微生物的分类和鉴定.ppt

第十章微生物的分类和鉴定 至今已记载过的生物种数约150余万种 微生物为15 20万种 对微生物来说 这一数字还在急剧地扩大着 现代微生物分类学的发展 经典分类学 microbialtaxonomy 按微生物表型进行分类 微生物系统学 microbialsystematics 按微生物的亲缘关系和进化规律进行分类 2 微生物分类学 经典分类学 按微生物表型分类 微生物系统学 按亲缘关系和进化规律分类 发展 表型特征 形态学 生理生化学 生态学等 推断微生物的系统发育 表型特征结合分子水平上比较微生物的基因型特征 如16SrRNA 探讨微生物进化 系统发育和分类鉴定 分类学的3个任务 分类 classification 鉴定 identification 命名 nomenclature 分类 通过收集大量描述有关个体的文献资料 经过科学的归纳和理性的思考 整理成一个科学分类系统 或是根据微生物的相似性和亲缘关系 将微生物归入不同的分类类群 鉴定 通过详细观察和描述一个未知名称纯种微生物的各种性状特征 然后查找现成的分类系统 以达到对其知类 辨名的目的 或是确定一个新的分离物属于已经确认的分类单元的过程 命名 是为一个新发现的微生物确定一个新学名 亦即当你详细观察和描述某一具体菌种后 经过认真查找现有的权威性分类鉴定手册 发现这是一个以往从未记载过的新种 这时 就的按微生物的国际命名法规给予一个新的学名 第一节通用分类单元 一 种以上的系统分类单元 一 7级分类单元界Kingdom门Phylum纲Class目Order科Family属Genus种Species种是最基本的分类单位当必要时 各级都可补充若干辅助单元 有 亚 超 或 族 以啤酒酵母为例 它在分类学上的地位是 界 Kindom 真菌界门 Phyllum 真菌门纲 Class 子囊菌纲目 Order 内孢霉目科 Family 内孢霉科属 Genus 酵母属种 Species 啤酒酵母 二 种的概念 在微生物中 种的定义是很难下的 至今还找不到一个公认的 明确的种的定义 种的定义 是一个基本分类单元 是一大群表型特征高度相似 亲缘关系极其接近 与同属内的其他物种有着明显差异的一大群菌株的总称 新种 speciesnova sp nov或novsp 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 如北京棒杆菌AS1 299 新种 Corynebacteriumpekinensesp novAS1 299 三 种的分类地位举例 二学名 名称 地区性的俗名 学名 如 红色面包霉 粗糙脉孢霉绿脓杆菌 铜绿假单胞菌学名是按 国际命名法规 进行命名并受国际学术界公认的通用正式名称 学名是用拉丁词或拉丁化的词组成的 在出版物中 学名应排斜体字 学名的表示方法分双名法与三名法两种 一 双名法 学名 属名 种名加词 首次定名人 现名定名人 现名定名年份排斜体字排正体字 一般省略 属名 拉丁文的名词或用作名词的形容词 单数 首字母大 表示微生物的主要特征 由微生物构造 形状或由科学家命名 种名 拉丁文形容词 字首小写 为微生物次要特征 如微生物色素 形状 来源或科学家姓名等 例1 大肠埃希氏菌 大肠杆菌 Escherichiacoli Migula CastellanietChalmers1919例2 枯草芽孢杆菌 简称枯草杆菌 Bacillussubtilis Ehrenberg Cohn1872 二 三名法 当某种微生物是一个亚种 subspecies 简称 subsp 或变种 variety 简称 var 时 学名应三名法拼写 学名 属名 种名加词 符号subsp或var 亚种和变种的加词排斜体排正体 可省略 排斜体 不可省略 例 苏云金芽孢杆菌蜡螟亚种Bacillusthuringiensissubspgalleria 四 有关学名的其他知识 1 属名表示该微生物主要特征的名词或形容词 单数 第一个字母应大写 词源可来自拉丁词 希腊词例Bacillus 芽孢杆菌属 可缩写成 B 或 Bac 2 种名加词 又称种加词 它代表一个物种的次要特征 种名加词也由拉丁词 希腊词或拉丁化的外来词所组成 字首一律小写 