微生物 进化、系统发育及分类鉴定2课件

1、第十三章微生物的进化、系统发育和分类鉴定第一节 进化的测量指征第二节 微生物的分类第三节 微生物的分类鉴定特征和技术第四节 微生物的快速鉴定和自动化分析技术第一节 进化的测量指征20 世纪 70 年代以前：形态结构、生理生化、行为习性、化石资料。微生物：形体微小、结构简单、缺有性繁殖、化石资料少。20 世纪 70 年代以来的新课题：寻找新的进化指征一、 进化指征的选择生物大分子序列进化特点：进化速率相对恒定 分子计时器、进化钟进化指征生物大分子序列同源性 选择要求：普遍存在于所研究的各个生物类群中；选择在各种生物中功能同源的大分子相同进化来源；序列线性排列，方便分析比较；根据生物间进化距离选择

2、不同进化速率的分子序列。二、 rRNA 作为进化的指征16S rRNA/18S rRNA是最适合的进化指征之一；参与蛋白质合成，功能必不可少且保持不变；存在高度保守、中度保守和高度变化的序列区域；相对分子量大小适中，足够的信息量，1.5kb普遍存在于真核、原核生物中 古细菌的发现（ 20世纪70年代，美国学者 Woese） 三、 16S rRNA序列分析与系统发育树（phylogenetic tree）系统发育分析：提取基因组得到16S rRNA测序序列比对构建系统发育树系统发育树：概括各种生物间亲缘关系的树状分枝图。分为：无根树和有根树。有根树无根树第二节 微生物的分类微生物分类学（micr

3、obialtaxonomy）：研究微生物分类理论和技术方法的学科。涉及三个任务：分类、命名和鉴定；此三部分相互依存又有区别；分类（classification）：是根据一定的原则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 or determination）：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、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。一、通用分类单元种以上的系统分类单

4、元界 Kingdom门 Phylum（或Division）亚门纲 Class 亚纲 超目目 Order 亚目 科 Family 亚科 族 亚族 属 Genus 种 Species种以下的分类单元种是一个基本分类单位，是一大群表型特征高度相似、亲缘关系极其接近、与同属内其他种有明显差异的菌株的总称。一个种只能用一个典型菌株作为标本模式种。亚种（subspeciers）：种的进一步细分，一般指某一个特征上与模式种有明显而稳定差别的菌种而又不足以区分成新种，分成的更小的分类单元。与模式种不同的种常在种名、署名的加词后写上subsp. ，然后再写具体亚种的加词；变种（variety）：与亚种同义，现已

5、不用。型（form）：使用中用型作为后缀；表示细菌菌株，现已作废；类群（group）：没有分类地位非正式地指定一组具有某些共同性状的生物；培养物（culture）：指一定时间一定空间内微生物的细胞群或生长物；单一微生物细胞繁殖产生的称为纯培养物（pure culture）一些非正式的类群术语菌株（strain）：表示任何由一个独立分离的单细胞繁殖而成的纯种群体极其一切后代；实际上是一个微生物达到遗传性纯的标志。相（phase）：自然界存在的微生物交互变异的一定阶段；态（state）：通常指微生物的菌落变异状态。二、微生物的命名命名（nomenclature）：是根据命名法规，给每一个分类群一个

6、专有的名称；每一种微生物都有自己的名字，包括俗名和学名两种。（一）俗名普通的、通俗的、地区性的名字，具有简明和大众化的优点，但往往涵义不够确切，易于重复，使用范围局限，不利于国际交流。例如：“结核杆菌”Mycobacterium tuberculosis（结核分枝杆菌）“绿脓杆菌”Pseudomonas aeruginosa（铜绿假单胞菌）；“白色念珠菌”Candida albicans（白色假丝酵母）；“金葡菌”Staphylococcus aureus（金黄色葡萄球菌）；“丙丁菌”Clostridium acetobutylicum（丙酮丁醇梭菌）；“红色面包霉”Neurospora cr

