第十章 微生物的分类和鉴定ppt课件

1、第十一章第十一章 微生物的分类和鉴定微生物的分类和鉴定 Classification and identification 概概 论论 地球上究竟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，其中微生物超越10万。微生物学任务者要认识、研讨和利用微生物或控制有害微生物，必需对它们进展分类classification。 微生物分类学microbial taxonomy是一门按微生物的亲缘关系把它们安排成条理清楚的各种分类单元或分类群taxon的科学。它的详细义务有：分类、鉴定identification和命名nomenclature。第一节第一节 通用分类单元通用分类单元一

2、、一、 分类单元及其等级分类单元及其等级 分类单元分类单元taxon是指详细的分类群，是指详细的分类群，如原核生物界如原核生物界Procaryotae、肠杆菌科、肠杆菌科Enterobacteriaceae、枯草芽胞杆菌、枯草芽胞杆菌Bacillus subtilis等都分别代表一个分类单等都分别代表一个分类单元。微生物的分类单元普通也分为七个根本元。微生物的分类单元普通也分为七个根本的分类等级的分类等级rank或或category或分类阶元。或分类阶元。由上而下依次是：界、门、纲、目、科、属、由上而下依次是：界、门、纲、目、科、属、种。分类单元的等级阶元只是分类单元种。分类单元的等级阶元只是

3、分类单元程度的概括，它并不代表详细的分类单元。程度的概括，它并不代表详细的分类单元。种以上的分类单元种以上的分类单元 Domain域 Kingdom界 Phylum门 Class纲 Order目 Family科 Genus属 Species种二、二、 种的概念种的概念 种种speciesspecies是生物分类中根本的分类单元和分是生物分类中根本的分类单元和分类等级，指一大群表型特征高度类似、亲缘关系极类等级，指一大群表型特征高度类似、亲缘关系极其接近、与同属内其他种有着明显差别的菌株的总其接近、与同属内其他种有着明显差别的菌株的总称。称。 在微生物中，一个种只能用该种内的一个典型菌株在微生物

4、中，一个种只能用该种内的一个典型菌株type straintype strain来作详细标本，故这一典型菌株来作详细标本，故这一典型菌株就是该种的方式种就是该种的方式种type speciestype species。 新种：是指权威性的分类、鉴定手册中从未记载过新种：是指权威性的分类、鉴定手册中从未记载过的一种新分别并鉴定过的微生物。的一种新分别并鉴定过的微生物。三、三、 学名学名 学名是指一个菌种的科学称号，它是按照学名是指一个菌种的科学称号，它是按照 命名的、国际学术界公认并通用的正式名命名的、国际学术界公认并通用的正式名字。一个种的学名是用拉丁词或拉丁化的词组组成。字。一个种的学名是用

5、拉丁词或拉丁化的词组组成。 一双名法一双名法学名学名= =属名斜体属名斜体+ +种的加词斜体种的加词斜体 + +初次定名人初次定名人+ +现名定名人现名定名人+ +定名年份定名年份 例：大肠埃希氏菌大肠杆菌例：大肠埃希氏菌大肠杆菌 Escherichia coli (Migula) Castellani et Escherichia coli (Migula) Castellani et Chalmers 1919Chalmers 1919二三名法二三名法 当某种微生物是一个亚种当某种微生物是一个亚种subspecies, 简称简称subsp)或变或变种种(variety, 简称简称var，是

6、亚种的同义词时，学名就应该，是亚种的同义词时，学名就应该按三名法拼写：按三名法拼写： 学名学名=属名斜体属名斜体+种的加词斜体种的加词斜体 +符号符号subsp或或var正体正体 +亚种或变种的加词斜体亚种或变种的加词斜体例例1：苏云金芽孢杆菌蜡螟亚种蜡螟苏云金芽孢杆菌：苏云金芽孢杆菌蜡螟亚种蜡螟苏云金芽孢杆菌 Bacillus thuringiensis (subsp) galleria 例例2：酿酒酵母椭圆变种椭圆酿酒酵母：酿酒酵母椭圆变种椭圆酿酒酵母 Saccharomyces cerevisiae (var) ellipsoideus( (三三) ) 有关学名的其他知识有关学名的其他知

