第十二章 微生物的进化、系统发育和分类鉴定 - 图文

第十二章 微生物的进化、系统发育和分类鉴定

地球大约是在45亿年前形成的。地质学、古生物学和地球化学直接或间接证据都表明：大约在地球形成10亿年之后，我们这个星球开始出现生命，主要是些类似简单杆状细菌的原始生物。但在同期的、另外一些被认为是由光合微生物与沉积物形成的片层状化石--叠层石(stromatolites)资料中，也发现存在形态较多样的微生物，综合分析认为，它们类似于绿硫细菌和多细胞丝状绿菌，这似乎表明：不产氧光合细菌的起源也很早。这些原始生命大概都是厌氧型的。含有产氧型光合细菌--蓝细菌的叠层石则发现于25-30亿年前的地质年代中 ，蓝细菌的出现，给地球带来了氧气。而后，各种真核生物才随之出现。

根据现代生物进化论观点，地球上的生命是在地球历史早期的特殊环境条件下，通过\前生命的化学进化\过程，由非生命物质产生的。这些最原始的生命经过漫长的进化历程，产生了千姿百态的生物种类。所谓进化(evolution)是生物与其生存环境相互作用过程中，其遗传系统随时间发生一系列不可逆的改变，在大多数情况下，导致生物表型改变和对生存环境的相对适应。所以，今天仍生存在地球上的生物种类，彼此之间都有或远或近的历史渊源。 研究微生物的系统发育(phylogeny)就指的是研究各类微生物进化的历史。

地球上到底有多少物种至今仍无准确答案，估计有分类记录的各类物种大约有150万，其中微生物超过10万种，而且其数目还在不断增加。微生物学工作者要认识、研究和利用微生物或控制有害微生物，必须对它们进行分类(classification)。对生物进行分类存在两种基本的、截然不同的分类原则：一是根据表型(phenetic)特征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；第二种分类原则是要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。从进化论诞生以来，生物分类要反映生物之间的亲缘关系，已经成生物学家普遍接受的分类原则。因此，以进化论为指导思想的分类学(taxonomy)，其目的已经不仅仅是物种的识别和归类，其主要目标是通过追溯系统发育，推断进化谱系，这样的分类学也称之为生物系统学(systematics)。传统的微生物分类方法，主要是根据表型的(形态学 、生理生化学、生态学等)特征来推断微生物的系统发育。分子生物学的发展，使我们不仅可以根据表型特征，而且可以从分子水平上，通过研究和比较微生物乃至整个生物界的基因 型特征来探讨生物的进化、系统发育和进行分类鉴定。

第一节 进化的测量指征

在以往有关进化的教科书中，当讨论生物进化关系时，主要是涉及高等动植物的进化，有关微生物(特别是细菌)的进化则很少触及。之所以出现这种情况，是因为70年代以前，生物类群间的亲缘关系主要是根据形态结构、生理生化、行为习性等表型特征以及少量的化石资料来判断它们之间的亲缘关系。而对于原核生物，由于其形体微小、结构简单、缺少有性繁殖过程，化石资料更是凤毛麟角、即使有也难深入分析，所以，尽管微生物分类学家也根据少量 表型特征来推测各类微生物的亲缘关系而提出过许多分类系统，但都随着时间的推移而不断地被否定了。直到60-70年代，有识之士才清醒地认识到；仅依靠表型特征无法解决微生物的系统发育问题，必须寻找新的特征作为生物进化的指征。

一、进化指征的选择

要按照生物的亲缘关系进行系统分类，使分类系统真正成为总结生物进化历史的生物系谱， 需要系统的古生物资料来阐明各类生物之间的共祖、分支和年代关系。因此，在缺乏化石资料的情况下，最为艰难的任务是如何确定类群之间的进化关系，用什么特征作为划分类群的主要特征? 过去根据形态学特征推断生物之间的亲缘关系存在两个突出问题：一是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；二是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。因此，70年代以后研究微生物的系统发育，主要是分析和比较生物

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大分子的结构特征，特别是蛋白质、RNA和DNA这些反 映生物基因组特征的分子序列，作为判断各类微生物乃至所有生物进化关系的主要指征。

大量的研究表明；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 。因此，这些生物大分子被看作是分子计时器(molecular chronometers)或进化钟(evoluti onary clock)，它们真实地记录了各种生物的进化过程。因此，我们可以通过比较不同类群的生物大分子序列的改变量来确定它们彼此系统发育相关性或进化距离。在两群生物中，如果同一种分子的序列差异很大时，表示它们进化距离远，这两群生物在进化过程中很早就分支了。如果两群生物同一来源的大分子的序列相同，说明它们处在同一进化水平上。

