第二章微生物的形态与分类 第二章微生物的形态与分类 微生物的形态是微生物鉴别和分类的基本依据。本章主要介绍细菌和放线菌等原核微 生物、酵母菌和霉菌等真核微生物以及病毒等非细胞型微生物的形态和分类的基本知识。 2.1微生物在生物界中的地位 在人类发现微生物之前,科学家将一切生物分成两个界线分明的界一一动物界和植物 界。随着人们对微生物认识的逐渐深入,近一百多年来,从两界系统经历过三界系统、四 界系统、五界系统甚至六界系统,最后又有了三原界(或三总界)系统。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,见图 2.1.1,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, 而以横向显示吸收式营养( absorption)、光合营养( photosynthesis)和摄取式营养 Ingestion)这三大进化方向。五界系统包括动物界( Animalia)、植物界( Plantae)、原生 生物界( Protista,包括原生动物、单细胞藻类、粘细菌等)、真菌界( Fungi,包括酵母 菌、霉菌和担子菌等)和原核生物界( Monera,包括细菌、放线菌和蓝细菌等)。我国学者」 王大耜曾在1977年提出在 Whittaker五界系统基础上增设一个病毒界(vira)成为六界系 统。但是,病毒在生物界级分类上的位置仍然是个学术难题。若依照六界系统分类,微生 物涉及四个界:原核生物界、真菌界、原生生物界和病毒界,见图2.1.1。 真菌界 植物界 动物界 原生生物界 3原核生物界 古细菌 真细菌 图2.11魏塔克的五界系统示意图 原核微生物:细菌,放线菌、蓝细菌和其它原核生物界 具细胞结构 (立克次氏体、枝原体和衣原体) 微生物 真核微生物真菌(酵母菌,霉菌) 真菌界 单细胞藻类,原生动物 原生生物界 无细胞结构(病毒 病毒界 图2.1.2微生物包括的四个界 70年代以后,由于对各大类生物进行了深入的分子生物学研究并积累了大量的研究资 料,尤其是 Woese(1977)对它们的16 Srrna核苷酸顺序的同源性进行测试后,终于在1978 年由魏塔克和L. Margulis提出三原界( Urkingdom)学说。见图2.1.3。如图所示,在生物 进化早期,存在着一类各生物的共同祖先( universal ancestor),由它分三条进化路线 形成了三个原界:(1)古细菌( Archaebacteria原界,包括产甲烷细菌、极端嗜盐菌和
第二章 微生物的形态与分类 1/50 第二章 微生物的形态与分类 微生物的形态是微生物鉴别和分类的基本依据。本章主要介绍细菌和放线菌等原核微 生物、酵母菌和霉菌等真核微生物以及病毒等非细胞型微生物的形态和分类的基本知识。 2.1 微生物在生物界中的地位 在人类发现微生物之前，科学家将一切生物分成两个界线分明的界—— 动物界和植物 界。随着人们对微生物认识的逐渐深入，近一百多年来，从两界系统经历过三界系统、四 界系统、五界系统甚至六界系统，最后又有了三原界（或三总界）系统。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，见图 2.1.1，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， 而以横向显示吸收式营养(absorption) 、光合营养(photosynthesis)和摄取式营养 (ingestion) 这三大进化方向。五界系统包括动物界(Animalia)、植物界(Plantae)、原生 生物界（Protista, 包括原生动物、单细胞藻类、粘细菌等）、真菌界（Fungi,包括酵母 菌、霉菌和担子菌等）和原核生物界（Monera,包括细菌、放线菌和蓝细菌等）。我国学者 王大耜曾在 1977 年提出在 Whittaker 五界系统基础上增设一个病毒界（Vira)成为六界系 统。但是，病毒在生物界级分类上的位置仍然是个学术难题。若依照六界系统分类，微生 物涉及四个界：原核生物界、真菌界、原生生物界和病毒界，见图 2.1.1。 图 2.1.1 魏塔克的五界系统示意图 70 年代以后，由于对各大类生物进行了深入的分子生物学研究并积累了大量的研究资 料，尤其是 Woese（1977）对它们的 16SrRNA 核苷酸顺序的同源性进行测试后，终于在 1978 年由魏塔克和 L.Margulis 提出三原界（Urkingdom)学说。见图 2.1.3。如图所示，在生物 进化早期，存在着一类各生物的共同祖先（universal ancestor)，由它分三条进化路线， 形成了三个原界：（1）古细菌（Archaebacteria)原界，包括产甲烷细菌、极端嗜盐菌和 原核微生物：细菌，放线菌、蓝细菌和其它 原核生物界 具细胞结构 （立克次氏体、枝原体和衣原体） 微生物 真核微生物 真菌（酵母菌，霉菌） 真菌界 单细胞藻类，原生动物 原生生物界 无细胞结构 病毒 病毒界 图 2.1.2 微生物包括的四个界
第二章微生物的形态与分类 嗜热嗜酸菌:(2)真细菌( Eubacteria)原界,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( Eucaryotes)原界,包括原生生物、真菌、动物和植物。三原界 学说还吸收了关于真核生物起源于原核生物的内共生即“内共生学说”的精髓,使其内容 更加完善 原生生物界真菌界动物界 植物界 真核生物原界 极端嗜盐菌 蓝细菌G'细菌 产甲烷菌 螺旋体 嗜热\线粒体 嗜酸菌 光合细菌 真细菌原界 古细菌原界 共同祖先 图2.1.3三原界系统图示 系统提出内共生学说的是 Margulis。她在《真核细胞的起源》一书中,论述了真核细 胞进化中的线粒体、叶绿体和鞭毛的共生起源。她认为,在细胞进化过程中,一种细胞捕 捉了另一种细胞而未能消化它,结果两者发生了内共生,从而完成了进化历史上质的飞跃 具体说,最初可能由一种类似枝原体的较大型的异养、厌氧原核生物吞噬一种小型的好氧 原核生物(很象现代的脱氮副球菌 Paracoccus denitrificans),从而使后者成为前者的内 共生生物,并逐渐发展成为现在的线粒体。后来这种具有线粒体的变形虫状细胞又与螺旋 体状原核生物发生细胞融合,形成具有鞭毛、能运动的真核生物。继续沿着这一方向进化, 就可演化成原生动物和真菌,而原生动物又可进一步进化成多细胞动物。如果它与原始的 光合细菌发生内共生,则光合细菌就成了细胞内的叶绿体,最终就可以演化成为各种绿色 植物 促使人们提出三原界学说的最重要原因是发现了曾被称为“第三生物”的古细菌,古 细菌具有一系列独特性状。与真细菌相比,古细菌有以下几个特点 (1)细胞膜的类脂特殊古细菌所含的类脂不能被皂化。其中的中性类脂以类异戊二烯类 的烃化物为主,极性类脂则以植烷甘油醚为主 (2)细胞壁的成分独特而多样有的以蛋白质为主,有的含杂多糖,有的类似于肽聚糖 但不论是何种成分,它们都不含胞壁酸、D氨基酸和二氨基庚二酸。 3)核糖体的16 SrRNA的核苷酸顺序独特,即不同于真细菌,也不同于真核生物 (4)tRNA的核苷酸顺序也很独特,且不含有胸腺嘧啶。 (5)蛋白质合成的起始密码是甲硫氨酸,与真核生物相同
