微生物的进化系统发育和分类鉴定

微生物的进化系统发育和分类鉴定第一页，共三十六页，2022年，8月28日本章内容一、分类单元二、命名规则三、分类鉴定方法四、微生物的分类系统第二页，共三十六页，2022年，8月28日

据保守估计，地球上真菌约150万种，细菌4万种，病毒130万种但认识的微生物仅是估计数量的5~10%，即15万~20万种要认识、研究和利用类群庞大的微生物资源，必须对它们进行分类。第三页，共三十六页，2022年，8月28日分类(classification)：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。(根据现有数据建立系统的过程)分类学的具体任务有三个：鉴定分类、命名、第四页，共三十六页，2022年，8月28日命名(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)：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。(根据现有系统确定未知微生物分类归属的过程)第五页，共三十六页，2022年，8月28日1.种以上的系统分类单元界门纲目科属

种（基本分类单元）一、分类单元七级第六页，共三十六页，2022年，8月28日根据CarlWoese的理论，现在还在界之上使用域(domain)，即：古生菌域、细菌域、真核生物域。图10-5生命世界的系统发育树状图（Olsen&Woese1993）第七页，共三十六页，2022年，8月28日种是生物分类中基本的分类单元和分类等级。

微生物的种：指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。2.种（species）种的具体代表：称为“模式种”（typespecies）第八页，共三十六页，2022年，8月28日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”种和亚种指定模式菌株（typestrain）；亚属和属指定模式种（typespecies）；属以上至目级分类单元指定模式属（typegenus）；第九页，共三十六页，2022年，8月28日3.种以下的分类单元1）亚种(subspecies)和变种(variety)：2）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，分为不同的噬菌体型第十页，共三十六页，2022年，8月28日3）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菌株与型的区别：菌株之间不存在鉴别特征的差异，命名不同的菌株无需分类学依据；不同型的细菌之间存在鉴别特征的差异，命名或鉴定不同的型必需有分类学依据。第十一页，共三十六页，2022年，8月28日二、微生物的命名微生物名称：俗名（commonname）学名（scientificname）（1）学名国际命名法规：双名法：属名+种名加词属名在前，一般用拉丁文名词表示，字首字母大写种名在后，常用拉丁文形容词表示，全部小写

一般用斜体表示第十二页，共三十六页，2022年，8月28日

当两个或多个学名排在一起时，若它们的属名相同，则后面的属名可缩写成1个、2个或3个字母，在其后加一个点。如：Bacillus可缩写成“B.”

或“Bac.”

若所分离的菌株只鉴定到属而未鉴定到种，用sp.（单数）或spp.（复数）表示。如：Bacillussp.第十三页，共三十六页，2022年，8月28日（2）在分类学文献中

学名=属名+种名+（首次定名人）+现名定名人+现名定名年份必要（斜体）可省略（正体）（3）三名法

有亚种或变种时，学名由“三名法”构成

学名=属名

+种名加词

+subsp或var+亚种或变种的加词斜体正体（可省略）斜体（不可省略）第十四页，共三十六页，2022年，8月28日三、微生物分类鉴定的方法菌种鉴定步骤：获得纯培养物测定必要的鉴定指标查找权威性的菌种鉴定手册分类鉴定方法：经典分类鉴定法微生物遗传型的鉴定细胞化学成分的鉴定现代方法数值分类法第十五页，共三十六页，2022年，8月28日（一）经典分类鉴定法

形态学特征

生理学特征

生态学特征经典鉴定指标：

生活史，有性生殖情况

血清学反应

对噬菌体的敏感性

其他第十六页，共三十六页，2022年，8月28日形态和生理生化特征是最常用的细菌分类、鉴定指标第十七页，共三十六页，2022年，8月28日

在生物学表型为指标的传统方法，正在向微量化、简便化、快速化、智能化的方向发展。目前，已有商品化的鉴定系统，如：

API系统

“Enterotube”

“Biolog”全自动和手动系统第十八页，共三十六页，2022年，8月28日

按大量表型性状的相似性程度进行统计、归类

特点:

使用尽可能多的性状，每个性状同等重要。

步骤:(1)收集菌株，选择性状

(2)性状编码

(3)相似性计算:

计算相关系数Ssm或Sj：

Ssm=（a+c）/(a+b+c)

正负反应性状

Sj=a/(a+b+c)

正反应性状

Sj>80~85%种

Sj>65%属

(4)系统聚类

(5)聚类结果的表示1.

