微生物的進化系統(tǒng)發(fā)育和分類鑒定

微生物的進化系統(tǒng)發(fā)育和分類鑒定第一頁，共三十六頁，2022年，8月28日本章內(nèi)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)第二頁，共三十六頁，2022年，8月28日

據(jù)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(shù)量的5~10%，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。第三頁，共三十六頁，2022年，8月28日分類(classification)：根據(jù)一定的原則(表型特征相似性或系統(tǒng)發(fā)育相關(guān)性)對微生物進行分群歸類，根據(jù)相似性或相關(guān)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(jù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)建立系統(tǒng)的過程)分類學(xué)的具體任務(wù)有三個：鑒定分類、命名、第四頁，共三十六頁，2022年，8月28日命名(nomenclature)：是根據(jù)命名法規(guī)，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(yīng)歸屬分類群的過程。(根據(jù)現(xiàn)有系統(tǒng)確定未知微生物分類歸屬的過程)第五頁，共三十六頁，2022年，8月28日1.種以上的系統(tǒng)分類單元界門綱目科屬

種（基本分類單元）一、分類單元七級第六頁，共三十六頁，2022年，8月28日根據(jù)CarlWoese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&Woese1993）第七頁，共三十六頁，2022年，8月28日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）種的具體代表：稱為“模式種”（typespecies）第八頁，共三十六頁，2022年，8月28日由于細菌分類單元的劃分缺乏一個易于操作的統(tǒng)一標準，為了減少因采用不同標準界定分類單元所造成的混亂，細菌系統(tǒng)分類也像其他生物分類一樣采用“模式概念”種和亞種指定模式菌株（typestrain）；亞屬和屬指定模式種（typespecies）；屬以上至目級分類單元指定模式屬（typegenus）；第九頁，共三十六頁，2022年，8月28日3.種以下的分類單元1）亞種(subspecies)和變種(variety)：2）型(form或type)：常指亞種以下的細分。當(dāng)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(yīng)的不同，分為不同的噬菌體型第十頁，共三十六頁，2022年，8月28日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作中最基礎(chǔ)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(xué)依據(jù)；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(xué)依據(jù)。第十一頁，共三十六頁，2022年，8月28日二、微生物的命名微生物名稱：俗名（commonname）學(xué)名（scientificname）（1）學(xué)名國際命名法規(guī)：雙名法：屬名+種名加詞屬名在前，一般用拉丁文名詞表示，字首字母大寫種名在后，常用拉丁文形容詞表示，全部小寫

一般用斜體表示第十二頁，共三十六頁，2022年，8月28日

當(dāng)兩個或多個學(xué)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.”

或“Bac.”

若所分離的菌株只鑒定到屬而未鑒定到種，用sp.（單數(shù)）或spp.（復(fù)數(shù)）表示。如：Bacillussp.第十三頁，共三十六頁，2022年，8月28日（2）在分類學(xué)文獻中

學(xué)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(xué)名由“三名法”構(gòu)成

學(xué)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）第十四頁，共三十六頁，2022年，8月28日三、微生物分類鑒定的方法菌種鑒定步驟：獲得純培養(yǎng)物測定必要的鑒定指標查找權(quán)威性的菌種鑒定手冊分類鑒定方法：經(jīng)典分類鑒定法微生物遺傳型的鑒定細胞化學(xué)成分的鑒定現(xiàn)代方法數(shù)值分類法第十五頁，共三十六頁，2022年，8月28日（一）經(jīng)典分類鑒定法

形態(tài)學(xué)特征

生理學(xué)特征

生態(tài)學(xué)特征經(jīng)典鑒定指標：

生活史，有性生殖情況

血清學(xué)反應(yīng)

對噬菌體的敏感性

其他第十六頁，共三十六頁，2022年，8月28日形態(tài)和生理生化特征是最常用的細菌分類、鑒定指標第十七頁，共三十六頁，2022年，8月28日

在生物學(xué)表型為指標的傳統(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)第十八頁，共三十六頁，2022年，8月28日

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(guān)系數(shù)Ssm或Sj：

Ssm=（a+c）/(a+b+c)

正負反應(yīng)性狀

Sj=a/(a+b+c)

正反應(yīng)性狀

Sj>80~85%種

Sj>65%屬

(4)系統(tǒng)聚類

(5)聚類結(jié)果的表示1.

數(shù)值分類法（統(tǒng)計分類法）（二）現(xiàn)代分類鑒定方法第十九頁，共三十六頁，2022年，8月28日2.微生物遺傳型的鑒定特點：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(jié)果更加可信。第二十頁，共三十六頁，2022年，8月28日（1）DNA堿基比例的測定

測“GC比”：

(G+C)mol%=（G+C）/（A+T+G+C）×100%

分類學(xué)上，用G+C占全部堿基的克分子百分數(shù)來表示各類生物的DNA堿基組成特征。

DNA堿基組成是各種生物的一個穩(wěn)定特征，即使個別基因突變，堿基組成也不會發(fā)生明顯變化。第二十一頁，共三十六頁，2022年，8月28日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(guān)系。c）

GC%的比較，主要用于分類鑒定中的否定.

親緣關(guān)系近的生物，它們應(yīng)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(guān)系。GC%使用注意事項：第二十二頁，共三十六頁，2022年，8月28日同一個種內(nèi)的不同菌株GC%含量差別應(yīng)在4～5%以下；同屬不同種的差別應(yīng)低于10～15%；

GC%含量已經(jīng)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。第二十三頁，共三十六頁，2022年，8月28日（2）核酸的分子雜交

不同生物DNA堿基排列順序的異同直接反映生物間親緣關(guān)系的遠近，堿基排列順序差異越小，它們之間的親緣關(guān)系就越近，反之亦然。第二十四頁，共三十六頁，2022年，8月28日第二十五頁，共三十六頁，2022年，8月28日第二十六頁，共三十六頁，2022年，8月28日第二十七頁，共三十六頁，2022年，8月28日（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(guān)系和進化譜系。第二十八頁，共三十六頁，2022年，8月28日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(guān)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(chǎn)生一系列寡核苷酸片段，如果兩種或兩株微生物的親緣關(guān)系越近，則其所產(chǎn)生的寡核苷酸片段的序列也接近，反之亦然。第二十九頁，共三十六頁，2022年，8月28日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(guān)系的研究；c）16SrRNA分子量大小適中，便于序列分析；d）rRNA在細胞中含量大(約占細胞中RNA的90%)，也易于提?。籩）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。第三十頁，共三十六頁，2022年，8月28日

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(guān)性或進化距離。分子計時器：第三十一頁，共三十六頁，2022年，8月28日（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：釀酒酵母第三十二頁，共三十六頁，2022年，8月28日3.

細胞化學(xué)成分用作鑒定的指標

細胞壁的化學(xué)成分全細胞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氣相色譜技術(shù)（脂肪酸組成和代謝產(chǎn)物分析）第三十三頁，共三十六頁，2022年，8月28日

《伯杰氏鑒定細菌學(xué)手冊》(Bergey’sManualofDeterminativeBacteriology)

第一版（1923年）~第八版（1974年）~第九版（1994年）美國賓夕法尼亞大學(xué)的細菌學(xué)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(xué)家參加編寫，它的近代版本反映了出版年代細菌分類學(xué)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(quán)威地位。四.分類系統(tǒng)1.原核生物分類系統(tǒng)第三十四頁，共三十六頁，2022年，8月28日1984~1989年改為《伯杰氏系統(tǒng)細菌學(xué)手冊》，簡稱《系統(tǒng)手冊》(Bergey’sManualofSystematicBacteriology)（第一版