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1、微生物分类及鉴定第1页，共36页，编辑于2022年，星期六l什么是微生物分类学什么是微生物分类学(microbialtaxonomy)按照微生物的按照微生物的亲缘关系亲缘关系将其安将其安排成条理清楚的各种分类单元排成条理清楚的各种分类单元和分类群的科学和分类群的科学l 微生物分类的目的微生物分类的目的把各种微生物按照它们的亲把各种微生物按照它们的亲缘关系缘关系分群归类，排成系统，分群归类，排成系统，以以便于便于人们对微生物进行人们对微生物进行鉴鉴定定和交流和交流11.1 基本理论基本理论第2页，共36页，编辑于2022年，星期六一一.M分类学三个组成部分分类学三个组成部分l分类分类(class
2、ification)l鉴定鉴定(identification或或determination)l命名命名(nomenclature)根据一定的分类原则对根据一定的分类原则对M进行分群归类，根据进行分群归类，根据相似性或相关性相似性或相关性水平水平排列成系统，并对各个分类群的特征进行描述，以便查考排列成系统，并对各个分类群的特征进行描述，以便查考和对未被分类的微生物进行鉴定和对未被分类的微生物进行鉴定。(根据现有数据建立系统的过根据现有数据建立系统的过程程)借助于现有的微生物分类系统，通过特征测定，确定未知的、或新发借助于现有的微生物分类系统，通过特征测定，确定未知的、或新发现的、或未明确分类地位
3、的微生物所应归属分类群的过程。现的、或未明确分类地位的微生物所应归属分类群的过程。(根据现有根据现有系统确定未知微生物分类归属的过程系统确定未知微生物分类归属的过程)根据命名法规，给每一个分类群一个专有的名称根据命名法规，给每一个分类群一个专有的名称 第3页，共36页，编辑于2022年，星期六二二.分类单元及其等级分类单元及其等级n 界界(亚界亚界)n 门门(亚门亚门)n 纲纲(亚纲亚纲)n 目目(亚目亚目)n 科科(亚科亚科)n 属属(亚属亚属)n 种种(亚种亚种)第4页，共36页，编辑于2022年，星期六 根据根据Carl Woese的理论，现在还在界之上使用域的理论，现在还在界之上使用域
4、(domain)，即：古生菌，即：古生菌域、细菌域、真核生物域。域、细菌域、真核生物域。生命世界的系统发育树状图生命世界的系统发育树状图第5页，共36页，编辑于2022年，星期六1.种种(species):物种，生物分类中基本的分类单元和分类物种，生物分类中基本的分类单元和分类等级。等级。n具有高度特征相似性的菌株群，这个菌株群具有高度特征相似性的菌株群，这个菌株群与其他类群的菌株有很明显的区别。与其他类群的菌株有很明显的区别。n DNA杂交同源性在杂交同源性在60-70%以上以上;或者或者 16S rRNA序列同源性达序列同源性达97%以上的菌株定以上的菌株定为一个种为一个种.种的具体代表：
5、种的具体代表：称为称为“模式种模式种”（type species）第6页，共36页，编辑于2022年，星期六2.亚种亚种(subspecies):是正式分类单元中地位最低的是正式分类单元中地位最低的分类等级分类等级n 当某一个种内的不同菌株存在少数明显而稳定的变异特征或遗传当某一个种内的不同菌株存在少数明显而稳定的变异特征或遗传性状而又不足以区分成新种时，可以将这些菌株细分成两个或更性状而又不足以区分成新种时，可以将这些菌株细分成两个或更多的小的分类单元多的小的分类单元-亚种。亚种。n新种：新被鉴定的种发表时应在其学名后标上新种：新被鉴定的种发表时应在其学名后标上sp.nov.的符号，新的符号
6、，新种发表前应将其模式菌株的培养物存放在一个永久性的保藏机种发表前应将其模式菌株的培养物存放在一个永久性的保藏机构，并应允许研究人员从中取得该菌种。构，并应允许研究人员从中取得该菌种。美国典型培养物保藏中心（美国典型培养物保藏中心（ATCC）、德国微生物及细胞保藏中心）、德国微生物及细胞保藏中心（DSM）国际系统细菌学杂志（国际系统细菌学杂志（IJSB）第7页，共36页，编辑于2022年，星期六型型(form或或type)常指亚种以下的细分。当同种或同亚种不同菌株之间常指亚种以下的细分。当同种或同亚种不同菌株之间的性状差异，不足以分为新的亚种时，可以细分为不同的性状差异，不足以分为新的亚种时，