为了准确确定各种生物之间的进化关系，还必须挑选恰当的大分子来进行序列研究。在挑选大分子时应注意以下几点：

(1)它必须普遍存在于所研究的各个生物类群中。如果我们所研究的是整个生命界的进化，那么所选择的分子必须在所有生物中存在，这样才便于分析和比较。

(2)选择在各种生物中功能同源的大分子。催化不同反应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进行比较，因为功能不相关的分子也意味着进化过程中来源不同，对这一类不相关分子进行比较也不期望它们会表现出序列的相似性。所以，大分子进化的研究必须从鉴定大分子的功能开始。

(3)为了鉴定大分子序列的同源位置或同源区，要求所选择的分子序列必须能严格线性排列，以便进行进一步的分析比较。

(4)还应注意根据所比较的各类生物之间的进化距离来选择适当的分子序列。当我们比较亲缘关系远的生物类群时，必须选择变化速率低的分子序列，因为序列变化速率高的分子，在其进化过程中共同的序列已经丧失。大量的资料表明：功能重要的大分子、或者大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。

二、rRNA作为进化的指征

虽然蛋白质、RNA和DNA等生物大分子都可以提供生物进化的信息，但并不等于所有各类大分子都广泛适用于生物系统发育的研究，大量的实验研究表明：在众多的生物大分子中，最适合于揭示各类生物亲缘关系的是rRNA，尤其是16SrRNA。16SrRNA所以被普遍公认为是一把好的谱系分析的\分子尺\，这是因为：

(1)rRNA参予生物蛋白质的合成过程，其功能是任何生物都必不可少的，而且在生物进化的漫长历程中，其功能保持不变；

(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。在5SrRNA、16SrRNA、23SrRNA三种分子中，5SrRNA约含120个核苷酸，虽然它也可以作为一种信息分子加以利用，但由于其信息量小，应用上受很大限制。23SrRNA虽然它蕴藏着大量信息，但由于分子量大(约含2900个核苷酸)序列测定和分析比较工作量大，使用时难度较大。而16Sr RNA分子量大小适中(约含1540个核苷酸)，含有足以广泛比较各类生物的信息量，加上rRNA 在细胞中含量大(约占细胞中RNA的90%)也易于提取；

(4)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。这一点极为重要，在70年代以前，生物进化的研究之所以没有取得突破性进展，重要原因就是没有找到一把可以测量所有生物进化关系的尺子。这把\尺子\是美国学者伍斯(Carl Woese)70年代首先发现的，他用这把尺子对微生物系统发育进行了开拓性研究，发现了生命的第三种形式* --古细菌(见5.)。

* Michael W.Gray, 1996, The third form of life, Nature, 383:299. 三、rRNA的顺序和进化

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用rRNA分子计时器进行微生物进化关系的分析，需要对所比较的微生物进行培养，然后提取并纯化rRNA，进行rRNA序列测定，获得各相关微生物的序列资料，然后输入计算机进行分析比较，由计算机分析微生物之间系统发育关系。rRNA序列测定和分析方法分两类：寡核苷酸编目法和全序列分析法。

1. 寡核苷酸编目分析法

八十年代中期以前的研究，主要是采用寡核苷酸编目分析法。序列测定的大致的做法是：将纯化的16SrRNA用核糖核酸酶(如T1核酸酶)处理，水解成片断，并用同位素体外标记(也可以在培养微生物时进行活体标记)，然后用双向电泳层析法，分离这些片断，用放射自显影技术确定不同长度的寡核苷酸斑点在电泳图谱中的位置，根据寡苷酸在图谱中的位置，小片断的寡核苷酸分子序列即可确定。对于不能确定序列的较大片断核苷酸，还需要把斑点切下，再用不同核糖核酸酶或碱水解进行二级分析，有的可能还要进行三级分析，直至弄清所有片断的序列为止。在此基础上，对6个或更多核苷酸的片断按不同长度进行编目。将所有要比较的微生物的序列目录编好后，即可对这些序列目录资料进行分析比较，采用相似性系数法和序列印记法比较各微生物之间的亲缘关系。

