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微生物的概念及分类

2011-12-19  剑峰如钰

一、微生物的概念及其在生物分类中的地位

 

1、微生物的概念

    微生物(Microorganism, microbe)一词并非生物分类学上的专门名词,而是指大量的、极其多样的、不借助显微镜看不见的微小生物类群的总称。因此,微生物通常包括病毒、细菌、真菌、原生动物和某些藻类,它们的大小和特征见表1-1

 

1-1.微生物形态、大小和细胞类型

 

微生物

大小近似值

细胞特征

病毒

0.010.25μm

非细胞的

细菌

0.110μm

原核生物

真菌

2μm1m

真核生物

原生动物

21000μm

真核生物

藻类

1μm~几米

真核生物

   

但是有些例外。如许多真菌子实体、蘑菇等常肉眼可见;相同的,某些藻类能生长几米长。一般来说,微生物可以认为是相当简单的生物,大多数的细菌、原生动物、某些藻类和真菌是单细胞的微生物,即使为多细胞的微生物,也没有许多的细胞类型。病毒甚至没有细胞,只有蛋白质外壳包围着的遗传物质,且不能独立生活。

 

2 微生物在生物分类中的地位

    在生物发展的历史上,曾把所有的生物分为动物界和植物界两大类。而微生物,不仅形体微小、结构简单,而且它们中间有些类型像动物,有些类型像植物,还有些类型既有动物的某些特征,又具有植物的某些特征,因而归于动物或植物都不合适。于是,1866年海克尔(Haeckel)提出区别动物界与植物界的第三界——原生生物界。它包括藻类、原生动物、真菌和细菌。

 

二、微生物的分类系统

   

这里仅简述原核微生物和真核微生物的分纲体系。

    1 原核生物界(Procaryotae

  1 光能营养原核生物门

     蓝绿光合细菌纲(蓝细菌类)

     红色光合细菌纲

     绿色光合细菌纲

  2)化能营养原核生物门

       细菌纲

     立克次氏体纲

       柔膜体纲

       古细菌纲

    2 真核微生物(Eucaryotic microbes

    真核策生物主要包括各类真菌,还有粘菌等。

    真菌划分各能分类单位的基本原则是以形态特征为主,生理生化、细胞化学和生态等特征为辅。丝状真菌主要根据其孢子产生的方法和孢子本身的特征,以及培养特征来划分各级的分类单位。一些病原真菌的鉴定,寄生和症状也可作为参考依据。真菌可分以下四纲:

    藻状菌纲 菌丝体无分隔,含多个核。有性繁殖形成卵孢子或接合孢子。

    子囊菌纲 菌丝体有分隔,有性阶段形成子囊孢子。

    担子菌纲 菌丝体有分隔,有性阶段形成担孢子。

    半知菌纲 包括一切只发现无性世代未发现有性阶段的真菌。

    粘菌也可分为四纲,即

    网粘菌纲 自细胞两端各自伸出长的粘丝并接连形成粘质的网络——假原质团。

    集胞粘菌纲 分泌集胞粘菌素,形成假原质团。

    粘菌纲 形成原质团,腐生性自由生活。

    根肿病菌纲 形成原质团,专性寄生。亦有将之归于真菌类。

 

三、微生物的分类依据  

   

1. 形态特征

  (1)个体形态 镜检细胞形状、大小、排列,革兰氏染色反应,运动性,鞭毛位置、数目,芽孢有无、形状和部位,荚膜,细胞内含物;放线菌和真菌的菌丝结构,孢子丝、孢子囊或孢子穗的形状和结构,孢子的形状、大小、颜色及表面特征等。

  (2)培养特征

   1)在固体培养基平板上的菌落(colony)和斜面上的菌苔(lawn)性状(形状、光泽、透明度、颜色、质地等);

   2)在半固体培养基中穿刺接种培养的生长情况;

   3)在液体培养基中混浊程度,液面有无菌膜、菌环,管底有无絮状沉淀,培养液颜色 等。

    2.生理生化特征

 (1)能量代谢 利用光能还是化学能;

