微生物分類與鑒定-工業(yè)微生物學-10課件

1、 第十章 微生物分類與鑒定本章內容一、分類單元二、命名規(guī)則三、分類鑒定方法四、微生物的分類系統(tǒng) 據保守估計，地球上真菌約150萬種，細菌4萬種，病毒130萬種但認識的微生物僅是估計數量的510%，即15萬20萬種要認識、研究和利用類群龐大的微生物資源，必須對它們進行分類。分類(classification)：根據一定的原則(表型特征相似性或系統(tǒng)發(fā)育相關性)對微生物進行分群歸類，根據相似性或相關性水平排列成系統(tǒng)，并對各個分類群的特征進行描述，以便查考和對未被分類的微生物進行鑒定。(根據現(xiàn)有數據建立系統(tǒng)的過程)分類學的具體任務有三個：鑒定分類、命名、命名(nomenclature)：是根據命名法規(guī)

2、，給每一個分類群一個專有的名稱。鑒定(identification或determination)：借助于現(xiàn)有的微生物分類系統(tǒng)，通過特征測定，確定未知的、或新發(fā)現(xiàn)的、或未明確分類地位的微生物所應歸屬分類群的過程。(根據現(xiàn)有系統(tǒng)確定未知微生物分類歸屬的過程)根據Carl Woese的理論，現(xiàn)在還在界之上使用域(domain)，即：古生菌域、細菌域、真核生物域。圖10-5 生命世界的系統(tǒng)發(fā)育樹狀圖（Olsen & Woese 1993） 種是生物分類中基本的分類單元和分類等級。 微生物的種：指具有高度特征相似性的菌株群，這個菌株群與其他類群的菌株有很明顯的區(qū)別。2. 種（species）3.種以下的

3、分類單元1）亞種(subspecies)和變種(variety)：種內的不同菌株存在少數明顯而穩(wěn)定遺傳的變異特征 ，這種差異又不足以區(qū)分成新種時，可以細分成亞種或變種。2）型(form或type)：常指亞種以下的細分。當同種或同亞種不同菌株之間的性狀差異，不足以分為新的亞種時，可以細分為不同的型。例如：抗原特征的差異，分為不同的血清型； 對噬菌體裂解反應的不同，分為不同的噬菌體型3）菌株(strain)：從自然界中分離得到的任何一種微生物的純培養(yǎng) 物都可以稱為一個菌株；用實驗方法(如通過誘變)所獲得 的某一菌株的變異型，也可以稱為一個新的菌株，以便與 原來的菌株相區(qū)別。菌株是微生物分類和研究工

4、作中最基礎的操作實體菌株與型的區(qū)別： 菌株之間不存在鑒別特征的差異，命名不同的菌株無需分類學依據； 不同型的細菌之間存在鑒別特征的差異，命名或鑒定不同的型必需有分類學依據。4）培養(yǎng)物：一定時間一定空間內微生物的細胞群或生長物，如微生物的斜面培養(yǎng)物、搖瓶培養(yǎng)物。5）群：一個物種轉變成另一個新物種，必然要經過一系列的過度類型，因此在兩個不同種微生物之間常出現(xiàn)一些介于兩個菌種之間的中間過度類群。通常將這兩種微生物和介于它們之間的微生物類群稱為群。如大腸菌群。 當兩個或多個學名排在一起時，若它們的屬名相同，則后面的屬名可縮寫成1個、2個或3個字母，在其后加一個點。如 ： Bacillus可縮寫成“B.

5、” 或“Bac.” 若所分離的菌株只鑒定到屬而未鑒定到種，用sp.（單數）或 spp.（復數）表示。如：Bacillus sp.（2）在分類學文獻中 學名=屬名+種名+（首次定名人）+現(xiàn)名定名人+現(xiàn)名定名年份 必要（斜體） 可省略（正體）（3）三名法 有亞種或變種時，學名由“三名法”構成 學名=屬名 + 種名加詞 + subsp 或 var + 亞種或變種的加詞 斜體 正體（可省略） 斜體（不可省略）（一） 經典分類鑒定法 形態(tài)學特征 生理學特征 生態(tài)學特征經典鑒定指標： 生活史，有性生殖情況 血清學反應 對噬菌體的敏感性 其他形態(tài)和生理生化特征是最常用的細菌分類、鑒定指標 在生物學表型為指標

6、的傳統(tǒng)方法，正在向微量化、簡便化、快速化、智能化的方向發(fā)展。目前，已有商品化的鑒定系統(tǒng)，如： API系統(tǒng) “Enterotube” “Biolog”全自動和手動系統(tǒng) 按大量表型性狀的相似性程度進行統(tǒng)計、歸類 特點: 使用盡可能多的性狀，每個性狀同等重要。 步驟: (1) 收集菌株，選擇性狀 (2) 性狀編碼 (3) 相似性計算: 計算相關系數Ssm或Sj： Ssm=（a+c）/(a+b+c) 正負反應性狀 Sj=a/(a+b+c) 正反應性狀 Sj 8085% 種 Sj 65% 屬 (4)系統(tǒng)聚類 (5)聚類結果的表示 1. 數值分類法（統(tǒng)計分類法）（二） 現(xiàn)代分類鑒定方法2. 微生物遺傳型的

