微生物的分类和鉴定是微生物学的基础性工作。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。目前微生物分类鉴定方法分为以下几个方面。
(1）形态特征
① 个体特征，包括在显微镜下的细胞大小、形状、排列、运动性、鞭毛着生部位和数目、芽孢有无、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。
② 群体特征即培养特征，菌落是菌株在一定的培养基中的群体特征。包括固体培养基上菌落的形状、大小、颜色、光泽、黏稠度、隆起情况、透明度及边缘特征，是否分泌水溶性色素、质地、移动性和气味；半固体培养基上穿刺接种后的生长及运动情况；液体培养基中培养液混浊程度，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。
(2）生理和生化特征
① 营养来源 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。
② 代谢产物 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，能否使硝酸盐还原硝酸盐或氮，能否产生色素或抗生素等。
③ 与温度和氧气的关系 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）血清反应
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。
(4）生态特性
微生物与其他生物的寄生或共生，细菌的致病性，微生物在自然界中是否耐高渗、是否嗜盐性等。
(5）生活史
亲代个体经一系列生长、发育阶段而产生子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，可以根据菌体对噬菌体的敏感性进行区分。
(7）核酸分析
DNA是遗传物质的携带者，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。
(8）DNA杂交试验
进一步判断微生物间的亲缘关系，须比较DNA的碱基序列，最简便的方法是DNA杂交。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，亲缘关系也就越近。
(9）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。比如，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、磷壁酸和磷璧质等。
(10）红外光谱
一般认为每种物质的化学结构都具有特定的红外光谱。若两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，简单快速，样品用量少。
(11）数值分类法
又称统计分类法。根据“等重要原则”，不分主次，以分析多数特征为基础，进行菌株间两两比较，通过计算菌株间的总相似值来分群归类，数据处理量较大，需借助于计算机实现。
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