7、识1 .1 .属名属名 是一个表示该微生物主要特征的名词或用作名词的是一个表示该微生物主要特征的名词或用作名词的描画词，单数第一个字母应大写。描画词，单数第一个字母应大写。 假单胞菌属：假单胞菌属：PseudomonsPseudomons可缩成可缩成P.P.或或Ps.Ps.。芽孢杆菌属：芽孢杆菌属：Bacillus Bacillus 可缩写成可缩写成B. B. 或或 Bac.Bac.2 2、种名加词、种名加词 种名加词又称种加词，它代表一个物种的次要特征。种名加词又称种加词，它代表一个物种的次要特征。字首一概小写，可由描画词或名词组成。字首一概小写，可由描画词或名词组成。四、四、 亚种以下的分

8、类单元亚种以下的分类单元 亚种以下的分类单元infrasubspecific taxa很多，其提出和运用均不受细菌命名法规的限制。1.亚种subspecies,subsp.,ssp.2.变种variety,var.3.型form4.类群group5.菌株strain6.小种race7.相phase8.态statel亚种是进一步细分种时所用的单元，普通指除某亚种是进一步细分种时所用的单元，普通指除某l 一明显而稳定的特征外，其他鉴定特征与方式种一明显而稳定的特征外，其他鉴定特征与方式种l 一样的种。一样的种。l菌株又称品系在非细胞型的病毒中那么称毒株菌株又称品系在非细胞型的病毒中那么称毒株或或l

9、 株，表示任何由一个独立分别的单细胞或单株，表示任何由一个独立分别的单细胞或单l 个病毒粒繁衍而成的纯遗传型群体及其一切后个病毒粒繁衍而成的纯遗传型群体及其一切后l 代。代。l方式菌株：是一个种的详细活标本，必需是该菌方式菌株：是一个种的详细活标本，必需是该菌l 种的活培育物，是由一个被指定为命名的方式菌种的活培育物，是由一个被指定为命名的方式菌l 株传代而来。株传代而来。第二节第二节 微生物在生物界的位置微生物在生物界的位置 (1) 两界系统：1753年，瑞典博物学家林奈，在其名著中，第一次科学地提出动物界 Animalia、植物界Plantae两界系统。2三界系统：1866年，德国动物学家

10、E.H.Haeckel 建议在动物界和植物界之外，应加上一个由低等生物组成的第三界：原生生物界，它主要由一些单细胞生物和无核类生物组成。3四界系统：1956年，Copeland提出了生物可分为四界的学说，即：动物界、植物界、原始生物界原生动物、真菌、部分藻类和菌界细菌和蓝细菌。一、生物的界级分类学说一、生物的界级分类学说 4 五界系统：1969年，R.H.Whittaker在Science上发表了“生物界级分类的新观念的著名论文。在汲取前人任务阅历的根底上，提出了五界学说。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、粘菌、真

11、菌界Fungi、原核生物界Monera(包括细菌、蓝细菌。 5六界系统：1977年，我国学者提出六界的想象， 即在上述Whittaker五界系统的根底上再加上一个病 毒界。二、三域学说二、三域学说 1977年，年，C.R.Woese比较研讨了多种生比较研讨了多种生物的物的16S rRNA或或18S rRNA的核苷酸序列，的核苷酸序列，提出了三域学说，提出了三域学说，“域是一个比界更高的域是一个比界更高的界级分类单元，三域指的是细菌域、古生菌界级分类单元，三域指的是细菌域、古生菌域和真核生物域。域和真核生物域。第三节第三节 各大类微生物的分类系统各大类微生物的分类系统 分类学的最终目的是要建立起

12、一套比较接近生物系统发育规律的自然分类系统。一、一、Bergey Bergey 氏原核生物分类系统纲要氏原核生物分类系统纲要 Bergey Bergey Mamual of SystematicBacteriologyMamual of SystematicBacteriology编写编写者集国际学术界的权威学者，为各国微生物分者集国际学术界的权威学者，为各国微生物分类学界公认的一本经典佳作。类学界公认的一本经典佳作。 1简介 最早成书于1923年，第一版名为，主要编者为美国学者D. Bergey等人。以后，由其他学者不断修订，已先后出版了11个版本。从1980年起，该手册组织了国际上20多个

13、国家的300多位专家，协作编写了4卷本的新手册，书名改为，并于1984年至1989年间分4卷陆续发行。此书是目前国际上最为流行的适用版本。的第二版从2000年起分成5卷陆续发行。2 2 纲要纲要 分分5 5卷出版，手卷出版，手册把原核生物分为古生菌界和细菌界两界，它册把原核生物分为古生菌界和细菌界两界，它们相当于三域学说中的两域。其中古生菌界共们相当于三域学说中的两域。其中古生菌界共包括包括2 2门、门、5 5组、组、8 8纲、纲、1111目、目、1717科和科和6363属，共属，共有有208208个种；而细菌界那么包括个种；而细菌界那么包括1616门、门、2626组、组、2727纲、纲、62

