微生物的分类和分子鉴定概要课件

微生物的分类与分子鉴定试讲：汪文伦微生物的分类与分子鉴定试讲：汪文伦1微生物的分类微生物的分子鉴定微生物的分类和分子鉴定概要课件2微生物定义：是生命学的重要分支，是研究微生物的种类、分布、形态、结构、代谢、生长繁殖、进化以及与人类、动物、植物等相互关系的一门学科。

微生物非细胞生物原核生物部分真核生物（真菌、藻类、原生动物）微生物定义：是生命学的重要分支，是研究微生物的种类、分布、形3微生物特点体积小，比表面积大吸收多，转化快生长旺，繁殖速适应性强，易变异适应性强，易变异微生物特点体积小，比表面积大4一、史前时期（直观应用时期）

春秋战国时期微生物分解有机物质,沤粪积肥。

公元二世纪的《神农本草经》白僵蚕治病。

公元6世纪后魏的贾思勰《齐民要术》谷物制曲、酿酒、制酱、造醋、腌菜。豆科植物与其它作物轮作特点：

①未见微生物个体

②凭经验利用微生物微生物的发展史一、史前时期（直观应用时期）微生物的发展史5二、初创时期（形态学发展时期）

（17世纪下半叶——十九世纪中叶）

使用显微镜观察微生物世界的时期。

代表人物：列文·虎克

贡献:

（１）发现了微生物世界

（２）科学地描述了微生物的形态并阐述了它们的

繁茂性．

特点：

①观察微生物个体

②形态描述二、初创时期（形态学发展时期）6三、奠基时期（生理学发展时期）

１、巴斯德与自然发生说

２、科赫与疾病的病菌说

３、贝耶林克（加富培养）

４、维诺格拉斯基

土壤微生物研究的生态学观点和原位研究路线。

特点：①微生物学建立②创立微生物学方法③实践-理论-实践④建立分支学科⑤寻找病原菌三、奠基时期（生理学发展时期）7四、发展时期（生物化学水平）时间：1897-1953代表人物：E.BUCHNER（1897）-生物化学奠基人特点：

①酵母菌

②代谢系统

③普通微生物学

④寻找有益代谢产物

⑤微生物工业化培养技术酵母细胞石英砂研磨过滤滤液酵母细胞葡萄糖酒精、CO2四、发展时期（生物化学水平）酵母细胞石英砂研磨过滤滤液酵母8五、成熟时期（分子水平）时间：1953年至今代表人物：J.WATSON和F.CRICK-分子生物学奠基人特点：①微生物生命活动规律②发酵工程③分支学科的发展④基础理论和实验技术⑤微生物基因组

贡献：

电子显微镜的使用

DNA的发现五、成熟时期（分子水平）91、生物界的分类地球上的物种估计大约有200万种，其中微生物超过10万种，而且其数目还在不断增加。（因已知微生物仅10%，已开发利用的是已知的1%。）在生物进化历史过程中演化形成生物种类和种群的多样性。生物分类就是通过研究生物的系统发育及其进化历史，示各类生物的多样性及其系统发生关系，编制分类系统，还原生物的自然历史位置。化石资料、形态学、比较胚胎学高等动植物分类较正确反映其系统发育1、生物界的分类地球上的物种估计大约有200万种，其中微生物10生物分类的二种基本原则：一、根据表型特征(phenotype)的相似程度分群归类，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；二、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。微生物分类的难题：绝大部分微生物个体小、形态简单、易受环境影响而变异、缺少有性繁殖过程、缺乏化石资料。生物分类的二种基本原则：一、根据表型特征(phenotype11生物的界级分类学说生物的界级分类学说：在认识发展过程的不同阶段存在对生物分类的不同观点。如：二界系统、三界系统、四界系统、五界系统、六界系统和三原界系统直至三域学说.生物的界级分类学说生物的界级分类学说：12三原界系统是1978年由R.H.Whittaker和L.Margulis提出的（内共生学说）。三原界系统是1978年由R.H.Whittaker和L.Ma13利用16SrRNA建立分子进化树的美国科学家

CarlWoese16SrRNA——分子计时器（molecularchronometers）或分子尺、或进化钟（evolutionaryclock）

三域学说的建立利用16SrRNA建立分子进化树的美国科学家三域学说的建14三域学说(threedomainstheory)及其生物进化谱系树三域:

