微生物分类和鉴定

第十章微生物的分类和鉴定分类是认识客观事物的一种基本方法。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：分类、鉴定、名(分类学的具体任务)微生物的分类分类：根据一定的原则(表型特征相似性或系统发育相关性)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。(根据现有数据建立系统的过程)鉴定：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。(根据现有系统确定未知微生物分类归属的过程)命名：是根据命名法规，给每一个分类群一个专有的名称。(分类系统建立过程中的步骤之一)一、分类单元及其等级界门纲目科属种常用的微生物分类学术语：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)：表示任何由一个独立分离的单细胞（或单个病毒颗粒）繁殖而成的纯遗传型群体及其一切后代。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；菌株是微生物分类和研究工作中最基础的操作实体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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。菌株与型的区别：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：一大群表型特征高度相似、亲缘关系极其接近、与同属内的其他物种有明显差异的菌株群。4）种（species）：物种，生物分类中基本的分类单元和分类等级。在微生物中，一个种只能用该种内的一个典型菌株作具体的代表，该典型菌株就是该种的模式种。5）亚种（subspecies）：是进一步细分种时所用的概念。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。6）新种（speciesnova）：指权威性的分类、鉴定手册中从未记载过的一种新分离并鉴定过的微生物。7）模式菌株（typestrain）：一个微生物种的具体的活培养物，是由一个被指定为命名的模式菌株传代而来，理应与原初的描述完全一致的纯培养物。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二、微生物的命名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）；模式菌株应送菌种保藏机构保藏，以便备查考和索取。细菌分类三、常用微生物分类鉴定的方法微生物分类鉴定方法细胞的形态和习性水平细胞组分水平蛋白质水平核酸水平从不同层次(生态的、群体的、细胞的、分子的)，用不同学科(生态学、化学、物理学、遗传学、免疫学、分子生物学等)的技术方法来研究和比较不同微生物的群体、细胞、细胞组分或代谢产物的区别，从中发现的反映微生物类群特征的资料。在现代微生物分类中，任何能稳定地反映微生物种类特征的资料，都有分类学意义，都可以作为分类鉴定的依据。（一）形态学特征细胞形态及其染色特性、菌落特征、特殊的细胞结构、运动性、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；（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营养类型、酶、代谢产物等；生长温度、与氧、pH、渗透压的关系；宿主种类、与宿主的关系；免疫特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（三）核酸的碱基组成和分子杂交特点：与形态及生理生化特性的比较不同，对DNA的碱基组成的比较和进行核酸分子杂交是直接比较不同微生物之间基因组的差异，因此结果更加可信。1、DNA的碱基组成(G+Cmol%)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。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，简称GC比。1）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，因此更适合于细菌的分类鉴定。2）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缘关系。3）使用原则：G+C含量的比较主要用于分类鉴定中的否定每一种生物都有一定的碱基组成，亲缘关系近的生物，它们应该具有相似的G+C含量，若不同生物之间G+C含量差别大表明它们关系远。但具有相似G+C含量的生物并不一定表明它们之间具有近的亲缘关系。同一个种内的不同菌株G+C含量差别应在4～5%以下；同属不同种的差别应低于10～15%；G+C含量已经作为建立新的微生物分类单元的一项基本特征，它对于种、属甚至科的分类鉴定有重要意义。若二个在形态及生理生化特性方面及其相似的菌株，如果其G+C含量的差别大于5%，则肯定不是同一个种，大于15%则肯定不是同一个属。80年代以前螺菌属(Spirillum)不同种的G+C含量范围宽达38～66%，后来“伯杰氏手册”(1984)结合其他特征已将其分成三个属：螺菌属、海洋螺菌属(Oceanospirillum)和水螺菌属(Aquaspirillum),它们G+C含量分别为38%、42～51%和49～66%；过去根据形态学特征曾认为微球菌属(Micrococcus)和葡萄球菌属(Staphylococcus)是关系很近的两个属，因而长期放在一个科内，由于G+C含量的差异(分别为30～38%和64～75%)表明它们亲缘关系相当远，现在根据16SrRNA序列资料已进行新的调整。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。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。G+C含量的比较主要用于分类鉴定中的否定2、核酸的分子杂交不同生物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。直接分析比较DNA的碱基排列顺序------由于技术上的困难目前尚难以普遍地进行；核酸分子杂交(hybridization)间接比较不同微生物DNA碱基排列顺序的相似性3．电子杂交随着微生物基因信息，特别是全基因组完全测序的不断增加，我们可以通过各种计算机软件对不同物种的遗传信息进行直接比较，从而分析不同微生物间的亲缘关系。四、伯杰氏手册《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。从20世纪80年代末期，该手册改名为：《伯杰氏系统细菌学手册》(Bergey’sManualofSystematicBacteriology)1957年第七版后，由于越来越广泛地吸收了国际上细菌分类学家参加编写(如1974年第八版，撰稿人多达130多位，涉及15个国家；现行版本撰稿人多达300多人，涉及近20个国家)，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。