11第十一章微生物的分类和鉴定.ppt

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1、第十一章 微生物的分类和鉴定,Classification and identification,概 论,地球上到底有多少物种至今仍无准确答案，估计有分类记录的各类物种大约有150万，其中微生物超过10万。微生物学工作者要认识、研究和利用微生物或控制有害微生物，必须对它们进行分类（classification）。微生物分类学（microbial taxonomy）是一门按微生物的亲缘关系把它们安排成条理清楚的各种分类单元或分类群（taxon）的科学。它的具体任务有：分类、鉴定（identification）和命名（nomenclature）。,11.1 通用分类单元,11.1.1 分类单元及其

2、等级 分类单元（taxon）是指具体的分类群，如原核生物界（Procaryotae）、肠杆菌科（Enterobacteriaceae）、枯草芽胞杆菌（Bacillus subtilis）等都分别代表一个分类单元。微生物的分类单元一般也分为七个基本的分类等级（rank或category）或分类阶元。由上而下依次是：界、门、纲、目、科、属、种。分类单元的等级（阶元）只是分类单元水平的概括，它并不代表具体的分类单元。,种以上的分类单元,Domain（域） Kingdom（界） Phylum（门） Class（纲） Order（目） Family（科） Genus（属） Species（种）,11.1

3、.2 种的概念,种（species）是生物分类中基本的分类单元和分类等级。指一大群表型特征高度相似、亲缘关系极其接近、与同属内其他种有着明显差异的菌株的总称。在微生物中，一个种只能用该种内的一个典型菌株（type strain）来作具体标本，故这一典型菌株就是该种的模式种（type species）。,11.1.3 学名,（一）双名法 学名是指一个菌种的科学名称，它是按照国际细菌命名法规命名的、国际学术界公认并通用的正式名字。一个种的学名是用拉丁词或拉丁化的词组组成。 Escherichia coli (Migula) Castellani et Chalmers 1919 学名=属名+种的加

4、词+（首次定名人）+现名定名人+定名年份 属（或亚属）名：是一个表示该种微生物主要特征的名词或用作名词的形容词，单数，其第一个字母应大写。 种的加词：代表一个种的次要特征，同样由拉丁词或拉丁化的外来词所组成。字首一律小写，可以是一个形容词或名词。学名的发音：均应按拉丁字母发音规则发音。,（二）三名法 当某种微生物是一个亚种（subspecies, 简称subsp)或变种(variety, 简称var，是亚种的同义词）时，学名就应该按三名法拼写： 学名=属名（斜体）+种的加词（斜体） +符号subsp或var （正体） +亚种或变种的加词（斜体） 例1：苏云金芽孢杆菌蜡螟亚种（蜡螟苏云金芽孢杆菌

5、） Bacillus thuringiensis (subsp) galleria 例2：酿酒酵母椭圆变种（椭圆酿酒酵母） Saccharomyces cerevisiae (var) ellipsoideus,11.1.4 亚种以下的分类单元,亚种以下的分类单元（infrasubspecific taxa）很多，其提出和使用均不受细菌命名法规的限制。 1.亚种（subspecies,subsp.,ssp.） 2.变种（variety,var.） 3.型（form） 4.类群（group） 5.菌株（strain） 6.小种（race） 7.相（phase） 8.态（state）,11.2 微

6、生物在生物界的地位,(1) 两界系统：1753年，瑞典博物学家林奈，在其名著植物种志中，第一次科学地提出动物界（ Animalia）、植物界（Plantae）两界系统。 （2）三界系统：1866年，德国动物学家E.H.Haeckel 建议在动物界和植物界之外，应加上一个由低等生物组成的第三界：原生生物界，它主要由一些单细胞生物和无核类生物组成。 （3）四界系统：1956年，Copeland提出了生物可分为四界的学说，即：动物界、植物界、原始生物界（原生动物、真菌、部分藻类）和菌界（细菌和蓝细菌）。,1 生物的界级分类学说,（4） 五界系统：1969年，R.H.Whittaker在Science

7、上发表了“生物界级分类的新观点”的著名论文。在吸取前人工作经验的基础上，提出了五界学说。五界系统包括：动物界（ Animalia）、植物界（Plantae）、原生生物界（Protista）（包括原生动物、单细胞藻类、粘菌）、真菌界（Fungi）、原核生物界（Monera）(包括细菌、蓝细菌）。 （5）六界系统：1977年，我国学者提出六界的设想， 即在上述Whittaker五界系统的基础上再加上一个病 毒界。,2.三域学说： 1977年，C.R.Woese比较研究了多种生物的16S rRNA或18S rRNA的核苷酸序列，在1978年由R.H.Whittaker等人提出了三原界三域学说，“域”

8、是一个比界更高的界级分类单元，三域指的是细菌域、古生菌域和真核生物域。,11.3 各大类微生物的分类系统,分类学的最终目标是要建立起一套比较接近生物系统发育规律的自然分类系统。 11.3.1 原核微生物分类系统伯杰氏系统细菌学手册（Bergeys Manual of Systematic Bacteriology） （1）简介：伯杰氏手册最早成书于1923年，第一版名为伯杰氏鉴定细菌学手册，主要编者为美国学者D. Bergey等人。此后，由其他学者不断修订，已先后出版了11个版本。从1980年起，该手册组织了国际上20多个国家的300多位专家，合作编写了4卷本的新手册，书名改为伯杰氏系统细菌学

