行命名并受国际学术界公认的通用正式名称。学名是用拉丁词或拉丁化的词组成的。在出版物中，学名应排斜体字。学名的表示方法分双名法与三名法两种。（一）双名法 学名学名 =属名属名+种名加词种名加词+（首次定名人）（首次定名人）+现名定名人）现名定名人）+现名定名年份现名定名年份 排斜体字排斜体字 排正体字（一般省略）排正体字（一般省略）属名属名：拉丁文的名词或用作名词的形容词，单数，首字母大，：拉丁文的名词或用作名词的形容词，单数，首字母大，表示微生物的主要特征，由微生物构造，形状或由科学家命名。表示微生物的主要特征，由微生物构造，形状或由
9、科学家命名。种名种名：拉丁文形容词，字首小写，为微生物次要特征，如微生：拉丁文形容词，字首小写，为微生物次要特征，如微生物色素、形状、来源或科学家姓名等。物色素、形状、来源或科学家姓名等。例例1 1：大肠埃希氏菌：大肠埃希氏菌 （大肠杆菌）（大肠杆菌）Escherichia coliEscherichia coli（MigulaMigula）CastellaniCastellani et Chalmers 1919 et Chalmers 1919例例2 2：枯草芽孢杆菌（简称枯草杆菌）：枯草芽孢杆菌（简称枯草杆菌）Bacillus Bacillus subtilissubtilis （Ehr
10、enbergEhrenberg）Cohn 1872Cohn 1872（二）三名法当某种微生物是一个亚种（subspecies，简称“subsp”）或变种（variety，简称“var”，）时，学名应三名法拼写。学名=属名+种名加词+符号subsp或var+亚种和变种的加词 排斜体 排正体（可省略）排斜体（不可省略）例：苏云金芽孢杆菌蜡螟亚种 Bacillus thuringiensis subsp galleria(四四)有关学名的其他知识有关学名的其他知识1 1、属名、属名 表示该微生物主要特征的名词或形容词，单数，第一个字母应大写。词源可来自拉丁词、希腊词 例 Bacillus（芽孢杆菌属
11、）可缩写成“B.”或“Bac.2 2种名加词种名加词又称种加词，它代表一个物种的次要特征。种名加词也由拉丁词、希腊词或拉丁化的外来词所组成，字首一律小写。Staphylococcus aureus(金黄色葡萄球菌)“Bacillus sp.”为一种芽孢杆菌“Bacillus spp.”译为 若干种芽孢杆菌3.学名的发音按规定：拉丁字母发音事实上：英、美语种发音三、亚种以下的几个分类名词三、亚种以下的几个分类名词1.1.1.1.亚种亚种（subspecies,subsp,sspsubspecies,subsp,ssp.）一般指除某一明显而稳定的特征外，其余鉴定特征都与模式种相同的种。2.2.2.
12、2.变种变种（variety,varvariety,var）是亚种的同义词，故在国际细菌命名法规中已不在主张再用这一词。3.3.3.3.型型（form)form)：若干变异型的后缀，如生物：若干变异型的后缀，如生物变异型，形态变异型，致死变异型，噬菌变异型，形态变异型，致死变异型，噬菌变异型，血清变异型。变异型，血清变异型。禽流感病毒 照片中的蓝色部分就是H5N1禽流感病毒，下面的红色部分则是健康人体细胞，照片显示H5N1正在攻击健康的细胞。H和N都是指病毒的糖蛋白（蛋白质），一种糖蛋白叫血凝素（HA），另一种叫神经氨酸酶（NA）。这两种糖蛋白容易发生变异。根据糖蛋白变异的情况，HA分为H1H
13、15十五个不同的型别，NA分为N1N9九个不同的型别。其中H5与H7为高致病亚型。4.菌株（strain）菌株菌株菌株菌株：又称品系，表示由一个独立分离的单细胞：又称品系，表示由一个独立分离的单细胞：又称品系，表示由一个独立分离的单细胞：又称品系，表示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（或单个病毒粒）繁殖而成的纯遗传型群体及其一（或单个病毒粒）繁殖而成的纯遗传型群体及其一（或单个病毒粒）繁殖而成的纯遗传型群体及其一切后代。切后代。切后代。切后代。菌株菌株菌株菌株=纯培养物纯培养物纯培养物纯培养物=纯分离物纯分离物纯分离物纯分离物 菌株菌株菌株菌株=克隆克隆克隆克
