微生物的分类、鉴定及命名

第十章微生物的分类、鉴定及命名本章内容提要1生物界的分类2微生物的分类学3分类单元和分类名词4微生物的命名5进化指针的选择6微生物分类鉴定的特征和技术7微生物的分类系统教学提示：*重点掌握各分类单元名称、微生物命名原则*了解微生物的进化地位和分类系统。*难点是分类学的名词术语和常见常用微生物的拉丁文学名，但又是必须掌握的。要求掌握的较重要的常见常用微生物共约30个学名，希望同学们认真领会、记忆，这是回避不了的，是《微生物学》学习的基本功。1、生物界的分类地球上的物种估计大约有200万种，其中微生物超过10万种，而且其数目还在不断增加。（因已知微生物仅10%，已开发利用的是已知的1%。）在生物进化历史过程中演化形成生物种类和种群的多样性。生物分类就是通过研究生物的系统发育及其进化历史，揭示各类生物的多样性及其系统发生关系，编制分类系统，还原生物的自然历史位置。高等动植物分类化石资料、形态学、比较胚胎学较正确反映其系统发育微生物分类的难题：绝大部分微生物个体小、形态简单、易受环境影响而变异、缺少有性繁殖过程、缺乏化石资料。生物分类的二种基本原则：a）根据表型特征(phenotype)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。•生物的界级分类学说：在认识发展过程的不同阶段存在对生物分类的不同观点。•如：二界系统、三界系统、四界系统、五界系统、六界系统和三原界系统直至三域学说.生物的界级分类学说•三原界系统是1978年由R.H.Whittaker和L.Margulis提出的。所有生物存在一个共同祖先，由它分三条进化路线，就形成了三个原界：古细菌（Archaebacteria）原界、真细菌(Eubacteria)原界、真核生物(Eucaryotes)原界.内共生学说——主要是L.Margulis的贡献.L.Margulis的真核细胞共生起源假说三原界系统利用16SrRNA建立分子进化树的美国科学家CarlWoese16SrRNA——分子计时器（molecularchronometers）或分子尺、或进化钟（evolutionaryclock）三域学说的建立三域学说(threedomainstheory)及其生物进化谱系树三域:细菌域(Bacteria)古生菌域(Archaea)真核生物域(Eukarya)人类对微生物的认识水平是生物界级分类的核心微生物的进化地位：通过放射性元素的计时技术，测得地球年龄约有45-46亿年。从最古老的微生物化石叠层岩中发现，类似细菌的生物在约35亿年前就已出现，此时地球开始由化学进化转入到生物进化阶段（此时为单极生态系，最早出现的生命形态主要是古生菌）；发现蓝细菌类原核生物是在21亿年前,此时已进化到双极生态系统，并且地球大气开始由无氧变成有氧，并且开始有了阻挡紫外线的臭氧层，之后出现真核微生物；大约6亿年前，水圈中出现了后生动物（摄食消费者），至此已形成了三极生态系；之后出现由“鱼—陆生生物—两栖类—爬行类”的进化趋势，人类诞生至今不过300万年。有人认为，如果把地球年龄比喻为一年的话，则微生物诞生的时间是在3月20日左右，人类出现的时间是12月31日下午7时左右，所以可以毫不夸张地说，微生物是一切生物（包括人类）的“老前辈”。2、微生物分类学经典分类学：按微生物表型特征分类微生物系统学：按亲缘关系和进化规律分类表型特征：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的基因型特征（如16SrRNA)，探讨微生物进化地位、系统发育关系并进行分类鉴定。★微生物分类学的三个任务：分类、鉴定及命名☆分类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。☆鉴定是确定一个新的分离物属于已经确认的哪个分类类群的过程。☆命名是根据国际命名法规给每一微生物类群及种类以科学的名称。