细菌域(Bacteria)古生菌域(Archaea)真核生物域(Eukarya)人类对微生物的认识水平是生物界级分类的核心三域学说(threedomainstheory)及其15微生物的进化地位：通过放射性元素的计时技术，测得地球年龄约有45-46亿年。从最古老的微生物化石叠层岩中发现，类似细菌的生物在约35亿年前就已出现，此时地球开始由化学进化转入到生物进化阶段（此时为单极生态系，最早出现的生命形态主要是古生菌）；发现蓝细菌类原核生物是在21亿年前,此时已进化到双极生态系统，并且地球大气开始由无氧变成有氧，并且开始有了阻挡紫外线的臭氧层，之后出现真核微生物；大约6亿年前，水圈中出现了后生动物（摄食消费者），至此已形成了三极生态系；之后出现由“鱼—陆生生物—两栖类—爬行类”的进化趋势，人类诞生至今不过300万年。微生物的进化地位：通过放射性元素的计时技术，测得地球年龄约有162、微生物分类学经典分类学：按微生物表型特征分类微生物系统学：按亲缘关系和进化规律分类表型特征：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的基因型特征（如16SrRNA)，探讨微生物进化地位、系统发育关系并进行分类鉴定。★微生物分类学的三个任务：分类、鉴定及命名☆分类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。☆鉴定是确定一个新的分离物属于已经确认的哪个分类类群的过程。☆命名是根据国际命名法规给每一微生物类群及种类以科学的名称。2、微生物分类学经典分类学：按微生物表型特征分类微生物系统学17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3、微生物的分类单元和分类学名词界、门、纲、目、科、属、种——七级单元种是最基本的分类单元每一分类单元后可有若干辅助单元，如亚门、亚纲、亚目、亚科等以啤酒酵母为例，它在分类学上的地位是：3、微生物的分类单元和18种（species）：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别的一大群菌株的总称。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及其一切后代（起源于共同祖先并保持祖先特性的一组纯种后代群）。因此，一种微生物的每一不同来源的纯培养物均可称为该菌种的一个菌株。菌株强调的是遗传型纯的谱系.以大肠埃希氏杆菌的2个菌株为例：EscherichiacoliK12和Escherichiacoli○-157:H7★“菌株”的数量是无限的；“种”的数量应该是有限的。★菌株名称表示法：紧随学名后，可随意命名。种是分类学上的基本单位，菌株是实际应用中的基本单位，因为同一菌种的不同菌株在产酶等代谢物的种类或产量上会有很大的不同和差别！种（species）：是一个基本分类单位；是一大群表型特征高19模式种：在微生物中，一个种只能用该种内的一个典型菌株（typestrain）当其具体代表，此即该种的模式种（typespecies）。例如：两歧双歧杆菌的大量菌株中，只有“ATCC29521”菌株才是模式种模式种：20亚种(subspecies）或变种(variety)：——种内细分时所用单元。当某一个种内的某一菌株存在少数明显而稳定的变异特征与模式种不同，而此差异又不足以当作命名新种的依据时，可以将这些菌株细分成小的分类单元——亚种。变种是亚种的同义词，因“变种”一词易引起词义上的混淆，从1976年后，已废除使用变种一词。如：E.colik12（野生型）培养时是不需要添加氨基酸的，而实验室变异后，可从k12菌株获得某种氨基酸的缺陷型菌株，此即E.colik12的一个亚种。

