微生物分类与鉴定

第十一章第十一章 微生物的分类和鉴微生物的分类和鉴定定v第一节第一节 通用分类单元通用分类单元v第二节第二节 微生物在生物界的地位微生物在生物界的地位v第三节第三节 微生物的分类鉴定微生物的分类鉴定第一节第一节 通用分类单元通用分类单元v一般概念的了解一般概念的了解v7级分类单元级分类单元v命名命名u分类、命名、鉴定；分类、命名、鉴定；u 培养物、菌株；种、亚种培养物、菌株；种、亚种;u 微生物命名法；微生物命名法；u 模式菌株、模式种、模式属典型培养物保藏中心；模式菌株、模式种、模式属典型培养物保藏中心；1、一般概念的了解（微生物名称的正确写法）、一般概念的了解（微生物名称的正确写法）分类（classification）：指的是根据微生物的相似性或亲缘关系，将微生物归入不同的分类类群。鉴定（identification）：确定一个新的分离物属于已经命名的分类单元的过程。命名：根据国际命名法规给微生物分类单元以科学名称。种(species):是一个基本分类单元,它是一大群表型特征高度相似,亲缘关系极其接近,与同属内的其它物种有着明显差异的一大群菌株的总称.新种(species nova,sp.nov 或 nov sp.):是指权威性的分类鉴定手册中从未记载过的一种新分离并鉴定过的微生物.菌株(又称品系,在非细胞型的病毒中称毒株或株):它表示任何由一个独立分离的单细胞(或单个病毒粒)繁殖而成的纯遗传型群体及其一切后代.菌株的名称可随意确定,与 的概念相同克隆、无性繁殖系例如：Berge,O.,Guinebretire,M.H.,Achouak,W.,Normand,P.&Heulin,T.(2002).Paenibacillus graminmis sp.nov.and Paenibacillus odorifer sp.nov.,isolated from plant roots,soil and food.Int J Syst Evol Microbiol 52,607-616.界kingdom(Regnum)门Phylum(Phylum)或Division(Divisio)纲Class(Classis)目Order(Ordo)科Family(Familia)属Genus(Genus)种Species(Species)7级分类单元2、3、命名:双名法双名法学名学名=属名属名+种名加词种名加词+(首次定名人首次定名人)+现名定名人现名定名人+现名定名年份现名定名年份 斜体斜体 正体正体(一般省略一般省略)例如:大肠埃希氏菌(简称大肠杆菌)Escherichia coli(Migula)Castellani et Chalmers 1919枯草芽孢杆菌(简称枯草杆菌)Bacillus subtilis(Ehrenberg)Cohn 1872三名法三名法学名学名=属名属名+种名加词种名加词+符号符号subsp或或var+亚种或变种的加词亚种或变种的加词 斜体斜体 正体正体(可省略可省略)斜体斜体(不可省不可省)例如:苏云金芽孢杆菌蜡螟亚种Bacillus thuringiensis(subsp)galleria酿酒酵母椭圆变种Saccharomuces cerevisiae(var)ellipsoideus 在微生物中,一个种只能用该种内的一个典型菌株当作它的具体代表,此典型菌株就成了该种的模式菌株。Bacillus subtilis AS 1.398(Academia Sinica)Bifidobacterium bifidum ATCC 29521(American Type Culture Collection)常用菌种保藏中心：CCTCC中国微生物菌种保藏中心ATCC美国菌种保藏中心DSMZ德国菌藏保存中心CIP法国巴斯德研究所CCBAU中国农业大学菌种保存中心第二节 微生物在生物界的地位v生物的界级分类学说（简述）v三域学说及其发展二界 三界 四界 五界 六界 三域1753 1860 1956 1969 1949 19781、生物的界级分类学说 20世纪70年代末，美国伊利诺斯大学的等人对大量微生物和其他生物进行16S和18S rRNA的寡核苷酸测序，并比较其同源性水平后，提出了一个与以往各种界级分类不同的新系统，称为三域学说。三个域指的是细菌域（Bacteria）、古生菌域（Archaea）和真核生物域（Eukarya）。