微生物的分類鑒定

微生物的分類鑒定第一頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期三形成于35億年前的微生物化石主要是些類似簡單桿狀細菌的原始生物形成于8.5億年前的微生物化石20億年前以后的巖石中的微生物的化石形態(tài)多樣性明顯增多第二頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期三形成于10億年前的微生物化石形態(tài)上非常類似于現(xiàn)代的藍細菌，進行不產(chǎn)氧光合作用的光能自養(yǎng)菌，及化能無機營養(yǎng)的硫細菌。形態(tài)上類似于現(xiàn)代的綠藻（真核生物）第三頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期三今天仍生存在地球上的生物種類，彼此之間都有或遠或近的歷史淵源。最原始的生命漫長的進化歷程千姿百態(tài)的生物種類第四頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期三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化關(guān)系，建立反映生物系統(tǒng)發(fā)育的分類系統(tǒng)。從進化論誕生以來，已經(jīng)成為生物學(xué)家普遍接受的分類原則生物系統(tǒng)學(xué)(systematics)第五頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期三進化的測量指征rRNA作為進化指征⑴生物功能：rRNA參與蛋白質(zhì)的合成。⑵分子結(jié)構(gòu)：序列中既存在高度保守的區(qū)域，也存在高度變化區(qū)域。其中16SrRNA大小適合，操作方便。⑶數(shù)量與分布：數(shù)量大，普遍存在于原核和真核生物中。第六頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期三利用16SrDNA序列對微生物進行鑒定利用16SrRNA建立分子進化樹的美國科學(xué)家

CarlWoese

第七頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期三微生物的16SrDNA序列具有進化上的保守性，因此可作為分類的良好依據(jù)。第八頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期三基于16SrDNA序列同源性的脫氮細菌系統(tǒng)發(fā)育樹

