第十一章微生物的分类和鉴定.ppt

第十一章第十一章微生物的微生物的分类和鉴定分类和鉴定定义：定义：按微生物的亲缘关系把它们安排成条理清楚的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的科学各种分类单元或分类群的科学任务：任务：Ø分类分类Ø鉴定鉴定Ø命名命名分类：分类：根据一定的原则根据一定的原则( (表型特征相似性或系统发育相关表型特征相似性或系统发育相关性性) )对微生物进行分群归类，根据相似性或相关性水平排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根据现有数据建立系统的过程) )鉴定：鉴定：借助于现有的微生物分类系统，通过特征测定，确定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根据现有系统确定未知微生物分类归属的过程)命名：命名：是根据命名法规，给每一个分类群一个专有的名称。

是根据命名法规，给每一个分类群一个专有的名称分类系统建立过程中的步骤之一分类系统建立过程中的步骤之一)第一节第一节 通用分类单元通用分类单元 种以上的系统分类单元种以上的系统分类单元界界 Kingdom门门 Phylum（或（或Division））纲纲 Class 目目 Order 科科 Family 属属 Genus 种种 Species 种的概念种的概念Ø定义定义：种是一个基本分类单位，是一大群表型特征高度相：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Ø在微生物中，一个种只能用该种内的一个典型菌株（在微生物中，一个种只能用该种内的一个典型菌株（type strain)作为具体标本，它就是该种的模式种作为具体标本，它就是该种的模式种(type species)Ø在在Bifidobacterium bifidum的大量菌株中，只有的大量菌株中，只有“ATCC 29521”菌株才是模式种。

菌株才是模式种Ø新种（新种（ sp.nov.或或nov. sp.）） ：是指权威性的分类、鉴定手：是指权威性的分类、鉴定手册中从未记载过的一种新分离并鉴定过的微生物册中从未记载过的一种新分离并鉴定过的微生物 新被鉴新被鉴定的种发表时应在其学名后标上定的种发表时应在其学名后标上sp.nov.的符号Ø我国学者筛选到的我国学者筛选到的Corynebacterium pekinense sp. Nov AS1.299(北京棒杆菌）北京棒杆菌）Ø新种发表前应将其模式菌株的培养物存放在一个永久性的新种发表前应将其模式菌株的培养物存放在一个永久性的保藏机构，并应允许人们从中取得保藏机构，并应允许人们从中取得微生物的命名微生物的命名Ø学名：学名：菌种的科学名称菌种的科学名称Ø命名原则：命名原则：双名法（双名法（binominal nomenclature)学名学名=属名属名+种的加词种的加词+（首次定名人）（首次定名人）+ （现名定名人和鲜（现名定名人和鲜明定名年份）明定名年份）----一般省略一般省略属名在前，一般用拉丁字名词表示，字首字母大写属名在前，一般用拉丁字名词表示，字首字母大写种名在后，常用拉丁文形容词表示，全部小写种名在后，常用拉丁文形容词表示，全部小写大肠杆菌：大肠杆菌：Escherichia coli (Migula) Castellani et Chalmers 1919若所分离的菌株只鉴定到属，而未鉴定到种，可用若所分离的菌株只鉴定到属，而未鉴定到种，可用sp来来表示表示.例如例如 Bacillus sp三名法三名法(trinominal nomenclature)当某种微生物是一个亚种（当某种微生物是一个亚种（subspecies,subsp)或变种或变种(variety,var)时，学名就按三名法拼写，即：时，学名就按三名法拼写，即： 学名学名=属名属名+种名种名+符名符名subsp 或或var+亚种或变种的加词亚种或变种的加词苏云金芽孢杆菌蜡螟亚种苏云金芽孢杆菌蜡螟亚种Bacillus thuringiensis (subsp) galleria酿酒酵母椭圆变种酿酒酵母椭圆变种Saccharimyces cerevisiae (var) ellipsoideus亚种以下的分类单元亚种以下的分类单元l亚种（亚种（subspeciers）：）：种的进一步细分，一般指除某一种的进一步细分，一般指除某一明显而稳定的特征外，其余鉴定特征都与模式种相同的明显而稳定的特征外，其余鉴定特征都与模式种相同的种。

