Chapter 3 微生物分類與命名.

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1 Chapter 3 微生物分類與命名

2 3.1 微生物分類 分類學(taxonomy): 依據微生物特徵及類源關係，將微生物分門別類的科學，其範圍涵蓋分類(classification)、命名(nomenclature)和鑑定(identification)。 分類依據 1.型態: 球、桿、螺旋菌 2.培養特性: 環境及營養成分 3.生理生化特性: 代謝途徑等 4. 化學組成: 如細胞壁成分 5. 生態特性: 角色，如分解者 6. 血清特性: Ag of microorganism 7. 遺傳特性: % of (G+C) 8. 致病性: 致病性和非致病性

3 3.1.2 原核細胞與真核細胞的分類 1866年，德國動物學家黑格爾 (E. H. Haechel)，主張動物、植物及原生生物界，此稱為傳統三界分類。 惠泰爾(Whittaker)五界分類(1969) 依微生物營養方式為分類基礎: 光合作用(photosynthesis)、吸收作用(absorption)及攝食作用(ingestion)，將生物分類為無核生物界(細菌) (monera)、原核生物界(原生動物、藻類)(protista) 、植物界(plantae)、真菌界(fungi)、動物界(animalia)。

4 3.1.4 傳統系統分類 由大到小 界(kingdom)、門(phylum)、綱(class)、目(order)、科(family)、族(tribe)、屬(genus)、區(section)、列(sense)、種(species)、株(strain) 3.1.5 數值分類法 依微生物特性上之差異予以分群分類，利用電腦計算其類緣關係或演化過程。特別適合產生突變之菌株分類。 相似係數 = NS/(NS+ND)

5 3.1.6 新三界分類理論(1980年) 惠斯(Carl Woese)以電腦掃瞄描原核細胞核糖體內核糖核酸(rRNA)的遺傳順序，比較其異同，同時依據核糖體內的轉譯機構不同，分成真細菌界(eubacteria)、古細菌界(archaeobacteria)[包括甲烷菌(methanogens) 、極嗜鹽菌(extreme halophiles) 、嗜熱酸性菌(thermoacidophiles)]及真核生物界(eucaryotes)。

6 3.1.7 分子分類法 比較微生物細胞中核酸部分，通常是檢測細胞核中去氧核糖核酸之鹼基比例。 鹼基比例 (莫耳百分比)= (G+C)/(A+T+C+G)

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8 3.2 微生物的命名 3.2.1 命名方法 一、二名法 1758年，瑞典植物學家卡洛斯林奈(Carolus Linnaeus, ) 提出，即是以微生物之屬名及種名同時列出。 學名 = 屬名+種名+命名者 屬名，第一字大寫其餘小寫 種名，皆是小寫 以拉丁文斜體字表示；或在屬名種名下，正楷畫線，但中間不連貫。 例: 啤酒酵母菌 Saccharomyces cerevisiae Hanse Saccharomyces cerevisiae Hanse 線段不連續

9 二、俗名法: 易於使人了解的簡單稱呼 表3.2 幾種常見的微生物俗名 俗名 屬名 種名 乳酸菌(Lactic acid bacteria)
Lactobacillus bulgaricus 醋酸菌(Acetic acid bacteria) Acetobacter aceti 淋病(Gonococcus) Neisseria gonorrhoeae 傷寒桿菌(Typhoid bacillus) Salmonella typhosa 結核桿菌(Tubercle bacillus) Mycobacterium tuberculosis 白喉桿菌(Diphtheria bacillus) Corynebacterium diphtheriae

10 三、其它命名法 1. 屬名+種名 Saccharomyces cerevisiae 2. 屬名+ sp. Saccharomyces sp. 3. 屬名+種名 + var. + 變種名 Saccharomyces cerevisiae var. Sake Saccharomyces cerevisiae var. Ellipsoideus 練習: 下列命名何者正確 (A) ABCDEF GHI (B) Abcdef Ghi (C) Abcdef ghi (D) Abcdef ghi (E) Abcdef ghi var. Nono (F) Abcdef ghi var. Nono (G)Abcdef ghi var. Nono (H) Abcdef ghi

11 3.2.2 命名依據 1. 型態: bacillus表桿菌、 micrococcus表微球菌、 spirillum表螺旋菌、 sarcina表八聯球菌 2. 生理特性: aerogens表氣體產生、stearothermophilus表耐熱、luteus表黃色漿果、proteus表多種形狀 3. 來源: Escherichia coli， coli表存於大腸 4. 色素生成: aureus表金黃色之意 5. 病源性: anthracis表炭疽病 6. 習性: mesentericus表腸系膜之意 7. 發現者: Clostridium bakeri 為H.A. Baker發現

12 3.3 微生物鑑定 3.3.1 微生物的純種培養 純種培養(pure culture): 利用單一微生物菌種及其衍生細胞進行實驗。
混合培養(mix culture):利用一種以上微生物菌種培養進行實驗，研究其共同特性之方法。 一、培養基之預備 二、培養方法 三、大量培養 四、菌種的保存

13 一、培養基之預備 1.微生物的生長要素 A.能量來源 有機物: 化學異營菌，如細菌等 無機物: 化學自營菌，如硝化菌等 光線: 光合菌，如藻類、藍綠細菌等 B.細胞的構造成分 主要成分: 如C、H、O、N、S、P、K、 Mg、Ca、Fe、Na 微量元素: 如 Co、 Zn、 Cu、Mo、Mn C.生長環境因子 最佳生長值，如溫度、氧氣、pH值等

