關于微生物的分類第一頁，共七十三頁，2022年，8月28日第一節

微生物的分類單元一、種以上的分類單元界、門、綱、目、科、屬、種二、種的概念及命名

微生物的種是一個基本分類單元，它是一大群表型特征高度相似、親緣關系極其接近、與同屬內的其他物種有著明顯差異的一大群菌株的總稱。在微生物中，一個種只能用該種內的一個典型菌株當作它的具體代表，此菌株維該種的模式種。第二頁，共七十三頁，2022年，8月28日微生物種的學名表示方法有雙名法和三名法1、雙名法屬名＋種名加詞＋（首次定名人）＋現名定名人＋現名定名年份大腸埃希氏菌

Escherichiacoli(Migula)CastellanietChalmers19192、三名法屬名＋種名加詞＋符號subsp或var＋亞種或變種的加詞蘇云金芽孢桿菌蠟螟亞種

Bacillusthuringiensis(subsp)galleria第三頁，共七十三頁，2022年，8月28日三、種以下的分類單元1、亞種：是進一步細分種時所用的單元，一般指除某一明顯而穩定的特征外，其余鑒定特征都與模式種相同的種。2、菌株：它表示任何由一個獨立分離的單細胞（或單個病毒粒）繁殖而成的純遺傳型群體及其一切后代。因此微生物的每一不同來源的純培養物均可稱為某菌種的一個菌株。如：E.coliK12、E.coliO-157:H7等

第四頁，共七十三頁，2022年，8月28日第二節

微生物在自然界的地位一、三域學說及其發展細菌域古生菌域真核生物域細菌、古生菌與真核生物若干重要特征的比較第五頁，共七十三頁，2022年，8月28日第六頁，共七十三頁，2022年，8月28日第三節

各大類微生物的分類系統綱要一、《伯杰氏手冊》簡介

1923年美國出版了一部原核生物分類體系的權威著作，名為《伯杰氏鑒定細菌學手冊》(Bergey’sManualofDeterminativeBacteriology)，此部著作一直再版至今已出版了11個版本，編寫人員由最初的美國學者D.Bergey等人進一步國際化和擴大化。1980年代初起，該手冊組織了國際上20余國的300多位專家，合作編寫了4卷本的新手冊，書名改為《伯杰氏系統細菌學手冊》(Bergey’sManualofSystematicBacteriology)，此書是目前國際上最為流行的實用版本。

第七頁，共七十三頁，2022年，8月28日第三節

微生物分類鑒定的方法一、微生物分類鑒定中的經典方法1、微生物分類鑒定的工作步驟（1）獲得該微生物的純培養物（2）測定一系列必要的鑒定指標（3）查找權威性的菌種鑒定手冊

第八頁，共七十三頁，2022年，8月28日不同的微生物往往有自己不同的重點鑒定指標。如：在鑒定形態特征較豐富、細胞體積較大的真菌等微生物時，常以形態特征為主要指標；在鑒定放線菌和酵母菌時，往往形態特征與生理特征兼用；而在鑒定形態特征較單調的細菌時，須使用較多的生理、生化和遺傳等指標；在鑒定屬于非細胞生物類的病毒時，除使用電子顯微鏡和各種生化、免疫等技術外，還要使用致病性等一些獨特的指標和方法。第九頁，共七十三頁，2022年，8月28日2、經典的鑒定指標形態

個體：細胞、大小、排列、運動性、特殊構造和染色反應等群體：菌落形態，在半固體或液體培養基中的生長狀態營養要求：能源、碳源、氮源、生長因子等酶：產酶種類和反應特性等經典鑒生理、生化反應