 (2)对O2的要求 专性好氧、微需氧、兼性厌氧及专性厌氧等;

 (2)营养和代谢特性 所需碳源、氮源的种类,有无特殊营养需要,存在的酶的种类等。

    3.生态习性

    生长温度,酸碱度,嗜盐性,致病性,寄生、共生关系等。

    4.血清学反应

    用已知菌种、型或菌株制成抗血清,然后根据它们与待鉴定微生物是否发生特异性的血清学反应,来确定未知菌种、型或菌株。

    5  噬菌反应

   菌体的寄生有专一性,在有敏感菌的平板上产生噬菌斑,斑的形状和大小可作为鉴定的依据;在液体培养中,噬菌体的侵染液由混浊变为澄清。噬菌体寄生的专业性有差别,寄生范围广的谓多价噬菌体,能侵染同一属的多种细菌;单价噬菌体只侵染同一种的细菌;极端专业化的噬菌体甚至只对同一种菌的某一菌株有侵染力,故可寻找适当专化的噬菌体作为鉴定各种细菌的生物试剂。

   6  细胞壁成分

   革兰氏阳性细菌的细胞壁含肽聚糖多,脂类少。革兰阴性细菌与之相反。链霉菌属(Streptomyces)的细胞壁含丙氨酸、谷氨酸、甘氨酸和2,6-氨基庚二酸,而含有阿拉伯糖是诺卡氏菌属(Nocardia)的特征。霉菌细胞壁则主要含几丁质。

    7  红外吸收光谱

    利用红外吸收谱技术测定微生物细胞的化学成分,了解微生物的化学性质,作为分类依据之一。

    8  GC含量

    生物遗传的物质基础是核酸,核酸组成上的异同反映生物之间的亲缘关系。就一种生物的DNA来说,它的碱基排列顺序是固定的。测定四种碱基中鸟嘌呤(G)和胞密啶(C)所占的摩尔百分比,就可了解各种微生物DNA分子不同源性程度。亲缘关系接近的微生物,它们的G+G含量相同或近似的两种微生物,不一定紧密相关,因为它们的DNA的四个碱基的排列顺序不一定相同。

    9  DNA杂合率

    要判断微生物之间的亲缘关系,须比较它们的DNA的碱基顺序,最常用的方法是DNA杂合法。其基本原理是DNA解链的可逆性和碱基配对的专一性。提取DNA并使之解链,再使互补的碱基重新配对结合成双链。根据能生成双链的情况,可测知杂合率。杂合率越高,表示两个DNA之间碱基顺序的相似越高,它们间的亲缘关系也就越近。

    10  核糖体核糖酸(rNA )相关度

    在DNA相关度低的菌株之间,rRNA同源性能显示它们的亲缘关系。Rrna-DNA分子杂交试验可没定Rrna的相关度,揭示Rrna 的同源性。

    11  rRNA的碱基顺序

    RNA的碱基顺序由DNA转录来的,故完全具有相对应的关系。提取并分离细菌内标记的16SrRNA,以核糖核酸消化,可获得各种寡核苷酸,测定这些寡核苷酸上的碱基顺序,可作为细菌分类学的一种标记。

    12  核糖体蛋白的组成分析

    分离被测细菌的30S和50S核糖体蛋白亚单位,比较其中所含核糖体蛋白的种类及其含量,可将被鉴定的菌株分为若干类群,并绘制系统发生图。

    13  其它

    如脂类分析、核磁共振(NMR)谱、细胞色素类型以及辅酶Q的种类(所含异间二烯侧链的长度)等。

 

四、微生物的分类单位与命名

    

生物最基本的分类单位从上到下是:种(species→属(genns)→科(family)→目(order)→纲(class)→门(phyllum)等。

       门、纲、目、科、属名的字首字母要大写,除属名外不印成斜体字。属、种名印刷用斜体字下划线。如:

