微生物的分类培训课件

微生物的分类 分类学是由三个关系极为密切并交织在一起的分类学是由三个关系极为密切并交织在一起的要素组成，这三个要素就是分类、命名和鉴定。要素组成，这三个要素就是分类、命名和鉴定。分类分类(classification)是把单位是把单位(unit)归纳为归纳为群群(group)，并严格按顺序加以排列。，并严格按顺序加以排列。命名命名(nomenclature)是给予在分类中被定义的是给予在分类中被定义的单位以名称。单位以名称。鉴定鉴定(identification)是把在分类中未知的生是把在分类中未知的生物体进行定义并加以命名的过程。物体进行定义并加以命名的过程。一、分类的概念一、分类的概念2微生物的分类微生物分类学：微生物分类学：即对各个微生物进行鉴定，按分类学准则即对各个微生物进行鉴定，按分类学准则排列成分类系统，并对已确定的分类单元进行排列成分类系统，并对已确定的分类单元进行科学命名的科学。科学命名的科学。3微生物的分类二、分类原则二、分类原则 1.1.根据表型根据表型(phenetic)(phenetic)特征的相似成分分群特征的相似成分分群归类归类，这种表型分类重在应用，不涉及生物进化，这种表型分类重在应用，不涉及生物进化或不以反映生物亲缘关系为目标；或不以反映生物亲缘关系为目标；2.2.按照生物系统发育相关性水平来分群归类按照生物系统发育相关性水平来分群归类，其目标是探寻各种生物之间的进化关系，建立，其目标是探寻各种生物之间的进化关系，建立反映生物系统发育的分类系统。反映生物系统发育的分类系统。4微生物的分类三、分类目的三、分类目的 以进化论为指导思想的分类学，其目的已以进化论为指导思想的分类学，其目的已经不仅仅是物种的识别和归类，而是通过追溯经不仅仅是物种的识别和归类，而是通过追溯系统发育来推断进化谱系，这样的分类学也称系统发育来推断进化谱系，这样的分类学也称之为之为生物系统学生物系统学(syatematics)(syatematics)。5微生物的分类第二节第二节 进化的测量指征进化的测量指征 一、进化指征的选择一、进化指征的选择 根据形态学特征推断生物之间的亲缘关系根据形态学特征推断生物之间的亲缘关系存在两个突出问题：存在两个突出问题：一是由于微生物可利用的形态特征少，很难一是由于微生物可利用的形态特征少，很难把所有生物放在同一水平上进行比较；把所有生物放在同一水平上进行比较；二是形态特征在不同类群中进化速度差异很二是形态特征在不同类群中进化速度差异很大，仅根据形态推断进化关系往往不准确。大，仅根据形态推断进化关系往往不准确。6微生物的分类（一）挑选大分子的原则：（一）挑选大分子的原则：1.它必须普遍存在于所研究的各个生物它必须普遍存在于所研究的各个生物类群中类群中 2.选择在各种生物中功能同源的大分子选择在各种生物中功能同源的大分子 3.所选择的分子序列必须能严格线性排所选择的分子序列必须能严格线性排列，以便进行进一步的分析比较列，以便进行进一步的分析比较 4.注意根据所比较的各类生物之间的进注意根据所比较的各类生物之间的进化距离来选择适当的分子序列。化距离来选择适当的分子序列。7微生物的分类（二）（二）rRNArRNA作为进化指征的理由作为进化指征的理由 大量的实验研究表明：在众多的生物大大量的实验研究表明：在众多的生物大分子中，最适合于揭示各类生物亲缘关系的是分子中，最适合于揭示各类生物亲缘关系的是rRNA，尤其是，尤其是16SrRNA。16SrRNA所以被所以被普遍公认是一把好的谱系分析的普遍公认是一把好的谱系分析的“分子尺分子尺”，这是因为：这是因为：8微生物的分类 1.rRNA参与生物蛋白质的合成过程，其参与生物蛋白质的合成过程，其功能是任何生物都必不可少的，而且在生物功能是任何生物都必不可少的，而且在生物进化的漫长历程中，其功能保持不变；进化的漫长历程中，其功能保持不变；2.