代謝產物：種類、產量、顏色和顯色反應等定指標

對藥物的敏感性生態特性：生長溫度、與氧、pH、滲透壓的關系，宿主種類，與宿主關系等生活史，有性生殖情況血清學反應對噬菌體的敏感性其他第十頁，共七十三頁，2022年，8月28日3、國內外常見的自動快速鑒定系統由于致人、畜疾病和植物病害的微生物種類的不斷增加，以及經濟的發展，人們對食品、日化、環境等行業微生物要求的不斷提高，傳統的用單個試驗來鑒定微生物不僅工作量十分浩大，而且對技術熟練度的要求也很高，因此，出現了以數值分類為基礎的鑒定系統，使細菌鑒定簡易化、微量化和快速化。目前，有關細菌鑒定的系統應用得較多的國外的鑒定系統，主要有法國的API；美國的Biolog；Enterotube等。第十一頁，共七十三頁，2022年，8月28日(1)、API（AnalyticProductsInc）鑒定系統由法國生物-梅里埃集團（bio-Merieux）生產，設計了不同的項目與底物組合，ATB是將API鑒定電腦化，該系統有許多種類各有相應的數據庫，可鑒定出不同數目的細菌，鑒定后可根據鑒定的可信度（％id）作出評價：％id≥99.9“最佳的鑒定”excellent％id99.0～99.8

“很好的鑒定”

verygood％id90.0～98.9“好的鑒定”

good％id80.0～89.9“可接受的鑒定”acceptable％id79.9以下

“低分辨率”

lowdiscrimination

第十二頁，共七十三頁，2022年，8月28日

API系統已為國內外微生物學家所公認，并為許多實驗室普遍選用，適用于API系統鑒定的細菌有700多種，由于具有自動、快速、高效的特點，可廣泛應用于醫藥、臨床、獸醫、食品、水質測定、環境保護、藥物生產、發酵、生物工程、動植物檢疫、生態學和土壤學等研究，特別適合于快速、大量的菌株鑒定。第十三頁，共七十三頁，2022年，8月28日第十四頁，共七十三頁，2022年，8月28日第十五頁，共七十三頁，2022年，8月28日由美國的Roche公司生產又稱腸管系統，適合于腸道細菌的鑒定。（2）、“Enterotube”系統第十六頁，共七十三頁，2022年，8月28日（3）、Biolog細菌鑒定系統由美國安普科技中心（ATCUS）生產，可鑒定1千多種微生物。第十七頁，共七十三頁，2022年，8月28日二、微生物分類鑒定中的現代方法1、rRNA測序是一種通過分析原核或真核細胞中最穩定的寡核苷酸序列同源性程度，以確定不同生物間的親緣關系和進化譜系的方法。rRNA測序的優點：（1）它們普遍存在于一切細胞內，不論是原核生物和真核生物，因此可比較它們在進化中的相互關系；（2）它們的生理功能既重要又恒定；（3）在細胞中的含量較高、較易提取；（4）編碼rRNA的基因十分穩定；（5）rRNA的某些核苷酸序列非常保守，雖經30余億年的進化歷程仍能保持其原初狀態；（6）相對分子質量適中。

尤其是16SrRNA和18SrRNA不但核苷酸數適中，而且信息量大、易于分析，故成了理想的研究材料。第十八頁，共七十三頁，2022年，8月28日三、

數值分類法數值分類法是依據數值分析的原理，對生物按表型性狀的相似性程度進行統計、歸類的方法。數值分類的基本步驟為：（1）計算2菌株間的相關系數（2）列出相似度矩陣（3）將矩陣圖轉換成樹狀譜

第十九頁，共七十三頁，2022年，8月28日第二十頁，共七十三頁，2022年，8月28日進行數值分類時，首先明確被分類的單位，如菌株、種、屬等，每一個分類單位被稱為“運算的分類單位”（OperationalTaxonomicUnits，縮寫為OTU）或操作分類單位，在多數情況下，OUT是指菌株。而性狀的選擇，是用于確定數值分類的性狀，包括形態學、生理學、生物化學以及生態學等許多方面的特征。把性狀轉化為計算機所能識別、運算的符號，即為性狀編碼,再根據一定的方法計算各個菌株間的相似值或相似度系數，再對相似值進行聚類，在同一水平的各個OUT總體為一類。因此，事實上，數值分類得到的是表觀群或表元。