14、隆菌株的名称，可随意确定，一般可用字母加编号表菌株的名称，可随意确定，一般可用字母加编号表菌株的名称，可随意确定，一般可用字母加编号表菌株的名称，可随意确定，一般可用字母加编号表示，字母多表示实验室、产地或特征等的名称，编示，字母多表示实验室、产地或特征等的名称，编示，字母多表示实验室、产地或特征等的名称，编示，字母多表示实验室、产地或特征等的名称，编号表示序号等数字。号表示序号等数字。号表示序号等数字。号表示序号等数字。例如：大肠埃希氏菌的两个菌株例如：大肠埃希氏菌的两个菌株例如：大肠埃希氏菌的两个菌株例如：大肠埃希氏菌的两个菌株 E.coliE.coliE.coliE.coli K12 K
15、12 K12 K12 基因组已于基因组已于基因组已于基因组已于1997199719971997年发表年发表年发表年发表 E.coliE.coliE.coliE.coli O-157 O-157 O-157 O-157：H7 H7 H7 H7 基因组已于基因组已于基因组已于基因组已于2001200120012001年发表年发表年发表年发表问题？菌株、菌落、菌苔、斜面、菌种、克隆、分泌物或纯培养物等各名词之间的联系及其区别？第二节 微生物在生物界的地位一、生物的界级分类学说 对生物究竟应分几界的问题，在人类发展的历史上存在着一个由浅入深、由简至繁、由低级至高级、由个体至分子水平的认识过程。一、生物
16、的界级分类学说1.1.两界系统：动物界和植物界两界系统：动物界和植物界2.2.三界系统：动物界、植物界和原生生物界三界系统：动物界、植物界和原生生物界3.3.四界系统：动物界、植物界、原生生物界（原生四界系统：动物界、植物界、原生生物界（原生 动物、真动物、真菌、部分藻类）和菌界（细菌和蓝细菌）菌、部分藻类）和菌界（细菌和蓝细菌）4.4.五界系统：动物界、植物界、原生生物界（原生动物、单细五界系统：动物界、植物界、原生生物界（原生动物、单细胞藻类和粘细菌）、真菌界和原核生物界（细菌和蓝细菌）胞藻类和粘细菌）、真菌界和原核生物界（细菌和蓝细菌）5.5.六界系统：后生动物界、后生植物界、真菌界、原
17、生生物界六界系统：后生动物界、后生植物界、真菌界、原生生物界（原生动物、单细胞藻类和粘细菌）、原核生物界（细菌和（原生动物、单细胞藻类和粘细菌）、原核生物界（细菌和蓝细菌）和病毒界蓝细菌）和病毒界瑞典瑞典Carl von linne Hogg Copeland R.H.Whittaker Jahn C.R.Woese传统的、为多数学者所接受的是1969年魏塔克（R.H.Whittaker）在Science上提出的五界学说，它以纵向显示从原核生物到真核单细胞生物再到真核多细胞生物的三大进化过程。6.三总界五界系统 我国学者陈世骧等我国学者陈世骧等(1979(1979年）提出三总界和五界：年）提出
18、三总界和五界：.非细胞总界非细胞总界 .原核总界原核总界 1.1.细菌界细菌界 2.2.蓝细菌界蓝细菌界 .真核总界真核总界 3.3.植物界植物界 4.4.真菌界真菌界 5.5.动物界动物界二、三域学说（Tree Domains Theory）依据：依据：2020世纪世纪7070年代末，美国伊利诺斯大学的年代末，美国伊利诺斯大学的C.R.WoeseC.R.Woese等人对大量微生物和其他生物进行等人对大量微生物和其他生物进行16S16S和和18SrRNA18SrRNA的寡核苷酸测序，并比较其同源性水平后，的寡核苷酸测序，并比较其同源性水平后，提出了三域学说。提出了三域学说。“域域”是一个比界更