在在16SrRNA分子中，即含有高度保守的分子中，即含有高度保守的序列区域，又有中度保守和高度变化的序列序列区域，又有中度保守和高度变化的序列区域，因而它适用于进化距离不同的各类生区域，因而它适用于进化距离不同的各类生物亲缘关系的研究；物亲缘关系的研究；9微生物的分类 3.16SrRNA 3.16SrRNA相对分子质量大小适中，便于相对分子质量大小适中，便于序列分析；序列分析；4.16SrRNA 4.16SrRNA普遍存在于真核生物和原核生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物中（真核生物中其同源分子是18SrRNA18SrRNA）。）。10微生物的分类（三）（三）rRNA rRNA序列测定和分析方法序列测定和分析方法 1.1.寡核苷酸编目分析法寡核苷酸编目分析法 由于只获得了由于只获得了16SrRNA16SrRNA分子的大约分子的大约30%30%的序列资料，加上采用的序列资料，加上采用的是一种简单相似性的计算方法，所以其结果的是一种简单相似性的计算方法，所以其结果有可能出现误差，应用上受到一定限制。有可能出现误差，应用上受到一定限制。2.2.全序列分析法全序列分析法 最常用的是直接序列分最常用的是直接序列分析法。这种方法用反转录酶和双脱氧序列分析，析法。这种方法用反转录酶和双脱氧序列分析，可以对未经纯化的可以对未经纯化的rRNArRNA抽提物进行直接的序列抽提物进行直接的序列测定。测定。11微生物的分类二、系统发育树二、系统发育树 （一）概念（一）概念 在研究生物进化和系统分类中，常用一种树在研究生物进化和系统分类中，常用一种树状分枝的图型来概括各种（类）生物之间的亲缘状分枝的图型来概括各种（类）生物之间的亲缘关系，这种树状分枝的图型被称为关系，这种树状分枝的图型被称为系统发育树系统发育树（phylogenetic treephylogenetic tree），简称系统树。），简称系统树。通过比较生物大分子序列差异的数值构件的通过比较生物大分子序列差异的数值构件的系统树称为系统树称为分子系统树。分子系统树。12微生物的分类系统树系统树 无根树无根树 有根树有根树 图型中，分枝的末端和分枝的连接点称为图型中，分枝的末端和分枝的连接点称为结（结（nodenode），），代代表生物类群，分枝末端的结代表仍生存的种类。表生物类群，分枝末端的结代表仍生存的种类。系统树可能有时间比例，或者用两个结之间的分枝长度变系统树可能有时间比例，或者用两个结之间的分枝长度变化来表示分子序列的差异数值。化来表示分子序列的差异数值。BACDABCD13微生物的分类三、三界生物的由来三、三界生物的由来 70 70年代末美国学者伍（年代末美国学者伍（Carl WoeseCarl Woese）根据）根据16SrRNA16SrRNA的序列划分的三界（的序列划分的三界（KingdomKingdom，后改称，后改称三个域）：三个域）：14微生物的分类 古细菌（古细菌（ArchaebicteriaArchaebicteria）、）、真细菌真细菌（EubacteriaEubacteria）、真核生物（）、真核生物（EukaryotesEukaryotes）。）。1990 1990年，他为了避免把古细菌也看作是年，他为了避免把古细菌也看作是细菌的一类，又把三界（域）改称为：细菌的一类，又把三界（域）改称为：BacteriaBacteria（细菌）、（细菌）、Archaea(Archaea(古生菌古生菌)和和EukaryEukary（真核生物），（真核生物），并构建了三界（域）并构建了三界（域）生物的系统树。生物的系统树。15微生物的分类(Olsen和和Woese 1993)16微生物的分类第三节第三节 细细 菌菌 分分 类类一、分类单元及其等级一、分类单元及其等级 界界Kingdom 门门Phylum亚门亚门 纲纲Class亚纲亚纲 目目Order亚目亚目 科科Family亚科亚科 属属Genus 种种Species17微生物的分类18微生物的分类常用的细菌分类术语常用的细菌分类术语 培养物（培养物（culture）：）：是指一定时间一定空是指一定时间一定空间内微生物的细胞群或生长物。间内微生物的细胞群或生长物。菌株（菌株（strain）：）：指同种微生物不同来源的指同种微生物不同来源的纯培养物。如：枯草芽孢杆菌：纯培养物。