第二十一頁，共七十三頁，2022年，8月28日第二十二頁，共七十三頁，2022年，8月28日第二十三頁，共七十三頁，2022年，8月28日第十一章

微生物的進化、系統發育和分類鑒定

第二十四頁，共七十三頁，2022年，8月28日第十一章

微生物的進化、系統發育和分類鑒定

第一節緒論第二節進化的測量指征第三節細菌分類第三節微生物分類鑒定的特征和技術第二十五頁，共七十三頁，2022年，8月28日第一節緒論

地球大約是在45億年前形成的。地質學、古生物學和地球化學直接或間接證據都表明：大約在地球形成10億年之后，我們這個星球開始出現生命，主要是些類似簡單桿狀細菌的原始生物。但在同期的、另外一些被認為是由光合微生物與沉積物形成的片層狀化石——疊層石（stromatolites），它們類似于綠硫細菌和多細胞絲狀細菌，這些原始生命大概都是厭氧型的。含有產氧型光合細菌——藍細菌的層疊石則發現于25-30億年前的地質年代中，藍細菌的出現，給地球帶來了氧氣。而后，各種真核生物才隨之出現。第二十六頁，共七十三頁，2022年，8月28日第一節緒論根據現代生物進化論觀點：所謂進化（evolution）是生物與其生存環境相互作用過程中，其遺傳系統隨時間發生一系列不可逆的改變，在大多數情況下，導致生物表型改變和對生存環境的相對適應。系統發育（phylogeny）就指的是研究各類微生物進化的歷史。第二十七頁，共七十三頁，2022年，8月28日第一節緒論科學家估計有分類紀錄的各類物種大約有150萬，其中微生物超過10萬種，而且其數目還在不斷增加。微生物學工作者要認識、研究和利用微生物或控制有害微生物，必須對它們進行分類（classification）。第二十八頁，共七十三頁，2022年，8月28日第一節緒論對生物進行分類存在兩種基本的、截然不同的分類原則：

一是根據表型(phenetic)特征的相似成都分群歸類，這種表型分類重在應用，不涉及生物進化或不以反映生物親緣關系為目標；第二種分類原則是要按照生物系統發育相關性水平來分群歸類，其目標是探尋各種生物之間的進化關系，建立反映生物系統發育的分類系統。第二十九頁，共七十三頁，2022年，8月28日第一節緒論因此，以進化論為指導思想的分類學(taxonomy)，其目的已經不僅僅是物種的識別和歸類，其主要目標是通過追溯系統發育，推斷進化譜系，這樣的分類學也稱之為生物系統學(syatematics)。第三十頁，共七十三頁，2022年，8月28日第一節緒論分子生物學的發展，使我們不僅可以根據表型特征，而且可以從分子水平上，通過研究和比較微生物乃至整個生物界的基因型特征來探討生物的進化、系統發育和進行分類鑒定。第三十一頁，共七十三頁，2022年，8月28日第二節進化的測量指征20世紀70年代以前，生物類群間的親緣關系主要是根據形態結構、生理生化、行為習性等表型特征以及少量的化石資料來判斷它們之間的親緣關系。直到60—70年代，有識之士才清醒地認識到：僅依靠表型特征無法解決微生物的系統發育問題，必須尋找新的特征作為生物進化的指征。第三十二頁，共七十三頁，2022年，8月28日一、進化指征的選擇

根據形態學特征推斷生物之間的親緣關系存在兩個突出問題：一是由于微生物可利用的形態特征少，很難把所有生物放在同一水平上進行比較；二是形態特征在不同類群眾中進化速度差異很大，僅根據形態推斷進化關系往往不準確。第三十三頁，共七十三頁，2022年，8月28日一、進化指征的選擇20世紀70年代以后研究為生物的系統發育，主要是分析和比較生物大分子的結構特征，特別是蛋白質、RNA和DNA這些反映生物基因組特征的分子序列，作為判斷各類微生物乃至所有生物進化關系的主要特征。

第三十四頁，共七十三頁，2022年，8月28日一、進化指征的選擇為了準確確定各種生物之間的進化關系，還必須挑選恰當的大分子來進行序列研究。在挑選大分子時應注意以下幾點：

①它必須普遍存在于所研究的各個生物類群中。如果我們所研究的是整個生命界的進化，那么所選擇的分子必須在所有生物中存在，這樣才便于分析和比較。

第三十五頁，共七十三頁，2022年，8月28日一、進化指征的選擇

②選擇在各種生物中功能同源的大分子。催化不同反應的酶的氨基酸序列或者具有不同功能核酸的核苷酸序列不能進行比較，因為功能不相關的分子也意味著進化過程中來源不同，對這一類不相關分子進行比較也不期望他們會表現出序列的相似性。所以，大分子進化的研究必須從鑒定大分子的功能開始。第三十六頁，共七十三頁，2022年，8月28日一、進化指征的選擇