7、assa（粗糙脉孢菌）。（二）学名一个菌种的科学名称，用拉丁词或拉丁化的词组成。在出版物中应排成斜体字，在书写或打字时，应在学名之下划一横线，以表示它应是斜体字母。按照国际细菌命名法规，一般采用林奈氏双名法。 （三）学名的表示方法1、双名法 通常由一个属名加一个种名加词构成。属名词首需大写，种名加词字首需小写。未确定种名或不指特定的种时，可在属名后加sp.表示。 例1：大肠埃希氏菌（简称大肠杆菌）Escherichia coli（Migula）Castellani et Chalmers 1919例2：枯草芽孢杆菌（简称枯草杆菌）Bacillus subtilis（Ehrenberg）Cohn

8、 1872例3：结核分枝杆菌Mycobacterium tuberculosis（Zopf）Lehmann et Newmann 1896例4：丙酮丁醇梭菌Clostridium acetobutylicum McCoy，Fred，Peterson et Hastings 1926例5：铜绿假单胞菌Pseudomonas aeruginosa（Schroeter）Migula 1920例6：金黄色葡萄球菌 Staphylococcus aureus Rosenbach 18842、三名法 当该种是一个亚种（subspecies，简称“subsp”，排正体字）或变种（variety，简称“var

9、”，排正体字）时，学名就应按“三名法”构成，即：例1：苏云金芽孢杆菌蜡螟亚种Bacillus thuringiensis subspgalleria 例2：椭圆酿酒酵母（或酿酒酵母椭圆变种）Saccharomyces cerevisiae varellipsoideus 例3：脆弱拟杆菌卵形亚种Bacteroides fragilis subspovatus（四）科及以上分类单元的命名细菌目-亚族等级的分类单元名称都有固定的词尾或词缀目 ales 亚目 ineae科 aceae 亚科 oideae 族 eae 亚族 inae（五）新菌种名称的发表 国际系统细菌学杂志 IJSB 国际系统与进化微

10、生物学杂志 IJSEM 其他期刊英文附本送交 另外，在不同国家的两个保藏机构保藏。 发表时注明新分类等级的缩写词：新目 ord.nov.新属 gen.nov. 新种 sp.nov.三、微生物在分类学中的地位对生物分类的认识发展过程：二界系统、三界系统、四界系统、五界系统、六界系统和三域学说（一）两界系统（亚里斯多德）动物界 Animalia：不具细胞壁，可运动，不行光合作用。植物界 Plantae：具有细胞壁，不运动，可行光合作用。三界：原生生物界 Protista：（E. H. Haeckel,1866年提出） （二）五界系统 魏塔克(Whittaker) 1969年提出的关于生物分类的五界

11、系统:原核生物界 Monera：细菌、放线菌等原生生物界 Protistae：藻类、原生动物、粘菌等真菌界 Fungi：酵母、霉菌动物界 Animalia：植物界 Plantae：微生物涵盖了三界：原核生物界、原生生物界、真菌界五界系统是以细胞结构分化的等级以及和光合、吸收、摄食这三种主要营养方式有关的组织类型为基础的。（三）六界分类系统：1977年由我国学者王大吉提出 非细胞生物 病毒界 动物界 高等生物 生物 植物界 真核生物 真核原生生物界 细胞生物 低等生物 菌物界 原核生物原核生物界 （四）三域学说：从生物进化角度分类：古生菌域生物界细菌域真核生物域所有生物存在一个共同祖先，由它分三

12、条进化路线，就形成了三个域：Bacteria(细菌)、Archaea(古生菌)和Eukarya(真核生物域)20世纪70年代，Woese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(18S rRNA)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。古生菌（如甲烷球菌）与真核生物亲缘关系

13、更接近古生菌的特性：（1）与细菌相同部分 为原核生物，无核膜，核糖体为 70S，mRNA 无帽化和 poly A，能产生 H2S，能固氮（2）与真菌相同部分 无胞壁酸，有多种 RNA 聚合酶（3）特殊特性 能产甲烷，无叶绿素光合作用古生菌在进化谱系上与真细菌及真核生物相互并列，且与后者关系更近，而其细胞构造却与真细菌较为接近，同属于原核生物。 四、各大类微生物的分类系统纲要（一）原核微生物分类系统（二）真菌分类系统简介（一）原核微生物分类系统1、伯杰氏鉴定细菌学手册(Bergeys Manual of Determinative Bacteriology)美国宾夕法尼亚大学的细菌学教授伯杰(D