亚种(subspecies）或变种(variety)：21型(form):亚种以下的细分，仅作若干变异型的后缀使用.当同种或同亚种内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：按抗原特征的差异分为不同的血清型；另有形态变异型、致病变异型等纯培养(物):在微生物学中,在人为规定的条件下培养、繁殖得到的微生物群体称作培养物（culture）,只有一种微生物的培养物称作纯培养物（pureculture）.在实际工作中，纯培养常以试管斜面或试管液体形式存在.上述名词中，菌株、亚种、变种、型、纯培养(物）等都不具有分类学地位，只有种及其以上的分类单元才具有正式分类学地位。型(form):亚种以下的细分，仅作若干变异型的后缀使用22原始微生物的分类方法原始微生物的分类方法也叫着经典的分类方法（可以参考卢福平所编著的微生物学、M.t.马迪根，J.M.马西克，J.帕克所编著的微生物学）原始微生物的分类的主要依据：形态特征结构特征生理生化特征生态特征原始微生物的分类方法原始微生物的分类方法也叫着经典的分类方法23现代微生物的分类方法分子分类方法免疫血清技术是根据微生物抗原性的特点也即哺乳动物产生抗血清的特点，而建立的一套分类技术。蛋白质分析技术根据蛋白质是遗传信息的第二级表达产物，它决定微生物的形状。数值分析蛋白质图谱分析酶谱分析APIZYM酶测试系统现代微生物的分类方法分子分类方法蛋白质图谱分析酶谱分析API24遗传分类法（基因分类法）1、DNA（G+C）mol%溶解温度法（热变性法）浮力密度法（CsCl密度梯度离心法）2、核酸杂交：是指具有一定的互补系列的两条核酸单链在液相或者是固相体系中按碱基互补配对原则重新组合成双链的过程。常用于分类的方法主要有两种：1、DNA-DNA同源性分析2、DNA-rRNA同源性分析遗传分类法（基因分类法）1、DNA（G+C）mol%溶解温度253、核糖体基因序列的分类价值16rRNA寡核苷酸序列分析16-23rRNA基因间隔区序列4、以DNA指纹图谱为基础的微生物分类鉴定限制性片段长度多态性分析随机扩增DNA多态性分析扩增片段长度多态性分心3、核糖体基因序列的分类价值16rRNA寡核苷酸序列分析16265、其他与核酸体外扩增相关的微生物分类方法聚合酶链反应PCR衍生技术单链构像多态性（PCR—SSCP）变性梯度凝胶电泳（DGGE）PCR6、原位荧光杂交5、其他与核酸体外扩聚合酶链反应PCR衍生技术单链构像多态性27微生物的分子鉴定菌种鉴定工作三部曲1、获得该微生物的纯培养2、测定一系列必要的鉴定指标3、查找权威性鉴定手册《伯杰氏鉴定细菌学手册》(Bergey’sManualofDeterminativeBacteriology）美国宾夕法尼亚大学的细菌学教授伯杰(D.Bergey)(1860-1937)微生物的分子鉴定菌种鉴定工作三部曲28三、鉴定（identification或determination）则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。四、分子生物学的发展，使我们不仅可以根据表型特征，而且可以从分子水平上，通过研究和比较微生物乃至整个生物界的基因型特征来探讨生物的进化、系统发育和进行分类鉴定。鉴于微生物体形微小、结构较简单等特点，微生物分类和鉴定除了像高等生物那样，采用传统的形态学、生理学和生态学特征之外，还必须寻找新的特征作为分类鉴定的依据。三、鉴定（identification或determinat29五、微生物分类学家从不同层次（细胞的、分子的）、用不同学科（化学、物理学、遗传学、免疫学、分子生物学等）的技术方法来研究和比较不同微生物的细胞、细胞组分或代谢产物，从中发现反映微生物类群特征的资料作为微生物分类鉴定的依据。因此微生物的快速鉴定和自动化分析技术的应用与开发必将成为一种趋势。六、常用的分子鉴定方法1、16SrRNA二级结构2、PCR-SSCP技术3、同时在微生物遗传分类当中的分类方法也是相应的鉴定方法五、微生物分类学家从不同层次（细胞的、分子的）、用不同学科（30七、微生物快速检测的技术分子生物学技术PCR基因探针技术基因芯片技术免疫学技术乳胶凝聚反应酶联免疫法免疫磁性分离法快速测试片法全自动微生物分析系统（AMS）细菌直接计数法用培养基法进行选择和鉴定七、微生物快速检测的技术分子生物学P基基免疫学技术乳酶免快速31微生物的分类与分子鉴定试讲：汪文伦微生物的分类与分子鉴定试讲：汪文伦32微生物的分类微生物的分子鉴定微生物的分类和分子鉴定概要课件33微生物定义：是生命学的重要分支，是研究微生物的种类、分布、形态、结构、代谢、生长繁殖、进化以及与人类、动物、植物等相互关系的一门学科。

微生物非细胞生物原核生物部分真核生物（真菌、藻类、原生动物）微生物定义：是生命学的重要分支，是研究微生物的种类、分布、形34微生物特点体积小，比表面积大吸收多，转化快生长旺，繁殖速适应性强，易变异适应性强，易变异微生物特点体积小，比表面积大35一、史前时期（直观应用时期）