9、手册，并于1984年至1989年间分4卷陆续发行。此书是目前国际上最为流行的实用版本。伯杰氏系统细菌学手册的第二版从2000年起分成5卷陆续发行。,（2） 伯杰氏系统细菌学手册纲要 伯杰氏系统细菌学手册分5卷出版，手册把原核生物分为古生菌界和细菌界两界，它们相当于三域学说中的两域。其中古生菌界共包括2门、5组、8纲、11目、17科和63属，共有208个种；而细菌界则包括16门、26组、27纲、62目、163科和814属，共有4727个种。因此，至今所记载过的整个原核生物共有4935种。,11.3.2 真核微生物分类系统真菌字典（Dictionary of Fungi） 据估计，在地球上生存的真

10、核微生物有150万种，而目前已记载的只有7万-9万种，全球每年发现的新种约有1500个。自1729年Michei首次对真核微生物进行分类以来，有代表性的分类系统有10多个。目前得到学术界广泛采用的是Ainsworth第七版（1983年）的安.贝氏菌物词典（ Ainsworth and Bisbys Dictionary of Fungi), 它把真核微生物分成粘菌门和真菌门，而真菌门又分为5个亚门(鞭毛菌亚门、接合菌亚门、子囊菌亚门、担子菌亚门和半知菌亚门）。,11.4 微生物的鉴定,菌种鉴定工作是各类微生物学实验室经常遇到的基础性的工作。工作步骤：获得该种微生物的纯种培养物（pure cul

11、ture）、测定一系列必要的鉴定指标、查找权威性的鉴定手册。 微生物的鉴定方法： （1）细胞的形态和习性水平（经典分类鉴定）； （2）细胞的组分水平（细胞壁、脂类、醌类和光合色 素成分分析）； （3）蛋白质水平； （4） 核酸水平；,经 典 鉴 定 指 标,11.4.1 经典分类鉴定方法,形态,个体：细胞形状、大小、排列、运动性、 特殊构造和染色反应等,群体：菌落形态，在半固体或液体培养基中的生长状态。,生理生化反应,营养要求：能源、碳源、氮源、生长因子,酶：产酶种类和反应特性,代谢产物：种类、产量、颜色、显色反应,对药物的敏感性,生态特征：生长温度、与氧、PH、渗透压关系、宿主种类、,生活史

12、、有性生殖情况,血清学反应,对噬菌体敏感性,11.4.2 现代分类鉴定方法,（1）通过核酸分析鉴定微生物遗传型 DNA碱基比例： 指（G+C）mol%值，简称“GC比”，表示DNA分子中鸟嘌呤（G）和胞嘧啶（C）所占的摩尔百分比值。 GC比相差低于2%时，没有分类学上的意义；种内各菌株间的差别在2.5%4.0%间；若相差在5.0%以上时，属于不同的种，差别超过10%，属于不同的属。 核酸分子杂交: 按碱基的互补配对原理，用人工方法对两条来源不同的单链核酸进行复性（退火），以构建新的杂合双链核酸的技术，称为核酸杂交。核酸杂交法是测定核酸分子同源程度和不同物种间亲源关系的有效手段。, rRNA寡聚

13、核苷酸编目分析： 通过分析原核或真核细胞中最稳定的rRNA寡聚核苷酸 序列同源性程度，来确定不同生物间的亲源关系和进化 谱系的方法。16S或18S rRNA编目分析的基本原理是： 用一种RNA酶水解 rRNA后，可产生一系列寡聚核苷酸 片段，如果两种或两株微生物的亲缘关系越近，则其所 产生的寡聚核苷酸片段序列也越接近。 通过T1RNA酶的水解，可使rRNA形成1-20个核苷酸 单位的寡聚核苷酸片段，选择其中含6个以上核苷酸的 片段进行测序。计算两菌间寡聚核苷酸片段的相关系数 SAB= 2N AB/ N A+ N B, 微生物全基因组序列的测定： 对微生物全基因组进行测序，是当前生命科学领域中掌

14、握某微生物全部遗传信息的最佳途径。从1990年起，在人类基因组计划的推动下，微生物全基因组测序工作进展很快，在2000年的一年中，几乎每个月都有新记录出现。,（2）数值分类法 又称统计分类法，是一种依据数值分析的原理，借助现代计算机技术对拟分类的微生物对象按大量表型性状的相似性程度进行统计、归类的方法。现代数值分类学是1957年由英国学者Sneath 在研究细菌分类时提出的。 首先要准备一批待研究的菌株和有关典型菌种的菌株，在比较不同的菌株时，要采用一套共同的可比特征，研究它们在形态、生理、生化、遗传、生态和免疫学方面的特征，所用特征越多，所得结果准确性越高。,数值分类法（numerical

15、taxonomy）分类的基本步骤： （1）计算两菌株间的相似系数: Ssm=( a+d) / (a+b+c+d) (2) 列出相似度矩阵: 对所研究的各个菌株都按配对方式计算出它们的相关系数后，把所得数据填入相似矩阵中。 （3）将矩阵图转换成树状谱（dendrogram）： 矩阵图转换成树状谱后，可以为按数值关系判断分类谱系提供直观的材料。,经典分类鉴定方法举例： 1 形态学鉴定 1.1细胞形态学特征 酵母ZJU-10 在麦芽汁液体培养基 中，28C下培养 3天后，镜检，细胞呈卵圆形到圆形，无性繁殖方式为多 边出芽；不形成醭，菌液浑浊，有菌体自凝现象；固体培 养时，菌落呈黄色； 1.2子囊孢子的形成 28C、生孢培养基上培养4天，不形成子囊孢子。 1.3 假菌丝的形成和形态 有真菌丝及假菌丝；不发酵。,2生理学特性 2.1发酵糖类 待测酵母ZJU-10对相关糖类的发酵情况如下表所示。,2.2 同化糖类 表2.3 待测酵母ZJU-10对相关糖类的同化情况表,