第九頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期三培養(yǎng)微生物提取基因組DNArRNA序列測定分析比較微生物之間的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系16SrDNA微生物鑒定流程PCR擴增16SrDNA片段第十頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期三第一節(jié)細菌分類分類是認識客觀事物的一種基本方法。我們要認識、研究和利用各種微生物資源也必須對它們進行分類。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)涉及三個相互依存又有區(qū)別的組成部分：鑒定分類、命名、第十一頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期三命名(nomenclature)：是根據(jù)命名法規(guī)，給每一個分類群一個專有的名稱；(分類系統(tǒng)建立過程中的步驟之一)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)主要以細菌為例介紹微生物分類、命名和鑒定的有關(guān)知識第十二頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期三常用的細菌分類學(xué)術(shù)語：1）培養(yǎng)物(culture)：一定時間一定空間內(nèi)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)物等。2）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)物都可以稱為微生物的一個菌株；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)的操作實體一、分類單元及其等級BacillussubtilisASI.398BacillussubtilisBF7658生產(chǎn)蛋白酶生產(chǎn)α淀粉酶第十三頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期三3）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型等。4）種（species）：物種，生物分類中基本的分類單元和分類等級。高等生物中，“生殖隔離”被看作是區(qū)分物種的標(biāo)準(zhǔn)。微生物的種：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。第十四頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期三伯杰氏手冊《伯杰氏鑒定細菌學(xué)手冊》(Bergey’sManualofDeterminativeBacteriology)美國賓夕法尼亞大學(xué)的細菌學(xué)教授伯杰(D.Bergey)(1860-1937)第十五頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期三1957年第七版后，由于越來越廣泛地吸收了國際上細菌分類學(xué)家參加編寫(如1974年第八版，撰稿人多達130多位，涉及15個國家；現(xiàn)行版本撰稿人多達300多人，涉及近20個國家)，所以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。第十六頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期三《伯杰氏系統(tǒng)細菌學(xué)手冊》(Bergey’sManualofSystematicBacteriology)伯杰氏手冊是目前進行細菌分類、鑒定的最重要依據(jù)，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。（20世紀(jì)80年代末期）第十七頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期三二、微生物的命名雙名法，屬名和種名加詞組成，一般用斜體表示。屬名在前，一般用拉丁字名詞表示，字首字母大寫種名在后，常用拉丁文形容詞表示，全部小寫若所分離的菌株只鑒定到屬，而未鑒定到種，可用sp來表示，例如BacillusspPseudomonasaeruginosa銅綠假單孢菌第十八頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期三二、微生物的命名由于細菌分類單元的劃分缺乏一個易于操作的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，為了減少因采用不同標(biāo)準(zhǔn)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）；模式菌株應(yīng)送交菌種保藏機構(gòu)保藏，以便備查考和索取。第十九頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期三第二節(jié)、細菌分類鑒定的特征和技術(shù)在現(xiàn)代微生物分類中，任何能穩(wěn)定地反映微生物種類特征的資料，都有分類學(xué)意義，都可以作為分類鑒定的依據(jù)。形態(tài)學(xué)特征、生理學(xué)特征、生態(tài)學(xué)特征從不同層次(細胞的、分子的)，用不同學(xué)科(化學(xué)、物理學(xué)、遺傳學(xué)、免疫學(xué)、分子生物學(xué)等)的技術(shù)方法來研究和比較不同微生物的細胞、細胞組分或代謝產(chǎn)物，從中發(fā)現(xiàn)的反映微生物類群特征的資料。生物分類的傳統(tǒng)指標(biāo)：第二十頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期三一、形態(tài)學(xué)特征培養(yǎng)特征、運動性、特殊的細胞結(jié)構(gòu)、細胞形態(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)的細菌；b）許多形態(tài)學(xué)特征依賴于多基因的表達，具有相對的穩(wěn)定性；第二十一頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期三二、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)物等營養(yǎng)類型；與氧的關(guān)系；對溫度的適應(yīng)性；對pH的適應(yīng)性；對滲透壓的適應(yīng)性；酶及蛋白質(zhì)都是基因產(chǎn)物；對微生物生理生化特征的比較也是對微生物基因組的間接比較；測定生理生化特征比直接分析基因組要容易得多；第二十二頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期三二、生理生化特征在以實用為主要目的表型分類中，生理生化特征往往是細菌分類鑒定的主要特征。腸道菌科細菌屬和種的分類鑒定就是如此。第二十三頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期三形態(tài)和生理生化特征是最常用的細菌分類、鑒定指標(biāo)第二十四頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期三三、核酸的堿基組成和分子雜交特點：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。第二十五頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期三1.DNA的堿基組成(G+Cmol%)DNA堿基因組成是各種生物一個穩(wěn)定的特征，即使個別基因突變，堿基組成也不會發(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數(shù)(G+Cmol%)來表示各類生物的DNA堿基因組成特征。第二十六頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期三1）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(biāo)。細菌的GC%范圍為25--75%，變化范圍最大，因此更適合于細菌的分類鑒定。第二十七頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期三2）GC%測定主要用于對表型特征難區(qū)分的細菌作出鑒定，并可檢驗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。3）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。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。第二十八頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期三80年代以前螺菌屬(Spirillum)不同種的G+C含量范圍寬達38～66%，后來“伯杰氏手冊”(1984)結(jié)合其他特征已將其分成三個屬：螺菌屬、海洋螺菌屬(Oceanospirillum)和水螺菌屬(Aquaspirillum)它們G+C含量分別為38%、42～51%和49～66%；過去根據(jù)形態(tài)學(xué)特征曾認為微球菌屬(Micrococcus)和葡萄球菌屬(Staphylococcus)是關(guān)系很近的兩個屬，因而長期放在一個科內(nèi)，由于G+C含量的差異(分別為30～38%和64～75%)表明它們親緣關(guān)系相當(dāng)遠，現(xiàn)在根據(jù)16SrRNA序列資料已進行新的調(diào)整。第二十九頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期三2.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。直接分析比較DNA的堿基排列順序------由于技術(shù)上的困難目前尚難以普遍地進行；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第三十頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期三特異性的探針主要用于病原微生物的快速鑒定第三十一頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期三四、其它血清學(xué)試驗、噬菌體分型、生態(tài)特性、氨基酸順序和蛋白質(zhì)分析、對細胞壁等細胞成分的分析比較、通過原核生物的轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導(dǎo)、接合來判斷原核生物的親緣關(guān)系等等。第三十二頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期三BIOLOG自動微生物鑒定系統(tǒng)第三十三頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期三BIOLOG公司以其專利技術(shù)開發(fā)的微生物鑒定系統(tǒng)，以檢測微生物細胞利用不同碳源進行新陳代謝過程中產(chǎn)生的酶與四唑類物質(zhì)（如TTC、TV）發(fā)生顏色反