19、高的界级分类单元，也称是一个比界更高的界级分类单元，也称原界。原界。三域学说已获国际学术界的基本肯定。近年来，三域学说已获国际学术界的基本肯定。近年来，遇到一些挑战，是因微生物全基因组测序之故。遇到一些挑战，是因微生物全基因组测序之故。利用16SrRNA建立分子进化树的美国科学家 Carl Woese 三域学说的建立三域包括：（1）古生细菌域（Archaebacteria)，包括产甲烷细菌、极端嗜盐菌和嗜热嗜酸菌；（2）真细菌域域（Eubacteria)，包括蓝细菌和各种除古细菌以外的其它原核生物；（3）真核生物域域（Eucaryotes），包括原生生物、真菌、动物和植物。三域学说理论：小细胞
20、（公共远祖）细菌古生菌先、后吞噬朊细菌和蓝细菌内共生真核生物线粒体和叶绿体古生菌现今一切生物第三节 微生物的分类系统纲要一、Bergey氏原核分类系统纲要1.伯杰氏系统细菌学手册(Bergeys Manual of Determinative Bacteriology)简介 美国宾夕法尼亚大学的细菌学教授伯杰(D.Bergey)(1860-1937)古生菌域：208种 原核生物包括 细菌域：4727种（2000年）伯杰氏手册伯杰氏手册是国际学术界的权威学者集体修是国际学术界的权威学者集体修订的，订的，2020余国的余国的300300多位专家编写。先后出版了多位专家编写。先后出版了1111个版本
21、，成了各国微生物分类学界公认的一本经个版本，成了各国微生物分类学界公认的一本经典佳作，有人称他为细菌分类学的典佳作，有人称他为细菌分类学的“圣经圣经”。所以它的近代版本反映了出版年代细菌分类学的最新成果，因而逐渐确立了在国际上对细菌进行全面分类的权威地位。伯杰氏手册伯杰氏手册是目前进行细菌分类、鉴定的最重要依据，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。2.系统手册提要 分5卷出版。古生菌界：古生菌界：2 2门、门、5 5组、组、8 8纲、纲、1111目、目、1717科和科和6363属属 （208208种）种）原核生物原核生物 细菌界：细菌界：1616门、
22、门、2626组、组、2727纲、纲、6262目、目、163163科和科和813813属属 （47274727种）种）二、Ainsworth的菌物分类系统纲要 真菌界分类系统很多，各国采用不同的系统，比较混乱。近年来为较多人接受的是Ainsworth的纲要。安.贝氏菌物词典1995年第八版，目前得到学术界广泛采用。粘菌门粘菌门 鞭毛菌亚门鞭毛菌亚门 接合菌亚门接合菌亚门 真菌门真菌门 子囊菌亚门子囊菌亚门 担子菌亚门担子菌亚门 半知菌亚门半知菌亚门弧菌纲丝壶菌纲卵菌纲接合菌纲毛菌纲层菌纲腹菌纲锈菌纲黑粉菌纲腔孢菌纲丝孢菌纲菌物界第四节 微生物分类鉴定的方法分类鉴定方法分成分类鉴定方法分成4 4个
23、水平：个水平：1.1.细胞的形态和习性水平细胞的形态和习性水平，用经典的研究方法，观察，用经典的研究方法，观察微生物的形态特征、运动性、酶反应、营养要求、微生物的形态特征、运动性、酶反应、营养要求、生长条件、代谢特征、致病性、抗原性和生态学特生长条件、代谢特征、致病性、抗原性和生态学特征等。征等。2.2.细胞组分水平细胞组分水平，包括细胞壁、脂类、醌类和光合色，包括细胞壁、脂类、醌类和光合色素等成分的分析。素等成分的分析。3.3.蛋白质水平蛋白质水平，包括氨基酸序列分析、凝胶电泳和各，包括氨基酸序列分析、凝胶电泳和各种免疫标记技术等。种免疫标记技术等。4.4.核酸水平核酸水平：G+CmolG+
24、Cmol%值的测定，核酸分子杂交，值的测定，核酸分子杂交，16S16S或或18S 18S rRNArRNA寡核苷酸序列分析，重要基因序列分析寡核苷酸序列分析，重要基因序列分析和全基因组测序等。和全基因组测序等。一、经典方法菌种鉴定的工作步骤3项：1.1.获得该微生物的纯培养物；2.2.测定鉴定指标；3.3.查找权威性的菌种鉴定手册。二、现代方法1.DNA碱基比例的测定（一）通过核酸分析鉴定微生物遗传型（G+C）mol%=G+CA+T+G+C 100%GC比具有3个特点：亲缘关系相近的种，两者的亲缘关系相近的种，两者的GCGC比也接近比也接近；反之，反之，GCGC比相比相近的两个种，它们的亲缘关