其命名方法与三名法相同；种其命名方法与三名法相同；l变种（变种（ variety）：）：容易引起混乱；容易引起混乱；l型型 form：：曾用作菌株的同义词，现已作废；曾用作菌株的同义词，现已作废；l菌株（菌株（strain）：）：表示任何由一个独立分离的单细胞繁表示任何由一个独立分离的单细胞繁殖而成的纯遗传型群体及其一切后代殖而成的纯遗传型群体及其一切后代 任何一个不同来源的纯培养物均可称为某菌种任何一个不同来源的纯培养物均可称为某菌种的一个菌株的一个菌株Ø一个物种内遗传多态性的客观反应，其数目几乎是无数的一个物种内遗传多态性的客观反应，其数目几乎是无数的;Ø菌株与克隆的概念相同菌株与克隆的概念相同;Ø在同一菌种的不同菌株间，作为鉴定用的一些主要性状相同，在同一菌种的不同菌株间，作为鉴定用的一些主要性状相同，但不作为鉴定用的一些小性状却有很大的差异；但不作为鉴定用的一些小性状却有很大的差异；Ø某菌发生自发或人工变异后，均应标以新的菌株名称；某菌发生自发或人工变异后，均应标以新的菌株名称；Ø在菌种保藏、科学研究、发表学术论文时，都应在菌种后标在菌种保藏、科学研究、发表学术论文时，都应在菌种后标出该菌株的名称；出该菌株的名称；Ø菌株的名称可随意确定，一般可用字母加编号表示。

菌株的名称可随意确定，一般可用字母加编号表示 如：如：Escherichia coli K12; E.coli O157:H7第二节第二节 微生物在生物界的地位微生物在生物界的地位Ø生物的界级分类学说：二界系统、三界系统、四界系生物的界级分类学说：二界系统、三界系统、四界系统、五界系统、六界系统和三域系统统、五界系统、六界系统和三域系统Ø三域系统是三域系统是1978年年由由C. R. Woese和和L.Margulis提出的–所有生物存在一个共同祖先，由它分三条进化路线，所有生物存在一个共同祖先，由它分三条进化路线，就形成了三个域：古细菌域（就形成了三个域：古细菌域（Archaebacter）、真）、真细菌原界、真核生物原界细菌原界、真核生物原界–内共生学说：原核生物体与宿主细胞难分难解形成内共生学说：原核生物体与宿主细胞难分难解形成了细胞器了细胞器----线粒体和叶绿体线粒体和叶绿体三域学说及其生物进化谱系树三域学说及其生物进化谱系树第三节第三节各大类微生物的分类系统纲要各大类微生物的分类系统纲要l原核生物分类系统纲要原核生物分类系统纲要——伯杰氏系统细菌学手册伯杰氏系统细菌学手册 -----手册把原核生物分为古生菌界和细菌界，它们相手册把原核生物分为古生菌界和细菌界，它们相当于三域中的两个域。

当于三域中的两个域《《伯杰氏鉴定细菌学手册伯杰氏鉴定细菌学手册》》(Bergey’s Manual of Determinative Bacteriology)美国宾夕法尼亚大学的细菌学教授伯杰美国宾夕法尼亚大学的细菌学教授伯杰伯杰氏手册伯杰氏手册是目前进行细菌分类、鉴定的最重要依据，其特是目前进行细菌分类、鉴定的最重要依据，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所需做的实验的具体方法从从20世纪世纪80年代末期，该手册改名为：年代末期，该手册改名为： 《《伯杰氏系统细菌学手册伯杰氏系统细菌学手册》》(Bergey’s Manual of Systematic Bacteriology) 1957年第七版后，由于越来越广泛地吸收了国际上细菌分年第七版后，由于越来越广泛地吸收了国际上细菌分类学家参加编写类学家参加编写(如如1974年第八版，撰稿人多达年第八版，撰稿人多达130多位，涉多位，涉及及15个国家；现行版本撰稿人多达个国家；现行版本撰稿人多达300多人，涉及近多人，涉及近20个国家个国家)，，所以它的近代版本反映了出版年代细菌分类学的最新成果，所以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。