2、三域学说Carl Woese16 S r RNA系统发育树系统发育树建立16 S rRNA系统发育树的意义a）使生物进化的研究范围真正覆盖所有生物类群；）使生物进化的研究范围真正覆盖所有生物类群；传统的生物进化研究，主要基于复杂的形态学和化石记载，因此多传统的生物进化研究，主要基于复杂的形态学和化石记载，因此多限于研究后生生物（限于研究后生生物（metazoa），而后者仅占整个生物进化历程的），而后者仅占整个生物进化历程的1/5b）提出了一种全新的正确衡量生物间系统发育关系的方法；）提出了一种全新的正确衡量生物间系统发育关系的方法；c）对探索生命起源及原始生命的发育进程提供了线索和）对探索生命起源及原始生命的发育进程提供了线索和 理论依据；理论依据；d）突破了细菌分类仅靠形态学和生理生化特性的限制，）突破了细菌分类仅靠形态学和生理生化特性的限制，建立了全新的微生物分类、鉴定理论；建立了全新的微生物分类、鉴定理论；e）为微生物生物多样性和微生物生态学研究建立了全新）为微生物生物多样性和微生物生态学研究建立了全新 的研究理论和研究方法，特别是不经培养直接对生态的研究理论和研究方法，特别是不经培养直接对生态 环境中的微生物进行研究。环境中的微生物进行研究。Carl Woese的的rRNA进化树完美无缺？进化树完美无缺？随着越来越多的微生物的全基因组序列的测定，随着越来越多的微生物的全基因组序列的测定，人们发现生物在进化中存在着非常广泛的水平基因人们发现生物在进化中存在着非常广泛的水平基因转移现象，很多科学家都认为不能仅靠对转移现象，很多科学家都认为不能仅靠对16SrRNA的序列比较来确定生物之间的亲缘关系，还必须借的序列比较来确定生物之间的亲缘关系，还必须借助各种信息对这个进化树进行改进。助各种信息对这个进化树进行改进。细菌、古生菌与真核生物重要特性比较项目项目细菌细菌古生菌古生菌真核生物真核生物核膜无无有细胞壁中胞壁酸有无无膜脂结构由酯键连接由醚键连接由酯键连接核糖体70S70S80S起始子tRNA甲酰甲硫胺酸甲硫胺酸甲硫胺酸操纵子有有无mRNA的帽化和聚A尾 无无有二羟尿嘧啶一般有无（一个例外）一般有质粒有有罕见核糖体对白喉毒素不敏感敏感敏感RNA聚合酶一种（4亚基）几种（8-12个亚基）3种（12-14个亚基）Cl、Str、Kan敏感不敏感不敏感对茴香酶素不敏感敏感敏感对多烯类抗生素不敏感（支原体例外）不敏感敏感产甲烷不能能不能S0还原成H2S能能不能生物固氮能能不能叶绿素光和作用有无有第三节 微生物的分类、鉴定v伯杰氏手册v细菌分类、鉴定方法及其原理、伯杰氏鉴定细菌学手册伯杰氏鉴定细菌学手册(Bergeys Manual of Determinative Bacteriology)美国宾夕法尼亚大学的细菌学美国宾夕法尼亚大学的细菌学教授伯杰教授伯杰(D.Bergey)(1860-1937)1957年第七版后，由于越来越广泛地吸收年第七版后，由于越来越广泛地吸收了国际上细菌分类学家参加编写了国际上细菌分类学家参加编写(如如1974年第八版，撰稿人多达年第八版，撰稿人多达130多位，涉及多位，涉及15个国家；现行版本撰稿人多达个国家；现行版本撰稿人多达300多人，多人，涉及近涉及近20个国家个国家)，所以它的近代版本反所以它的近代版本反映了出版年代细菌分类学的最新成果，映了出版年代细菌分类学的最新成果，因而逐渐确立了在国际上对细菌进行全因而逐渐确立了在国际上对细菌进行全面分类的权威地位。面分类的权威地位。伯杰氏鉴定细菌学手册伯杰氏鉴定细菌学手册(Bergeys Manual of Determinative Bacteriology)（20世纪世纪80年代末期）年代末期）伯杰氏系统细菌学手册伯杰氏系统细菌学手册(Bergeys Manual of Systematic Bacteriology)伯杰氏手册伯杰氏手册是目前进行细菌分类、鉴定的最重要是目前进行细菌分类、鉴定的最重要依据，其特点是描述非常详细，包括对细菌各个属依据，其特点是描述非常详细，包括对细菌各个属种的特征及进行鉴定所需做的实验的具体方法。种的特征及进行鉴定所需做的实验的具体方法。