如：枯草芽孢杆菌：(Bacillus subtis ASI 398)和和(Bacillus subtis BF7658 398)分别为蛋白酶和淀粉酶生产菌。分别为蛋白酶和淀粉酶生产菌。型（型（form或或type)：常指亚种以下的细分。常指亚种以下的细分。19微生物的分类 种（种（species)species)：是生物分类中基本的分类是生物分类中基本的分类单元和分类等级。单元和分类等级。伯杰氏伯杰氏(Bergey)给种的定义是：给种的定义是：“凡是凡是与典型培养菌密切相同的其他培养菌统一起来，与典型培养菌密切相同的其他培养菌统一起来，区分成为细菌的一个种。区分成为细菌的一个种。”1986 年斯坦尔年斯坦尔(Stanier)给种下了定义：给种下了定义：“一个种是由一群具有高度表型相似性的个体一个种是由一群具有高度表型相似性的个体组成，并与其他具有相似特征的类群存在明显组成，并与其他具有相似特征的类群存在明显的差异。的差异。”1987 年，国际细菌分类委员会颁布，年，国际细菌分类委员会颁布，DNA 同源性同源性 70，而且其，而且其 T m 5 的菌的菌群为一个种，并且其表型特征应与这个定义相群为一个种，并且其表型特征应与这个定义相一致。一致。1994 年年 Embley 和和 Stackebrandt 认为当认为当 16S rDNA 的序列同源性的序列同源性 97 时可认为是一个时可认为是一个种。种。20微生物的分类二二.微生物的命名微生物的命名 （一）分类单元的命名（一）分类单元的命名 1.1.属名属名 属名用一个单数主格名词或当作属名用一个单数主格名词或当作名词用的形容词来表示，可以是阳性、阴性或名词用的形容词来表示，可以是阳性、阴性或中性，首字母要大写。中性，首字母要大写。2.2.种名种名 和其他生物一样，细菌的种名也和其他生物一样，细菌的种名也用双名法命名，即种的学名由用双名法命名，即种的学名由属名属名和和种名种名加词加词两部分组合而成。两部分组合而成。3.3.变种的学名变种的学名 是在种名后加变种名称，是在种名后加变种名称，并在变种名称之前加并在变种名称之前加 var。21微生物的分类例如：例如：金黄色葡萄球菌金黄色葡萄球菌的学名为：的学名为：Staphylococcus aureus Rosenbach 1884 属名：葡萄球菌属名：葡萄球菌 种名：金黄色种名：金黄色 命名人的姓命名人的姓 命名年份命名年份 又如：又如：Peptostreptococcus foetidus（Veillon）Smith 属名：消化链球菌属名：消化链球菌 种名：恶臭种名：恶臭 原命名者原命名者 改名者改名者 变种的学名变种的学名：枯草芽孢杆菌黑色变种：枯草芽孢杆菌黑色变种 Bacillus subtilis var.niger 属名：芽孢杆菌属名：芽孢杆菌 种名：枯草种名：枯草 原命名者原命名者 改名者改名者22微生物的分类（二）（二）命名模式及其指定命名模式及其指定 由于细菌分类单元的划分缺乏一个易于操由于细菌分类单元的划分缺乏一个易于操作的统一标准，为了减少因采用不同标准界定作的统一标准，为了减少因采用不同标准界定分类单元所造成的混乱，分类单元所造成的混乱，细菌系统分类也像其细菌系统分类也像其他生物分类一样采用他生物分类一样采用“模式概念模式概念”。即根据命。即根据命名法规要求，正式命名的分类单元应指定一个名法规要求，正式命名的分类单元应指定一个命名模式（简称模式）作为该分类单元命名的命名模式（简称模式）作为该分类单元命名的依据。依据。23微生物的分类（三）（三）新名称的发表新名称的发表 根据细菌命名法规的规定，有效发表新的细菌名称根据细菌命名法规的规定，有效发表新的细菌名称应在公开发行的刊物上进行。若新名称是在国际系统细应在公开发行的刊物上进行。若新名称是在国际系统细菌学杂志（菌学杂志（IJSBIJSB）以外的其他杂志上发表的，还必须经）以外的其他杂志上发表的，还必须经过新名称的合格化发表，被认为合格后，在该杂志上定过新名称的合格化发表，被认为合格后，在该杂志上定期公布，命名日期即从公布之日算起，否则不算合格发期公布，命名日期即从公布之日算起，否则不算合格发表，也不能取得国际上的承认。