第二章 微生物的形态与分类 2/50 嗜热嗜酸菌；（2）真细菌（Eubacteria)原界，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（Eucaryotes）原界，包括原生生物、真菌、动物和植物。三原界 学说还吸收了关于真核生物起源于原核生物的内共生即“内共生学说”的精髓，使其内容 更加完善。 图 2.1.3 三原界系统图示 系统提出内共生学说的是 Margulis。她在《真核细胞的起源》一书中，论述了真核细 胞进化中的线粒体、叶绿体和鞭毛的共生起源。她认为，在细胞进化过程中，一种细胞捕 捉了另一种细胞而未能消化它，结果两者发生了内共生，从而完成了进化历史上质的飞跃。 具体说，最初可能由一种类似枝原体的较大型的异养、厌氧原核生物吞噬一种小型的好氧 原核生物（很象现代的脱氮副球菌 Paracoccus denitrificans)，从而使后者成为前者的内 共生生物，并逐渐发展成为现在的线粒体。后来这种具有线粒体的变形虫状细胞又与螺旋 体状原核生物发生细胞融合，形成具有鞭毛、能运动的真核生物。继续沿着这一方向进化， 就可演化成原生动物和真菌，而原生动物又可进一步进化成多细胞动物。如果它与原始的 光合细菌发生内共生，则光合细菌就成了细胞内的叶绿体，最终就可以演化成为各种绿色 植物。 促使人们提出三原界学说的最重要原因是发现了曾被称为“第三生物”的古细菌，古 细菌具有一系列独特性状。与真细菌相比，古细菌有以下几个特点： （1） 细胞膜的类脂特殊 古细菌所含的类脂不能被皂化。其中的中性类脂以类异戊二烯类 的烃化物为主，极性类脂则以植烷甘油醚为主。 （2） 细胞壁的成分独特而多样 有的以蛋白质为主，有的含杂多糖，有的类似于肽聚糖， 但不论是何种成分，它们都不含胞壁酸、D-氨基酸和二氨基庚二酸。 （3） 核糖体的 16SrRNA 的核苷酸顺序独特，即不同于真细菌，也不同于真核生物。 （4） tRNA 的核苷酸顺序也很独特 ，且不含有胸腺嘧啶。 （5） 蛋白质合成的起始密码是甲硫氨酸，与真核生物相同
第二章微生物的形态与分类 宿主细胞 大型厌氧细菌) 小型好氧细菌 田胞膜内陷 共生菌 核膜内质网 光合细菌 ③哈 细胞壁 细胞膜 绿体 高等植物细胞 图2.1.4真核细胞的共生起源假说 (6)对抗生素的敏感性较独特,对那些作用于真细菌细胞壁的抗生素如:青霉素、头孢 霉素和D-环丝氨酸等不敏感;对真细菌转译有抑制作用的氯霉素对其无作用;对能抑制真 核生物转译的白喉毒素十分敏感。 7)其生态环境较独特,有的严格厌氧,如产甲烷菌( methanogens);有的是极端嗜盐 菌( extreme halophiles):有的则是嗜热嗜酸菌( thermoacidophiles) 古细菌、真细菌和真核生物的主要特点见表2.1.1
第二章 微生物的形态与分类 3/50 图 2.1.4 真核细胞的共生起源假说 （6） 对抗生素的敏感性较独特，对那些作用于真细菌细胞壁的抗生素如：青霉素、头孢 霉素和 D-环丝氨酸等不敏感；对真细菌转译有抑制作用的氯霉素对其无作用；对能抑制真 核生物转译的白喉毒素十分敏感。 （7） 其生态环境较独特，有的严格厌氧，如产甲烷菌（methanogens)；有的是极端嗜盐 菌（extreme halophiles)；有的则是嗜热嗜酸菌(thermoacidophiles)。 古细菌、真细菌和真核生物的主要特点见表 2.1.1
第二章微生物的形态与分类 表2.1.1古细菌、真细菌和真核生物的比较 比较项目 古细菌 真细菌 真核生物 TRNA共同臂上的T|无 般有 般有 二羟尿嘧啶 除一种外均无 般有 蛋白合成开始的氨基甲硫氨酸 甲酰甲硫氨酸 甲硫氨酸 核糖体的亚基 30S,50S 30s,50S 40S,60S 延长因子 能与白喉毒素反应不能与白喉毒素反应能与白喉毒素反斥 氯霉素 不敏感 敏感 不敏感 茴香霉素 敏感 不敏感 敏感 16s或18rRNA的3有 位上有无结合 AUCACCUCC片段 RMA聚合酶的亚基数⑨12 12~15 细胞膜中的脂类醚键,有分支的直链酯键,无分支的直链酯键,无分支的直链 细胞壁 种类多样,无胞壁酸|种类多样,含胞壁酸动物无细胞壁,其它种 类多样 从各种生物界级分类系统的发展来看,除了动物界和植物界以外,其它各界都是随着 人们对微生物认识的深入才出现和发展起来的,这也充分说明微生物在生物界级分类中占 据着极为重要的地位。如果按内共生学说来分析,表面上与微生物无关的动物界和植物界, 实际上在其身上还是携带着微生物的“影子” 2.2微生物的分类与命名 地球上的生物是从无到有、从少到多、从简单到复杂、从低级到高级,各种生物都是 历史的产物,各种生物之间都有着或近或远的亲缘关系。生物的分类不象其它事物仅仅按 实际需要分类,而是根据生物的系统发生和发展,把形形式式的物种归纳为互相联系的不 同类群,建立起反映生物进化的分类系统。 微生物分类学( microbial taxonomy)是一门按微生物间的亲缘关系将它们划分成条 理清楚的各种分类单元或分类群( taxon)的科学。微生物分类与其它生物分类一样,其目 的有二个:第一,按其亲缘关系分群归类,了解其系统发生。第二,按照分类系统编制检 索表(根据一种或一套特征作为识别鉴定某种微生物的标准),在实际工作中,检索表是 鉴别具体某一菌种的依据 目前所知的微生物种类已超过十万种,这还是一个正在急剧增大的数字。我们只有掌 握了一定的分类学知识,才有可能对纷繁的微生物世界有一个清晰的轮廓 微生物与动、植物分类有较大的不同。由于微生物形体微小,构造简单,很难从形态 构造上判断它们之间的亲缘关系:微生物的个体发育过程比较简单,很难反映其种群演化 的过程:微生物缺乏化石资料,很难探讨其起源;微生物微小的个体容易随风、水传播, 所以,从地理分布上也不能推论其系统发生。另外由于人们对微生物的认识还有许多分歧 因而提出了不同的分类系统,使得同一种微生物可能有不同的命名。总之,现在我们对微 生物的认识和技术手段还不足以将它们明确地分类,要建立真正能够反映微生物自然系谱 的分类方法,还有待于长期的研究工作和新的研究方法 2.2.1微生物的分类鉴定方法 微生物的分类鉴定是微生物学中的基础性工作。不论对象属于哪一类,其工作步骤离 不开以下三步:(1)获得该微生物的纯种培养物( pure culture);(2)测定一系列必要的 鉴定指标:(3)查找权威性鉴定手册。 在微生物分类学发展的早期,微生物的分类依据主要停留在细胞的形态和习性的水平, 这类方法被称为经典的分类鉴定方法。主要的依据是形态特征、培养特征、生理特征、血 清反应和噬菌体敏感性等。从本世纪60年代起,随着对细胞组分尤其是对核酸和蛋白质等 生物大分子认识的深入,红外光谱、气相色谱和质谱等新技术以及计算机的应用,出现了