Staphylococcusaureus 金黄色葡萄球菌 Bacillussp 为一种芽孢杆菌 Bacillusspp 译为若干种芽孢杆菌 3 学名的发音 按规定 拉丁字母发音事实上 英 美语种发音 三 亚种以下的几个分类名词 亚种 subspecies subsp ssp 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种 变种 variety var 是亚种的同义词 故在 国际细菌命名法规 中已不在主张再用这一词 型 form 若干变异型的后缀 如生物变异型 形态变异型 致死变异型 噬菌变异型 血清变异型 禽流感病毒 照片中的蓝色部分就是H5N1禽流感病毒 下面的红色部分则是健康人体细胞 照片显示H5N1正在攻击健康的细胞 H和N都是指病毒的糖蛋白 蛋白质 一种糖蛋白叫血凝素 HA 另一种叫神经氨酸酶 NA 这两种糖蛋白容易发生变异 根据糖蛋白变异的情况 HA分为H1 H15十五个不同的型别 NA分为N1 N9九个不同的型别 其中H5与H7为高致病亚型 4 菌株 strain 菌株 又称品系 表示由一个独立分离的单细胞 或单个病毒粒 繁殖而成的纯遗传型群体及其一切后代 菌株 纯培养物 纯分离物菌株 克隆菌株的名称 可随意确定 一般可用字母加编号表示 字母多表示实验室 产地或特征等的名称 编号表示序号等数字 例如 大肠埃希氏菌的两个菌株E coliK12基因组已于1997年发表E coliO 157 H7基因组已于2001年发表 问题 菌株 菌落 菌苔 斜面 菌种 克隆 分泌物或纯培养物等各名词之间的联系及其区别 第二节微生物在生物界的地位 一 生物的界级分类学说对生物究竟应分几界的问题 在人类发展的历史上存在着一个由浅入深 由简至繁 由低级至高级 由个体至分子水平的认识过程 一 生物的界级分类学说 两界系统 动物界和植物界三界系统 动物界 植物界和原生生物界四界系统 动物界 植物界 原生生物界 原生动物 真菌 部分藻类 和菌界 细菌和蓝细菌 五界系统 动物界 植物界 原生生物界 原生动物 单细胞藻类和粘细菌 真菌界和原核生物界 细菌和蓝细菌 六界系统 后生动物界 后生植物界 真菌界 原生生物界 原生动物 单细胞藻类和粘细菌 原核生物界 细菌和蓝细菌 和病毒界 瑞典CarlvonlinneHoggCopelandR H WhittakerJahnC R Woese 传统的 为多数学者所接受的是1969年魏塔克 R H Whittaker 在 Science 上提出的五界学说 它以纵向显示从原核生物到真核单细胞生物再到真核多细胞生物的三大进化过程 6 三总界五界系统 我国学者陈世骧等 1979年 提出三总界和五界 非细胞总界 原核总界1 细菌界2 蓝细菌界 真核总界3 植物界4 真菌界5 动物界 二 三域学说 TreeDomainsTheory 依据 20世纪70年代末 美国伊利诺斯大学的C R Woese等人对大量微生物和其他生物进行16S和18SrRNA的寡核苷酸测序 并比较其同源性水平后 提出了三域学说 域 是一个比界更高的界级分类单元 也称原界 三域学说已获国际学术界的基本肯定 近年来 遇到一些挑战 是因微生物全基因组测序之故 利用16SrRNA建立分子进化树的美国科学家CarlWoese 三域学说的建立 三域包括 1 古生细菌域 Archaebacteria 包括产甲烷细菌 极端嗜盐菌和嗜热嗜酸菌 2 真细菌域 Eubacteria 包括蓝细菌和各种除古细菌以外的其它原核生物 3 真核生物域 Eucaryotes 包括原生生物 真菌 动物和植物 三域学说理论 小细胞 公共远祖 细菌 古生菌先 后吞噬朊细菌和蓝细菌 内共生 真核生物 线粒体和叶绿体 古生菌 现今一切生物 第三节微生物的分类系统纲要 一 Bergey氏原核分类系统纲要1 伯杰氏系统细菌学手册 Bergey sManualofDeterminativeBacteriology 简介美国宾夕法尼亚大学的细菌学教授伯杰 D Bergey 1860 1937 古生菌域 208种原核生物包括细菌域 4727种 2000年 伯杰氏手册 是国际学术界的权威学者集体修订的 20余国的300多位专家编写 先后出版了11个版本 