发表新名称时，应在新表，也不能取得国际上的承认。发表新名称时，应在新名称之后加上所属新分类等级的缩写词，如名称之后加上所属新分类等级的缩写词，如新目新目“ord.nov.”“ord.nov.”、新属、新属“gen.nov.”“gen.nov.”、新种、新种“sp.nov.”“sp.nov.”等。等。24微生物的分类（一）获得细菌的纯培养物（一）获得细菌的纯培养物（二）查找权威性的鉴定手册（二）查找权威性的鉴定手册伯杰氏细菌学鉴定手册、原核生物、伯杰氏细菌学鉴定手册、原核生物、常见细菌系统鉴定手册常见细菌系统鉴定手册（三）应用合适的方法确定细菌的分类地位（三）应用合适的方法确定细菌的分类地位 经典分类方法经典分类方法 分子分类法分子分类法 血清学试验与噬菌体分型血清学试验与噬菌体分型 细菌快速鉴定和自动化分析技术细菌快速鉴定和自动化分析技术四、细菌的鉴定步骤四、细菌的鉴定步骤26微生物的分类第四节第四节 微生物分类鉴定的特征和技术微生物分类鉴定的特征和技术 一、形态学和生理生化特征一、形态学和生理生化特征 （一）形态学特征（一）形态学特征 易于观察和比较，尤其是在真核微生物和易于观察和比较，尤其是在真核微生物和具有特殊形态结构的细菌中；具有特殊形态结构的细菌中；许多形态学特征依赖于多基因的表达，具许多形态学特征依赖于多基因的表达，具有相对的稳定性。因此，形态学特征不仅是微有相对的稳定性。因此，形态学特征不仅是微生物鉴定的重要依据，而且也往往是系统发育生物鉴定的重要依据，而且也往往是系统发育相关性的一个标志。相关性的一个标志。27微生物的分类（二）生理生化特征（二）生理生化特征 微生物的生理生化特征与酶和调节蛋白微生物的生理生化特征与酶和调节蛋白质的本质和活性直接相关，酶及蛋白质都是质的本质和活性直接相关，酶及蛋白质都是基因的产物。所以，对微生物生理生化特征基因的产物。所以，对微生物生理生化特征的比较也是对微生物基因组的的比较也是对微生物基因组的间接间接比较，加比较，加上测定生理生化特征比直接分析基因组要容上测定生理生化特征比直接分析基因组要容易得多。因此生理生化特征对于微生物的系易得多。因此生理生化特征对于微生物的系统分类仍然是有意义的。统分类仍然是有意义的。28微生物的分类二、血清学试验与噬菌体分型 （一）血清学试验（一）血清学试验 细菌细胞与病毒等都含有蛋白质、脂白蛋、细菌细胞与病毒等都含有蛋白质、脂白蛋、脂多糖等有抗原性的物质，由于不同微生物抗脂多糖等有抗原性的物质，由于不同微生物抗原物质结构不同，赋予它们不同的抗原特征。原物质结构不同，赋予它们不同的抗原特征。一个种内抗原性不同的菌株，按血清学试一个种内抗原性不同的菌株，按血清学试验区分成若干不同的型别。在某些细菌属中，验区分成若干不同的型别。在某些细菌属中，血清型与种的含义等同，如沙门氏菌属。血清型与种的含义等同，如沙门氏菌属。29微生物的分类（二）噬菌体分型（二）噬菌体分型 噬菌体对宿主的感染和裂解作用具有高度噬菌体对宿主的感染和裂解作用具有高度的特异性，即一种噬菌体往往只能感染或裂解某的特异性，即一种噬菌体往往只能感染或裂解某种细菌种细菌,甚至只裂解种内的某些菌株。所以，根甚至只裂解种内的某些菌株。所以，根据噬菌体的宿主范围可将细菌分为不同的噬菌型据噬菌体的宿主范围可将细菌分为不同的噬菌型和利用噬菌体裂解这样的特异性进行细菌鉴定。和利用噬菌体裂解这样的特异性进行细菌鉴定。这对于追溯传染病来源、流行病调查以及这对于追溯传染病来源、流行病调查以及病原菌的检测鉴定有重要意义。病原菌的检测鉴定有重要意义。30微生物的分类三、氨基酸的顺序和蛋白质的分析三、氨基酸的顺序和蛋白质的分析 蛋白质是基因的产物，蛋白质的氨基酸顺蛋白质是基因的产物，蛋白质的氨基酸顺序直接反映序直接反映mRNAmRNA顺序而与编码基因密切相关。顺序而与编码基因密切相关。因此，可以通过对某些同源蛋白质氨基酸顺序因此，可以通过对某些同源蛋白质氨基酸顺序的比较来分析不同生物系统发育关系，序列相的比较来分析不同生物系统发育关系，序列相似性越高似性越高,其亲缘关系愈近。