③為了鑒定大分子序列的同源位置或同源區，要求所選擇的分子序列必須能嚴格線性排列，以便進行進一步的分析比較。④還應注意根據所比較的各類生物之間的進化距離來選擇適當的分子序列。

第三十七頁，共七十三頁，2022年，8月28日二、rRNA作為進化的指征

大量的實驗研究表明：在眾多的生物大分子中，最適合于揭示各類生物親緣關系的是rRNA,尤其是16SrRNA。16SrRNA所以被普遍公認是一把好的譜系分析的“分子尺”，這是因為：第三十八頁，共七十三頁，2022年，8月28日二、rRNA作為進化的指征

①rRNA參與生物蛋白質的合成過程，其功能是任何生物都必不可少的，而且在生物進化的漫長歷程中，其功能保持不變；

②在16SrRNA分子中，即含有高度保守的序列區域，又有中度保守和高度變化的序列區域，因而它適用于進化距離不同的各類生物親緣關系的研究；第三十九頁，共七十三頁，2022年，8月28日二、rRNA作為進化的指征

③16SrRNA相對分子質量大小適中，便于序列分析；④16SrRNA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）。第四十頁，共七十三頁，2022年，8月28日三、rRNA的順序和進化

rRNA序列測定和分析方法分兩類：寡核苷酸編目法和全序列分析法。

1.

寡核苷酸編目分析法20世紀80年代以前的研究,主要是采用寡核苷酸編目分析法。第四十一頁，共七十三頁，2022年，8月28日三、rRNA的順序和進化

2.

全序列分析法寡核苷酸編目分析法，只獲得了16SrRNA分子的大約30%的序列資料，加上采用的是一種簡單相似性的計算方法，所以其結果有可能出現誤差，應用上受到一定限制。隨著核算序列分析技術的發展，20世紀80年代末又陸續發展了一些rRNA全序列分析方法，其中最常用的是直接序列分析法。這種方法用反轉錄酶和雙脫氧序列分析，可以對未經純化的rRNA抽提物進行直接的序列測定。第四十二頁，共七十三頁，2022年，8月28日

四、系統發育樹

在研究生物進化和系統分類中，常用一種樹狀分枝的圖型來概括各種（類）生物之間的親緣關系，這種樹狀分枝的圖型被稱為系統發育樹（phylogenetictree），簡稱系統樹。通過比較生物大分子序列差異的數值構件的系統樹稱為分子系統樹。圖型中，分枝的末端和分枝的連接點稱為結（node），代表生物類群，分枝末端的結代表仍生存的種類。系統樹可能有時間比例，或者用兩個結之間的分枝長度變化來表示分子序列的差異數值。第四十三頁，共七十三頁，2022年，8月28日五、三界生物的主要特征

根據形態和生理特征把地球上的生物分為動物界和植物界的理論，統治了生物學100多年，20世紀60年代主要根據細胞核的結構把生物分為原核生物和真核生物兩大類。第四十四頁，共七十三頁，2022年，8月28日五、三界生物的主要特征1.生命中的第三種形式將生物分成三界（Kingdom）（后來改稱三個域）：古細菌、真細菌（Eubacteria）和真核生物（Eukaryotes）。1990年，他為了避免把古細菌也看作是細菌的一類，又把三界（域）改稱為Bacteria（細菌）、Archaea(古生菌)和Eukarya（真核生物），并構建了三界（域）生物的系統樹（圖12-3）。第四十五頁，共七十三頁，2022年，8月28日五、三界生物的主要特征

2.三（界）域生物的主要特征三界理論雖然是根據16SrRNA序列的比較提出的，但其他特征的比較研究結果也在一定程度上支持了三界生物的劃分。第四十六頁，共七十三頁，2022年，8月28日第三節細菌分類分類是認識客觀事物的一種基本方法。我們要認識、研究和利用各種微生物資源也必須對他們進行分類。分類學內容涉及三個相互依存又有區別的組成部分：分類、命名和鑒定。