数值分类法（统计分类法）（二）现代分类鉴定方法第十九页，共三十六页，2022年，8月28日2.微生物遗传型的鉴定特点：与形态及生理生化特性的比较不同，对DNA的碱基组成的比较和进行核酸分子杂交是直接比较不同微生物之间基因组的差异，因此结果更加可信。第二十页，共三十六页，2022年，8月28日（1）DNA碱基比例的测定

测“GC比”：

(G+C)mol%=（G+C）/（A+T+G+C）×100%

分类学上，用G+C占全部碱基的克分子百分数来表示各类生物的DNA碱基组成特征。

DNA碱基组成是各种生物的一个稳定特征，即使个别基因突变，碱基组成也不会发生明显变化。第二十一页，共三十六页，2022年，8月28日a）每个生物种都有特定的GC%范围，因此后者可以作为分类鉴定的指标。细菌的GC%范围为25-75%，变化范围最大。b）GC%测定主要用于对表型特征难区分的细菌作出鉴定，从分子水平上判断物种的亲缘关系。c）

GC%的比较，主要用于分类鉴定中的否定.

亲缘关系近的生物，它们应该具有相似的G+C含量，但具有相似G+C含量的生物，并不一定表明它们之间具有近的亲缘关系。GC%使用注意事项：第二十二页，共三十六页，2022年，8月28日同一个种内的不同菌株GC%含量差别应在4～5%以下；同属不同种的差别应低于10～15%；

GC%含量已经作为建立新的微生物分类单元的一项基本特征，它对于种、属甚至科的分类鉴定有重要意义。

若二个在形态及生理生化特性方面及其相似的菌株，如果其GC%含量的差别大于5%，则肯定不是同一个种，大于15%则肯定不是同一个属。第二十三页，共三十六页，2022年，8月28日（2）核酸的分子杂交

不同生物DNA碱基排列顺序的异同直接反映生物间亲缘关系的远近，碱基排列顺序差异越小，它们之间的亲缘关系就越近，反之亦然。第二十四页，共三十六页，2022年，8月28日第二十五页，共三十六页，2022年，8月28日第二十六页，共三十六页，2022年，8月28日第二十七页，共三十六页，2022年，8月28日（3）rRNA序列同源性分析三种方法：

rRNA-DNA杂交、

rRNA寡核苷酸编目分析

rRNA序列分析（系统发育树状图）。分析不同微生物16SrRNA或18SrRNA寡核苷酸序列的同源性程度，以确定不同生物间的亲缘关系和进化谱系。第二十八页，共三十六页，2022年，8月28日T1RNA酶水解（专一性水解G上3’端磷酸酯键）提纯rRNA（32P标记）一系列寡核苷酸片段（长度不一以G为末端）双向电泳分离，确定rRNA寡核苷酸的指纹图谱寡核苷酸序列分析（6个核苷酸以上）编目，比较、计算和分析确定菌株间的亲缘关系rRNA寡核苷酸编目分析实验方法：rRNA寡核苷酸编目分析的基本原理：用一种RNA酶水解rRNA后，产生一系列寡核苷酸片段，如果两种或两株微生物的亲缘关系越近，则其所产生的寡核苷酸片段的序列也接近，反之亦然。第二十九页，共三十六页，2022年，8月28日rRNA作为进化和系统分类指征的优点：a）rRNA具有重要且恒定的生理功能；b）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；c）16SrRNA分子量大小适中，便于序列分析；d）rRNA在细胞中含量大(约占细胞中RNA的90%)，也易于提取；e）16SrRNA普遍存在于原核生物中(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。第三十页，共三十六页，2022年，8月28日

一些生物大分子（如16SrRNA或18SrRNA），其分子序列的改变量与分子进化的时间成正比，因此，这些生物大分子被作为分子计时器，真实记录了各种生物的进化过程。可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的相关性或进化距离。分子计时器：第三十一页，共三十六页，2022年，8月28日（4）微生物全基因组序列测定第一个古菌：詹氏甲烷杆菌第一个细菌：流感嗜血杆菌第一个真菌：酿酒酵母第三十二页，共三十六页，2022年，8月28日3.

细胞化学成分用作鉴定的指标

细胞壁的化学成分全细胞水解液的糖型磷酸类脂成分的分析枝菌酸的分析醌类的分析气相色谱技术（脂肪酸组成和代谢产物分析）第三十三页，共三十六页，2022年，8月28日

《伯杰氏鉴定细菌学手册》(Bergey’sManualofDeterminativeBacteriology)

第一版（1923年）~第八版（1974年）~第九版（1994年）美国宾夕法尼亚大学的细菌学教授伯杰(D.Bergey)

主编。1957年第七版后，吸收了国际上细菌分类学家参加编写，它的近代版本反映了出版年代细菌分类学的最新成果，因而逐渐确立了在国际上对细菌进行全面分类的权威地位。四.分类系统1.原核生物分类系统第三十四页，共三十六页，2022年，8月28日1984~1989年改为《伯杰氏系统细菌学手册》，简称《系统手册》(Bergey’sManualofSystematicBacteriology)（第一版