第八章 微生物的分类与鉴定(修改).ppt

1、第八章 微生物的分类与鉴定,第一节 微生物在生物界的地位 第二节 微生物的分类与命名 第三节 微生物分类鉴定的方法,第八章 微生物的类与鉴定,一、生物分类学的发展概况 二、三域学说及其发展,第一节 微生物在生物界的地位,图8-1 生物界级的学说发展（阴影部分表示微生物）,第一节 微生物在生物界的地位,一、生物分类学的发展概况,植物界,动物界,原生生物界,真菌界,原核生物界,真细菌界,古细菌界,细菌域,古生菌域,真核生物域,病毒界？,20世纪70年代以前，生物类群间的亲缘关系 判断的主要根据：,形态结构形体微小、结构简单,生理生化缺少有性繁殖过程,行为习性，等等,少量的化石资料化石资料凤毛麟角,

2、表型特征：,第一节 微生物在生物界的地位,二、三域学说及其发展,b）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；,根据形态学特征推断微生物之间的亲缘关系的缺点：,a）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；,虽然根据少量表型特征来推测各类微生物的亲缘 关系而提出的许多分类系统，都随着时间的推移 而不断地被否定了。,第一节 微生物在生物界的地位,20世纪70年代以后，分析和比较生物大分子的结构特征，特别是蛋白质、RNA和DNA这些反映生物基因组特征的分子序列，作为判断各类微生物乃至所有生物进化关系的主要指征。,分子计时器(molecul

3、ar chronometers),进化钟(evolutionary clock),二、三域学说及其发展,第一节 微生物在生物界的地位,蛋白质、RNA和DNA序列进化变化的显著特点是进化 速率相对恒定，也就是说，分子序列进化的改变量 (氨基酸或核苷酸替换数或替换百分率)与分子进化 的时间成正比。,生物大分子为什么可以作为进化标尺依据？,a)在两群生物中，如果同一种分子的序列差异很大时， -进化距离远，进化过程中很早就分支了。,b)如果两群生物同一来源的大分子的序列基本相同， -处在同一进化水平上。,第一节 微生物在生物界的地位,作为进化标尺的生物大分子的选择原则,1）在所需研究的种群范围内，它必

4、须是普遍存在的。 2）在所有物种中该分子的功能是相同的。 3）为了鉴定大分子序列的同源位置或同源区，要求所 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）分子上序列的改变（突变）频率应与进化的测量尺 度相适应。,大量的资料表明：功能重要的大分子、或者大分子中功能重要 的区域，比功能不重要的分子或分子区域进化变化速度低。,第一节 微生物在生物界的地位,RNA作为进化的指征的优点：,16S rRNA被公认为是一把好的谱系分析的“分子尺”,1）rRNA具有重要且恒定的生理功能；,2）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

5、于进化距离不同的各类生 物亲缘关系的研究；,3）16SrRNA分子量大小适中，便于序列分析；,4）rRNA在细胞中含量大(约占细胞中RNA的90%)，也易于提取；,5）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)。因此它可以作为测量各类生物进化的工具。,第一节 微生物在生物界的地位,rRNA和系统发育树,培养微生物,提取并纯化rRNA,rRNA序列测定,分析比较,微生物之间的系统发育关系,第一节 微生物在生物界的地位,对rRNA序列测定和分析方法常用的有两种（P280）： 寡核苷酸编目分析法 直接序列分析法,二、三域学说及其发展,20世纪70年代末，美

6、国伊利诺斯大学的伍斯等用寡核苷酸序列编目分析法对大量微生物和其他生物的16S rRNA和18S rRNA序列进行同源性比较后，惊奇发现嗜极菌产甲烷细菌、嗜盐菌、嗜热菌、嗜压菌和嗜酸嗜热菌等具有既不同于其他细菌，也不同于真核生物的序列特征，这些嗜极菌都是能在地球早期严酷自然环境的极端条件下生存的微生物。提出三域即：细菌域(Bacteria) 古生菌域(Archaea) 真核生物域(Eukarya),第一节 微生物在生物界的地位,图8-2 三域学说及其生物进化谱系树,比较生物大分子序列差异的数值构建了系统树(分子系统树)。特点: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。,细菌域,古生