相似性系数法，是通过计算相似性系数SAB值来确定微生物之间的关系。A和B两菌株的相似性系数SAB =2×NAB /NA +NB，其中NAB代表两菌所含相同寡核苷酸的碱基总数，NA和NB分别代表两菌寡核苷酸所含碱基总数。如果SAB等于1，说明所比较的两菌株rRNA序列相同，是同一进化时间的微生物，若SAB值小于0.1两菌亲缘关系很远。序列印记法，则是通过序列比较后，若发现某些序列仅为某种(群)微生物所特有，这些序列即可作为该种(群)微生物的印记序列(signature sequence)。印记序列通常出现在某一特定系统发育群的全部成员或绝大多数成员中，所以，它可以作为该系统发育群的标志，印记序列对于把微生物归入适当类群，或用来制备核酸探针鉴定微生物有重要意义。伍斯70年代末发现古生菌，认为生命应分三界的理论，就是采用寡核苷酸编目分析对大量的微生物进行分析比较后提出来的(图12-1)。

图12-1 三界生物的16SrRNA的比较

2.全序列分析法

寡核苷酸编目分析法，只获得了16SrRNA分子的大约30%的序列资料，加上采用的是一种简单相似性的计算方法，所以其结果有可能出现误差，应用上受到一定限制。随着核酸序列分析技术的发展，八十年代末又陆续发展了一些rRNA全序列分析方法，其中最常用的是直接序列分析法。这种方法用反转录酶和双脱氧序列分析，可以对未经纯化的rRNA抽提物进行直接的序列测定。其大致的做法如下：抽提细胞总rRNA，用少量与16SrRNA分子中某些高度保守区内的碱基序列互补的DNA寡核苷酸(约15～20个核苷酸)作引物与其混合，然后加入反向转录酶和32P标记的双脱氧腺三磷酸和其他三种未标记的脱氧核苷酸混合，并分成四等份，往每一份中分别加入少量四种不同的2,3双氧脱核苷酸。反转录酶解读rRNA中的16SrRNA模板，并复制DNA拷贝，通过双脱氧核苷酸类似物的随机结合中止在不同位点上的转录。最后用电泳法分离所产生的DNA片断(在四个反应体系中DNA片断，都分别以A、G、C、T 结尾)。根据四个反应体系DNA片断在电泳凝胶上的排列，用放射自显影技术解读互补DNA顺 序，从而推断出16SrRNA顺序。更新的序列分析技术是用人工合成的与16SrRNA保守区内的序 列互补的寡核苷酸作引物，用PCR技术来扩增16SrRNA的基因(编码16SrRNA的DNA)，再用类似上述方法的双脱氧序列分析法进行直接的序列分析。这种方法用的细胞材料少，适于开展大规模研究。

为了使16SrRNA全序列测定所获得的序列资料，能准确反映各生物之间的进化关系，在比较这些原始序列资料之前，应用计算机先将这些rRNA序列资料进行排序，使各个生物的16SrRN A序列

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的同源位点一一对应，顺序排列(以保证各生物之间的比较，不仅是同源分子的比较，而且是同源位点的比较)，然后两两进行比较，统计两序列之间异同序列数值，用相似性系数(类似编目分析的SAB)或距离数据来表示各微生物之间的进化关系。无论是相似性系数或是表示距离的数据，都是表示存在于两个线性大分子之间的不同位点的数量指征。值得强调的是：当把序列的异同资料转化为反映微生物之间的真实的进化距离(evolutionary distance)时，要考虑到大分子在进化过程中可能发生回复突变或重复置换等所造成的误差 ，因而常用统计学方法对原始数据进行校正，以便能真实反映生物之间的亲缘关系。

在对全rRNA序列资料进行分析比较时，印记序列无疑也是确定微生物进化关系的重要特征， 而且在全序列的顺序资料中，除了可能出现由多个核苷酸组成的印记序列外，还可能在某些特定的序列位点上出现单碱基印记。单碱基印记作为\有可能\属于某一特定类群的标记， 它可以揭示我们在作进一步研究的基础上，迅速确定某种微生物的分类地位。有关界定三域 生物的16S或18SrRNA的印记序列及单碱基印记见表12-1。