第二章 微生物的形态与分类 4/50 表 2.1.1 古细菌、真细菌和真核生物的比较 比较项目 古细菌 真细菌 真核生物 TRNA 共同臂上的 T 无 一般有 一般有 二羟尿嘧啶 除一种外均无 一般有 一般有 蛋白合成开始的氨基 酸 甲硫氨酸 甲酰甲硫氨酸 甲硫氨酸 核糖体的亚基 30S，50S 30S，50S 40S，60S 延长因子 能与白喉毒素反应 不能与白喉毒素反应 能与白喉毒素反应 氯霉素 不敏感 敏感 不敏感 茴香霉素 敏感 不敏感 敏感 16S 或 18SrRNA 的 3’- 位上有无结合 AUCACCUCC 片段 有 有 无 RNA 聚合酶的亚基数 9~12 4 12~15 细胞膜中的脂类 醚键，有分支的直链 酯键，无分支的直链 酯键，无分支的直链 细胞壁 种类多样，无胞壁酸 种类多样，含胞壁酸 动物无细胞壁，其它种 类多样 从各种生物界级分类系统的发展来看，除了动物界和植物界以外，其它各界都是随着 人们对微生物认识的深入才出现和发展起来的，这也充分说明微生物在生物界级分类中占 据着极为重要的地位。如果按内共生学说来分析，表面上与微生物无关的动物界和植物界， 实际上在其身上还是携带着微生物的“影子”。 2.2 微生物的分类与命名 地球上的生物是从无到有、从少到多、从简单到复杂、从低级到高级，各种生物都是 历史的产物，各种生物之间都有着或近或远的亲缘关系。生物的分类不象其它事物仅仅按 实际需要分类，而是根据生物的系统发生和发展，把形形式式的物种归纳为互相联系的不 同类群，建立起反映生物进化的分类系统。 微生物分类学（microbial taxonomy）是一门按微生物间的亲缘关系将它们划分成条 理清楚的各种分类单元或分类群（taxon）的科学。微生物分类与其它生物分类一样，其目 的有二个：第一，按其亲缘关系分群归类，了解其系统发生。第二，按照分类系统编制检 索表（根据一种或一套特征作为识别鉴定某种微生物的标准），在实际工作中，检索表是 鉴别具体某一菌种的依据。 目前所知的微生物种类已超过十万种，这还是一个正在急剧增大的数字。我们只有掌 握了一定的分类学知识，才有可能对纷繁的微生物世界有一个清晰的轮廓。 微生物与动、植物分类有较大的不同。由于微生物形体微小，构造简单，很难从形态 构造上判断它们之间的亲缘关系；微生物的个体发育过程比较简单，很难反映其种群演化 的过程；微生物缺乏化石资料，很难探讨其起源；微生物微小的个体容易随风、水传播， 所以，从地理分布上也不能推论其系统发生。另外由于人们对微生物的认识还有许多分歧， 因而提出了不同的分类系统，使得同一种微生物可能有不同的命名。总之，现在我们对微 生物的认识和技术手段还不足以将它们明确地分类，要建立真正能够反映微生物自然系谱 的分类方法，还有待于长期的研究工作和新的研究方法。 2.2.1 微生物的分类鉴定方法 微生物的分类鉴定是微生物学中的基础性工作。不论对象属于哪一类，其工作步骤离 不开以下三步：(1) 获得该微生物的纯种培养物（pure culture)；(2) 测定一系列必要的 鉴定指标；(3) 查找权威性鉴定手册。 在微生物分类学发展的早期，微生物的分类依据主要停留在细胞的形态和习性的水平， 这类方法被称为经典的分类鉴定方法。主要的依据是形态特征、培养特征、生理特征、血 清反应和噬菌体敏感性等。从本世纪 60 年代起，随着对细胞组分尤其是对核酸和蛋白质等 生物大分子认识的深入，红外光谱、气相色谱和质谱等新技术以及计算机的应用，出现了
第二章微生物的形态与分类 些现代的分类鉴定方法 2.2.1.1传统的微生物分类方法 微生物分类是在对大量单个微生物进行观察、分析和描述的基础上,以它们的形态、 结构、生理生化反应和遗传性等特征的异同为依据,并根据生物进化的规律和应用方便 将微生物分门别类地排列成一个系统。因此,对分类依据的研究和探讨极其重要。传统的 分类方法的分类依据主要有以下几个方面: 1)形态特征 菌体形态特征包括个体特征和群体特征。个体特征包括在显微镜下的细胞大小、形状、 排列方式、能否运动、鞭毛着生部位和数目、有无芽孢及其着生部位和形状、有无荚膜, 放线菌和真菌繁殖器官的形状、构造、孢子数目、形状、大小、颜色和表面特征等 菌落是菌株在一定的培养基中的群体特征。分类依据有固体培养基上菌落的形状、大 小、颜色、光泽、粘稠度、隆起情况、透明度及边缘特征。此外,是否分泌水溶性色素、 质地、移动性和气味也是重要的特征。在半固体培养基上穿刺接种后的生长及运动情况, 在液体培养基中培养液是否混浊及混浊程度,表面有无菌膜,有无沉淀及其沉淀的形态 有无气泡产生,培养液的色泽变化等等也都是菌体的群体特征(即培养特征) 2)生理和生化特征 a)营养来源不同微生物有不同的营养要求。可以根据微生物对营养的不同利用能力来区 分微生物。可以试验多种糖能否被微生物作为碳源和能源利用,以及微生物对特定有机 化合物和CO2的利用能力。对于氮源,看其是利用蛋白质、蛋白胨、氨基酸或铵盐、硝 酸盐中的氮,还是大气中的游离氮。 b)代谢产物不同微生物,因生理特性不同会产生不同的代谢产物。因此,检测其代谢产 物,可以鉴别不同的微生物。例如在培养基中检测微生物有否形成有机酸、有否产生气 体,能否分解色氨酸产生吲哚,能否使硝酸盐还原产生亚硝酸盐或氨,能否产生色素或 抗生素等 c)与温度和氧气的关系不同微生物需不同的生长温度,对氧气的要求也不完全相同。有 嗜热菌,嗜冷菌,嗜温菌之分,也有好氧菌,厌氧菌和兼性好氧菌之分 3)血清学反应 有时确定微生物的种,尤其是亚种,仅依据形态、生理生化等特征很难区分开,因此 常需借助血清学反应。就是将已知菌种、型或菌株制成抗血清,根据它是否与待鉴定对象 发生特异性血清反应鉴别未知菌。此反应也用于病毒分类,尤其是噬菌体分类。一般的噬 菌体都是良好的抗原,把它注射到动物体内可以产生特异性抗体。噬菌体和抗体间的反应 和其它常见的抗原抗体反应相似。 4)生态特性 微生物与其它生物的寄生或共生等关系往往有一定专一性,常常也作为分类的依据 如根瘤菌属的分类主要以其共生对象作依据。细菌的致病性在分类上也有一定的重要性 另外,微生物在自然界的分布,是否耐高渗、是否嗜盐性等,有时也作为分类的参考依据。 5)生活史( life cycle) 代个体经一系列生长、发育阶段而产生下一代个体的全部经历,就称为该生物的生 活史或生命周期。微生物个体发育的阶段变化也是分类鉴别的重要依据。 6)对噬菌体的敏感性 与血清反应类似,各噬菌体有严格的寄生范围,所以根据菌体对噬菌体的敏感性,可 以区分不同类型的微生物。 2.2.1.2现代微生物分类方法 随着分子生物学的发展,许多新技术、新方法用于微生物的分类,这些方法不再局限 于外部形态、生理生化反应,而是深入研究细胞内部,如核酸、蛋白质、脂肪和糖类。触 及生物的化学本质问题。但是其手续繁杂,代价高昂,在发现规律性方面还有待于进一步 研究。目前还不能在微生物分类中普遍应用。现代分类法的分类依据主要有以下几方面。 1)核酸分析 DNA是遗传物质的携带者,它决定生物的表型。遗传信息在DMA中的存在形式表现为 DNA的碱基数目及其排列顺序。亲缘关系越远的种,其碱基数目和排列顺序相差越大。所以