7、菌域,真核生物域,第一节 微生物在生物界的地位,利用16S rRNA建立分子进化树的美国科学家伍斯 (C.R Woese ),二、三域学说及其发展,发展中新的挑战： 认为16S rRNA和18S rRNA分子的进化难以代表整个基因组的分子进化； 许多真核生物的基因组和它们所表达的功能蛋白与细菌更为接近，而不是古生菌。,三域学说观点： 现在的一切生物均由一个共同的原始祖先，一种小细胞慢慢进化而来。首先分化出细菌和古生菌两个分枝，而后在古生菌的基础上吞噬了一些其他生物如蓝细菌、朊细菌(相当于G细菌)等，经过长期的内共生后，两者逐渐进化形成一种新的生物真核生物。,第一节 微生物在生物界的地位,第二节

8、 微生物的分类与命名,一、微生物的分类与命名法则 二、微生物的分类系统,第八章 微生物的类与鉴定,揭示微生物的多样性及其亲缘关系，建立自然分类系统。,目的：,第二节 微生物的分类与命名,微生物分类学：研究微生物分类理论和方法的学科。 包括：分类、命名和鉴定三个独立和相关的分类学领域。,生物分类的原则： 根据表型特征(形态学、生理生化学、生态学等)的相似程 度分群归类。 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。,现代微生物分类学: 已从传统的微生物分类方法(根据表型特征来推断微生物的系统发育)发展到按其亲缘关系和进化规律进行分类

9、。,第二节 微生物的分类与命名,界,门,纲,目,科,属,种,一、微生物的分类与命名法则,1、分类单元及其等级,种是最基本分类单元,第二节 微生物的分类与命名,根据C.R Woese的 理论，现在还在 界之上使用域,把全部生物先分为 古生菌域 细菌域 真核生物域 域下面再分界,一、微生物的分类与命名法则,1、分类单元及其等级,(1)属(Genus) 通常将具有某些共同特征或密切相关的种归为一个属。 一般而言，微生物属间的差异比较明显。 (2)种(Species) 种(物种)是生物分类中最基本的分类单元和分类等级。 在种以下分亚种、变种、型、菌株。 种是一大群表型特征高度相似、亲缘关系极其接近、与

10、 同属内的其它物种又有明显差异的一大群菌株的总称。 伯杰氏(Bengey)给种下的定义是：凡是与典型培养菌非 常相同的其他培养菌统一起来区分成为一个“种”。,第二节 微生物的分类与命名,一、微生物的分类与命名法则,1、分类单元及其等级,(3)亚种(subspecies)或变种（variety） 正式分类单元中地位最低的分类等级，指其某一明显而稳定 的特征与模式种不同的菌株。 (4)培养物 培养物是指一定时间一定空间内微生物的细胞群或生长物。 如微生物的斜面培养物、摇瓶培养物等。微生物的纯培养物。 (5)菌株(strain)（品系）(病毒称毒株或株) 把同种微生物的不同来源的纯培养物或纯分离物均

11、可称为某菌 种的一个品系或菌株。 它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。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或品系。实验诱变菌株。,第二节 微生物的分类与命名,Bacillus subtilisASI.398,Bacillus subtilisBF7658,生产蛋白酶,生产淀粉酶,一、微生物的分类与命名法则,1、分类单元及其等级,（7）群 指一组具有某些共同性状的生物。 一个种变成另外一个种时产生一系列过渡类型“群”。 如大肠杆菌和产气肠杆菌两个种有明显区别，但自然界中还存在许多介于此两种细菌之间的中间类型，因此就将这两种菌和介于它们

12、之间的中间类型统称为大肠菌群。,第二节 微生物的分类与命名,一、微生物的分类与命名法则,2、分类单元的命名,微生物的种名采用林奈(1753年)所创立的双名法命名。 双名法：就是用属名和种名两个部分作为一种生物的学名。,命名规则：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,若所分离的菌株只鉴定到属，而未鉴定到种，,学名=属名+种名加词+(首次定名人)+现名定名人+现名定名年份,第二节 微生物的分类与命名,例如：Staphylococcus aureus,或泛指某一属的微生物，而不特指某一具体的种时，可用sp.或spp.来表示，例如：Bacillus s