14 (differential medium)
2.培養基之種類 分類 名稱 特性 依組成分類 合成培養基(synthetic medium)或 化學限定式培養基(chemically defined medium) 由已知成分的純化學物質組成 複合培養基(complex medium)或 化學非限定式培養基(chemically undefined medium) 由植物、動物、微生物所提煉成天然消化物質，含高營養但成分無法確定。如酵母抽出物(yeast extract)或牛肉抽出物(beef extract)等。 基礎培養基 (basic medium) 含微生物基本營養要素，可供大部分微生物生長 依用途分類 豐富培養基 (enriched medium) 培養基再加入特殊成分，使一般難生長微生物得以生長 選擇性培養基 (selective medium) 在培養基中加入抑制化合物，使某些微生物受到抑制；或含供特定菌體生長良好之營養源，使其大量生長，但其他菌無刺激作用 鑑別培養基 (differential medium) 培養基含特定成分可依微生物代謝情況不同，鑑別不同菌種 固體培養基 (solid medium) 培養基中含1.5-2%凝固劑者。凝固劑有洋菜(agar)、明膠(geltatin)、矽膠(silica gel)等 依形態分類 半固體培養基 (semisolid medium) 培養基中含0.5％凝固劑者 液體培養基 (broth medium) 培養基中不含凝固劑者

15 3. 培養基的製備 無菌操作技術(aseptic technique): 控制微生物的散布及操作過程可能遭受污染的方法 無塵無菌操作台 高壓蒸氣滅菌釜(autoclave): 121oC、1.1 kg/cm2、15-20min；或 121oC、15 psi、15-20min psi: pound per square inch(lb/in2)

16 無塵無菌操作臺

17 二、培養方法 純種培養主要分增殖及分離二個程序。 1. 增殖培養 增殖培養技術(enrichment culture technique): 調整培養條件，以便篩選 某特殊微生物之過程。 培養基的選擇 取樣 接種 適合環境 觀察菌相 再接種 例: 厭氧菌之培養 利用銨為能源的微生物

18 2. 分離: 將微生物分離成純種培養，原理為使菌數遞減最終達成獨立分離。其方法:
A. 倒碟法(pour plate)或注入培養 B. 劃碟法(streak plate) C. 塗抹法(spread plate) D. 液體分離培養法

19 三、大量培養 1. 批次培養(batch culture): 於一定量營養源的培養基注入微生物，為一種 沒有新營養物質補充及代謝物回收之培養法， 適合短期使用。 2. 連續培養(continuous culture) 不斷有新鮮營養源及代謝物移除之培養法，可 保持菌之活性與新鮮度。 A. 化學恆定器(chemostat): 適用於低稀釋 率(基質之流速/容器體積)之培養槽特點 為基質進料速率微生物移除速率。 B. 恆濁器(turbidostat):適用於高稀釋率之 培養槽新鮮培養基之進料速率取決於光 電設備控制。

20 四、菌種之保存 目的:保存培養之微生物(純種或混合) ，作為日後研究時之備份。 1. 定期接種: 特點是保持菌體不斷生長；缺點為 耗費人力物力、增加污染機會、增加突變機 率，通常適用短期保存。 2. 油封法: 以殺菌過的礦物油或石蠟封口，多用 於黴菌保存。 3. 砂保存法: 將菌株混入殺菌過之泥土或砂中， 適用於耐旱性高的細菌或黴菌之保存。 4. 低溫冷藏法: 於4oC下保存使其代謝降低。 5. 冷凍乾燥法(lyophilization): 於真空下使菌體水 份直接昇華，菌體置於密閉管保存，約數十 年。

21 3.3.2 細菌的鑑定 單一純菌種經培養分離後可鑑定其屬名和種名。鑑定細菌可依貝基細菌分類手冊(Bergey manual)包括有: 一、菌落形狀之描述 1.固體培養基上菌落培養特徵 菌落形狀、菌落大小、顏色、菌落邊 緣、菌落凸起、透光率、菌落表面、固定 性、溶解性、臭味、生長量、生長形式 2.液體培養基微生物培養特徵 均勻混濁狀、絮狀、薄膜、沉澱 3.斜面培養基微生物培養特徵 絲狀、刺毛狀、串珠狀、滲透狀、樹狀、根 狀

22 二、 細菌形態 形狀、大小、聚集情形、胞子生成、運動 性、鞭毛 三、 革蘭氏染色: 陽性菌或陰性菌 四、 抗酸性染色 五、 氧氣需求: 絕對好氧性、微好氧性、兼氣 性、絕對厭氧性 六、 生理生化特性 1. 對碳水化合物之氧化或發酵反應 2. 過氧化氫酶試驗 3. 氧化酶試驗 4. 精氨酸試驗: G(-)需要 5. 對酪蛋白氨基酸之利用 6. 對硫酸鹽或硝酸鹽之還原能力 7. 生成物分析 8. IMViC試驗

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25 3.3.3 IMViC試驗 目的:利用菌特性來分辨大腸桿菌和產氣桿菌。 1. 引朵生成試驗(indole test): 測定分解色 氨酸之能力 2. 甲基紅試驗(methyl red test): 測定氧化 葡萄糖產生高濃度酸性終產物之能力 3. 丁烷二醇試驗(Voges-Proskauer test): 測定代謝葡萄糖所產生有機酸中間產物 轉變成非酸性或中性產物(如乙醯甲基甲 醇)之能力 4. 檸檬酸利用試驗(sodium citrate test): 在 缺乏葡萄糖或乳糖下，利用檸檬酸為碳 源之能力

26 3.3.4 快速鑑定法 1. Enterotube 2. API strip 3.3.5 電腦鑑定 3.3.6 分子生物方法

27 API 20e細菌鑑定條

28 分子生物方法在環境微生物的研究 (Head et al.1998)