7、可以细分为不同的型。的型。例如：抗原特征的差异，分为不同的例如：抗原特征的差异，分为不同的血清型血清型；对噬菌体裂解反应的不同，分为不同的对噬菌体裂解反应的不同，分为不同的噬菌体型噬菌体型第8页，共36页，编辑于2022年，星期六4.菌株菌株(strain)n 从自然界中分离得到的从自然界中分离得到的任何一种微生物的纯培养物任何一种微生物的纯培养物都可以称为一都可以称为一个菌株；用实验方法个菌株；用实验方法(如通过诱变如通过诱变)所获得的某一菌株的变异型，也可所获得的某一菌株的变异型，也可以称为一个新的菌株，以便与原来的菌株相区别。以称为一个新的菌株，以便与原来的菌株相区别。模式菌株（模式菌株
8、（type strain）：）：按照命名法则的要求，当命名一个新种时，需按照命名法则的要求，当命名一个新种时，需要指定一个菌株作为这个种的命名模式，这个被指定的菌株称为模式菌株。要指定一个菌株作为这个种的命名模式，这个被指定的菌株称为模式菌株。n是指一定时间一定空间内微生物的细胞群或生长物。是指一定时间一定空间内微生物的细胞群或生长物。3.培养物（培养物（culture)第9页，共36页，编辑于2022年，星期六三三.微生物的命名微生物的命名 n命名：菌种的科学名称。菌种的学名是按照命名：菌种的科学名称。菌种的学名是按照国际细菌命名国际细菌命名法规法规命名的国际学术界公认，并通用的名称。命名的
9、国际学术界公认，并通用的名称。n命名原则命名原则（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）+现名定名人和现现名定名人和现名定名年份名定名年份n规定与常识：属名，首字母大写、单数、斜体。规定与常识：属名，首字母大写、单数、斜体。种名加词，首字小写、斜体。种名加词，首字小写、斜体。第10页，共36页，编辑于2022年，星期六学名学名=属名种的加词（首次定名人）现名定名人定名年份属名种的加词（首次定名人）现名定名人定名年份 必要，用斜体排字必要，用斜体排字 可省略，均用正体排字可省略，均用正体排字例例1：大肠埃希氏菌（简称大肠杆菌）：大肠埃希氏菌（简称大
10、肠杆菌）Escherichia coli(Migula)Castellani et Chalmers 1919例例2：金黄色葡萄球菌：金黄色葡萄球菌Staphylococcus aureus Rosenbach 1884第11页，共36页，编辑于2022年，星期六u 在前后有两个或数个学名排在一起，且在其在前后有两个或数个学名排在一起，且在其属名相同的情况下，后一学名中的属名可缩写属名相同的情况下，后一学名中的属名可缩写成一个、两个或三个字母，其后加一点。如：成一个、两个或三个字母，其后加一点。如：Bacillus可写成可写成“B”或或“Bac”；Pseudomonas可写成可写成“P”或或“
11、Ps”；Aspergillus可写成可写成“A”或或“Asp”等。等。第12页，共36页，编辑于2022年，星期六u 在实际工作中，有时筛选到一个有用的菌种，其属在实际工作中，有时筛选到一个有用的菌种，其属名很易确定，但种名还未确定。在这种情况下，当发名很易确定，但种名还未确定。在这种情况下，当发表论文或进行学术交流时，其种的加词暂时可以用表论文或进行学术交流时，其种的加词暂时可以用“sp”（正体字正体字）代替。例如：）代替。例如：“Bacillus sp”即表示一个尚未定出种名的芽孢杆即表示一个尚未定出种名的芽孢杆菌，可译为菌，可译为“一种芽孢杆菌一种芽孢杆菌”；“Bacillus spp”
12、（spp为为species复数的简写）表复数的简写）表示一批尚未定种名的芽孢杆菌，故可译为示一批尚未定种名的芽孢杆菌，故可译为“若干芽孢若干芽孢杆菌杆菌”。第13页，共36页，编辑于2022年，星期六亚种名亚种名:三元式组合三元式组合属名属名+种名加词种名加词+subsp.亚种名加词亚种名加词Alcaligenes denitrificans subsp.xylosoxydans 反反硝化产碱杆菌氧化木糖亚种硝化产碱杆菌氧化木糖亚种Bacillus subtilus subsp.nigar 枯草芽孢杆菌黑色亚种枯草芽孢杆菌黑色亚种第14页，共36页，编辑于2022年，星期六n系统学系统系统学系