春秋战国时期微生物分解有机物质,沤粪积肥。

公元二世纪的《神农本草经》白僵蚕治病。

公元6世纪后魏的贾思勰《齐民要术》谷物制曲、酿酒、制酱、造醋、腌菜。豆科植物与其它作物轮作特点：

①未见微生物个体

②凭经验利用微生物微生物的发展史一、史前时期（直观应用时期）微生物的发展史36二、初创时期（形态学发展时期）

（17世纪下半叶——十九世纪中叶）

使用显微镜观察微生物世界的时期。

代表人物：列文·虎克

贡献:

（１）发现了微生物世界

（２）科学地描述了微生物的形态并阐述了它们的

繁茂性．

特点：

①观察微生物个体

②形态描述二、初创时期（形态学发展时期）37三、奠基时期（生理学发展时期）

１、巴斯德与自然发生说

２、科赫与疾病的病菌说

３、贝耶林克（加富培养）

４、维诺格拉斯基

土壤微生物研究的生态学观点和原位研究路线。

特点：①微生物学建立②创立微生物学方法③实践-理论-实践④建立分支学科⑤寻找病原菌三、奠基时期（生理学发展时期）38四、发展时期（生物化学水平）时间：1897-1953代表人物：E.BUCHNER（1897）-生物化学奠基人特点：

①酵母菌

②代谢系统

③普通微生物学

④寻找有益代谢产物

⑤微生物工业化培养技术酵母细胞石英砂研磨过滤滤液酵母细胞葡萄糖酒精、CO2四、发展时期（生物化学水平）酵母细胞石英砂研磨过滤滤液酵母39五、成熟时期（分子水平）时间：1953年至今代表人物：J.WATSON和F.CRICK-分子生物学奠基人特点：①微生物生命活动规律②发酵工程③分支学科的发展④基础理论和实验技术⑤微生物基因组

贡献：

电子显微镜的使用

DNA的发现五、成熟时期（分子水平）401、生物界的分类地球上的物种估计大约有200万种，其中微生物超过10万种，而且其数目还在不断增加。（因已知微生物仅10%，已开发利用的是已知的1%。）在生物进化历史过程中演化形成生物种类和种群的多样性。生物分类就是通过研究生物的系统发育及其进化历史，示各类生物的多样性及其系统发生关系，编制分类系统，还原生物的自然历史位置。化石资料、形态学、比较胚胎学高等动植物分类较正确反映其系统发育1、生物界的分类地球上的物种估计大约有200万种，其中微生物41生物分类的二种基本原则：一、根据表型特征(phenotype)的相似程度分群归类，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；二、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。微生物分类的难题：绝大部分微生物个体小、形态简单、易受环境影响而变异、缺少有性繁殖过程、缺乏化石资料。生物分类的二种基本原则：一、根据表型特征(phenotype42生物的界级分类学说生物的界级分类学说：在认识发展过程的不同阶段存在对生物分类的不同观点。如：二界系统、三界系统、四界系统、五界系统、六界系统和三原界系统直至三域学说.生物的界级分类学说生物的界级分类学说：43三原界系统是1978年由R.H.Whittaker和L.Margulis提出的（内共生学说）。三原界系统是1978年由R.H.Whittaker和L.Ma44利用16SrRNA建立分子进化树的美国科学家

CarlWoese16SrRNA——分子计时器（molecularchronometers）或分子尺、或进化钟（evolutionaryclock）

三域学说的建立利用16SrRNA建立分子进化树的美国科学家三域学说的建45三域学说(threedomainstheory)及其生物进化谱系树三域:

细菌域(Bacteria)古生菌域(Archaea)真核生物域(Eukarya)人类对微生物的认识水平是生物界级分类的核心三域学说(threedomainstheory)及其46微生物的进化地位：通过放射性元素的计时技术，测得地球年龄约有45-46亿年。从最古老的微生物化石叠层岩中发现，类似细菌的生物在约35亿年前就已出现，此时地球开始由化学进化转入到生物进化阶段（此时为单极生态系，最早出现的生命形态主要是古生菌）；发现蓝细菌类原核生物是在21亿年前,此时已进化到双极生态系统，并且地球大气开始由无氧变成有氧，并且开始有了阻挡紫外线的臭氧层，之后出现真核微生物；大约6亿年前，水圈中出现了后生动物（摄食消费者），至此已形成了三极生态系；之后出现由“鱼—陆生生物—两栖类—爬行类”的进化趋势，人类诞生至今不过300万年。微生物的进化地位：通过放射性元素的计时技术，测得地球年龄约有472、微生物分类学经典分类学：按微生物表型特征分类微生物系统学：按亲缘关系和进化规律分类表型特征：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的基因型特征（如16SrRNA)，探讨微生物进化地位、系统发育关系并进行分类鉴定。★微生物分类学的三个任务：分类、鉴定及命名☆分类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。☆鉴定是确定一个新的分离物属于已经确认的哪个分类类群的过程。☆命名是根据国际命名法规给每一微生物类群及种类以科学的名称。2、微生物分类学经典分类学：按微生物表型特征分类微生物系统学48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3、微生物的分类单元和分类学名词界、门、纲、目、科、属、种——七级单元种是最基本的分类单元每一分类单元后可有若干辅助单元，如亚门、亚纲、亚目、亚科等以啤酒酵母为例，它在分类学上的地位是：3、微生物的分类单元和49种（species）：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别的一大群菌株的总称。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及其一切后代（起源于共同祖先并保持祖先特性的一组纯种后代群）。因此，一种微生物的每一不同来源的纯培养物均可称为该菌种的一个菌株。菌株强调的是遗传型纯的谱系.以大肠埃希氏杆菌的2个菌株为例：EscherichiacoliK12和Escherichiacoli○-157:H7★“菌株”的数量是无限的；“种”的数量应该是有限的。★菌株名称表示法：紧随学名后，可随意命名。种是分类学上的基本单位，菌株是实际应用中的基本单位，因为同一菌种的不同菌株在产酶等代谢物的种类或产量上会有很大的不同和差别！种（species）：是一个基本分类单位；是一大群表型特征高50模式种：在微生物中，一个种只能用该种内的一个典型菌株（typestrain）当其具体代表，此即该种的模式种（typespecies）。例如：两歧双歧杆菌的大量菌株中，只有“ATCC29521”菌株才是模式种模式种：51亚种(subspecies）或变种(variety)：——种内细分时所用单元。当某一个种内的某一菌株存在少数明显而稳定的变异特征与模式种不同，而此差异又不足以当作命名新种的依据时，可以将这些菌株细分成小的分类单元——亚种。变种是亚种的同义词，因“变种”一词易引起词义上的混淆，从1976年后，已废除使用变种一词。如：E.colik12（野生型）培养时是不需要添加氨基酸的，而实验室变异后，可从k12菌株获得某种氨基酸的缺陷型菌株，此即E.colik12的一个亚种。

亚种(subspecies）或变种(variety)：52型(form):亚种以下的细分，仅作若干变异型的后缀使用.当同种或同亚种内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：按抗原特征的差异分为不同的血清型；另有形态变异型、致病变异型等纯培养(物):在微生物学中,在人为规定的条件下培养、繁殖得到的微生物群体称作培养物（culture）,只有一种微生物的培养物称作纯培养物（pureculture）.在实际工作中，纯培养常以试管斜面或试管液体形式存在.上述名词中，菌株、亚种、变种、型、纯培养(物）等都不具有分类学地位，只有种及其以上的分类单元才具有正式分类学地位。型(form):亚种以下的细分，仅作若干变异型的后缀使用53原始微生物的分类方法原始微生物的分类方法也叫着经典的分类方法（可以参考卢福平所编著的微生物学、M.t.马迪根，J.M.马西克，J.帕克所编著的微生物学）原始微生物的分类的主要依据：形态特征结构特征生理生化特征生态特征原始微生物的分类方法原始微生物的分类方法也叫着经典的分类方法54现代微生物的分类方法分子分类方法免疫血清技术是根据微生物抗原性的特点也即哺乳动物产生抗血清的特点，而建立的一套分类技术。蛋白质分析技术根据蛋白质是遗传信息的第二级表达产物，它决定微生物的形状。数值分析蛋白质图谱分析酶谱分析APIZYM酶测试系统现代微生物的分类方法分子分类方法蛋白质图谱分析酶谱分析API55遗传分类法（基因分类法）1、DNA（G+C）mol%溶解温度法（热变性法）浮力密度法（CsCl密度梯度离心法）2、核酸杂交：是指具有一定的互补系列的两条核酸单链在液相或者是固相体系中按碱基互补配对原则重新组合成双链的过