第二章 微生物的形态与分类 5/50 一些现代的分类鉴定方法。 2.2.1.1 传统的微生物分类方法 微生物分类是在对大量单个微生物进行观察、分析和描述的基础上，以它们的形态、 结构、生理生化反应和遗传性等特征的异同为依据，并根据生物进化的规律和应用方便， 将微生物分门别类地排列成一个系统。因此，对分类依据的研究和探讨极其重要。传统的 分类方法的分类依据主要有以下几个方面： 1）形态特征 菌体形态特征包括个体特征和群体特征。个体特征包括在显微镜下的细胞大小、形状、 排列方式、能否运动、鞭毛着生部位和数目、有无芽孢及其着生部位和形状、有无荚膜， 放线菌和真菌繁殖器官的形状、构造、孢子数目、形状、大小、颜色和表面特征等。 菌落是菌株在一定的培养基中的群体特征。分类依据有固体培养基上菌落的形状、大 小、颜色、光泽、粘稠度、隆起情况、透明度及边缘特征。此外，是否分泌水溶性色素、 质地、移动性和气味也是重要的特征。在半固体培养基上穿刺接种后的生长及运动情况， 在液体培养基中培养液是否混浊及混浊程度，表面有无菌膜，有无沉淀及其沉淀的形态， 有无气泡产生，培养液的色泽变化等等也都是菌体的群体特征（即培养特征）。 2) 生理和生化特征 a) 营养来源 不同微生物有不同的营养要求。可以根据微生物对营养的不同利用能力来区 分微生物。可以试验多种糖能否被微生物作为碳源和能源利用，以及微生物对特定有机 化合物和 CO2 的利用能力。对于氮源，看其是利用蛋白质、蛋白胨、氨基酸或铵盐、硝 酸盐中的氮，还是大气中的游离氮。 b) 代谢产物 不同微生物，因生理特性不同会产生不同的代谢产物。因此，检测其代谢产 物，可以鉴别不同的微生物。例如在培养基中检测微生物有否形成有机酸、有否产生气 体，能否分解色氨酸产生吲哚，能否使硝酸盐还原产生亚硝酸盐或氨，能否产生色素或 抗生素等。 c) 与温度和氧气的关系 不同微生物需不同的生长温度，对氧气的要求也不完全相同。有 嗜热菌，嗜冷菌，嗜温菌之分，也有好氧菌，厌氧菌和兼性好氧菌之分。 3)血清学反应 有时确定微生物的种，尤其是亚种，仅依据形态、生理生化等特征很难区分开，因此， 常需借助血清学反应。就是将已知菌种、型或菌株制成抗血清，根据它是否与待鉴定对象 发生特异性血清反应鉴别未知菌。此反应也用于病毒分类，尤其是噬菌体分类。一般的噬 菌体都是良好的抗原，把它注射到动物体内可以产生特异性抗体。噬菌体和抗体间的反应 和其它常见的抗原抗体反应相似。 4） 生态特性 微生物与其它生物的寄生或共生等关系往往有一定专一性，常常也作为分类的依据。 如根瘤菌属的分类主要以其共生对象作依据。细菌的致病性在分类上也有一定的重要性。 另外，微生物在自然界的分布，是否耐高渗、是否嗜盐性等，有时也作为分类的参考依据。 5） 生活史（life cycle） 上代个体经一系列生长、发育阶段而产生下一代个体的全部经历，就称为该生物的生 活史或生命周期。微生物个体发育的阶段变化也是分类鉴别的重要依据。 6） 对噬菌体的敏感性 与血清反应类似，各噬菌体有严格的寄生范围，所以根据菌体对噬菌体的敏感性，可 以区分不同类型的微生物。 2.2.1.2 现代微生物分类方法 随着分子生物学的发展，许多新技术、新方法用于微生物的分类，这些方法不再局限 于外部形态、生理生化反应，而是深入研究细胞内部，如核酸、蛋白质、脂肪和糖类。触 及生物的化学本质问题。但是其手续繁杂，代价高昂，在发现规律性方面还有待于进一步 研究。目前还不能在微生物分类中普遍应用。现代分类法的分类依据主要有以下几方面。 1) 核酸分析 DNA 是遗传物质的携带者，它决定生物的表型。遗传信息在 DNA 中的存在形式表现为 DNA 的碱基数目及其排列顺序。亲缘关系越远的种，其碱基数目和排列顺序相差越大。所以
第二章微生物的形态与分类 确定了碱基的数目和序列即可确定“种” 同种生物的DNA碱基对的顺序和数量,在细胞中比例是稳定的,不受年龄和外界影响, 所以通过测定DNA的碱基比例(G+C的百分比值),可以判断微生物种属间的亲缘关系的远 近。各类微生物的G+C比值变化幅度为2775克分子%,表2.2.1列出了部分微生物的G+C 含量。任何两种微生物的G弋C含量相差10%以上,这两种微生物就肯定不属于同一个种。然 而完全不相关的两种微生物,也可能有相同的或相近的GC含量,因此,在分类中使用GC 含量这一性状时,一定要注意与其它性状相结合。 表2.2.1一些微生物的G+C含量 含量(m1%) 细菌 大肠杆菌( Escherichia coli) 5052 伤寒沙门氏杆菌( Salmonella typhi) 短乳杆菌( Lactobacillus brevis) 45.5 铜绿假单胞菌( Pseudomonas aeruginosa) 67 放线菌灰色链霉菌( Streptomyces griseus 69.573 丙酸放线菌( Actinomyces propionic) 星状诺卡氏菌( Nocardia asteroides) 6469.5 霉菌 米曲霉( Aspergillus oryzae) 52.5 产黄青霉( Penicillum chrysogenum) 5154.5 大毛霉( Mucor mucedo) 二孢蘑菇( Agaricus bisporus) 酵母菌酿酒酵母( Saccharomyces cerevisiae) 3742 异常汉逊酵母( Hansenula anomala) 36~37 白假丝酵母( Candida albicans) 深红酵母( hodotorula rubra) 6668.5 G+C比值已在细菌和酵母的分类中应用,在指导细菌分类中特别有用。根据G+C含量己 査出过去曾认为是密切相关的有机体之间有着重要的差别。如芽孢杆菌属由好氧性、革 氏阳性、形成芽孢的细菌组成。多年来它们曾被认为是同源的类群。然而,通过DNA碱基 成分的检测,发现这个属中的不同成员间,在G+C含量上的差别很大,G+C的百分比值从 32%到50%。这样芽孢杆菌属可能有重新分类的必要。另外,《伯杰氏鉴定细菌学手册》 ( Bergy's Mannual of Determinative Bacteriology,1923年来共发行九个版次)的第七 版中根据能在37℃生长,石蕊牛奶反应和产生气味等特征,曾经将假单孢菌属产荧光、不 液化明胶的类群划分成10个种,后来根据它们的DNA中G+C比值都是60~63%,又结合转导 传递测定等实验,证明它们应归并为一个种。《伯杰氏鉴定细菌学手册》第八版中,将这 10个种归为恶臭假单孢菌( Pseudomonas putida)。但是在一些放线菌类群中,G+C比值 的变化幅度不大,有的没有规律可循 2)DNA杂交试验 利用测定GC含量,只能确定含有不同碱基成分的微生物属于不同菌种,但是GC含量 相同并不等于碱基序列相同,所以碱基含量相同的微生物可能不是同一个种。要进一步判 断微生物间的亲缘关系,就必须比较不同来源DNA的碱基序列 目前,比较碱基序列最简便的方法是DNA杂交。其原理是利用DNA解链和碱基配对的 专一性,将不同来源的DNA在体外加热解链,并在合适条件下,使互补的碱基配对结合成 双链DNA,然后根据能生成双链的情况,测定杂合百分率。如果两条单链DNA的碱基序列完 全相同,则它们能生成完整的双链,即杂合率100%;如果两条链的碱基序列只是部分相同, 则它们生成的“双链”含有部分单链,其杂合率小于100%。因此,杂合率越高,表示两个 DNA之间碱基序列的相似性越高,说明它们之间的亲缘关系也就越近。如两株大肠杆菌的 DNA杂合率可高达100%,而大肠杆菌与沙门氏杆菌的DNA杂合率较低,约70%。如图2.2.1 所示,细菌1跟细菌3的CC含量均为70%,而细菌2的GC含量为60%,根据GC含量判断 它们之间的亲缘关系,似乎细菌1和细菌3比细菌1和细菌2更为接近,但通过DMA杂合实 验,发现DNA1与DNA2杂合时,杂合率为90%;而DNA1与DNA3杂合时,杂合率只有40%。 据此可以确定细菌1跟细菌2比细菌1跟细菌3更为近似。这样,根据DNA杂合率,能进