14、62目、目、163163科和科和814814属，共有属，共有47274727个种。个种。因此，至今所记载过的整个原核生物共有因此，至今所记载过的整个原核生物共有49354935种。种。二、二、 真核微生物分类系统真核微生物分类系统真菌字典真菌字典Dictionary of FungiDictionary of Fungi 据估计，在地球上生存的真核微生物有据估计，在地球上生存的真核微生物有150150万种，而目前已记载的只需万种，而目前已记载的只需7 7万万-9-9万种，全球每万种，全球每年发现的新种约有年发现的新种约有15001500个。自个。自17291729年年MicheiMichei初

15、初次对真核微生物进展分类以来，有代表性的分次对真核微生物进展分类以来，有代表性的分类系统有类系统有1010多个。多个。 目前得到学术界广泛采用的是目前得到学术界广泛采用的是AinsworthAinsworth第七版第七版19831983年的年的 Ainsworth and Bisbys Dictionary of Ainsworth and Bisbys Dictionary of Fungi), Fungi), 它把真核微生物分成粘菌门和真菌门，它把真核微生物分成粘菌门和真菌门，而真菌门又分为而真菌门又分为5 5个亚门个亚门( (鞭毛菌亚门、接合菌鞭毛菌亚门、接合菌亚门、子囊菌亚门、担子菌亚

16、门和半知菌亚亚门、子囊菌亚门、担子菌亚门和半知菌亚门。门。Ainsworth等人的菌物分类系统纲要等人的菌物分类系统纲要 第七版第七版19831983年年 第八版第八版20192019年年第四节第四节 微生物的鉴定微生物的鉴定 菌种鉴定任务是各类微生物学实验室经常遇到的根底性的任务。任务步骤：获得该种微生物的纯种培育物pure culture、测定一系列必要的鉴定目的、查找权威性的鉴定手册。微生物的鉴定方法：1细胞的形状和习性程度经典分类鉴定；2细胞的组分程度细胞壁、脂类、醌类和光合色 素成分分析；3蛋白质程度；4 核酸程度；经 典 鉴 定 指 标一、一、 经典分类鉴定方法经典分类鉴定方法形状

17、个体：细胞外形、大小、陈列、运动性、 特殊构造和染色反响等群体：菌落形状，在半固体或液体培育基中的生长形状。生理生化反响营养要求：能源、碳源、氮源、生长因子酶：产酶种类和反响特性代谢产物：种类、产量、颜色、显色反响对药物的敏感性生态特征：生长温度、与氧、PH、浸透压关系、宿主种类、生活史、有性生殖情况血清学反响对噬菌体敏感性经典分类鉴定方法举例：经典分类鉴定方法举例：1 形状学鉴定形状学鉴定细胞形状学特征细胞形状学特征 酵母酵母ZJU-10 在麦芽汁液体培育基中，在麦芽汁液体培育基中，28C下培下培育育 3天后，镜检，细胞呈卵圆形到圆形，无天后，镜检，细胞呈卵圆形到圆形，无性繁衍方式为多性繁衍

18、方式为多 边出芽；不构成醭，菌液浑边出芽；不构成醭，菌液浑浊，有菌体自凝景象；固体培浊，有菌体自凝景象；固体培 养时，菌落呈黄色养时，菌落呈黄色；子囊孢子的构成子囊孢子的构成 28C、生孢培育基上培育、生孢培育基上培育4天，不构成子囊孢天，不构成子囊孢子。子。假菌丝的构成和形状假菌丝的构成和形状 有真菌丝及假菌丝；不发酵。有真菌丝及假菌丝；不发酵。2生理学特性生理学特性发酵糖类发酵糖类 待测酵母待测酵母ZJU-10对相关糖类的发酵情况如下表所示。对相关糖类的发酵情况如下表所示。 种类葡 萄糖蔗 糖麦 芽糖乳 糖棉 子糖海 藻糖发 酵情况 同化糖类同化糖类 待测酵母待测酵母ZJU-10对相关糖类

19、的同化情况表对相关糖类的同化情况表种类葡 萄糖蔗 糖麦 芽糖乳 糖纤维二糖棉 子糖海 藻糖同化情况 二、现代分类鉴定方法二、现代分类鉴定方法一经过核酸分析鉴定微生物遗传型一经过核酸分析鉴定微生物遗传型 1、 DNA碱基比例碱基比例 指指G+Cmol%值，简称值，简称“GC比，表比，表示示DNA分子中鸟嘌呤分子中鸟嘌呤G和胞嘧啶和胞嘧啶C所占所占的摩尔百分比值。的摩尔百分比值。经过经过G+CG+Cmol%mol%对微生物进展分类有以下几个特点：对微生物进展分类有以下几个特点：亲缘关系相近的种，两者的亲缘关系相近的种，两者的GCGC比也接近，反之，比也接近，反之， GCGC 比相近的两个种，它们的