表12-1 古生菌、细菌和真核生物的16S(18S)RNA的印记序列

出 现 的 百 分 数 寡核苷酸印记 CACYYG CYAAYUNYG AAACUCAAA AAACUUAAAG NUUAAUUCG YUYAAUUG CAACCYYCR UUCCCG UCCCUG CUCCUUG UACACACCG CACACACCG 单碱基印记 U A U 549 675 880 大致的位置 古生菌(古细菌) 315 510 910 910 960 960 1110 1380 1380 1390 1400 1400 98 0 0 0 0 3 100 0 100 0 0 >95 >95 0 100 0 100 2 细菌(真细菌) ＞95 ＞95 100 0 >95 <1 >95 >95 0 0 >99 0 0 2 100 真核生物 0 0 0 100 0 100 0 0 100 0 100 0  注：① Y=任何嘧啶；R=任何嘌呤；N=任何嘌呤或嘧啶 ② 印记序列的位置以大肠杆菌 16SrRNA作参考。

四、系统发育树

图12-2 系统树

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在研究生物进化和系统分类中，常用一种树状分枝的图型来概括各种(类)生物之间的亲缘关系，这种树状分枝的图型被称为系统发育树(phylogenetic tree)，简称系统树。通过比较生物大分子序列差异的数值构建的系统树称为分子系统树。图型中，分枝的末端和分枝的连结点称为结(node)，代表生物类群，分枝末端的结代表仍生存的种类。系统树可能有时间比例，或者用两个结之间的分枝长度变化来表示分子序列的差异数值。系统树分无根树(unroo ted tree)和有根树(rooted tree)两种形式。无根树只是简单表示生物类群之间的系统发育关系，并不反映进化途径。如图12-2a的上图，只简单表示在A、B、C和D四种生物中，A与B比它与C或D的关系更亲近。而有根树(图12-2b)中，不仅表示出A、B、C、D的亲疏，而且反映出它们有共同的起源及进化方向。构建有根的系统树是相当困难的，如上述假设的简单例子中，连结4种生物的无根树只有3种可能，而有根树则存在15种可能的连结方式，图12-2分 别代表其中的两种连接方式。

构建分子系统树，是在进行序列测定获得原始序列资料后，由计算机排序，使各分子的序列同源位点一一对应，然后计算相似性或进化距离。在此基础上，使用适当的计算机软件根据各微生物分子序列的相似性或进化距离构建系统树。计算机分析系统发育相关性构建系统树时，可以采用各种方法，其中常用是最节省分析法或称简约法(parsimony analysis)。这种方法推断谱系的原则是：在所有可能的谱系关系中，涉及进化改变的序列特征数最少的谱系是最可信的。因此，在比较过程中要找到比较决定性的序列。这种分析方法是基于这样一种假定：进化变化的发生，是沿着最短的途径、发生最少的、变化从祖先进化成今天所比较的生物种类。

1981年伍斯等根据某些代表生物16SrRNA(或18SrRNA)序列比较，首次提出了一个函盖整个生命界的系统树，而后又进行了多次修改和补充，图12-3就是近年提出的一个全生命系统树， 该系统树勾画了生物进化的大致轮廓。从图中可以看出，这是有根的树，根部的结代表地球上最先出现的生命，它是现有生物的共同祖先，生物最初的进化就从这里开始。rRNA序列分析表明，它最初先分成两支：一支发展成为今天的细菌(真细菌)；另一支是古生菌--真核生物分支，它进化过程中进一步分叉分别发展成古生菌和真核生物。因此，从该系统树所反映的进化关系，表明古生菌和真核生物属\姊妹群\，它们之间的关系比它们与真细菌之间的关系更密切。从该系统树还可以看出，古生菌分支的结点离根部最近，其分支距离也最短， 这表明它是现存生物中进化变化最少、最原始的一个类群。真核生物则离共同祖先最远，它们是进化程度最高的生物种类。

图12-3 全生命系统树(Olsen和Woese 1993)

五、三界生物的主要特征

根据形态和生理特征把地球上的生物分为动物界和植物界的理论，统治了生物学100多年，60年代末主要根据细胞核的结构把生物分为原核生物和真核生物两大类，也得到了生物学界的普遍认同。除此之外，在近代还有人提出过诸为三界、四界、五界和六界的生物分类系统。这些系统虽然分类不同，但分类的基本依据却是一样的，即以生物整体及细胞形态学特征和某些生理特征作为推断生物亲缘关系的指征。直到70年代末，这个分类原则才受到伍斯 研究工作的挑战，他用寡核苷酸序列编目分析法对60多株细菌的16SrRNA序列进行比较后，惊奇地发现：产甲烷细菌完全没有作为细菌特征的那些序列，于是提出了生命的第三种形式--古细菌(archaebacteria)。随后他又对包括某些真核生物在内的大量菌株进行了16Sr RNA(18SrRNA)序列的分析比较，又发现极端嗜盐菌和极端嗜酸嗜热菌也和产甲烷细菌一样， 具有既不同其他细菌也不同于其核生物的序列特征，而它们之间则具有许多共同的序列特征。于是提出将生物分成为三界(Kingdom)(后来后改称三个域)：古细菌、真细菌( Eubacteria)和真核生物(Eukaryotes)。1990年，他为了避免把古细菌也看作是细菌的一类 ，他又把三界(域)改称为：Bacteria(细菌)、Archaea(古生菌)和Eukarya(真核生物)。并构建了三界(域)生物的系统树(图12-3)。