以啤酒酵母为例，它在分类学上的地位是：界(Kindom)：真菌界门(Phyllum)：真菌门纲(Class)：子囊菌纲目(Order)：内孢霉目科(Family)：内孢霉科属(Genus)：酵母属种(Species)：啤酒酵母3、微生物的分类单元和分类学名词界、门、纲、目、科、属、种——七级单元种是最基本的分类单元每一分类单元后可有若干辅助单元，如亚门、亚纲、亚目、亚科等种（species）：是一个基本分类单位；是一大群表型特征高度相似、亲缘关系极其接近，与同属内其他种有明显差别的一大群菌株的总称。菌株（strain）:表示任何由一个独立分离的单细胞繁殖而成的纯种群体及其一切后代（起源于共同祖先并保持祖先特性的一组纯种后代群）。因此，一种微生物的每一不同来源的纯培养物均可称为该菌种的一个菌株。菌株强调的是遗传型纯的谱系.以大肠埃希氏杆菌的2个菌株为例：EscherichiacoliK12和Escherichiacoli○-157:H7★“菌株”的数量是无限的；“种”的数量应该是有限的。★菌株名称表示法：紧随学名后，可随意命名。种是分类学上的基本单位，菌株是实际应用中的基本单位，因为同一菌种的不同菌株在产酶等代谢物的种类或产量上会有很大的不同和差别！模式种：在微生物中，一个种只能用该种内的一个典型菌株（typestrain）当其具体代表，此即该种的模式种（typespecies）。例如：两歧双歧杆菌的大量菌株中，只有“ATCC29521”菌株才是模式种亚种(subspecies）或变种(variety)：——种内细分时所用单元。当某一个种内的某一菌株存在少数明显而稳定的变异特征与模式种不同，而此差异又不足以当作命名新种的依据时，可以将这些菌株细分成小的分类单元——亚种。变种是亚种的同义词，因“变种”一词易引起词义上的混淆，从1976年后，已废除使用变种一词。如：E.colik12（野生型）培养时是不需要添加氨基酸的，而实验室变异后，可从k12菌株获得某种氨基酸的缺陷型菌株，此即E.colik12的一个亚种。型(form):亚种以下的细分，仅作若干变异型的后缀使用.当同种或同亚种内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：按抗原特征的差异分为不同的血清型；另有形态变异型、致病变异型等纯培养(物):在微生物学中,在人为规定的条件下培养、繁殖得到的微生物群体称作培养物（culture）,只有一种微生物的培养物称作纯培养物（pureculture）.在实际工作中，纯培养常以试管斜面或试管液体形式存在.上述名词中，菌株、亚种、变种、型、纯培养(物）等都不具有分类学地位，只有种及其以上的分类单元才具有正式分类学地位。学名——微生物的科学名称，是按照“国际命名法规”进行命名并受到国际学术界公认的通用名称。学名由拉丁词或拉丁化的外来词组成。学名的命名主要用双名法，少数情况下用三名法。①双名法：学名=属名+种加词+（首次定名人）+现定名人+定名年份属名：表示微生物的主要特征，首字母大写。由微生物构造、形态或科学家姓氏等词经拉丁化后而成。种加词：表示微生物次要特征，首字母小写。可由微生物产的色素或其形状、来源或科学家姓名等词拉丁化而成。4、微生物的命名必要，需用斜体表示可省略.用正体表示微生物的名字有俗名和学名两种。如：红色面包霉——粗糙脉孢霉绿脓杆菌——铜绿假单胞菌例：大肠埃希氏杆菌Escherichiacoli（Migula）CastellanietChalmers1919金黄色葡萄球菌StaphylococcusaureusRosenbach1884枯草芽孢杆菌Bacillussubtilis关于微生物的新种——新分离到并鉴定过的、从未记载过的微生物•新种命名：按《国际命名法规》进行命名，并在规定的学术刊物上发表，而且应在其学名后附上“sp.nov”符号。例如：Corynebacteriumpekinensesp.novAS1.299•当泛指某一属微生物而不特指该属中某一具体种时，或者还未确定种名时，可在属名后加sp.