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真菌界分类系统很多，各国采用不同的系统，比较混乱真菌界分类系统很多，各国采用不同的系统，比较混乱近年来为较多人接受的是近年来为较多人接受的是Ainsworth的的纲要 粘菌门（粘菌门（Myxomycota)真菌界真菌界 鞭毛菌亚门鞭毛菌亚门 真菌门（真菌门（Eumycota) 接合菌亚门接合菌亚门 子囊菌亚门子囊菌亚门 担子菌亚门担子菌亚门 半知菌亚门半知菌亚门第四节第四节微生物的鉴定微生物的鉴定Ø主要步骤：主要步骤：纯化、测定一系列必要的指标、查找权威性纯化、测定一系列必要的指标、查找权威性鉴定手册鉴定手册Ø鉴定技术的不同水平：鉴定技术的不同水平：–细胞的形态和习性细胞的形态和习性–细胞组分水平细胞组分水平–蛋白质水平蛋白质水平–基因或基因或DNA水平水平（一）形态学特征（一）形态学特征细胞形态及其染色特性、菌落特征、特殊的细胞结构、细胞形态及其染色特性、菌落特征、特殊的细胞结构、运动性、等等运动性、等等微生物分类和鉴定的重要依据之一：微生物分类和鉴定的重要依据之一：Ø易于观察和比较，尤其是真核微生物和具有特殊形态易于观察和比较，尤其是真核微生物和具有特殊形态 结构的细菌结构的细菌Ø许多形态学特征依赖于多基因的表达，具有相对许多形态学特征依赖于多基因的表达，具有相对 的稳定性；的稳定性；（二）生理生化特征（二）生理生化特征Ø与微生物的酶和调节蛋白质的本质和活性直接相关酶及蛋与微生物的酶和调节蛋白质的本质和活性直接相关酶及蛋白质都是基因产物白质都是基因产物Ø对微生物生理生化特征的比较也是对微生物基因组的间接对微生物生理生化特征的比较也是对微生物基因组的间接比较比较Ø营养类型、酶、代谢产物等；营养类型、酶、代谢产物等；Ø生长温度、与氧、生长温度、与氧、pH、、渗透压的关系；渗透压的关系；Ø宿主种类、与宿主的关系；宿主种类、与宿主的关系；Ø免疫特性免疫特性测定生理生化特征比直接分析基因组要容易得多测定生理生化特征比直接分析基因组要容易得多（三）核酸的碱基组成和分子杂交（三）核酸的碱基组成和分子杂交Ø特点：与形态及生理生化特性的比较不同，对特点：与形态及生理生化特性的比较不同，对DNA的碱基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。

基因组的差异，因此结果更加可信1.DNA的碱基组成的碱基组成(G+Cmol%)DNA碱基因组成是各种生物一个稳定的特征，即使个别碱基因组成是各种生物一个稳定的特征，即使个别基因突变，碱基组成也不会发生明显变化基因突变，碱基组成也不会发生明显变化分类学上，用分类学上，用G+C占全部碱基的克分子百分数占全部碱基的克分子百分数(G+Cmol%)来表示各类生物的来表示各类生物的DNA碱基因组成特征，简称碱基因组成特征，简称GC比Ø每个生物种都有特定的每个生物种都有特定的GC%范围，因此后者可以作为分类范围，因此后者可以作为分类鉴定的指标各大类生物鉴定的指标各大类生物GC比的范围不同，有的很宽，如细比的范围不同，有的很宽，如细菌；有的很窄，如动物菌；有的很窄，如动物ØGC%测定主要用于对表型特征难区分的细菌作出鉴定，并可检测定主要用于对表型特征难区分的细菌作出鉴定，并可检验表型特征分类的合理性，从分子水平上判断物种的亲缘关系验表型特征分类的合理性，从分子水平上判断物种的亲缘关系Ø使用原则：使用原则：G+C含量的比较主要用于分类鉴定中的含量的比较主要用于分类鉴定中的否定否定l每一种生物都有一定的碱基组成，亲缘关系近的生物，它们应每一种生物都有一定的碱基组成，亲缘关系近的生物，它们应该具有相似的该具有相似的G+C含量，若不同生物之间含量，若不同生物之间G+C含量差别大表明它含量差别大表明它们关系远。

们关系远l但具有相似但具有相似G+C含量的生物并不一定表明它们之间具有近的亲含量的生物并不一定表明它们之间具有近的亲缘关系l同一个种内的不同菌株同一个种内的不同菌株G+C含量差别应在含量差别应在4～～5%以下；以下；l同属不同种的差别应低于同属不同种的差别应低于10～～15%；；若二个在形态及生理生化特性方面及其相似的菌株，若二个在形态及生理生化特性方面及其相似的菌株，如果其如果其G+C含量的差别大于含量的差别大于5%，则肯定不是同一个，则肯定不是同一个种，大于种，大于15%则肯定不是同一个属则肯定不是同一个属80年代以前螺菌属年代以前螺菌属(Spirillum)不同种的不同种的G+C含量范围宽达含量范围宽达38～～66%，，后来后来“伯杰氏手册伯杰氏手册”(1984)结合其他特征已将其分成三结合其他特征已将其分成三个属：螺菌属、海洋螺菌属个属：螺菌属、海洋螺菌属Oceanospirillum)和水螺菌属和水螺菌属(Aquaspirillum) 它们它们G+C含量分别为含量分别为38%、、42～～51%和和49～～66%；； 过去根据形态学特征曾认为微球菌属过去根据形态学特征曾认为微球菌属(Micrococcus)和葡和葡萄球菌属萄球菌属(Staphylococcus)是关系很近的两个属，因而长期放是关系很近的两个属，因而长期放在一个科内，由于在一个科内，由于G+C含量的差异含量的差异(分别为分别为30～～38%和和64～～75%)表明它们亲缘关系相当远，现在根据表明它们亲缘关系相当远，现在根据16SrRNA序列资料序列资料已进行新的调整。