7、鑒定特點： 與形態(tài)及生理生化特性的比較不同，對DNA的堿基組成的比較和進行核酸分子雜交是直接比較不同微生物之間基因組的差異，因此結果更加可信。a）每個生物種都有特定的GC%范圍，因此后者可以 作為分類鑒定的指標。細菌的GC%范圍為25-75%， 變化范圍最大。b）GC%測定主要用于對表型特征難區(qū)分的細菌作 出鑒定，從分子 水平上判斷物種的親緣關系。c） GC%的比較，主要用于分類鑒定中的否定. 親緣關系近的生物，它們應該具有相似的G+C含 量，但具有相似G+C含量的生物，并不一定表明它 們之間具有近的親緣關系。GC%使用注意事項：同一個種內的不同菌株GC%含量差別應在45%以下；同屬不同種的差

8、別應低于1015%； GC%含量已經作為建立新的微生物分類單元的一項基本特征，它對于種、屬甚至科的分類鑒定有重要意義。 若二個在形態(tài)及生理生化特性方面及其相似的菌株，如果其GC%含量的差別大于5%，則肯定不是同一個種，大于15%則肯定不是同一個屬。（3） rRNA序列同源性分析三種方法： rRNA-DNA雜交、 rRNA寡核苷酸編目分析 rRNA基因序列分析（系統(tǒng)發(fā)育樹狀圖）。分析不同微生物16SrRNA或18SrRNA寡核苷酸序列的同源性程度，以確定不同生物間的親緣關系和進化譜系。T1RNA 酶水解（專一性水解G 上3端磷酸酯鍵 ）提純rRNA（32P標記）一系列寡核苷酸片段（長度不一以G為

9、末端）雙向電泳分離，確定rRNA寡核苷酸的指紋圖譜寡核苷酸序列分析（6個核苷酸以上）編目，比較、計算和分析確定菌株間的親緣關系rRNA寡核苷酸編目分析實驗方法：rRNA寡核苷酸編目分析的基本原理：用一種RNA酶水解rRNA后，產生一系列寡核苷酸片段，如果兩種或兩株微生物的親緣關系越近，則其所產生的寡核苷酸片段的序列也接近，反之亦然。rRNA作為進化和系統(tǒng)分類指征的優(yōu)點：a）rRNA具有重要且恒定的生理功能；b）在16SrRNA分子中，既含有高度保守的序列區(qū)域，又有中度 保守和高度變化的序列區(qū)域，因而它適用于進化距離不同的 各類生物親緣關系的研究；c）16SrRNA分子量大小適中，便于序列分析；

10、d）rRNA在細胞中含量大(約占細胞中RNA的90%)，也易于提??；e）16SrRNA普遍存在于原核生物中(真核生物中其同源分子是18SrRNA)。因此它可以作為測量各類生物進化的工具。 一些生物大分子（如16SrRNA或18SrRNA），其分子序列的改變量與分子進化的時間成正比，因此，這些生物大分子被作為分子計時器，真實記錄了各種生物的進化過程?？赏ㄟ^比較不同類群的生物大分子序列的改變量來確定它們彼此系統(tǒng)發(fā)育的相關性或進化距離。分子計時器：（4） 微生物全基因組序列測定第一個古菌：詹氏甲烷桿菌第一個細菌：流感嗜血桿菌第一個真菌：釀酒酵母3. 細胞化學成分用作鑒定的指標 細胞壁的化學成分全細胞

11、水解液的糖型磷酸類脂成分的分析枝菌酸的分析醌類的分析脂肪酸組成和代謝產物分析好氧放線菌類的化學分類檢索表 伯杰氏鑒定細菌學手冊(Bergeys Manual of Determinative Bacteriology) 第一版（1923年） 第八版（1974年） 第九版（1994年）美國賓夕法尼亞大學的細菌學教授伯杰(D.Bergey) 主編。1957年第七版后，吸收了國際上細菌分類學家參加編寫，它的近代版本反映了出版年代細菌分類學的最新成果，因而逐漸確立了在國際上對細菌進行全面分類的權威地位。四. 分類系統(tǒng)1. 原核生物分類系統(tǒng)19841989年改為伯杰氏系統(tǒng)細菌學手冊，簡稱系統(tǒng)手冊 (Be

12、rgeys Manual of Systematic Bacteriology) （第一版，分四卷）第二版，分五卷（根據系統(tǒng)發(fā)育資料，對分類單元進行了相當大的調整）第一卷：古生菌、藍細菌、光合細菌以及最早分支的細菌第二卷：變形桿菌（包括形態(tài)及生理學特征多樣的革氏陰性菌）第三卷：低G+C含量的革氏陽性菌第四卷：高G+C含量的革氏陽性菌第五卷：浮霉狀菌、螺旋體、絲桿菌、擬桿菌和衣原體等伯杰氏手冊是目前進行細菌分類、鑒定的最重要依據，其特點是描述非常詳細，包括對細菌各個屬種的特征及進行鑒定所需做的實驗的具體方法。2. 菌物分類系統(tǒng)Ainsworth菌物系統(tǒng)（ Ainsworths system of fungi） 第