第二章 微生物的形态与分类 6/50 确定了碱基的数目和序列即可确定“种”。 同种生物的 DNA 碱基对的顺序和数量，在细胞中比例是稳定的，不受年龄和外界影响， 所以通过测定 DNA 的碱基比例（G+C 的百分比值），可以判断微生物种属间的亲缘关系的远 近。各类微生物的 G+C 比值变化幅度为 27~75 克分子%，表 2.2.1 列出了部分微生物的 G+C 含量。任何两种微生物的 G+C 含量相差 10%以上，这两种微生物就肯定不属于同一个种。然 而完全不相关的两种微生物，也可能有相同的或相近的 G+C 含量，因此，在分类中使用 G+C 含量这一性状时，一定要注意与其它性状相结合。 表 2.2.1 一些微生物的 G+C 含量 菌种 GC 含量（mol%） 细菌 大肠杆菌(Escherichia coli) 伤寒沙门氏杆菌(Salmonella typhi) 短乳杆菌(Lactobacillus brevis) 铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa) 50~52 50~53 45.5 64~67 放线菌 灰色链霉菌(Streptomyces griseus) 丙酸放线菌(Actinomyces propionici) 星状诺卡氏菌(Nocardia asteroides) 69.5~73 66.5 64~69.5 霉菌 米曲霉(Aspergillus oryzae) 产黄青霉(Penicillum chrysogenum) 大毛霉(Mucor mucedo) 二孢蘑菇(Agaricus bisporus) 52.5 51~54.5 29.5 44 酵母菌 酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae) 异常汉逊酵母(Hansenula anomala) 白假丝酵母(Candida albicans) 深红酵母(Rhodotorula rubra) 37~42 36~37 34~35 66~68.5 G+C 比值已在细菌和酵母的分类中应用，在指导细菌分类中特别有用。根据 G+C 含量已 查出过去曾认为是密切相关的有机体之间有着重要的差别。如芽孢杆菌属由好氧性、革兰 氏阳性、形成芽孢的细菌组成。多年来它们曾被认为是同源的类群。然而，通过 DNA 碱基 成分的检测，发现这个属中的不同成员间，在 G+C 含量上的差别很大，G+C 的百分比值从 32%到 50%。这样芽孢杆菌属可能有重新分类的必要。另外，《伯杰氏鉴定细菌学手册》 （Bergy’s Mannual of Determinative Bacteriology，1923 年来共发行九个版次)的第七 版中根据能在 37℃生长，石蕊牛奶反应和产生气味等特征，曾经将假单孢菌属产荧光、不 液化明胶的类群划分成 10 个种，后来根据它们的 DNA 中 G+C 比值都是 60~63%，又结合转导 传递测定等实验，证明它们应归并为一个种。《伯杰氏鉴定细菌学手册》第八版中，将这 10 个种归为恶臭假单孢菌（Pseudomonas putida )。但是在一些放线菌类群中，G+C 比值 的变化幅度不大，有的没有规律可循。 2）DNA 杂交试验 利用测定 GC 含量，只能确定含有不同碱基成分的微生物属于不同菌种，但是 GC 含量 相同并不等于碱基序列相同，所以碱基含量相同的微生物可能不是同一个种。要进一步判 断微生物间的亲缘关系，就必须比较不同来源 DNA 的碱基序列。 目前，比较碱基序列最简便的方法是 DNA 杂交。其原理是利用 DNA 解链和碱基配对的 专一性，将不同来源的 DNA 在体外加热解链，并在合适条件下，使互补的碱基配对结合成 双链 DNA，然后根据能生成双链的情况，测定杂合百分率。如果两条单链 DNA 的碱基序列完 全相同，则它们能生成完整的双链，即杂合率 100%；如果两条链的碱基序列只是部分相同， 则它们生成的“双链”含有部分单链，其杂合率小于 100%。因此，杂合率越高，表示两个 DNA 之间碱基序列的相似性越高，说明它们之间的亲缘关系也就越近。如两株大肠杆菌的 DNA 杂合率可高达 100%，而大肠杆菌与沙门氏杆菌的 DNA 杂合率较低，约 70%。 如图 2.2.1 所示，细菌 1 跟细菌 3 的 GC 含量均为 70%，而细菌 2 的 GC 含量为 60%，根据 GC 含量判断 它们之间的亲缘关系，似乎细菌 1 和细菌 3 比细菌 1 和细菌 2 更为接近,但通过 DNA 杂合实 验，发现 DNA1 与 DNA2 杂合时，杂合率为 90%；而 DNA1 与 DNA3 杂合时，杂合率只有 40%。 据此可以确定细菌 1 跟细菌 2 比细菌 1 跟细菌 3 更为近似。这样，根据 DNA 杂合率，能进
第二章微生物的形态与分类 一步区分GC含量相同、但并不是相同种的微生物,或GC含量虽然不同而DNA同源性却很 高的微生物。DNA杂合在建立自然分类系统中已经成为很重要的依据 5’G-C-G-C-A 5G-C-G-C-A-T-G-G-C-T3 3’C-G-CG-TAC-CG-A5 3r巴思出Bs 细菌1(70%G+C) 细菌1与细菌2 5G-C-G-A-A-T-G-G-C-T3 3C-G-C-T-T-A-C-C-G-A5 5G-C-G-C-A-T-G-G-C-T3 细菌2(60%G+C) 3G-C T-A-T-G-C-C5 5C-G-G-C-A-T-A-C-G-G3 细菌1与细菌3 3悲"AHs 细菌370%G+C) 图2.21细菌亲缘关系与GC含量及DA序列的关系 3)细胞壁成分分析 不同微生物的细胞壁,在其组成单位的物质基础或在结构方面有许多明显的特殊性。 霉菌的细胞壁主要含有几丁质:而细菌细胞壁的主要成分是肽聚糖。革兰氏阴性菌细胞壁 的肽聚糖含量较低,另外还有多肽、脂蛋白及脂多糖等;革兰氏阳性菌细胞壁肽聚糖的比 例则较高,另外有蛋白质、多糖、磷壁酸和磷壁质等。同时,对肽聚糖中氨基酸性质和数 量进行比较研究,也有助于革兰氏阳性菌的分类 细胞壁成分分析也已经广泛用于放线菌的分类,并作为分属的依据。如白乐杰诺卡氏 菌( Nocardia pelletieri)原来按其形态,有人认为应属诺卡氏菌属,而有人则把它列在 链霉菌属。经细胞壁成分分析,发现白乐杰诺卡氏菌中有三株菌的细胞壁不存在作为诺卡 氏菌属特征的阿拉伯糖,而含有链霉菌属特征的丙氨酸、谷氨酸、甘氨酸和2,6-二氨基庚 二酸,从而证实这三株属于链霉菌属。近年来,有人对18个属的放线菌细胞壁进行了分析, 根据细胞壁的氨基酸组成,将它们分成6个细胞壁类型:同时又根据细胞壁的糖组成,分 成了4个糖类型。再结合形态特征,提出了相应的科、属的检索表。 4)红外光谱 利用红外光谱测定物质的化学结构已成为一种常规的方法,一般认为每种物质的化学 结构都具有特定的红外光谱。若二个样品红外吸收光谱完全相同,可以初步认为它们是同 种物质。所以,利用红外光谱技术测定微生物的化学成分,也能用于微生物分类。利用 红外技术,曾先后对芽孢杆菌、乳杆菌、大肠杆菌和酵母菌进行分类。如 Kuroda等人将 2,800°3,000cm,1,650°1,750cm,1,3701,550cm,9501250cm分别命名为I、Ⅱ Ⅲ、Ⅳ四个部位,把它们作为属的特征,将放线菌分成链霉菌属、放线菌属、诺卡氏菌属 和分枝杆菌属。