微生物的分類知識(shí)

關(guān)于微生物的分類知識(shí)第1頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四1、生物界的分類地球上的物種估計(jì)大約有150萬，其中微生物超過10萬種，而且其數(shù)目還在不斷增加。在生物進(jìn)化歷史過程中演化形成生物種類和種群的多樣性。生物分類就是通過研究生物的系統(tǒng)發(fā)育及其進(jìn)化歷史，揭示各類生物的多樣性及其系統(tǒng)關(guān)系，編制分類系統(tǒng)，還原生物的自然歷史位置。高等動(dòng)植分類化石資料、形態(tài)學(xué)、比較胚胎學(xué)較正確反映其系統(tǒng)發(fā)育第2頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四微生物分類的難題：絕大部分微生物個(gè)體小、形態(tài)簡(jiǎn)單、易受環(huán)境影響而變異、缺少有性繁殖、缺乏化石資料。生物分類的二種基本原則：a）根據(jù)表型(phenetic)特征的相似程度分群歸類，這種表型分類重在應(yīng)用，不涉及生物進(jìn)化或不以反映生物親緣關(guān)系為目標(biāo)；b）按照生物系統(tǒng)發(fā)育相關(guān)性水平來分群歸類，其目標(biāo)是探尋各種生物之間的進(jìn)化關(guān)系，建立反映生物系統(tǒng)發(fā)育的分類系統(tǒng)。第3頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四★從兩界系統(tǒng)經(jīng)歷過三界系統(tǒng)、四界系統(tǒng)、五界系統(tǒng)甚至六界系統(tǒng)，最后又有了三原界（或三總界）系統(tǒng)?！飩鹘y(tǒng)的、為多數(shù)學(xué)者所接受的是1969年魏塔克（R.H.Whittaker）在《Science》上提出的五界學(xué)說，它以縱向顯示從原核生物到真核單細(xì)胞生物再到真核多細(xì)胞生物的三大進(jìn)化過程。生物的界級(jí)分類學(xué)說第4頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四利用16SrRNA建立分子進(jìn)化樹的美國(guó)科學(xué)家

CarlWoese三域?qū)W說的建立第5頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四（1）古細(xì)菌原界（Archaebacteria)，包括產(chǎn)甲烷細(xì)菌、極端嗜鹽菌和嗜熱嗜酸菌；（2）真細(xì)菌原界（Eubacteria)，包括藍(lán)細(xì)菌和各種除古細(xì)菌以外的其它原核生物；（3）真核生物原界（Eucaryotes），包括原生生物、真菌、動(dòng)物和植物。

第6頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四2、微生物分類學(xué)經(jīng)典分類學(xué)：按微生物表型分類微生物系統(tǒng)學(xué)：按親緣關(guān)系和進(jìn)化規(guī)律分類發(fā)展表型特征：形態(tài)學(xué)、生理生化學(xué)、生態(tài)學(xué)等，推斷微生物的系統(tǒng)發(fā)育。表型特征結(jié)合分子水平上比較微生物的基因型特征（如16SrRNA)探討微生物進(jìn)化、系統(tǒng)發(fā)育和分類鑒定?！镂⑸锓诸悓W(xué)的三個(gè)任務(wù)：分類、鑒定及命名☆分類是根據(jù)微生物的相似性和親緣關(guān)系，將微生物歸入不同的分類類群?！铊b定是確定一個(gè)新的分離物屬于已經(jīng)確認(rèn)的分類單元的過程?！蠲歉鶕?jù)國(guó)際命名法規(guī)給微生物分類單元以科學(xué)的名稱。第7頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四以啤酒酵母為例，它在分類學(xué)上的地位是：界(Kindom)：真菌界門(Phyllum)：真菌門綱(Class)：子囊菌綱目(Order)：內(nèi)孢霉目科(Family)：內(nèi)孢霉科屬(Genus)：酵母屬種(Species)：啤酒酵母3、微生物的分類單位界、門、綱、目、科、屬、種種是最基本的分類單位每一分類單位之后可有亞門、亞綱、亞目、亞科...第8頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四種（species）：是一個(gè)基本分類單位；是一大群表型特征高度相似、親緣關(guān)系極其接近，與同屬內(nèi)其他種有明顯差別的菌株的總稱。菌株（strain）:表示任何由一個(gè)獨(dú)立分離的單細(xì)胞繁殖而成的純種群體及其一切后代（起源于共同祖先并保持祖先特性的一組純種后代菌群）。因此，一種微生物的不同來源的純培養(yǎng)物均可稱為該菌種的一個(gè)菌株。菌株強(qiáng)調(diào)的是遺傳型純的譜系。例如：大腸埃希氏桿菌的兩個(gè)菌株：EscherichiacoliB和EscherichiacoliK12★菌株的表示法：★種是分類學(xué)上的基本單位，菌株是實(shí)際上應(yīng)用的基本單位，因?yàn)橥痪N的不同菌株在產(chǎn)酶上種類或代謝物產(chǎn)量上會(huì)有很大的不同和差別！第9頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四亞種(subspecies）或變種(variety)：為種內(nèi)的再分類。當(dāng)某一個(gè)種內(nèi)的不同菌株存在少數(shù)明顯而穩(wěn)定的變異特征或遺傳形狀，而又不足以區(qū)分成新種時(shí)，可以將這些菌株細(xì)分成兩個(gè)或更多的小的分類單元——亞種。變種是亞種的同義詞，因“變種”一詞易引起詞義上的混淆，從1976年后，不在使用變種一詞。通常把實(shí)驗(yàn)室中所獲得的變異型菌株，稱之為亞種。如：E.colik12（野生型）是不需要特殊aa的，而實(shí)驗(yàn)室變異后，可從k12獲得某aa的缺陷型，此即稱為E.colik12的亞種。型(form):