20、亲缘关系那么不一定都很比相近的两个种，它们的亲缘关系那么不一定都很接接 近。近。GC GC 比差距很大的两种微生物，亲缘关系必然较远。比差距很大的两种微生物，亲缘关系必然较远。GCGC比是建立新分类单元时的可靠目的：比是建立新分类单元时的可靠目的： GCGC比相差低比相差低 于于2%2%时，没有分类学上的意义；种内各菌株间的差时，没有分类学上的意义；种内各菌株间的差 别在别在2.5%-4%2.5%-4%间；假设相差在间；假设相差在5%5%以上时，就可以为属以上时，就可以为属于于 不同的种，相差在不同的种，相差在10%10%，可以为是不同的属。，可以为是不同的属。 测定测定DNADNA中中GCG

21、C的方法很多，其中的解链温度法较为的方法很多，其中的解链温度法较为常用。常用。 XG+C = (Tm - 69.3)XG+C = (Tm - 69.3)* *2.442.442 2、核酸分子杂交、核酸分子杂交 按碱基的互补配对原理，用人工方法对两条按碱基的互补配对原理，用人工方法对两条来源不同的单链核酸进展复性退火，以构建新的来源不同的单链核酸进展复性退火，以构建新的杂合双链核酸的技术，称为核酸杂交。核酸杂交法是杂合双链核酸的技术，称为核酸杂交。核酸杂交法是测定核酸分子同源程度和不同物种间亲源关系的有效测定核酸分子同源程度和不同物种间亲源关系的有效手段。手段。 包括包括DNA-DNADNA-D

22、NA、 DNA-rRNADNA-rRNA和和rRNA-rRNArRNA-rRNA分子间的分子间的杂交。杂交。 普通以为，普通以为， DNA-DNADNA-DNA杂交同源性超越杂交同源性超越60%60%的菌株的菌株可以是同种，同源性超越可以是同种，同源性超越70%70%者是同一亚种，而同源者是同一亚种，而同源性在性在20%-60%20%-60%范围内，那么属于同一个属。范围内，那么属于同一个属。3、rRNA寡聚核苷酸编目分析寡聚核苷酸编目分析 经过分析原核或真核细胞中最稳定的经过分析原核或真核细胞中最稳定的rRNA寡聚核苷寡聚核苷酸序列同源性程度，来确定不同生物间的亲源关系和进酸序列同源性程度，

23、来确定不同生物间的亲源关系和进化谱系的方法。化谱系的方法。16S或或18S rRNA编目分析的根本原理是：编目分析的根本原理是： 用一种用一种RNA酶水解酶水解 rRNA后，可产生一系列寡聚核苷后，可产生一系列寡聚核苷酸片段，假设两种或两株微生物的亲缘关系越近，那么酸片段，假设两种或两株微生物的亲缘关系越近，那么其所其所产生的寡聚核苷酸片段序列也越接近。产生的寡聚核苷酸片段序列也越接近。 “三域学说提出的科学根据。三域学说提出的科学根据。为何说为何说16S rRNA或或18SrRNA是是“分子进化尺？分子进化尺？普遍存在于一切细胞内；普遍存在于一切细胞内；生理功能既重要又恒定；生理功能既重要又

24、恒定；在细胞中的含量较高、易提取；在细胞中的含量较高、易提取；编码编码rRNA的基因非常稳定；的基因非常稳定；序列非常保守；序列非常保守；相对分子质量适中。相对分子质量适中。4、 微生物全基因微生物全基因组组序列的序列的测测定定 对对微生物全基因微生物全基因组进组进展展测测序，是序，是当当前生命前生命科科学领学领域中掌握某微生物全部域中掌握某微生物全部遗传遗传信息的最正信息的最正确途确途径径。从从1990年起，在人年起，在人类类基因基因组组方案的推方案的推进进下，微生物全基因下，微生物全基因组测组测序任序任务进务进展很快，在展很快，在2000年的一年中，几乎每年的一年中，几乎每个个月都有新月都有新记录记录出出现现。二细胞化学成分用作鉴定目的二细胞化学成分用作鉴定目的细胞壁化学成分：如根据肽聚糖分子中肽尾第细胞壁化学成分：如根据肽聚糖分子中肽