已进行新的调整2.核酸的分子杂交核酸的分子杂交不同生物不同生物DNA碱基排列顺序的异同直接反映生物之间碱基排列顺序的异同直接反映生物之间亲缘关系的远近，碱基排列顺序差异越小，它们之间亲缘关系的远近，碱基排列顺序差异越小，它们之间的亲缘关系就越近，反之亦然的亲缘关系就越近，反之亦然t 直接分析比较直接分析比较DNA的碱基排列顺序的碱基排列顺序------由于技术上的困难目前尚难以普遍地进行；由于技术上的困难目前尚难以普遍地进行； 核酸分子杂交核酸分子杂交(hybridization)间接比较不同微生物间接比较不同微生物DNA碱基排列顺序的相似性碱基排列顺序的相似性定义：定义： 按碱基的互补配对原理，用人工方法对两条不同来源的单链按碱基的互补配对原理，用人工方法对两条不同来源的单链核酸进行复性，以构建新的杂合双链核的技术，称为核酸杂交核酸进行复性，以构建新的杂合双链核的技术，称为核酸杂交基本原理：基本原理： 具有一定同源性的两条核酸单链在一定条件下（适宜的温度具有一定同源性的两条核酸单链在一定条件下（适宜的温度及离子强度等）可按碱基互补原则形成双链，此杂交过程是高度及离子强度等）可按碱基互补原则形成双链，此杂交过程是高度特异的。

特异的 杂交分子的形成并不要求两条单链的碱基顺序完全互补，所杂交分子的形成并不要求两条单链的碱基顺序完全互补，所以不同来源的核酸单链只要彼此之间有一定程度的互补顺序（即以不同来源的核酸单链只要彼此之间有一定程度的互补顺序（即某种程度的同源性）就可以形成杂交双链某种程度的同源性）就可以形成杂交双链 分子杂交可在分子杂交可在DNA与与DNA、、RNA与与RNA或或RNA与与DNA的二条单链之间进行的二条单链之间进行 用分子杂交进行定性或定量分析的最有效方法是将一用分子杂交进行定性或定量分析的最有效方法是将一种核酸单链用同位素或非同位素标记成为种核酸单链用同位素或非同位素标记成为探针探针，再与另一，再与另一种核酸单链进行分子杂交种核酸单链进行分子杂交3.电子杂交电子杂交 随着微生物基因信息，特别是全基因组完全测序的不随着微生物基因信息，特别是全基因组完全测序的不断增加，我们可以通过各种计算机软件对不同物种的遗传断增加，我们可以通过各种计算机软件对不同物种的遗传信息进行直接比较，从而分析不同微生物间的亲缘关系信息进行直接比较，从而分析不同微生物间的亲缘关系。

数值分类法数值分类法l即统计分类法，在即统计分类法，在200年前年前M. Adanson（（1727~1806，，法国植物学家）发表的分类原理基础上结合现代计算法国植物学家）发表的分类原理基础上结合现代计算机技术发展而来的机技术发展而来的l主要观点：主要观点：Ø在一个分类群中，其所含信息量越大，即分类所依在一个分类群中，其所含信息量越大，即分类所依据的性状越多，其分类效果也越好；据的性状越多，其分类效果也越好；Ø顺序建立自然分类单元时，每个性状都是等权的；顺序建立自然分类单元时，每个性状都是等权的；Ø任何两分类实体间的整体相似性，都是由每一对的任何两分类实体间的整体相似性，都是由每一对的相似性计算而来的；能够由类群间相似性的差异识相似性计算而来的；能够由类群间相似性的差异识别不同的分类实体；别不同的分类实体；Ø如果给予有关进化途径和机制的某些假定，可以从如果给予有关进化途径和机制的某些假定，可以从组群的分类学结构或从性状相关上作出种系发生的组群的分类学结构或从性状相关上作出种系发生的推论；推论；Ø分类学应作为一门经验科学来看待和实践；分类学应作为一门经验科学来看待和实践；Ø数值分类学是以表象相似性为基础的。

数值分类学是以表象相似性为基础的数值分类的基本步骤数值分类的基本步骤数值分类的基本步骤数值分类的基本步骤l计算两菌株间的相似系数计算两菌株间的相似系数Ssm =SJ = l列出相似度矩阵列出相似度矩阵l将矩阵图转换成树状图将矩阵图转换成树状图a+da+b+c+daa+b+c。