25、系则不一定都很相近。近的两个种，它们的亲缘关系则不一定都很相近。如链霉菌属中的如链霉菌属中的500500余个种的余个种的GCGC比在比在65%-74%65%-74%的范围。的范围。如酿酒酵母、枯草杆菌和人的如酿酒酵母、枯草杆菌和人的GCGC比十分接近。比十分接近。GCGC比差距很大的两种微生物，它们的亲缘关系必然较远。比差距很大的两种微生物，它们的亲缘关系必然较远。牛型放线菌（牛型放线菌（63%63%）、大肠杆菌（）、大肠杆菌（51%51%）和鼻疽诺卡氏菌）和鼻疽诺卡氏菌（71%71%）GCGC比相差低于比相差低于2%2%时，没有分类学上的意义；种内各菌株时，没有分类学上的意义；种内各菌株间差
26、别在间差别在2.5%-4.0%2.5%-4.0%间；若相差在间；若相差在5%5%以上时，就可以认为以上时，就可以认为属于不同的种了；假如差距超过属于不同的种了；假如差距超过10%10%，一般就可以认为是，一般就可以认为是不同的属了。不同的属了。螺菌属（螺菌属（38%-66%38%-66%）螺菌属（螺菌属（38%38%）、海洋螺菌属）、海洋螺菌属（42%-51%42%-51%）、水生螺菌属（）、水生螺菌属（49%-66%49%-66%）各大类生物GC比的范围不同，有的很宽，有的很窄。每个生物种都有特定的GC%范围，因此后者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
27、更适合于细菌的分类鉴定。在疑难菌株鉴定、新种命名、建立一个新的分类单位时，G+C含量是一项重要的，必不可少的鉴定指标。G+C含量的比较主要用于分类鉴定中的否定否定其分类学意义主要是作为建立新分类单元的一项基本特征和把那些G+C含量差别大的种类排除出某一分类单元。2.核酸分子杂交法 是测定核酸分子同源程度和不同物种间亲缘关系的有效手段。有DNA-DNA、DNA-rRNA、rRNA-rRNA分子间的杂交。不同生物DNA碱基排列顺序的异同直接反映生物之间亲缘关系的远近，碱基排列顺序差异越小，它们之间的亲缘关系就越近，反之亦然。核酸分子杂交(hybridization)间接比较不同微生物DNA碱基排列
28、顺序的相似性a）DNA-DNA杂交；（亲缘关系相对近的微生物之间的亲缘关系比较）b）DNA-rRNA杂交；（亲缘关系相对远的微生物之间的亲缘关系比较）c）核酸探针；（利用特异性的探针，用于细菌等的快速鉴定）DNA-DNA杂交同源性60%为同种 70%同一亚种 20-60%为同一属3、rRNA寡核苷酸编目分析在约38亿年漫长的生物进化历史中，由于rRNA始终执行着相同的生理功能，因此其核苷酸序列的变化要比DNA中的变化漫的多和保守的多。rRNA是细胞中的“活化石。原核生物：23s、16s、5s 真核生物：28s、18s、5.8s 16s或18s用作系统分类：（提出三域学说）生理功能重要又恒定、含
29、量高易提取、核苷酸序列保守、分子质量适中、信息量大易于分析16S、18S RNA大肠杆菌酿酒酵母甲烷球菌3.微生物全基因组序列测定 1995年首次报道流感嗜血杆菌的基因组图谱。至今正式公布的有53种（2001.8.15）。（二）细胞化学成分用作鉴定指标1.1.细胞壁的化学成分：依据肽聚糖分子中肽尾第三位氨基酸的种类、肽桥的结构以及与邻近肽尾交联的位置来分类。2.2.全细胞水解液的糖型：用于放线菌的分类。3.3.磷酸类脂成分的分析：用于鉴别属的指标。4.4.气相色谱技术：分析脂肪酸核醇类成分（三）数值分类法（统计分类法）依据数值分析的原理,借助计算机技术对大量的表型性状的相似性程度统计、归类。待研究的菌株与典型菌株进行比较要求用50-100个特征进行比较，所用特征越多，所得结果就越精确。可比特征：形态、生理、生化、遗传、生态和免疫学等特征。