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伍斯三界理论提出后，国际上对生物的系统发育进行了更广泛的研究，除了继续对rRNA序列进行比较外，还广泛研究了其他特征，包括许多表型特征。研究结果表明：三界理论虽然是根据16SrRNA序列的比较提出的，但其他特征的比较研究结果也在一定程度上支持了三界生物的划分。表12-2概括介绍除rRNA序列之外与三界生物有联系的一些突出特征。

表12-2 细菌、古生菌和真核生物的特征比较

特 征 有核仁、核膜的细胞核 共价闭合环形的DNA 复杂内膜细胞器 细胞壁含肽聚糖(胞壁酸) 膜脂特征 起动tRNA携带的氨基酸 多顺反子mRNA mRNA剪接、加帽、加尾 核糖体 大小 延伸因子2与白喉杆菌毒素反应 对氯霉素、链霉素、卡那霉素敏感性 对茴香霉素敏感性 依赖DNA的RNA聚合酶 聚合酶Ⅱ型启动子 代谢 有产甲烷的种类 有固氮的种类 有以叶绿素为基础的光合生物 有化能自养的种类 有贮存聚-β-羟丁酸颗粒的种类 在细胞中含气泡的种类 无 有 有 有 有 有 70S 无 敏感 不敏感 细菌 (真细菌) 无 有 无 有 酯键脂、直链脂肪酸 甲酰甲硫氨酸 有 无 70S 有 不敏感 敏感 古生菌 (古细菌) 无 有 无 无 醚键酯、支链烃 甲硫氨酸 有 无 80S 有 不敏感 敏感 真核生物 有 无 有 无 酯键脂、直链脂肪酸 甲硫氨酸 无 有 单一类型、含4个亚有数种、复杂、含8-12个有3种、复杂、含12-14个基 无 有 有 无 有 有 有 亚基 有 无 无 有 无 无 无 亚基 有 最近报导了第一个古生菌--詹氏甲烷球菌(Methanococcus jannaschii)的全基因组序列测定结果及其通过计算机软件与少数真细菌和真核生物全基因组序列所进行的初步比较，其结果虽未显示出古生菌与真核生物较真细菌亲缘关系更近的结论，但也初步证实了它是独立于其他两域生物的第三生命形式。古生菌作为当今仍生活在地球上某些极端环境(高盐、低PH、高温、高压或极端缺氧环境)的一个特殊群体(上述产甲烷球菌就是生活在2600m深、200大气压、94℃左右的海底火山口附近)，其特殊的生境与地球生命起源初期的环境有许多相似之处。因此三界学说的建立和发展，其主要意义并不在于目前研究所取得的某些结论，更重要的是它为进一步探讨生命起源和进化，进一

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步认识、研究和开发微生物资源提出了新的思路，它所提出的研究生物进化的技术方法使我们看到了揭开生命起源和进化之谜 的曙光。当然，随着研究的进一步深入，其学说也必然面临新的挑战*。

* Elizaheth Pennisi, 1999, Is it time to uproot the Tree of Life Science, 284:1305.

第二节 细菌分类

分类是认识客观事物的一种基本方法。我们要认识、研究和利用各种微生物资源也必须对它们进行分类。研究微生物分类理论和技术方法的学科称为微生物分类学(microbial taxonomy)。 分类学内容涉及三个相互依存又有区别的组成部分：分类、命名和鉴定。分类(classification)是根据一定的原则(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；命名(nomenclature)是根据命名法规，给每一个分类群一个专有的名称； 鉴定(identification或determination)则是指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。本节和后面二节主要以细菌和古生菌为例介绍微生物分类、命名和鉴定的有关知识。