成了各国微生物分类学界公认的一本经典佳作 有人称他为细菌分类学的 圣经 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 伯杰氏手册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所需做的实验的具体方法 2 系统手册 提要分5卷出版 古生菌界 2门 5组 8纲 11目 17科和63属 208种 原核生物细菌界 16门 26组 27纲 62目 163科和813属 4727种 二 Ainsworth的菌物分类系统纲要 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Ainsworth的纲要 安 贝氏菌物词典 1995年第八版 目前得到学术界广泛采用 粘菌门鞭毛菌亚门接合菌亚门真菌门子囊菌亚门担子菌亚门半知菌亚门 弧菌纲丝壶菌纲卵菌纲 接合菌纲毛菌纲 层菌纲腹菌纲锈菌纲黑粉菌纲 腔孢菌纲丝孢菌纲 菌物界 第四节微生物分类鉴定的方法 分类鉴定方法分成4个水平 细胞的形态和习性水平 用经典的研究方法 观察微生物的形态特征 运动性 酶反应 营养要求 生长条件 代谢特征 致病性 抗原性和生态学特征等 细胞组分水平 包括细胞壁 脂类 醌类和光合色素等成分的分析 蛋白质水平 包括氨基酸序列分析 凝胶电泳和各种免疫标记技术等 核酸水平 G Cmol 值的测定 核酸分子杂交 16S或18SrRNA寡核苷酸序列分析 重要基因序列分析和全基因组测序等 一 经典方法 菌种鉴定的工作步骤3项 获得该微生物的纯培养物 测定鉴定指标 查找权威性的菌种鉴定手册 二 现代方法 1 DNA碱基比例的测定 一 通过核酸分析鉴定微生物遗传型 GC比具有3个特点 亲缘关系相近的种 两者的GC比也接近 反之 GC比相近的两个种 它们的亲缘关系则不一定都很相近 如链霉菌属中的500余个种的GC比在65 74 的范围 如酿酒酵母 枯草杆菌和人的GC比十分接近 GC比差距很大的两种微生物 它们的亲缘关系必然较远 牛型放线菌 63 大肠杆菌 51 和鼻疽诺卡氏菌 71 GC比相差低于2 时 没有分类学上的意义 种内各菌株间差别在2 5 4 0 间 若相差在5 以上时 就可以认为属于不同的种了 假如差距超过10 一般就可以认为是不同的属了 螺菌属 38 66 螺菌属 38 海洋螺菌属 42 51 水生螺菌属 49 66 各大类生物GC比的范围不同 有的很宽 有的很窄 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 因此更适合于细菌的分类鉴定 在疑难菌株鉴定 新种命名 建立一个新的分类单位时 G C含量是一项重要的 必不可少的鉴定指标 G C含量的比较主要用于分类鉴定中的否定其分类学意义主要是作为建立新分类单元的一项基本特征和把那些G C含量差别大的种类排除出某一分类单元 2 核酸分子杂交法 是测定核酸分子同源程度和不同物种间亲缘关系的有效手段 有DNA DNA DNA rRNA rRNA rRNA分子间的杂交 不同生物DNA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 它们之间的亲缘关系就越近 反之亦然 核酸分子杂交 hybridization 间接比较不同微生物DNA碱基排列顺序的相似性 a DNA DNA杂交 亲缘关系相对近的微生物之间的亲缘关系比较 b DNA rRNA杂交 亲缘关系相对远的微生物之间的亲缘关系比较 c 核酸探针 利用特异性的探针 用于细菌等的快速鉴定 DNA DNA杂交同源性 60 为同种 70 同一亚种20 60 为同一属 3 rRNA寡核苷酸编目分析 在约38亿年漫长的生物进化历史中 由于rRNA始终执行着相同的生理功能 因此其核苷酸序列的变化要比DNA中的变化漫的多和保守的多 rRNA是细胞中的 活化石 原核生物 23s 16s 5s真核生物 28s 18s 5 8s16s或18s用作系统分类 提出三域学说 生理功能重要又恒定 含量高易提取 核苷酸序列保守 分子质量适中 信息量大易于分析 16S 18SRNA 大肠杆菌 酿酒酵母 甲烷球菌 3 微生物全基因组序列测定 1995年首次报道流感