红外技术比较适用于“属”的分类,但不适于“种”间分类。红外技术的 优点是简单快速,样品用量少。 现代微生物分类方法属于数值分类法( Numerical taxonomy),又称统计分类法 ( Taxonometrics)。是根据与林奈同代人M. Adanson(1727~1806,法国植物学家)200年前 发表的分类原理基础上借助现代的计算机技术而发展起来的。现代新阿丹松学派(New Adansonia)的代表人物 Sneath自1956年将其用于细菌分类以来,不少国家都采用此法 它与传统分类法的区别主要是:a)传统法采用的分类特征有主次之分,而数值法根据“等 重要原则”,不分主次,通过计算菌株间的总相似值来分群归类:b)传统法根据少数几个 特征,采用双岐法整理实验结果,排列出一个个分类群,而数值法采用的特征较多,一般 是50~60个,多的则达到100个特征以上,进行菌株间二二比较,数据处理量较大,需借 助于计算机才能实现。该方法的基本步骤是: a)收集50个以上,甚至几百个数据 b)按如下公式分别计算简单匹配相似系数S和 Jaccard相似系数Sy: Ssa= at d/a+b+ctd S, =a/a+btc 式中,a为两菌株均呈正反应的性状数,b为菌株甲呈正反应而菌株乙呈负反应的性状数
第二章 微生物的形态与分类 7/50 一步区分 GC 含量相同、但并不是相同种的微生物，或 GC 含量虽然不同而 DNA 同源性却很 高的微生物。DNA 杂合在建立自然分类系统中已经成为很重要的依据。 图 2.2.1 细菌亲缘关系与 G+C 含量及 DNA 序列的关系 3）细胞壁成分分析 不同微生物的细胞壁，在其组成单位的物质基础或在结构方面有许多明显的特殊性。 霉菌的细胞壁主要含有几丁质；而细菌细胞壁的主要成分是肽聚糖。革兰氏阴性菌细胞壁 的肽聚糖含量较低，另外还有多肽、脂蛋白及脂多糖等；革兰氏阳性菌细胞壁肽聚糖的比 例则较高，另外有蛋白质、多糖、磷壁酸和磷壁质等。同时，对肽聚糖中氨基酸性质和数 量进行比较研究，也有助于革兰氏阳性菌的分类。 细胞壁成分分析也已经广泛用于放线菌的分类，并作为分属的依据。如白乐杰诺卡氏 菌（Nocardia pelletieri）原来按其形态，有人认为应属诺卡氏菌属，而有人则把它列在 链霉菌属。经细胞壁成分分析，发现白乐杰诺卡氏菌中有三株菌的细胞壁不存在作为诺卡 氏菌属特征的阿拉伯糖，而含有链霉菌属特征的丙氨酸、谷氨酸、甘氨酸和 2,6-二氨基庚 二酸，从而证实这三株属于链霉菌属。近年来，有人对 18 个属的放线菌细胞壁进行了分析， 根据细胞壁的氨基酸组成，将它们分成 6 个细胞壁类型；同时又根据细胞壁的糖组成，分 成了 4 个糖类型。再结合形态特征，提出了相应的科、属的检索表。 4）红外光谱 利用红外光谱测定物质的化学结构已成为一种常规的方法，一般认为每种物质的化学 结构都具有特定的红外光谱。若二个样品红外吸收光谱完全相同，可以初步认为它们是同 一种物质。所以，利用红外光谱技术测定微生物的化学成分，也能用于微生物分类。利用 红外技术，曾先后对芽孢杆菌、乳杆菌、大肠杆菌和酵母菌进行分类。如 Kuroda 等人将 2,800~3,000cm-1 , 1,650~1,750cm-1,, 1,370~1,550cm-1 , 950~1250cm-1 分别命名为Ⅰ、Ⅱ、 Ⅲ、Ⅳ四个部位，把它们作为属的特征，将放线菌分成链霉菌属、放线菌属、诺卡氏菌属 和分枝杆菌属。红外技术比较适用于“属”的分类，但不适于“种”间分类。红外技术的 优点是简单快速，样品用量少。 现代微生物分类方法属于数值分类法（Numerical taxonomy)，又称统计分类法 （Taxonometrics）。是根据与林奈同代人 M.Adanson(1727~1806,法国植物学家）200 年前 发表的分类原理基础上借助现代的计算机技术而发展起来的。现代新阿丹松学派（New Adansonian）的代表人物 Sneath 自 1956 年将其用于细菌分类以来，不少国家都采用此法。 它与传统分类法的区别主要是：a) 传统法采用的分类特征有主次之分，而数值法根据“等 重要原则”，不分主次，通过计算菌株间的总相似值来分群归类；b) 传统法根据少数几个 特征，采用双岐法整理实验结果，排列出一个个分类群，而数值法采用的特征较多，一般 是 50~60 个，多的则达到 100 个特征以上，进行菌株间二二比较，数据处理量较大，需借 助于计算机才能实现。该方法的基本步骤是： a) 收集 50 个以上，甚至几百个数据。 b) 按如下公式分别计算简单匹配相似系数 Ssm 和 Jaccard 相似系数 SJ ： Ssm = a+ d/a+b+c+d SJ = a/a+b+c 式中，a 为两菌株均呈正反应的性状数，b 为菌株甲呈正反应而菌株乙呈负反应的性状数
第二章微生物的形态与分类 为菌株甲呈负反应而菌株乙呈正反应的性状数,d为两者均呈负反应的性状数。从公式中 可知,S值既包括正反应性状,也包括负反应性状,而S1则仅包括正反应性状,不考虑负 反应性状 c)列出相似度矩阵( similarity metrices) 大量的菌株比较时,可借助计算机,并在计算机中构成相似性矩阵。对所研究的各个 菌株都按配对方式计算出它们的相似系数后,可将所得数据填入相似度矩阵中,见图 2.2.2.(a)。为便于观察,应该将该矩阵重新安排,使相似度高的菌株列在一起,见图 2.2.2.(b)。 d)将矩阵图转换成树状谱( dendrogram) 矩阵图转换成树状谱后,为根据数值关系判断分类关系提供了更直观的材料。见图 2.2.3。图中垂直的虚线表示各菌株相似度水平,可用作属与种两个不同层次的分类单元 数值分类法具有很多优点,与传统法相比,得到结果偏向少,并且它是以分析多数特 征为基础的方法,比只以少数特征为基础的方法,所提供的分类群更稳定。同时,有些分 类群在数值法和传统法之间已显示出很好的关联度。但是也有人认为数值法这种主次不分 的分类方法不能突出主要矛盾,未必能真正地反映微生物“种”的特征。另外,现代的分 类方法还存在一些技术和方法上的问题,仍处于探索阶段。在目前条件下,应用最广泛的 仍是实用而且简单的传统分类方法。数值分类法与传统分类法的比较见表222 睡 ⅢIH 70~79三 60~69 D色画画圆 H区∴:: A BCDEFGH I J ABE IC FGJ DH 菌株 图2.2.210个菌株的相似度矩阵 茵株 图2.2310个菌株间相似关系的树状谱 2.2.2微生物的分类系统 由于技术和认识上的原因,微生物分类还处于多种分类系统共存的状态。还没有一个 分类系统能包括所有微生物。下面介绍的是为多数人所接受的一些分类系统。 2.2.2.1细菌的分类系统