一、分类单元及其等级

分类单元(taxon,复数taxa)是指具体的分类群，如原核生物界(Procaryotae)、肠杆菌科

(Enterobacteriaceae)、枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)等都分别代表一个分类单元。 和其他生物分类一样，细菌的分类单元也分为七个基本的分类等级(rank或category)或分类阶元 ，由上而下依次是：界、门、纲、目、科、属、种。在分类中，若这些分类单元的等级不足以反映某些分类单元之间的差异时也可以增加\亚等级\即：亚界、亚门……亚种，在细菌分类中，还可以在科(或亚科)和属之间增加族和亚族等级。细菌分类单元的等级系统见表12-4。值得强调的是，分类单元的等级(阶元)只是分类单元水平的概括，它并不代表具体的分类单元。

除上述国际公认的分类单元的等级外，在细菌分类中，还常常使用一些非正式的类群术语。 如亚种以下常用培养物、菌株、居群和型；种以上常使用群、组、系等类群名称；近年伍斯 还在界之上使用域(domain)(他把全部生物分为古生菌域、细菌域和真核生物域，域下面再 分界)，把\域\作为分类单元的最高等级。下面简要介绍一些常用的类群术语。

培养物(culture)，是指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。如果某一培养物是由单一微生物细胞繁殖产生的，就称之为该细菌的纯培养物(pure culture)。

菌株(strain)，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；用实验方法(如通过诱变)所获得的某一菌株的变异型，也可以称为一个新的菌株，以 便与原来的菌株相区别。菌株是微生物分类和研究工作中最基础的操作实体。由于同种或同 一亚种的不同菌株之间，某些生物学特性可能存在一定差异，就某些非鉴别性特征(不是定 种或界定亚种的特征)而言，不同菌株可能存在重要差别。因此在实际工作中，除了注意菌 株的种名外，还要注意菌株的名称。菌株名称常用数字编号、字母、人名、地名等表示。如 枯草杆菌ASI.398(Bacillus subtilis ASI.398)和枯草杆菌BF7658(Bacillus subtil is BF7 658)，分别代表枯草杆菌的两个菌株(ASI.398和BF7658分别为菌株的编号)，这两个菌株， 前者可用于生产蛋白酶，后者则可用于生产α-淀粉酶。

居群(population)，\一词也有人译为群体、种群或群丛等，是指一定空间中 同种个体的组合。每一个物种在自然界中的存在，都有一定的空间结构，在其分散的、不连 续的居住场所或分布区域内，形成不同的群体单元，这些群体单元就称居群。

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等。由于\一词既代表\型\又可代表\模式\，为避免混淆，现在对表示型的词作了修改，用\代替\。现将较常用的 型的含义及其表达方式列于表12-3中。

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表12-3 常用型的术语及其含义

中文译名 推荐使用的名称 生物型 血清型 致病型 噬菌型 形态型 biovar serovar pathovar phagovar morphovar 以前使用的同义词 biotype serotype pathotype phagotype lysotype morphotype 应用于只有下列性状的菌株 特殊的生理生化性状 不同的抗原特征 对宿主致病性的差异 对噬菌体溶解反应的差异 特殊的形态学特征 上述亚种以下类群名称，虽然是非法定的，但却是普遍使用的习惯用语，其含义相对而言较明确。在细菌分类中还常用群(group)、组(section)、系(series)等，这些类群名称用在不同场合，常常有非常不同的含义，可以是种水平上的类群，也可以代表属以上等级的分类 单元的集合。如《伯杰氏系统细菌学手册》第一版中，主要根据表型特征将全部原核生物分为33组。将假单胞菌属(Pseudomonas)内的90个种分为5组。因此，在阅读文献时应注意区别。下面分别介绍亚种以上等级正式分类单元的含义。

种(species)，是生物分类中基本的分类单元和分类等级。作为分类单元的等级，种的地位低于属而高于亚种这是十分明确的。种作为分类单元，它指的是\物种\，而物种概念目前还是生物学中尚未完全解决的问题。在高等生物中，物种通常被看作是彼此杂交能繁殖的 自然群体，这个群体与其他群体在生殖上是隔离的。在这里，\生殖隔离\被看作是区分物种的标准。由于原核生物缺乏严格意义的有性杂交，尽管也有人根据能否通过转导、转化、接合等途径进行基因物质交换来定种(称之为基因种(genospecies))，但因涉及基因交换机制的各种障碍，仅根据这个标准定种存在许多问题；目前还可根据基因序列资料来分种，如把DNA杂交同源性在60~ 70%以上，或者16SrRNA序列同源性达97%以上的菌株定为一个种。这一定种标准虽有其科学性，但在微生物分类中，目前尚难以普遍采用。实际上，目前微生物分类中已经描述的种仍主要是根据各种特征(其中主要是表型特征)综合分析划分的，因此微生物的种可以看作是 ：具有高度特征相似性的菌株群，这个菌株群与其他类群的菌株有很明显的区别。正由于微生物种的划分缺乏统一的客观的标准，分类学上已经描述的种潜在着不稳定性，有的种可能 会随着认识的深入，分种依据的变化而进行必要的调整。