13、统 Bergeys Manual of Systematic Bacteriology 伯杰氏系统细菌学手册伯杰氏系统细菌学手册 19841989 第一版（第一版（4卷卷）(以以DNA、rRNA为分类依据为分类依据)2000 第二版（第二版（5卷）卷）(以以DNA、rRNA、蛋白质序列分析为分类、蛋白质序列分析为分类依据依据)第15页，共36页，编辑于2022年，星期六l Bacillus sp.l Bacillus thuringiensisl Escherichia colil Methanococcus jannaschiil Penicilliuml Saccharomyces cer
14、evisiael Staphylococcus aureus l Streptomyces第16页，共36页，编辑于2022年，星期六细菌分类系统细菌分类系统-Bergeys Manualn鉴定系统：鉴定系统：Bergeys Manual of Determinative Bacteriology 伯杰氏鉴定细菌学手册伯杰氏鉴定细菌学手册 1923年，细菌学家年，细菌学家David Bergey 1974年，第年，第8版版 1994年年,第第9版版 四四.微生物分类系统微生物分类系统第17页，共36页，编辑于2022年，星期六n 真菌分类系统真菌分类系统 Hawksworth,D.L.et a
15、l.Ainsworth and Bisby，s Dictionary of Fungi安安贝氏菌物词典贝氏菌物词典第18页，共36页，编辑于2022年，星期六Ainsworth分类系统第八版（分类系统第八版（1995年）年）把菌物列入真核生物域的把菌物列入真核生物域的3个界中，即：个界中，即：第19页，共36页，编辑于2022年，星期六11.2 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u 主要步骤主要步骤 获得纯培养物获得纯培养物 测定一系列必要的鉴定指标测定一系列必要的鉴定指标 查找权威性菌种鉴定手册查找权威性菌种鉴定手册第20页，共36页，编辑于2022年，星期六 分分子子生生
16、物物学学的的发发展展，使使我我们们不不仅仅可可以以根根据据表表型型特特征征，而而且且可可以以从从分分子子水水平平上上，通通过过研研究究和和比比较较微微生生物物乃乃至至整整个个生生物物界界的的基基因因型型特特征征来来探探讨讨生生物的进化、系统发育和进行分类鉴定。物的进化、系统发育和进行分类鉴定。第21页，共36页，编辑于2022年，星期六进化的测量指征进化的测量指征 2020世纪世纪7070年代前：主要依据年代前：主要依据形态结构、生理生化、形态结构、生理生化、行为习性行为习性等表型特征判断它们之间的亲缘关系。等表型特征判断它们之间的亲缘关系。2020世纪世纪7070年代后：主要是分析和比较生物
17、大分子的结年代后：主要是分析和比较生物大分子的结构特征，特别是构特征，特别是蛋白质、蛋白质、RNA和和DNA的分子序列，作的分子序列，作为判断各类微生物乃至所有生物进化关系的主要特征。为判断各类微生物乃至所有生物进化关系的主要特征。第22页，共36页，编辑于2022年，星期六一一 经典分类鉴定法经典分类鉴定法 指长期以来在微生物常规鉴定中普遍采用的一些形态、生理、生指长期以来在微生物常规鉴定中普遍采用的一些形态、生理、生化、生态、生活史、血清学反应等指标。化、生态、生活史、血清学反应等指标。第23页，共36页，编辑于2022年，星期六不同微生物的不同重点鉴定指标不同微生物的不同重点鉴定指标例：
18、细菌例：细菌形态、生理、生化遗传等指标形态、生理、生化遗传等指标 放线菌和酵母菌放线菌和酵母菌形态和生理特征并用形态和生理特征并用 霉菌等形体较大的真菌霉菌等形体较大的真菌以形态特征为主以形态特征为主 例如：沙门氏菌（例如：沙门氏菌（Salmonella spp.）与大肠杆菌（）与大肠杆菌（E.coli）按表型特征分为两个属，二者的按表型特征分为两个属，二者的16S rRNA序列同源性约序列同源性约90%，按照，按照目前的考虑，它们应归于同一个属，目前的考虑，它们应归于同一个属，第24页，共36页，编辑于2022年，星期六形态和生理生化形态和生理生化特征特征是最常用的细菌分是最常用的细菌分类、