第二章 微生物的形态与分类 8/50 c 为菌株甲呈负反应而菌株乙呈正反应的性状数，d 为两者均呈负反应的性状数。从公式中 可知，Ssm 值既包括正反应性状，也包括负反应性状，而 SJ 则仅包括正反应性状，不考虑负 反应性状。 c) 列出相似度矩阵（ similarity metrices) 大量的菌株比较时，可借助计算机，并在计算机中构成相似性矩阵。对所研究的各个 菌株都按配对方式计算出它们的相似系数后，可将所得数据填入相似度矩阵中，见图 2.2.2.(a)。为便于观察，应该将该矩阵重新安排，使相似度高的菌株列在 一起，见图 2.2.2.(b)。 d) 将矩阵图转换成树状谱（dendrogram） 矩阵图转换成树状谱后，为根据数值关系判断分类关系提供了更直观的材料。见图 2.2.3。图中垂直的虚线表示各菌株相似度水平，可用作属与种两个不同层次的分类单元。 数值分类法具有很多优点，与传统法相比，得到结果偏向少, 并且它是以分析多数特 征为基础的方法，比只以少数特征为基础的方法，所提供的分类群更稳定。同时，有些分 类群在数值法和传统法之间已显示出很好的关联度。但是也有人认为数值法这种主次不分 的分类方法不能突出主要矛盾，未必能真正地反映微生物“种”的特征。另外，现代的分 类方法还存在一些技术和方法上的问题，仍处于探索阶段。在目前条件下，应用最广泛的 仍是实用而且简单的传统分类方法。数值分类法与传统分类法的比较见表 2.2.2。 图 2.2.2 10 个菌株的相似度矩阵 图 2.2.3 10 个菌株间相似关系的树状谱 2.2.2 微生物的分类系统 由于技术和认识上的原因，微生物分类还处于多种分类系统共存的状态。还没有一个 分类系统能包括所有微生物。下面介绍的是为多数人所接受的一些分类系统。 2.2.2.1 细菌的分类系统
第二章微生物的形态与分类 目前有三个较全面的细菌分类系统,如美国R.S. Breed等人编写的《伯杰氏鉴定细菌 学手册》(“ Bergey' s Manual of Determinative Bacteriology”),苏联的克拉西里尼 科夫著的《细菌和放线菌的鉴定》和法国普雷沃( Prevot)编写的《细菌分类学》。其中最 有影响力的还是《伯杰氏鉴定细菌学手册》,它1923年出版第一版,1925年,1930年, 1934年,1939年,1948年,1957年,1974年每隔四年就再版一次,1984年出了第九版, 并更名为《伯杰氏系统细菌学手册》(“ Bergry's Manual of Systematic Bacteriology”) 分为四卷。《伯杰氏系统细菌学手册》还涉及到放线菌的分类。该手册的部分内容见附录1。 表2.2.2数值分类法与传统分类法的比较 传统分类法 数值分类法 分类原则 所用特征有主次之分 所用特征无主次之分 鉴定项目 大量(50到数百) 隞数据整理 十算机运算 检索方法 使用双岐检索表 根据相似系数大小 确定种属 主要特征相同者为同属,次要阳似系数小者为同属,相似系 特征相同者为同种 数大者为同种 表22.3真菌界的几种分类系统 Wittaker(1969) Ainsworth(1973) Margulis(1974) Leedale(1974) 真菌界 真菡界 真菌界 真菌界 裸菌亚界 粘菌门(4个纲)接合菌门 粘菌门 真菌门 子囊菌门 集孢粘菌门 集孢菌门 鞭毛菌亚门 半子囊菌纲 根肿菌门 网粘菌门 壶菌纲 真子囊菌纲 壶菌门 双鞭毛亚界 丝壶菌纲 腔菌纲 丝壶菌门 卵菌门 根肿菌纲 虫囊菌纲 接合菌门 真菌亚界 卵菌纲 担子菌门 子囊菌门 后鞭毛菌分支 接合菌亚门 异担子菌纲 担子菌门 壶菌门 接合菌纲 同担子菌纲 无鞭毛分支 毛菌纲 半知菌门 接合菌门 子囊菌亚门 地衣菌门 子囊菌门 半子囊菌纲 囊衣菌纲 担子菌门 不整囊菌纲 担衣菌纲 核菌纲 半衣菌纲 腔菌纲 虫囊菌纲 盘菌纲 担子菌亚门 冬孢菌纲 层菌纲 腹菌纲 半知菌亚门 芽孢纲 丝孢纲 腔孢纲 2.2.2.2放线菌分类系统 放线菌的归属还存在分歧,有人将其划到细菌也有人认为是霉菌。《伯杰氏系统细菌 学手册》将放线菌作为细菌,理由是放线菌无核膜、菌丝直径小而且与杆细菌的直径相近 对溶菌酶敏感及对抗细菌的药物敏感等。 另外还有美国的瓦克斯曼( Waksman)分类系统和美国的 Lechevalier分类系统(以形态和
第二章 微生物的形态与分类 9/50 目前有三个较全面的细菌分类系统, 如美国 R.S.Breed 等人编写的《伯杰氏鉴定细菌 学手册》（“Bergey’s Manual of Determinative Bacteriology”），苏联的克拉西里尼 科夫著的《细菌和放线菌的鉴定》和法国普雷沃(Prevot)编写的《细菌分类学》。其中最 有影响力的还是《伯杰氏鉴定细菌学手册》，它 1923 年出版第一版，1925 年，1930 年， 1934 年，1939 年，1948 年，1957 年，1974 年每隔四年就再版一次，1984 年 出了第九版， 并更名为《伯杰氏系统细菌学手册》（“Bergry’s Manual of Systematic Bacteriology”)， 分为四卷。《伯杰氏系统细菌学手册》还涉及到放线菌的分类。该手册的部分内容见附录 1。 表 2.2.2 数值分类法与传统分类法的比较 项目 传统分类法 数值分类法 分类原则 所用特征有主次之分 所用特征无主次之分 鉴定项目 较少 大量（50 到数百） 数据整理 人工统计 计算机运算 检索方法 使用双岐检索表 根据相似系数大小 确定种属 主要特征相同者为同属，次要 特征相同者为同种 相似系数小者为同属，相似系 数大者为同种 表 2.2.3 真菌界的几种分类系统 Wittaker(1969) Ainsworth(1973) Margulis(1974) Leedale(1974) 真菌界 裸菌亚界 粘菌门 集孢菌门 网粘菌门 双鞭毛亚界 卵菌门 真菌亚界 后鞭毛菌分支 壶菌门 无鞭毛分支 接合菌门 子囊菌门 担子菌门 真菌界 粘菌门（4 个纲） 真菌门 鞭毛菌亚门 壶菌纲 丝壶菌纲 根肿菌纲 卵菌纲 接合菌亚门 接合菌纲 毛菌纲 子囊菌亚门 半子囊菌纲 不整囊菌纲 核菌纲 腔菌纲 虫囊菌纲 盘菌纲 担子菌亚门 冬孢菌纲 层菌纲 腹菌纲 半知菌亚门 芽孢纲 丝孢纲 腔孢纲 真菌界 接合菌门 子囊菌门 半子囊菌纲 真子囊菌纲 腔菌纲 虫囊菌纲 担子菌门 异担子菌纲 同担子菌纲 半知菌门 地衣菌门 囊衣菌纲 担衣菌纲 半衣菌纲 真菌界 粘菌门 集孢粘菌门 根肿菌门 壶菌门 丝壶菌门 接合菌门 子囊菌门 担子菌门 2.2.2.2 放线菌分类系统 放线菌的归属还存在分歧，有人将其划到细菌也有人认为是霉菌。《伯杰氏系统细菌 学手册》将放线菌作为细菌，理由是放线菌无核膜、菌丝直径小而且与杆细菌的直径相近、 对溶菌酶敏感及对抗细菌的药物敏感等。 另外还有美国的瓦克斯曼（Waksman）分类系统和美国的 Lechevalier 分类系统（以形态和