常指亞種以下的細(xì)分。當(dāng)同種或同亞種內(nèi)不同菌株之間的性狀差異不足以分為新的亞種時(shí)，可以細(xì)分為不同的型。

例如：按抗原特征的差異分為不同的血清型；第10頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四學(xué)名—是微生物的科學(xué)名稱，它是按照有關(guān)微生物分類國(guó)際委員會(huì)擬定的法則命名的。學(xué)名由拉丁詞、或拉丁化的外來詞組成。學(xué)名的命名有雙名法和三名法兩種。①雙名法：學(xué)名=屬名+種名+（首次定名人）+現(xiàn)定名人+定名年份屬名：拉丁文的名詞或用作名詞的形容詞，單數(shù)，首字母大寫，表示微生物的主要特征，由微生物構(gòu)造，形狀或由科學(xué)家命名。種名：拉丁文形容詞，字首小寫，為微生物次要特征，

如微生物色素、形狀、來源或科學(xué)家姓名等。4、微生物的命名必要，用斜體表示可省略，用正體字微生物的名字有俗名和學(xué)名兩種。如：紅色面包霉———粗糙脈孢霉綠膿桿菌———銅綠假單胞菌第11頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四例：大腸埃希氏桿菌

Escherichiacoli（Migula）CastellanietChalmers1919

金黃色葡萄球菌

StaphylococcusaureusRosenbach1884◆當(dāng)泛指某一屬微生物，而不特指該屬中某一種（或未定種名）時(shí)，可在屬名后加sp.或ssp.（分別代表species

縮寫的單數(shù)和復(fù)數(shù)形式）例如：Saccharomycessp.

表示酵母菌屬中的一個(gè)種。第12頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四◆菌株名稱——在種名后面自行加上數(shù)字、地名或符號(hào)等，如：BacillussubtilisAS1.389AS=AcademiaSinicaBacillussubtilisBF7658BF=北紡

ClostridiumacetobutylicumATCC824丙酮丁醇梭菌ATCC＝AmericanTypeCultureCollection美國(guó)模式菌種保藏中心◆當(dāng)文章中前面已出現(xiàn)過某學(xué)名時(shí)，后面的可將其屬名縮寫成1~3個(gè)字母。如：Escherichiacoli可縮寫成E.coliStaphylococcusaureus可縮寫成S.aureus②三名法：用于對(duì)亞種的命名，這時(shí)在屬和種名后加寫一個(gè)subsp.，然后再附上亞種名稱（斜排體）。如：

Bacillusthuringiensissubsp.galleria

蘇云金芽孢桿菌臘螟亞種

第13頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四形態(tài)結(jié)構(gòu)、生理生化、少量的化石資料、行為習(xí)性，等等表型特征：5、進(jìn)化指征的選擇:b）形態(tài)特征在不同類群中進(jìn)化速度差異很大，僅根據(jù)形態(tài)推斷進(jìn)化關(guān)系往往不準(zhǔn)確；缺點(diǎn)：a）由于微生物可利用的形態(tài)特征少，很難把所有生物放在同一水平上進(jìn)行比較；第14頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四蛋白質(zhì)、RNA和DNA序列進(jìn)化變化的顯著特點(diǎn)是進(jìn)化速率相對(duì)恒定，也就是說，分子序列進(jìn)化的改變量(氨基酸或核苷酸替換數(shù)或替換百分率)與分子進(jìn)化的時(shí)間成正比。生物大分子作為進(jìn)化標(biāo)尺依據(jù)a）在兩群生物中，如果同一種分子的序列差異很大時(shí)，------------進(jìn)化距離遠(yuǎn)，進(jìn)化過程中很早就分支了。b）如果兩群生物同一來源的大分子的序列基本相同，------------處在同一進(jìn)化水平上。大量的資料表明：功能重要的大分子、或者大分子中功能重要的區(qū)域，比功能不重要的分子或分子區(qū)域進(jìn)化變化速度低。第15頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四RNA作為進(jìn)化的指征16SrRNA被普遍公認(rèn)為是一把好的譜系分析的“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(jìn)化距離不同的各類生物親緣關(guān)系的研究；3）16SrRNA分子量大小適中，便于序列分析；4）rRNA在細(xì)胞中含量大(約占細(xì)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)。因此它可以作為測(cè)量各類生物進(jìn)化的工具。第16頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四Eubacteria（真細(xì)菌界）Archaebacteria