14、.Bergey)(1860-1937)伯杰氏手册: 是目前进行细菌分类、鉴定的最重要参考书，其特点是描述非常详细，包括对细菌各个属种的特征及进行鉴定所需做的实验的具体方法。1923年以来已出至第九版(1994)；第九版伯杰氏细菌鉴定手册设立35个群，将古细菌部改编为5个群，全书描写了约500个属。划分为四大类： 第一类 具细胞壁的革兰氏阴性真细菌 第二类 具细胞壁的革兰氏阳性真细菌 第三类 无细胞壁的真细菌 第四类 古细菌 伯杰氏细菌鉴定手册2、伯杰氏系统细菌学手册(Bergeys Manual of Systematic Bacteriology)第一版 1984年问世，至1989年出齐，共

15、4卷。第二版 由George Garrity主编分为5卷，将从2000年起陆续出版。这一版纳入了研究核糖体RNA测序所产生的发育分类系统。古生菌界：2门、5 组、8纲、11目、17科、63属、208种细菌界：16门、26组、27纲、62目、163科、814属、4727种（二）真菌分类系统简介真菌界分类系统很多，各国采用不同的系统，比较混乱。Ainsworth et al(1973) V.Arx (1981) 真菌字典（1983）Kendrick (1992) 真菌字典（1995）Alexopoulos&Mins(1996)近年来为较多人接受的是Ainsworth的纲要： Ainsworth 菌

16、物词典1966 年第一版，1995 年第八版含原生动物界、假菌界（主要黏菌）、真菌界第三节 微生物的分类鉴定特征和技术微生物的分类鉴定方法： 1. 经典鉴定分类法 2.数值分类法 3.化学分类法 4.遗传分类法 经典鉴定分类法个体:细胞形态, 大小, 排列方式, 染色, 运动等形态特征:菌落形态营养要求:碳源, 氮源, 矿质元素生理生化特征:代谢产物种类, 产量, 现色反应酶:产酶种类和反应特征生态学特征:生长温度, 氧需求, 酸碱度, 宿主种类血清学反应噬菌体的敏感性其他 :全细胞蛋白的分析等数值分类法测定100项以上的各种性状，利用计算机进行菌株的相互比较，并得出总的相似值。一般认为同种微

17、生物菌株之间的相似值80%。数值分类法（numerical taxonomy） 又称统计分类法，现通称电子计算机分类法（computer taxonomy） 依据数值分析的原理，借助电子计算机技术对拟分类的微生物对象按大量表型性状的相似度进行统计，最终给予分类的方法化学分类法细胞成分 分析内容 在分类水平上的作用 细胞壁 肽聚糖结构 多糖 种和属 胞壁酸 脂肪酸 膜 极性类脂 种和属 霉菌酸 蛋白质 氨基酸序列分析 血清学比较 属和属以上单位 电泳图 酶谱 代谢产物 脂肪酸 种和属 全细胞成分分析 热解-气液色谱分析 种和亚种 热解-质谱分析遗传分类法1.DNA碱基比例的测定每一个微生物物种的

18、DNA中的(G+C)mol%的数值是恒定的,不会随着环境及培养条件等的变化而变化,而且在同一个属不同种之间,GC含量不会差异太大,具有一定的范围,因此可以作为判定的微生物间亲缘关系的依据相同不能说明是同种，但不同则肯定不是同种。差别10%不是同种，10%可能是同种。 2. 核酸分子杂交法遗传分类法3.rRNA寡核苷酸编目分析遗传分类法一种通过分析原核或真核细胞中最稳定的rRNA寡核苷酸序列同源行程度,乙确定不同生物间的亲缘关系和进化谱系的方法第四节 微生物的快速鉴定和自动化分析技术1. 微量多项试验鉴定系统（1）API 20 系统：法国 Bio-梅里埃公司生产，有 20 种不同的生化反应，可鉴定 700 多种细菌，分不同系列，如 20A厌氧菌，20E肠道菌（2）Enterotube 系