第四十七頁，共七十三頁，2022年，8月28日第三節細菌分類分類（classification）是根據一定的原則（表型特征相似性或系統發育相關性）對微生物進行分群歸類，根據相似性或相關性水平排列成系統，并對各個分類群的特征進行描述，以便考察和對未被分類的微生物進行鑒定；命名（nomenclature）是根據命名法規，給每一個分類群一個專有的名稱；第四十八頁，共七十三頁，2022年，8月28日第三節細菌分類鑒定（identification或determination）則是指借助于現有的微生物分類系統，通過特征測定，確定未知的、新發現的或未明確分類地位的微生物所應歸屬分類群的過程。第四十九頁，共七十三頁，2022年，8月28日第三節細菌分類一.分類單元及其等級

界Kingdom

門Phylum——亞門綱Class——亞綱目Order——亞目科Family——亞科屬Genus

種Species第五十頁，共七十三頁，2022年，8月28日一.分類單元及其等級常用的細菌分類術語培養物（culture),是指一定時間一定空間內微生物的細胞群或生長物。菌株（strain)，從自然界分離得到的任何一種微生物的純培養物都可以稱為微生物的一個菌株；用實驗方法（如通過誘變）所獲得的某一菌株的變異型，也可以稱為一個新的菌株，以便與原來的菌株相區別。第五十一頁，共七十三頁，2022年，8月28日一.分類單元及其等級

型（form或type),常指亞種以下的細分，當同種或同亞種不同菌株之間的性狀差異，不足以分為心的亞種時，可以細分為不同的型。種（species),是生物分類中基本的分類單元和分類等級。第五十二頁，共七十三頁，2022年，8月28日第三節細菌分類二.微生物的命名1.分類單元的命名

⑴屬名屬名用一個單數主格名詞或當作名詞用的形容詞來表示，可以是陽性、陰性或中性，首字母要大寫。⑵種名和其他生物一樣，細菌的種名也用雙名法（binomialnomenclature）命名，即種的學名由屬名和種名加詞兩部分組合而成。⑶亞種名亞種名為三元式組合，即由屬名、種名加詞和亞種名加詞構成。第五十三頁，共七十三頁，2022年，8月28日二.微生物的命名

2.命名模式及其指定如前所述，由于細菌分類單元的劃分缺乏一個易于操作的統一標準，為了減少因采用不同標準界定分類單元所造成的混亂，細菌系統分類也像其他生物分類一樣采用“模式概念”。即根據命名法規要求，正式命名的分類單元應指定一個命名模式（簡稱模式）作為該分類單元命名的依據。第五十四頁，共七十三頁，2022年，8月28日二.微生物的命名

3.新名稱的發表根據細菌命名法規的規定，有效發表新的細菌名稱應在公開發行的刊物上進行，在菌種目錄、會議記錄、會議論文摘要的均不能視為有效發表。此外，若新名稱是在國際系統細菌學雜志（IJSB）以外的其他雜志上發表的，還必須經過新名稱的合格化發表，被認為合格后，在該雜志上定期公布，命名日期即從公布之日算起，否則不算合格發表，也不能取得國際上的承認。發表新名稱時，應在新名稱之后加上所屬新分類等級的縮寫詞，如新目“ord.nov.”、新屬“gen.nov.”、新種“sp.nov.”等。

第五十五頁，共七十三頁，2022年，8月28日第三節細菌分類三、細菌分類和伯杰氏手冊20世紀60年代以前，國際上不少細菌分類學家都曾對細菌進行過全面的分類，提出過一些在當代有影響的細菌分類系統。但70年代以后，對細菌進行全面分類的、影響最大的是《伯杰氏手冊》。所以該書目前已成為對細菌進行分類鑒定的主要參考書。第五十六頁，共七十三頁，2022年，8月28日第四節微生物分類鑒定的特征和技術

鑒于微生物體形微小、結構較簡單等特點，微生物分類和鑒定除了像高等生物那樣，采用傳統的形態學、生理學和生態學特征之外，還必須尋找新的特征作為分類鑒定的依據。在這方面微生物分類學家比動植物分類學家表現了更高的熱情，他們從不同層次（細胞的、分子的）、用不同學科（化學、物理學、遺傳學、免疫學、分子生物學等）的技術方法來研究和比較不同微生物的細胞、細胞組分或代謝產物，從中發現反映微生物類群特征的資料作為微生物分類鑒定的依據。第五十七頁，共七十三頁，2022年，8月28日第四節微生物分類鑒定的特征和技術