亚种(subspecies)或变种(variety)，当某一个种内的不同菌株存在少数明显而稳定的变异特征或遗传性状而又不足以区分成新种时，可以将这些菌株细分成两个或更多的小的分类单元--亚种。亚种是正式分类单元中地位最低的分类等级。变种是亚种的同义词。在《国际细菌命名法规》(1976年修订本)发表以前，变种是种的亚等级，因\变种\一词易引起词义上的混淆，1976年后，细菌种的亚等级一律采用亚种，而不再使用变种。

属(genus)，是介于种(或亚种)与科之间分类等级，也是生物分类中的基本分类单元。通常是把具有某些共同特征或密切相关的种归为一个高一级的分类单元，称之属。在系统分类中，任何一个已命名的种都归属于某一个属。当某一个种与其他相关属的种具有重要的区别时， 也可以鉴定为只有一个种的属。就一般而言，微生物属间的差异比较明显，但属的划分也没有客观标准。因此，属水平上的分类也会随着分类学的发展而变化，属内所含种的数目也会由于新种的发现或种的分类地位的改变而变化。

属以上等级分类单元。像属的划分一样，系统分类中，把具有某些共同特征或相关的属归为更高一级的分类单元称为科；再把科归为目，……余此类推。值得提出的是：在一个完整的 分类系统中，每一个已命名的种都应该归属到某一个属、科、目、纲、门、界中，就像表12-4中所列举的普氏立克次氏体那样。但实际上，许多细菌类群其科、目等级的分类学关系还不明确，所以有相当一部分细菌的属未能归入相应的科目中。至于纲、门、界的划分，目前也主要处在积累资料的研究探

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讨阶段，所以细菌(原核生物)的分类迄今未能建立一个完整的分类系统，以使各种细菌在各个分类等级水平上都有明确的分类位置。

表12-4 细菌分类单元的等级系统及分类单元的学名

分 类 等 级 中文名称 界 英文名称 Kingdom 拉丁语名称 Regnum Gracilicutes(薄壁菌门) Scotobacteria(暗细菌纲) ales ineae aceae Rickettsiaceae(立克次氏体科) Rickettsiales(立克次氏体目) 分 类 单 元 学名词举例，根据《伯杰氏手册》新版第一尾 卷(1984) Procaryotae(原核生物界) 亚界 Subkingdom Subregnum 门 Division Divisio 亚门 Subdivision Subdivisio 纲 亚纲 目 亚目 科 Class Classis Subclass Subclassis Order Suborder Family Ordo Subordo Familia 亚科 Subfamily Subfamilia oideae (族) (亚族) 属 亚属 种 Tribe Subtribe Genus Subgenus Species Tribus Subtribus Genus eae inae Rickettsieae(立克次氏体族) Rickettsia(立克次氏体属) Subgenus Species Rickettsia prowazekii(普氏立克次氏体) 亚种 Subspecies Subspecies 二、分类单元的命名

生物名称分两类，一类是区域性的俗名(vernacular name)；另一类是国际上统一使用的名称，即学名(scientific name)。俗名是一个国家或地区使用的普通名称，如我们把引起人结核病的细菌叫\结核杆菌\，而英语称\，而俄语则称\убepky лёзная

палочка\。俗名的优点是在一定的区域内通俗易懂便于记忆，但俗名有局限性，尤其是不便于国际间的交流。所以为了使生物分类单元的名称能在国际上通用 ，就需要制定一个为各国生物学工作者共同遵守的命名法则，即国际生物命名法规，来管理生物分类单元的命名，以确保生物名称的统一性、科学性和实用性。现在分别由国际动物命名法规、国际植物命名法规和国际细菌命名法规来分别管理各类生物的命名。据报导，目前正在制定适用于各类生物的统一的国际生物命名法规，预计新的统一的生物命名法规到2000年正式实施，下面以细菌为例，简要介绍有关微生物命名的基本常识。