       酿酒酵母在分类系统中的归属情况为

       门:真菌门 Eumycophyta

       纲:子囊菌纲 Ascomyeetes

       亚纲:原子囊菌亚纲 Protoascomycetes

       目:内孢霉目Endomyctales 

       科:内孢霉科Endomycetaceae

       亚科:酵母亚科Sacchromycetoideae

       属:酵母属Sacchromyces

       种:酿酒酵母S.cerevisiae Hansen

     微生物的命名,与其他生物一样,采用国际上通用的双名法,学名通常由一个属名加一个种的加词构成。出现在分类学文献中的学名,往往还加上首次定名人(外加括号)、现名定人和现名定名年份,但在一般使用时,这几个部分总是省略的。

      例如,由Ehrenberg1838年定名为Vibrio subtilis(枯草弧菌)的细菌,到1872年,Cohn发现弧状不是该菌的特征,它的特征是杆状具芽孢,故将它转到芽孢杆菌属,称为枯草芽孢杆菌(简称枯草杆菌),其学名为Bacillus subtilis(Ehrenberg)Cohn1872。再如,可使许多科的植物生肿瘤的土壤杆菌属细菌称为根癌土壤菌,学名为Agrobacterium tumefaciens(Smith&Townsend)Conn1972;寄居于温血动物肠道下部的埃希氏菌属细菌称为大肠埃希氏菌(简称大肠杆菌),其学名为Excherichia coli(Migula) Castellani&Chalmers1919;葡萄球菌属呈金黄色葡萄球菌,学名为Staphylococcus aureus Rosenbach1884;呈铜绿色的假单胞菌(即绿脓杆菌)学名为 Pseusomonas aeruginosa(Schroeter)Migula1920

     有时,从自然界分离到的某一微生物纯种,与典型的特征不完全符合,而不相符的这一特性又是稳定的,则将这种微生物称为典型种的变种(variety,简称var)。在实验室里获得的变异型则称为亚种(subspecies,简称subsp)

     变种或亚种的学名按“三名法”构成。

     例如,有一种芽孢杆菌,能产生黑色素,其余特征与典型的枯草杆菌完全符合,该菌学名为Bacillus substilis var.niger(枯草芽孢杆菌黑色变种)。

      同种不同来源的微生物纯培养,称为菌株(strain)。菌株的名称都放在学名(即属名和种的加词)的后面,可用字母、符号、编号等自行决定。例如B.subtilis AS1.398B.subtilisBF7.658是枯草杆菌的两个菌株,前者可生产蛋白酶,后者生产α-淀粉酶。

     随着科学的发展,新技术和研究方法的应用,尤其是电子显微镜和超显微结构研究技术的应用,发现了生物的细胞核有两种类型,一种是没有真正的核结构,称为原核,其细胞不具核膜,只有一团裸露的核物质;另一种是由核膜、核仁及染色体组成的真正的核结构称为真核。动物界、植物界及原生生物界中的大部分藻类、原生动物和真菌是真核生物,而细菌、蓝细菌则是原核生物。真核生物和原核生物不仅细胞核的结构不同,而且其性状也有差别,真核生物和原核生物性状的比较内容将在第二章详细介绍。

 

    根据核结构的不同,1969年魏塔科(Whittaker)提出五界系统,即动物界、植物界、原生生物界、真菌界和原核生物界。五界系统的生物都有细胞结构。病毒作为一界被提出的较晚,主要原因是 ①病毒和类病毒是生物还是非生物,是原始类型还是次生类型是长期争论未决的问题;②病毒不是用双命法,分类不用阶元系统。但经过长期研究发现,病毒和细胞型生物是有共同特性:①遗传物质是DNA(部分病毒是RNA);②使用共同的遗传密码。在此基础上,我国学者于1979年提出将无细胞结构病毒立为病毒界,从而建立了六界系统。

 

细胞型生物

 

动物界(Animalia

 

植物界(Plantae

 

原生生物界(Protista):原生动物、大部分藻类及粘菌

 

真菌界(Fungi):酵母、霉菌

 

原核生物界(Procaryotae):细菌、放线菌、蓝细菌等

 

非细胞型生物:病毒界(Vira


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