第微生物的分类.ppt

科学家估计有分类纪录的各类物种大约有150万，其中微生物超过10万种，而且其数目还在不断增加。微生物学工作者要认识、研究和利用微生物或控制有害微生物，必须对它们进行分类（classification）。,第一节分生类概述,分类学是由三个关系极为密切并交织在一起的要素组成，这三个要素就是分类、命名和鉴定。分类(classification)是把单位(unit)归纳为群(group)，并严格按顺序加以排列。命名(nomenclature)是给予在分类中被定义的单位以名称。鉴定(identification)是把在分类中未知的生物体进行定义并加以命名的过程。,一、分类的概念,微生物分类学：,即对各个微生物进行鉴定，按分类学准则排列成分类系统，并对已确定的分类单元进行科学命名的科学。,二、分类原则,1.根据表型(phenetic)特征的相似成分分群归类，这种表型分类重在应用，不涉及生物进化或不以反映生物亲缘关系为目标；2.按照生物系统发育相关性水平来分群归类，其目标是探寻各种生物之间的进化关系，建立反映生物系统发育的分类系统。,三、分类目的,以进化论为指导思想的分类学，其目的已经不仅仅是物种的识别和归类，而是通过追溯系统发育来推断进化谱系，这样的分类学也称之为生物系统学(syatematics)。,第二节进化的测量指征,一、进化指征的选择根据形态学特征推断生物之间的亲缘关系存在两个突出问题：一是由于微生物可利用的形态特征少，很难把所有生物放在同一水平上进行比较；二是形态特征在不同类群中进化速度差异很大，仅根据形态推断进化关系往往不准确。,（一）挑选大分子的原则：,1.它必须普遍存在于所研究的各个生物类群中2.选择在各种生物中功能同源的大分子3.所选择的分子序列必须能严格线性排列，以便进行进一步的分析比较4.注意根据所比较的各类生物之间的进化距离来选择适当的分子序列。,（二）rRNA作为进化指征的理由,大量的实验研究表明：在众多的生物大分子中，最适合于揭示各类生物亲缘关系的是rRNA，尤其是16SrRNA。16SrRNA所以被普遍公认是一把好的谱系分析的“分子尺”，这是因为：,1.rRNA参与生物蛋白质的合成过程，其功能是任何生物都必不可少的，而且在生物进化的漫长历程中，其功能保持不变；2.在16SrRNA分子中，即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；,3.16SrRNA相对分子质量大小适中，便于序列分析；4.16SrRNA普遍存在于真核生物和原核生物中（真核生物中其同源分子是18SrRNA）。,（三）rRNA序列测定和分析方法,1.寡核苷酸编目分析法由于只获得了16SrRNA分子的大约30%的序列资料，加上采用的是一种简单相似性的计算方法，所以其结果有可能出现误差，应用上受到一定限制。2.全序列分析法最常用的是直接序列分析法。这种方法用反转录酶和双脱氧序列分析，可以对未经纯化的rRNA抽提物进行直接的序列测定。,二、系统发育树,（一）概念在研究生物进化和系统分类中，常用一种树状分枝的图型来概括各种（类）生物之间的亲缘关系，这种树状分枝的图型被称为系统发育树（phylogenetictree），简称系统树。通过比较生物大分子序列差异的数值构件的系统树称为分子系统树。,系统树无根树有根树图型中，分枝的末端和分枝的连接点称为结（node），代表生物类群，分枝末端的结代表仍生存的种类。系统树可能有时间比例，或者用两个结之间的分枝长度变化来表示分子序列的差异数值。,三、三界生物的由来,70年代末美国学者伍（CarlWoese）根据16SrRNA的序列划分的三界（Kingdom，后改称三个域）：,古细菌（Archaebicteria）、真细菌（Eubacteria）、真核生物（Eukaryotes）。1990年，他为了避免把古细菌也看作是细菌的一类，又把三界（域）改称为：Bacteria（细菌）、Archaea(古生菌)和Eukary（真核生物），并构建了三界（域）生物的系统树。,(Olsen和Woese1993),第三节细菌分类,一、分类单元及其等级界Kingdom门Phylum亚门纲Class亚纲目Order亚目科Family亚科属Genus种Species,常用的细菌分类术语,培养物（culture）：是指一定时间一定空间内微生物的细胞群或生长物。菌株（strain）：指同种微生物不同来源的纯培养物。如：枯草芽孢杆菌：(BacillussubtisASI398)和(BacillussubtisBF7658398)分别为蛋白酶和淀粉酶生产菌。型（form或type)：常指亚种以下的细分。,种（species)：是生物分类中基本的分类单元和分类等级。伯杰氏(Bergey)给种的定义是：“凡是与典型培养菌密切相同的其他培养菌统一起来，区分成为细菌的一个种。”,1986年斯坦尔(Stanier)给种下了定义：“一个种是由一群具有高度表型相似性的个体组成，并与其他具有相似特征的类群存在明显的差异。”,1987年，国际细菌分类委员会颁布，DNA同源性70，而且其Tm5的菌群为一个种，并且其表型特征应与这个定义相一致。,1994年Embley和Stackebrandt认为当16SrDNA的序列同源性97时可认为是一个种。,二.微生物的命名,（一）分类单元的命名1.