或ssp.（分别代表species缩写的单数和复数形式）（用正体字打印）表示.例如：•Saccharomycessp.表示酿酒酵母属中的一(某)个种。Saccharomycesspp.表示酿酒酵母属中的一(某)些种。◆菌株名称——在种名后面自行加上数字、地名或符号等，如：BacillussubtilisAS1.389AS=AcademiaSinicaBacillussubtilisBF7658BF=北纺ClostridiumacetobutylicumATCC824丙酮丁醇梭菌ATCC＝AmericanTypeCultureCollection美国模式菌种保藏中心◆当文章中前面已出现过某学名后面再出现时，可将后出现的属名简写成1-3个字母。如：BacillussubtilisAS1.398B.subtilisBF7658Bac.brevis——短芽孢杆菌•EscherichiacoliB大肠杆菌B株•BacillussubtilisAS1.398枯草芽孢杆菌AS1.398菌株AS1.***AcademiaSinica（中科院）对细菌类的编号AS2.***酵母类AS3.***霉菌类AS4.***放线菌类•例：S.cerevisiae的常用菌株有：AS2.173一株葡萄酒酵母AS2.375一株面包酵母AS2.393一株酒精酵母AS2.14一株啤酒酵母AS2.4另一株啤酒酵母AS2.346一株果酒酵母②三名法：用于对亚种的命名，这时在属名和种名后加写一个subsp(排正体），然后再附上亚种名称（排斜体）。如：Bacillusthuringiensis（subsp）galleria苏云金芽孢杆菌腊螟亚种形态结构、生理生化、少量的化石资料、行为习性，等等表型特征：5、进化指征的选择:b）形态特征在不同类群中进化速度差异很大，仅根据形态推断进化关系往往不准确；缺点：a）由于微生物可利用的形态特征少，很难把所有生物放在同一水平上进行比较；蛋白质、RNA和DNA序列进化变化的显著特点是进化速率相对恒定，也就是说，分子序列进化的改变量(氨基酸或核苷酸替换数或替换百分率)与分子进化的时间成正比。生物大分子作为进化标尺依据a）在两群生物中，如果同一种分子的序列差异很大时，——进化距离远，进化过程中很早就分支了。b）如果两群生物同一来源的大分子的序列基本相同或相似性很大，——处在同一进化水平上。大量的资料表明：功能重要的大分子、或者大分子中功能重要的区域，比功能不重要的分子或分子区域进化变化速度低。RNA作为进化的指征16SrRNA被普遍公认为是一把好的谱系分析的“分子尺”或“分子计时器”：1）rRNA具有重要且恒定的生理功能；2）在16SrRNA分子中，既含有高度保守的序列区域，又有中度保守和高度变化的序列区域，因而它适用于进化距离不同的各类生物亲缘关系的研究；3）16SrRNA分子量大小适中，便于序列分析；4）rRNA在细胞中含量大(约占细胞中RNA的90%)，也易于提取；5）16SrRNA普遍存在于真核生物和原核生物中(真核生物中其同源分子是18SrRNA)。因此它可以作为测量各类生物进化的工具。Eubacteria（真细菌界）Archaebacteria（古细菌界）Eukarya（真核生物界）CarlWoese利用16SrRNA建立分子进化树微生物（病毒）细菌（Bacteria）古生菌（Archaea）真菌（酵母、霉菌、蕈菌等）、单细胞藻类、原生动物等非细胞型细胞型原核微生物真核微生物（Eukarya）古生菌在进化谱系上与真细菌及真核生物相互并列，且与后者关系更近，而其细胞构造却与真细菌较为接近，同属于原核生物。三域学说受到的挑战：随着微生物的全基因组序列分析研究的深入，一些学者对Woese的学说提出了了质疑：1）16SrRNA或18SrRNA的分子进化很难代表整个基因组的分子进化；2）已知许多真核生物的基因组和其表达的功能蛋白不象