13、p.或Bacillus spp.,二、微生物的分类系统,1、细菌的分类系统 （1）伯杰氏手册 伯杰氏鉴定细菌学手册目前细菌分类鉴定的主要参考书。 （2）伯杰氏系统细菌学手册第二版的分类 将原核生物分为古生菌界和细菌界。 第一卷：114组，包括古生菌、蓝细菌、光合细菌和最早分 支的属。 第二卷：1519组，包括变形杆菌(属G 真细菌类)。 第三卷：2022组，包括低(G+C)含量的G+ 细菌。 第四卷：23组，包括高(G+C)含量的G+ 细菌(放线菌类)。 第五卷：2430组，包括浮霉状菌、螺旋体、丝杆菌、拟杆菌 、梭杆菌(属G细菌类)。,第二节 微生物的分类与命名,二、微生物的分类系统,2、真

14、菌的分类系统 采用Ainsworth的分类系统(1983年第七版)。 它将真菌界分成粘菌门和真菌门， 真菌门又分成5个亚门： 鞭毛菌亚门 接合菌亚门 子囊菌亚门 半知菌亚门 担子菌亚门 菌物界是广义的真菌。 包括粘菌门、假菌门和真菌门(即狭义的真菌)。,第二节 微生物的分类与命名,二、微生物的分类系统,2、真菌的分类系统,第二节 微生物的分类与命名,二、微生物的分类系统,2、真菌的分类系统,（1）霉菌的分类系统 霉菌：是在固体营养基质上，形成绒毛状、蜘蛛网状或棉絮状菌丝体的真菌。 霉菌在真菌分类中分属于真菌门的4个亚门： 即鞭毛菌亚门、接合菌亚门、子囊菌亚门和半知菌亚门 （2)酵母菌的分类系统

15、 酵母菌：是以出芽繁殖为主要特征的单细胞真菌的统称。 酵母菌在真菌分类中分属于真菌门的3个亚门： 即子囊菌亚门、担子菌亚门和半知菌亚门 但由于研究酵母的分类方法较研究一般丝状真菌特殊， 荷兰科学家罗德(Lodder)的分类系统比较全面和实用。,第二节 微生物的分类与命名,第八章 微生物的分类与鉴定,第三节 微生物分类鉴定的方法,一、经典分类鉴定方法 二、现代分类鉴定方法,微生物的鉴定方法,细胞的形态和习性水平,细胞组分水平,蛋白质水平,核酸水平,经典,现代,第三节 微生物分类鉴定的方法,一、经典分类鉴定方法,鉴定步骤：,获得该微生物的纯培养物,测定一系列必要的鉴定指标,查找权威性的菌种鉴定手册

16、,经典分类鉴定中，分类鉴定的依据(鉴定指标)： 1、形态学特征 2、生理生化特征 3、生态学特征 4、血清学反应 5、噬菌体分型(宿主对噬菌体的敏感性分型),第三节 微生物分类鉴定的方法,一、经典分类鉴定方法,个体形态特征： 细菌细胞的大小、形状、排列方 式、分枝、有无鞭毛、芽孢和荚 膜及其形状和着 生位置、染色反 应等方面。 群体形态特征： 在固体培养基上的菌落形态和在 液体培养基中的生长情况等。,第三节 微生物分类鉴定的方法,1、形态学特征,一、经典分类鉴定方法,2、生理生化特征,（1）营养特征 碳源、氮源和能源的利用能力不同。 （2）代谢产物 根据各种特征性的代谢产物鉴别菌种。 （3）酶

17、活性 淀粉水解、油脂水解、酪素水解、明胶液化 （4）在牛乳培养基中生长的反应 牛乳中是凝固还是胨化，是产酸还是产碱。,第三节 微生物分类鉴定的方法,一、经典分类鉴定方法,3、生态学特征,主要包括： 生长温度(最适、最低和最高温度) pH值 水分 渗透压(是否耐高渗，是否有嗜盐性等)的适应性 需氧性(好氧、微好氧、厌氧及兼性厌氧) 宿主的种类及其与宿主的关系(共生、互生、寄生),第三节 微生物分类鉴定的方法,一、经典分类鉴定方法,4、血清学反应(又称抗原抗体反应),优点：特异性强、灵敏度高、简便快速。 在微生物分类鉴定中，常用已知菌种、型或菌株制成抗血清(抗体)，根据它是否与待鉴定的对象发生特异性结合反应来鉴定未知菌种、型或菌株(抗原)。 常用血清学试验(参见第七章第二节P267)： 凝集反应、沉淀反应、补体结合反应、免疫荧光抗体技术、酶联免疫吸附试验、免疫组织化学等