一、形態學和生理生化特征1．形態學特征形態學特征始終被用作微生物分類和鑒定的重要依據之一，其中有兩個重要原因：一是它易于觀察和比較，尤其是在真核微生物和具有特殊形態結構的細菌中；二是許多形態學特征依賴于多基因的表達，具有相對的穩定性。因此，形態學特征不僅是微生物鑒定的重要依據，而且也往往是系統發育相關性的一個標志。常用于原核生物分類鑒定的形態學特征第五十八頁，共七十三頁，2022年，8月28日一、形態學和生理生化特征2．生理生化特征

生理生化特征和微生物的酶和調節蛋白質的本質和活性直接相關，酶及蛋白質都是基因的產物。所以，對微生物生理生化特征和比較也是對微生物基因組的間接比較，加上測定生理生化特征比直接分析基因組要容易得多。因此生理生化特征對于微生物的系統分類仍然是有意義的。第五十九頁，共七十三頁，2022年，8月28日第四節微生物分類鑒定的特征和技術

二、血清學試驗與噬菌體分型1．血清學試驗細菌細胞與病毒等都含有蛋白質、脂白蛋、脂多糖等有抗原性的物質，由于不同微生物抗原物質結構不同，賦予它們不同的抗原特征。一種細菌的抗原除了可與它自身的抗體起特異性免疫反應外，若它與其它種類的細菌有共同的抗原組分，它們的抗原抗體之間就會發生交叉反應。第六十頁，共七十三頁，2022年，8月28日二、血清學試驗與噬菌體分型2.噬菌體分型在原核生物中已普遍發現有響應種類的噬菌體.噬菌體對宿主的感染和列解作用具有高度的特異性,即一種噬菌體往往只能感染或裂解某種細菌,甚至只裂解種內的某些菌株.所以,根據噬菌體的宿主范圍可將細菌分為不同的噬菌型和利用噬菌體裂解這樣的特異性進行細菌鑒定.這對于追溯傳染病來源、流行病調查以及病原菌的檢測鑒定有重要意義.第六十一頁，共七十三頁，2022年，8月28日第四節微生物分類鑒定的特征和技術

三、氨基酸的順序和蛋白質的分析

蛋白質是基因的產物,.蛋白質的氨基酸順序直接反映mRNA順序而與編碼基因密切相關.因此,可以通過對某些同源蛋白質氨基酸順序的比較來分析不同生物系統發育關系,序列相似性越高,其親緣關系愈近.因此可以根據蛋白質的氨基酸序列資料構建系統發育樹和進行分類.第六十二頁，共七十三頁，2022年，8月28日第四節微生物分類鑒定的特征和技術

四、核酸的堿基組成和分子雜交

比較DNA和堿基組成和進行核酸分子雜交,是目前通過直接比較基因組進行生物分類最常用的兩種方法.1.DNA的堿基組成[(G+C)%]

第六十三頁，共七十三頁，2022年，8月28日四、核酸的堿基組成和分子雜交DNA分子含有四種堿基：腺嘌呤、鳥胞嘧啶胸腺.DNA的堿基組成和排列順序決定生物的遺傳性狀,所以DNA堿基組成是各種生物的一個穩定特征.它不受年齡和突變因素以外的外界條件的影響,即使個別基因突變,堿基組成也不會發生明顯變化.分類學上,用G+C占全部堿基的物質的量百分數(G+C)%來表示各種生物的DNA堿基組成特征.第六十四頁，共七十三頁，2022年，8月28日四、核酸的堿基組成和分子雜交每一種生物都有一定的堿基組成親緣關系近的生物,它們應該具有相似的G+C含量,若不同的生物之間G+C含量差別大表明它們關系遠.現有數據表明:高等植物的G+C含量范圍大約35%～50%之間;原核生物中G+C含量變化幅度寬達22%～80%;脊椎動物G+C含量約35%～45%之間;原核生物中G+C含量變化幅可達22%～80%這也足以表明原核生物是一個極其多樣性的類群.第六十五頁，共七十三頁，