、细菌分类、鉴定的常用方法的原理、细菌分类、鉴定的常用方法的原理一、经典方法一、经典方法形态特征：形态特征：培养特征、细胞形态染色特性、特殊的细胞结构、运动性，等；培养特征、细胞形态染色特性、特殊的细胞结构、运动性，等；生理生化特征：生理生化特征：营养类型、与氧的关系、培养温度、对渗透压、营养类型、与氧的关系、培养温度、对渗透压、pH的适应的适应 性、代谢产物，等性、代谢产物，等生态特性：生态特性：生长温度，与氧、生长温度，与氧、pH、渗透压的关系，宿主种类，与宿主关系、渗透压的关系，宿主种类，与宿主关系,生活史，有性生殖情况等生活史，有性生殖情况等血清学反应血清学反应对噬菌体的敏感性对噬菌体的敏感性其他其他二、现代方法二、现代方法核酸分析核酸分析细胞化学成分细胞化学成分数值分类数值分类16s rRNA同源性分析同源性分析 G+Cmol%核酸分子杂交核酸分子杂交糖发酵试验糖发酵试验VP试试验验阴性阴性阳性阳性大肠杆菌：大肠杆菌：产气杆菌：产气杆菌：+甲基红试验甲基红试验阳性阳性阴性阴性对照对照大肠杆菌：大肠杆菌：+产气杆菌：产气杆菌：枸橼酸利用试验枸橼酸利用试验大肠杆菌：大肠杆菌：产气杆菌：产气杆菌：+阳阳性性吲哚试验吲哚试验大肠杆菌：大肠杆菌：+产气杆菌：产气杆菌：H2S试验试验尿素酶试验尿素酶试验对对照照阳阳性性阴阴性性细菌在液体培养基中的生长情况菌膜菌沉淀均匀浑浊对照细菌在半固体培养基中的生长情况1、3：有动力：有动力2：无动力：无动力形态和生理生化特征一、经典方法举例肠道菌科细菌属和种肠道菌科细菌属和种的分类鉴定的分类鉴定在以实用为主要目的表型分类中，仅依靠形态学特征是远远不够的，因此生理在以实用为主要目的表型分类中，仅依靠形态学特征是远远不够的，因此生理生化特征往往是细菌分类鉴定的主要特征。生化特征往往是细菌分类鉴定的主要特征。选用选用16S rRNA作为生物进化和系统分类的优点作为生物进化和系统分类的优点普遍存在于一切细胞内，包括原核和真核生物生理功能既重要又恒定在细胞中的含量较高、易提取编码rRNA的基因十分稳定rRNA的某些核苷酸序列非常保守相对分子质量适中二、现代方法举例类芽孢杆菌属基于类芽孢杆菌属基于16S rRNA的系统发育树的系统发育树G+C mol%G+C mol%=G+CA+T+G+C100%测定方法:解链温度(melting temprature,Tm,热变性温度法)法 在DNA双链的碱基对组成中,AT间形成两个氢键,结合较弱,而GC间可形成3个氢键,结合较牢.天然的DNA双链在一定的离子强度和pH下逐步加热变性时,随着碱基对间氢键的不断打开,天然的互补双螺旋就逐步变为单链状态,从而导致核苷酸中碱基的陆续暴露,在260nm处紫外吸收植明显增加,这就是增色效应.一旦双链完全变成单链,紫外吸收就停止增加.这种由增色效应反映出来的打开氢键的DNA热变性过程,是在一个狭窄的温度范围内完成的.在此过程中,紫外吸收增高的中点值所对应的温度即为Tm值.G+C mol%DNA-DNA Hybridization 国际系统细菌学委员会在1987年规定，当DNA同源性大于等于70%，同时杂交分子的解链温度差即Tm值小于等于5为细菌种的界限（Wayne et al.1987）。当然如果鉴定一个新种，除了待定菌与参比菌株之间具有较低的DNA-DNA同源性外，还必须参考16S rDNA序列相似性数值等其它数据。细胞化学成分又称统计分类法是在大量生物个体进行大量性状观察的基础上对研究数据进行收集和计算机处理，计算出所有供试个体之间的相似性，进而在这些相似性的基础上将全部供试个体排列成群简单地说就是用统计学方法根据大量表型性状将有机体分群什么是数值分类？本章思考题1.100多年前达尔文创立的进化论就给我们带来了按亲多年前达尔文创立的进化论就给我们带来了按亲 缘关系进行分类的指导思想，但为什么这一目标至今未能真缘关系进行分类的指导思想，但为什么这一目标至今未能真正实现正实现?你从你从Woese发现古生菌的事件中，发现古生菌的事件中，得到什么启示得到什么启示?2.为什么能用生物大分子作为衡量生物进化的标尺？有为什么能用生物大分子作为衡量生物进化的标尺？有哪些选用原则？建立哪些选用原则？建立16 S r RNA系统发育树的意义何在系统发育树的意义何在？3.有哪些技术可被用于对细菌进行分类、鉴定？有哪些技术可被用于对细菌进行分类、鉴定？细菌的代谢产物细菌的代谢产物（一）分解代谢产物和细菌的生化反应糖发酵试验VP试验甲基红试验枸橼酸盐利用试验吲哚试验硫化氢试验尿素酶试验自动化仪器分析糖发酵试验糖发酵试验VP试试验验阴性阴性阳性阳性大肠杆菌：大肠杆菌：产气杆菌：产气杆菌：+甲基红试验甲基红试验阳性阳性阴性阴性对照对照大肠杆菌：大肠杆菌：+产气杆菌：产气杆菌：枸橼酸利用试验枸橼酸利用试验大肠杆菌：大肠杆菌：产气杆菌：产气杆菌：+阳性阳性吲哚试验吲哚试验大肠杆菌：大肠杆菌：+产气杆菌：产气杆菌：H2S试验试验尿素酶试验尿素酶试验对照对照阳性阳性阴性阴性