（古細(xì)菌界）Eukarya

（真核生物界）CarlWoese利用16SrRNA建立分子進(jìn)化樹第17頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四微生物（病毒）古生菌（Archaea）細(xì)菌（Bacteria）真菌（酵母、霉菌、蕈菌等）、單細(xì)胞藻類、原生動(dòng)物等非細(xì)胞型細(xì)胞型原核微生物真核微生物（Eukarya）古生菌在進(jìn)化譜系上與真細(xì)菌及真核生物相互并列，且與后者關(guān)系更近，而其細(xì)胞構(gòu)造卻與真細(xì)菌較為接近，同屬于原核生物。第18頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四6、微生物分類鑒定的特征和技術(shù)形態(tài)學(xué)特征、生理學(xué)特征、生態(tài)學(xué)特征6.1生物分類的傳統(tǒng)指標(biāo)：☆形態(tài)學(xué)特征培養(yǎng)特征、運(yùn)動(dòng)性、特殊的細(xì)胞結(jié)構(gòu)、細(xì)胞形態(tài)及其染色特性、等等微生物分類和鑒定的重要依據(jù)之一：a）易于觀察和比較，尤其是真核微生物和具有特殊形態(tài)結(jié)構(gòu)的細(xì)菌；b）許多形態(tài)學(xué)特征依賴于多基因的表達(dá)，具有相對(duì)的穩(wěn)定性；第19頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四☆生理生化特征與微生物的酶和調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)的本質(zhì)和活性直接相關(guān)；代謝產(chǎn)物等營(yíng)養(yǎng)類型；與氧的關(guān)系；對(duì)溫度的適應(yīng)性；對(duì)pH的適應(yīng)性；對(duì)滲透壓的適應(yīng)性；酶及蛋白質(zhì)都是基因產(chǎn)物；對(duì)微生物生理生化特征的比較也是對(duì)微生物基因組的間接比較；測(cè)定生理生化特征比直接分析基因組要容易得多；第20頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四常借助特異性的血清學(xué)反應(yīng)來確定未知菌種、亞種或菌株。★生態(tài)特性包括在自然界的分布情況，與其他生物有否寄生或共生關(guān)系,宿主種類及與宿主關(guān)系,有性生殖情況,生活史等?！镅鍖W(xué)反應(yīng)第21頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四6.2核酸的堿基組成和分子雜交特點(diǎn)：與形態(tài)及生理生化特性的比較不同，對(duì)DNA的堿基組成的比較和進(jìn)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。(1)DNA的堿基組成(G+Cmol%)DNA堿基因組成是各種生物一個(gè)穩(wěn)定的特征，即使個(gè)別基因突變，堿基組成也不會(huì)發(fā)生明顯變化。分類學(xué)上，用G+C占全部堿基的克分子百分?jǐn)?shù)(G+Cmol%)來表示各類生物的DNA堿基因組成特征。第22頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四◆每個(gè)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(biāo)。細(xì)菌的GC%范圍為25--75%，變化范圍最大，因此更適合于細(xì)菌的分類鑒定。第23頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四◆GC%測(cè)定主要用于對(duì)表型特征難區(qū)分的細(xì)菌作出鑒定，并可檢驗(yàn)表型特征分類的合理性，從分子水平上判斷物種的親緣關(guān)系。使用原則：G+C含量的比較主要用于分類鑒定中的否定每一種生物都有一定的堿基組成，親緣關(guān)系近的生物，它們應(yīng)該具有相似的G+C含量，若不同生物之間G+C含量差別大表明它們關(guān)系遠(yuǎn)。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。第24頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四同一個(gè)種內(nèi)的不同菌株G+C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%；G+C含量已經(jīng)作為建立新的微生物分類單元的一項(xiàng)基本特征，它對(duì)于種、屬甚至科的分類鑒定有重要意義。若二個(gè)在形態(tài)及生理生化特性方面及其相似的菌株，如果其G+C含量的差別大于5%，則肯定不是同一個(gè)種，大于15%則肯定不是同一個(gè)屬。在疑難菌株鑒定、新種命名、建立一個(gè)新的分類單位時(shí)，G+C含量是一項(xiàng)重要的，必不可少的鑒定指標(biāo)。其分類學(xué)意義主要是作為建立新分類單元的一項(xiàng)基本特征和把那些G+C含量差別大的種類排除出某一分類單元。G+C含量的比較主要用于分類鑒定中的否定第25頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四(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之間親緣關(guān)系的遠(yuǎn)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。核酸分子雜交(hybridization)間接比較不同微生物DNA堿基排列順序的相似性a）DNA-DNA雜交；（親緣關(guān)系相對(duì)近的微生物之間的親緣關(guān)系比較）b）DNA-rRNA雜交；（親緣關(guān)系相對(duì)遠(yuǎn)的微生物之間的親緣關(guān)系比較）c）核酸探針；（利用特異性的探針，用于細(xì)菌等的快速鑒定）第26頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四(3)16SrRNA或18SrRNA的核酸序列分析16SrRNA被普遍公認(rèn)為是一把好的譜系分析的“分子尺”：16SrRNA的序列高度保守，可精確指示細(xì)菌之間的親緣關(guān)系