第二章微生物的形态与分类 细胞壁成分作分类依据)对放线菌进行了分类 2.2.2.3真菌分类系统 真菌是一群形态和习性差别很大的微生物,它们有性繁殖的特点也有较大的不同,这 些特征都是真菌的分类依据。针对真菌的分类系统很多,自1729年 Michel首次对真菌进 行分类以来,有代表性的真菌分类系统不下十余种。表2.2.3列出了四种以真菌为“界 的分类系统。 Ainsworth分类系统比较全面、合理,影响也较大。该系统将真菌界分成两大门(粘菌 门和真菌门)。粘菌门分两个纲;真菌门分成五个亚门,十八个纲。其内容见附录2。 另一种真菌的分类系统—— Smith g.R.分类系统则较为简明,根据真菌的有性繁殖特 点,分成三个纲和一个类,即藻状菌纲,子囊菌纲,担子菌纲和半知菌类,见附录3。本书 基本上根据该系统进行介绍 霉菌( Molds)不是分类学名词,而是俗名。是一类在营养基质上生长形成绒毛状 蜘蛛网状和絮状的真菌的统称。根据SπithG.R.分类系统,霉菌分属于藻状菌纲、子囊菌 纲和半知菌类。藻状菌纲在真菌中最低级,除叶绿素外,其结构、繁殖方式都和绿藻相近 具有无隔的菌丝体,属于单细胞,胞内多核。子囊菌纲有时被称为高等真菌,与其它真菌 的区别是能产生子囊,单细胞或多细胞。半知菌是一类缺乏有性阶段的真菌,也可以认为 是一类尚未发现或已消失有性阶段的真菌,菌丝有隔,分生孢子的形成与子囊菌相似 酵母菌( Yeasts)也不是分类学名词。它是指以芽殖为主,大多数为单细胞的一类真 菌。根据 Smith g.R.分类系统,它分属于真菌的子囊菌纲、担子菌纲和半知菌类。1952年 罗德( Lodder)编写了“ The yeasts a Taxonomic Study”一书,这是一本较为全面的介绍 酵母菌分类学的手册,1970年出版了第二版,见附录4 2.2.3.微生物的命名法则 生物分类就是把各种生物按其亲缘关系分群归类,形成一个系统,并给每一个种冠以 个严格的名称。这就要求有一个统一的,为大家所理解的分类单位和命名法则。 2.2.3.1徹生物的分类单位 和动植物分类一样,微生物的分类单位依次为界( kindom)、门( phy llum)、纲( class)、 目( order)、科( family)、属( genus)和种( species)。在各分类单位之间有时也可增设次要 分类单位,如:亚门、亚纲、亚目,在种和属之间可加“族”。上述分类单位中以“种 概念的界定最为关键 1)种的概念 在微生物尤其在原核微生物中,关于“种”的概念,人们有不同的看法。至今还没有 个公认的、明确的“种”的定义。伯杰氏( Bergey)手册对细菌“种”定义为:典型培 养菌及所有与它密切相同的其它培养菌一起称为细菌的一个“种”。 上述定义可以通俗地理解为种是一个分类的基本单位。它是一大群表型特征高度相似、 亲缘关系极其接近、与同属内其它种有着明显差异的菌株的总称。在微生物分类学中, 个种只能用该种内的一个典型菌株( type strain)来作为具体标本,这个典型菌株就是该 种的模式种( type species)。 不管人们怎样理解“种”的概念,“种”都客观存在而且相对稳定。但是,另一方面 生物又是在不断变化的。同一生物的不同个体,由于所处的环境不同,其本身或后代会出 现一些变异。同种生物个体间的差异是形成新种的前奏,当变异达到质变程度时就形成了 新种。一定条件下,物种将保持相对稳定,这是物种存在的根据,使生物的分类有据可训, 而“变”则是物种发展的需要,但也给分类工作带来很大的困难。例如,如何鉴别种内变 化与种间变化的差异,还存在着混乱的认识,种的范围至今还难以明确。 随着微生物分类学的发展,人们越来越清楚地看到种的定义应建立在遗传物质即DNA 的基础上,把DNA同源性的大小作为划分种的依据。但是,这会对分类学的实际应用和对 历史遗产的继承带来一定的困难。 2)种以下的概念 在“种”以下有时还设立进一步细分的单元,如:变种、亚种、菌株、型等 a)变种( Variety,War.)
第二章 微生物的形态与分类 10/50 细胞壁成分作分类依据）对放线菌进行了分类。 2.2.2.3 真菌分类系统 真菌是一群形态和习性差别很大的微生物，它们有性繁殖的特点也有较大的不同，这 些特征都是真菌的分类依据。针对真菌的分类系统很多，自 1729 年 Michei 首次对真菌进 行分类以来，有代表性的真菌分类系统不下十余种。表 2.2.3 列出了四种以真菌为“界” 的分类系统。 Ainsworth 分类系统比较全面、合理，影响也较大。该系统将真菌界分成两大门（粘菌 门和真菌门）。粘菌门分两个纲；真菌门分成五个亚门，十八个纲。其内容见附录 2。 另一种真菌的分类系统——Smith G.R.分类系统则较为简明，根据真菌的有性繁殖特 点，分成三个纲和一个类，即藻状菌纲，子囊菌纲，担子菌纲和半知菌类，见附录 3。本书 基本上根据该系统进行介绍。 霉菌（Molds）不是分类学名词，而是俗名。是一类在营养基质上生长形成绒毛状、 蜘蛛网状和絮状的真菌的统称。根据 Smith G.R.分类系统，霉菌分属于藻状菌纲、子囊菌 纲和半知菌类。藻状菌纲在真菌中最低级，除叶绿素外，其结构、繁殖方式都和绿藻相近。 具有无隔的菌丝体，属于单细胞，胞内多核。子囊菌纲有时被称为高等真菌，与其它真菌 的区别是能产生子囊，单细胞或多细胞。半知菌是一类缺乏有性阶段的真菌，也可以认为 是一类尚未发现或已消失有性阶段的真菌，菌丝有隔，分生孢子的形成与子囊菌相似。 酵母菌（Yeasts）也不是分类学名词。它是指以芽殖为主，大多数为单细胞的一类真 菌。根据 Smith G.R.分类系统，它分属于真菌的子囊菌纲、担子菌纲和半知菌类。1952 年 罗德(Lodder)编写了 “The yeasts a Taxonomic Study”一书，这是一本较为全面的介绍 酵母菌分类学的手册，1970 年出版了第二版，见附录 4。 2.2.3.微生物的命名法则 生物分类就是把各种生物按其亲缘关系分群归类，形成一个系统，并给每一个种冠以 一个严格的名称。这就要求有一个统一的，为大家所理解的分类单位和命名法则。 2.2.3.1 微生物的分类单位 和动植物分类一样，微生物的分类单位依次为界（kindom）、门(phyllum）、纲（class)、 目(order)、科(family)、属(genus)和种(species)。在各分类单位之间有时也可增设次要 分类单位，如：亚门、亚纲、亚目，在种和属之间可加“族”。上述分类单位中以“种” 概念的界定最为关键。 1) 种的概念 在微生物尤其在原核微生物中，关于“种”的概念，人们有不同的看法。至今还没有 一个公认的、明确的“种”的定义。伯杰氏（Bergey）手册对细菌“种”定义为：典型培 养菌及所有与它密切相同的其它培养菌一起称为细菌的一个“种”。 上述定义可以通俗地理解为种是一个分类的基本单位。它是一大群表型特征高度相似、 亲缘关系极其接近、与同属内其它种有着明显差异的菌株的总称。在微生物分类学中，一 个种只能用该种内的一个典型菌株（type strain）来作为具体标本，这个典型菌株就是该 种的模式种（type species)。 不管人们怎样理解“种”的概念，“种”都客观存在而且相对稳定。但是，另一方面， 生物又是在不断变化的。同一生物的不同个体，由于所处的环境不同，其本身或后代会出 现一些变异。同种生物个体间的差异是形成新种的前奏，当变异达到质变程度时就形成了 新种。一定条件下，物种将保持相对稳定，这是物种存在的根据，使生物的分类有据可训， 而“变”则是物种发展的需要，但也给分类工作带来很大的困难。例如，如何鉴别种内变 化与种间变化的差异，还存在着混乱的认识，种的范围至今还难以明确。 随着微生物分类学的发展，人们越来越清楚地看到种的定义应建立在遗传物质即 DNA 的基础上，把 DNA 同源性的大小作为划分种的依据。但是，这会对分类学的实际应用和对 历史遗产的继承带来一定的困难。 2) 种以下的概念 在“种”以下有时还设立进一步细分的单元，如：变种、亚种、菌株、型等。 a) 变种(Variety，Var.)