因此可以根据蛋白其亲缘关系愈近。因此可以根据蛋白质的氨基酸序列资料构建系统发育树和进行分质的氨基酸序列资料构建系统发育树和进行分类。类。31微生物的分类四、核酸的碱基组成和分子杂交四、核酸的碱基组成和分子杂交 比较比较DNADNA和碱基组成和进行核酸分子杂交，和碱基组成和进行核酸分子杂交，是目前通过直接比较基因组进行生物分类最常是目前通过直接比较基因组进行生物分类最常用的两种方法。用的两种方法。32微生物的分类 亲缘关系近的生物亲缘关系近的生物,它们应该具有相似的它们应该具有相似的G+CG+C含量。含量。现有数据表明现有数据表明:高等植物的高等植物的G+CG+C含量范围大约含量范围大约35%35%50%50%之间；之间；原核生物中原核生物中G+CG+C含量变化幅度宽达含量变化幅度宽达22%22%80%80%；脊椎动物脊椎动物G+CG+C含量约含量约35%35%45%45%之间；之间；这足以表明原核生物是一个极其多样性的类群。这足以表明原核生物是一个极其多样性的类群。（一）（一）DNA的碱基组成的碱基组成(G+C)%33微生物的分类 目前目前,虽然还没有一个统一的界定各级分虽然还没有一个统一的界定各级分类单元的类单元的G+CG+C含量标准，但大量资料表明：含量标准，但大量资料表明：同一个种内的不同菌株同一个种内的不同菌株G+CG+C含量差别应在含量差别应在4%4%5%5%以下以下；同属不同种的差别在同属不同种的差别在10%10%15%15%，通常底于，通常底于10%10%。所以所以G+CG+C含量已经作为建立新的微生物分含量已经作为建立新的微生物分类单元的一项基特征，它对于种、属甚至科的类单元的一项基特征，它对于种、属甚至科的鉴定有重要意义。鉴定有重要意义。34微生物的分类（二）核酸的分子杂交（二）核酸的分子杂交 生生物物的的遗遗传传信信息息以以（遗遗传传密密码码）形形式式线线性性的的排排列列在在DNADNA分分子子中中，不不同同DNADNA碱碱基基排排列列顺顺序序的的异异同同直直接接反反映映这这些些生生物物之之间间亲亲缘缘关关系系的的远远近近，碱碱基基排排列列顺顺序序差差异异越越小小，它它们们之之间间的的亲亲缘缘关关系系越越近近，反反之亦然。之亦然。35微生物的分类 1.DNADNA 1.DNADNA杂交杂交 亲缘关系相对近的微生物之间的亲缘比较亲缘关系相对近的微生物之间的亲缘比较 2.DNArRNA 2.DNArRNA杂交杂交 亲缘关系相对远的微生物之间的亲缘比较亲缘关系相对远的微生物之间的亲缘比较 3.3.核酸探针核酸探针 用于细菌等的快速鉴定用于细菌等的快速鉴定 36微生物的分类（三）电子杂交（三）电子杂交 随着微生物基因信息，特别是全基因组完随着微生物基因信息，特别是全基因组完全测序的不断增加，我们可以通过各种计算机全测序的不断增加，我们可以通过各种计算机软件对不同物种的遗传信息进行直接比较，从软件对不同物种的遗传信息进行直接比较，从而分析不同微生物间的亲缘关系。而分析不同微生物间的亲缘关系。37微生物的分类 1.在显微镜下观察细菌，为何需在玻片标本在显微镜下观察细菌，为何需在玻片标本与油镜头滴加香柏油与油镜头滴加香柏油?2.大肠杆菌在大肠杆菌在37的牛奶中每的牛奶中每12.5分钟繁分钟繁殖一代，假设牛奶消毒后，大肠杆菌的含量为殖一代，假设牛奶消毒后，大肠杆菌的含量为1个个/mL，请问按国家标准（，请问按国家标准（3000个个/mL），该消），该消毒牛奶在毒牛奶在37下最多可存放多少时间？下最多可存放多少时间？3.名词解释名词解释 原生质体原生质体 protoplAst 发酵发酵 fermentAtion 原养型原养型(野生型野生型)prototroph 38微生物的分类1.无机盐类对微生物的生长有何作用？无机盐类对微生物的生长有何作用？2.病毒核酸有哪些类型和结构特征？病毒核酸有哪些类型和结构特征？3.DNA链上发生的损伤是否一定发生链上发生的损伤是否一定发生表型的改变？尽你所能说出理由。表型的改变？尽你所能说出理由。4.举例说明微生物在生物地球化学循环举例说明微生物在生物地球化学循环中的重要性。中的重要性。39微生物的分类