１.分类单元的命名

所有正式分类单元(包括亚种和亚种以上等级的分类单元)的学名，必须用拉丁词或其他词源 经拉丁化的词命名。

(1)属名

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属名用一个单数主格名词或当作名词用的形容词来表示，可以是阳性、阴性或中性，首字母要大写。例如：Bacillus(芽孢杆菌属)(阳性)，拉丁词，原意为\小杆菌\，因该属菌有芽孢而译为\芽孢杆菌属\。 Clostridium(梭菌属)(中性)，源于希腊词，原意为\纺缍状菌\。 Salmonella(沙门氏菌属)(阴性)，以美国细菌学家D.E.Salmon的姓氏命名。

亚属分类单元的命名和属名相同。 (2)种名

和其他生物一样，细菌的种名也用双名法(binomial nomenclature)命名，即种的学名由属名和种名加词两部分组合而成。第一个词为属名，首字母要大写；第二个词为种名加词，常用形容词(要与属名性别一致)，也可以用人名、地名、病名或其他名词(名词用主格或所属格形式)，种名加词首字母不大写。例如：Pseudomonas aeruginosa(铜绿色假单胞菌)。其中Pseudomonas是属名(假单胞菌属)(阴性 )；aeruginosa是种名加词，是拉丁语形容词(阴性)，原意为\铜绿色的\。Mycobacterium tuberculosis(结核分枝杆菌)。其中Mycobacterium是属名(分枝杆菌属)， 系希腊词源的复合词(中性)，tuberculosis是种名加词，是希腊词和拉丁词缀合成的名词所属格形式，意为\结核病的\。Bacillus thuringiensis(苏云金芽孢杆菌)，其中thuringiensis是种名加词，它是德国地名

Thuringia的拉丁语所属格形式。 当泛指某一属细菌而不特指该属中任何一个种(或未定种名)时，可在属名后加sp.或spp.(分别代表species缩写的单数和复数形式)表示，如Streptomyces sp.(一种链霉菌)，Micrococcus spp.(某些微球菌)。

(3)亚种名

亚种名为三元式组合，即由属名、种名加词和亚种名加词构成。例如：

Alcaligenes 属名 (产碱杆菌属) denitrificans 种名加词 (反硝化的) subsp. subspecies 的缩写(亚种) xylosoxydans 亚种名加词 (氧化木糖的) 该亚种名可译为：反硝化产碱杆菌氧化木糖亚种 (4)属级以上分类单元的名称

亚科、科以上分类单元的名称，是用拉丁或其他词源拉丁化的阴性复数名词(或当作名词用的形容词)命名，首字母都要大写。其中细菌目、亚目、科、亚科、族和亚族等级的分类单元名称都有固定的词尾(后缀)，其词尾的构成及例子见表12-4。

此外，在分类单元名称的后面还可以附上命名人的姓名和命名年号。例如Staphylococcus aureus Rosenbach 1884，这表明该菌(金黄色葡萄球菌)是由Rosenbach 1884年命名的。

族、属、种和亚种等级的分类单元的学名在正式出版物中应用斜体字印刷，以便识别。 2.命名模式及其指定

如前所述，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\。即根据命名法规要求，正式命名的分类单元应指定一个命名模式(简称模式)作为该分类单元命名的依据。种和亚种指定模式菌株(type strain)；亚属和属指定模式种(type species)； 属以上至目级分类单元指定模式属(type genus)。因此，当某一菌株被鉴定为一个新种或新的亚种时，该菌株就应指定为该种或该亚种的模式菌株；如果有几个菌株同时被鉴定为一个新种或亚种，则必须指定其中一个较有代表性的菌株作为该种或亚种的模式菌株。模式菌株应送交菌种保藏机构保藏，以便备查考和索取。模式种和模式属的确定也大体如此。

3.新名称的发表

根据细菌命名法规的规定，有效发表新的细菌名称应在公开发行的刊物上进行，在菌种目录 、会议记录、会议论文摘要等均不能视为有效发表。此外，若新名称是在国际系统细菌学杂志(IJSB)以外的其他杂志上发表的，要取得国际上承认和学名优先权，还必须经过新名称的 合格化发表，即将有效发表的英文附本送交IJSB审查，被认为合格后，在该杂志上定期公布 ，命名日期即从公布之日算起，否则不算合格发表也不能取得国际上的承认。发表新名称时，应在新名称之后加上所属

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