19、鉴定指标类、鉴定指标第25页，共36页，编辑于2022年，星期六商品化的细菌鉴定试剂盒商品化的细菌鉴定试剂盒有有API系统、系统、Enterotube系统等。系统等。第26页，共36页，编辑于2022年，星期六微生物的快速分类鉴定方法微生物的快速分类鉴定方法简易化、微量化、快速化简易化、微量化、快速化第27页，共36页，编辑于2022年，星期六第28页，共36页，编辑于2022年，星期六第29页，共36页，编辑于2022年，星期六（一）氨基酸序列和蛋白分析（一）氨基酸序列和蛋白分析（二）核酸的碱基组成和分子杂交（二）核酸的碱基组成和分子杂交（三）（三）rRNA寡核苷酸序列分析寡核苷酸序列分析二
20、二 微生物分类鉴定中的现代方法微生物分类鉴定中的现代方法第30页，共36页，编辑于2022年，星期六（一）氨基酸的顺序和蛋白质的分析（一）氨基酸的顺序和蛋白质的分析 蛋蛋白白质质是是基基因因的的产产物物,.,.蛋蛋白白质质的的氨氨基基酸酸顺顺序序直直接接反反映映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.因因此此,可可以以通通过过对对某某些些同同源源蛋蛋白白质质氨氨基基酸酸顺顺序序的的比比较较来来分分析析不不同同生生物物系系统统发发育育关关系系,序序列列相相似似性性越越高高,其亲缘关系愈近其亲缘关系愈近.第31页，共36页，编辑于2022年，星期六核核酸酸的的碱碱基基组组
21、成成和和分分子子杂杂交交1.DNA碱基比例的测定碱基比例的测定 每一个微生物物种的每一个微生物物种的DNA中的中的(G+C)mol%的数值是恒的数值是恒定的，因此可以作为判定的微生物间亲缘关系的依据。定的，因此可以作为判定的微生物间亲缘关系的依据。亲缘关系密切、表型高度相似的微生物往往有相似的亲缘关系密切、表型高度相似的微生物往往有相似的（G+C）mol%。此项差异超过此项差异超过5%时，就不可能属于时，就不可能属于同一种；相差超过同一种；相差超过10%时，则可为不同的属。时，则可为不同的属。第32页，共36页，编辑于2022年，星期六2.核酸分子杂交法核酸分子杂交法核核酸酸的的碱碱基基组组成
22、成和和分分子子杂杂交交DNA-DNA同源性在同源性在60%70%以上者，属同一种；同源性以上者，属同一种；同源性不到不到50%者，为不同种。者，为不同种。第33页，共36页，编辑于2022年，星期六（三）（三）rRNA寡核苷酸序列分析寡核苷酸序列分析 一种通过分析原核或真核细胞中最稳定的一种通过分析原核或真核细胞中最稳定的rRNA寡核苷寡核苷酸序列同源行程度酸序列同源行程度,以确定不同生物间的亲缘关系和进化谱以确定不同生物间的亲缘关系和进化谱系的方法系的方法第34页，共36页，编辑于2022年，星期六 rRNA的序列分析的序列分析 n16S rRNA(18S rRNA)所以被普遍公认为是一把好
23、的谱系所以被普遍公认为是一把好的谱系分析的分析的“分子尺分子尺”(1)rRNA具有重要且恒定的生理功能。具有重要且恒定的生理功能。(2)在在16S rRNA分子中，高度保守、中度保守和高度变化的序列分子中，高度保守、中度保守和高度变化的序列区域，适用于进化距离不同的各类生物亲缘关系的研究；区域，适用于进化距离不同的各类生物亲缘关系的研究；(3)16S rRNA分子量大小适中，在细胞中含量大分子量大小适中，在细胞中含量大(约占细胞中约占细胞中RNA的的90%)，便于分析。，便于分析。(4)16S rRNA(18S rRNA)普遍存在于真核生物和原核生物中因此它可普遍存在于真核生物和原核生物中因此
24、它可以作为测量各类生物进化的工具（分子尺）。以作为测量各类生物进化的工具（分子尺）。第35页，共36页，编辑于2022年，星期六u 试述用经典的鉴定指标和现代分子生物学技术，设计试述用经典的鉴定指标和现代分子生物学技术，设计一方案，把一株细菌鉴定至一方案，把一株细菌鉴定至种种。对于一株未知的细菌，首先要用经典鉴定指标进行鉴定，对于一株未知的细菌，首先要用经典鉴定指标进行鉴定，包括形态、生理生化反应、生态特性、等。包括形态、生理生化反应、生态特性、等。接着需要用现代的微生物学鉴定技术包括接着需要用现代的微生物学鉴定技术包括（G+CG+C）mol%mol%值法、核酸分子杂交法、值法、核酸分子杂交法、寡核苷酸测序寡核苷酸测序技术等手段对其进行分析，最终确定该细菌属于哪个技术等手段对其进行分析，最终确定该细菌属于哪个种。种。第36页，共36页，编辑于2022年，星期六