属名属名用一个单数主格名词或当作名词用的形容词来表示，可以是阳性、阴性或中性，首字母要大写。2.种名和其他生物一样，细菌的种名也用双名法命名，即种的学名由属名和种名加词两部分组合而成。3.变种的学名是在种名后加变种名称，并在变种名称之前加var。,例如：金黄色葡萄球菌的学名为：StaphylococcusaureusRosenbach1884属名：葡萄球菌种名：金黄色命名人的姓命名年份又如：Peptostreptococcusfoetidus（Veillon）Smith属名：消化链球菌种名：恶臭原命名者改名者变种的学名：枯草芽孢杆菌黑色变种Bacillussubtilisvar.niger属名：芽孢杆菌种名：枯草原命名者改名者,（二）命名模式及其指定,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”。即根据命名法规要求，正式命名的分类单元应指定一个命名模式（简称模式）作为该分类单元命名的依据。,（三）新名称的发表,根据细菌命名法规的规定，有效发表新的细菌名称应在公开发行的刊物上进行。若新名称是在国际系统细菌学杂志（IJSB）以外的其他杂志上发表的，还必须经过新名称的合格化发表，被认为合格后，在该杂志上定期公布，命名日期即从公布之日算起，否则不算合格发表，也不能取得国际上的承认。发表新名称时，应在新名称之后加上所属新分类等级的缩写词，如新目“ord.nov.”、新属“gen.nov.”、新种“sp.nov.”等。,三、细菌分类和伯杰氏手册,20世纪60年代以前，国际上不少细菌分类学家都曾对细菌进行过全面的分类，提出过一些在当代有影响的细菌分类系统。但70年代以后，对细菌进行全面分类的、影响最大的是伯杰氏手册。所以该书目前已成为对细菌进行分类鉴定的主要参考书。,（一）获得细菌的纯培养物（二）查找权威性的鉴定手册伯杰氏细菌学鉴定手册、原核生物、常见细菌系统鉴定手册（三）应用合适的方法确定细菌的分类地位经典分类方法分子分类法血清学试验与噬菌体分型细菌快速鉴定和自动化分析技术,四、细菌的鉴定步骤,第四节微生物分类鉴定的特征和技术,一、形态学和生理生化特征（一）形态学特征易于观察和比较，尤其是在真核微生物和具有特殊形态结构的细菌中；许多形态学特征依赖于多基因的表达，具有相对的稳定性。因此，形态学特征不仅是微生物鉴定的重要依据，而且也往往是系统发育相关性的一个标志。,（二）生理生化特征,微生物的生理生化特征与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的产物。所以，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，加上测定生理生化特征比直接分析基因组要容易得多。因此生理生化特征对于微生物的系统分类仍然是有意义的。,二、血清学试验与噬菌体分型,（一）血清学试验细菌细胞与病毒等都含有蛋白质、脂白蛋、脂多糖等有抗原性的物质，由于不同微生物抗原物质结构不同，赋予它们不同的抗原特征。一个种内抗原性不同的菌株，按血清学试验区分成若干不同的型别。在某些细菌属中，血清型与种的含义等同，如沙门氏菌属。,（二）噬菌体分型,噬菌体对宿主的感染和裂解作用具有高度的特异性，即一种噬菌体往往只能感染或裂解某种细菌,甚至只裂解种内的某些菌株。所以，根据噬菌体的宿主范围可将细菌分为不同的噬菌型和利用噬菌体裂解这样的特异性进行细菌鉴定。这对于追溯传染病来源、流行病调查以及病原菌的检测鉴定有重要意义。,三、氨基酸的顺序和蛋白质的分析,蛋白质是基因的产物，蛋白质的氨基酸顺序直接反映mRNA顺序而与编码基因密切相关。因此，可以通过对某些同源蛋白质氨基酸顺序的比较来分析不同生物系统发育关系，序列相似性越高,其亲缘关系愈近。因此可以根据蛋白质的氨基酸序列资料构建系统发育树和进行分类。,四、核酸的碱基组成和分子杂交,比较DNA和碱基组成和进行核酸分子杂交，是目前通过直接比较基因组进行生物分类最常用的两种方法。,亲缘关系近的生物,它们应该具有相似的G+C含量。现有数据表明:高等植物的G+C含量范围大约35%50%之间；原核生物中G+C含量变化幅度宽达22%80%；脊椎动物G+C含量约35%45%之间；这足以表明原核生物是一个极其多样性的类群。,（一）DNA的碱基组成(G+C)%,目前,虽然还没有一个统一的界定各级分类单元的G+C含量标准，但大量资料表明：同一个种内的不同菌株G+C含量差别应在4%5%以下；同属不同种的差别在10%15%，通常底于10%。所以G+C含量已经作为建立新的微生物分类单元的一项基特征，它对于种、属甚至科的鉴定有重要意义。,（二）核酸的分子杂交,生物的遗传信息以（遗传密码）形式线性的排列在DNA分子中，不同DNA碱基排列顺序的异同直接反映这些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越近，反之亦然。,1.DNADNA杂交亲缘关系相对近的微生物之间的亲缘比较2.DNArRNA杂交亲缘关系相对远的微生物之间的亲缘比较3.核酸探针用于细菌等的快速鉴定,（三）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。,1.在显微镜下观察细菌，为何需在玻片标本与油镜头滴加