第12章 微生物的进化系统发育和分类鉴定PPT课件
微生物的进化系统发育和分类鉴定
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第三节 细 菌 分 类
分类是认识客观事物一个基础方法。咱 们要认识、研究和利用各种微生物资源 也必须对他们进行分类。
分类学内容包括三个相互依存又有区分 组成个别: 分类、命名和判定。
微生物的进化系统发育和分类鉴定
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第三节 细 菌 分 类
分类（classification）是依据一定标准（表 型特征相同性或系统发育相关性）对微生物 进行分群归类, 依据相同性或相关性水平排 列成系统, 并对各个分类群特征进行描述, 方 便考查和对未被分类微生物进行判定；
微生物的进化系统发育和分类鉴定
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第三节 细 菌 分 类
三、细菌分类和伯杰氏手册
20世纪60年代以前, 国际上不少细菌 分类学家都曾对细菌进行过全方面分类, 提出过一些在当代有影响细菌分类系统。 但70年代以后, 对细菌进行全方面分类、 影响最大是《伯杰氏手册》。所以该书 当前已成为对细菌进行分类判定主要参 考书。
微生物的进化系统发育和分类鉴定
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第四节 微生物分类判定特征 和技术
鉴于微生物体形微小、结构较简单等特点, 微 生物分类和判定除了像高等生物那样, 采取传 统形态学、生理学和生态学特征之外, 还必须 寻找新特征作为分类判定依据。
在这方面微生物分类学家比动植物分类学家表 现了更高热情, 他们从不一样层次（细胞、分 子）、用不一样学科（化学、物理学、遗传学、
微生物的进化系统发育和分类鉴定
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三、rRNA次序和进化
2. 全序列分析法
寡核苷酸编目分析法, 只取得了16SrRNA分子大 约30%序列资料, 加上采取是一个简单相同性计 算方法, 所以其结果有可能出现误差, 应用上受 到一定限制。
最新微生物分类鉴定PPT课件
属名在上下文重复出现的情况下，可以缩写。例如
Bacillus可用Bac．表示。
（4）学名的第二个词为种名。
种名是拉丁语中的形容词，表示微生物的次要特征。
3）亚种或小种（subspecies）：
在微生物学中，通常把在实验室中所获得的变异 型菌株，称之为亚种或小种。
例如，大肠杆菌野生型的一个菌株称“ K12”， 它不需要某种氨基酸。通过变异，可以从K12中获得 需要某种氨基酸的生化缺陷型菌株。那么该菌株就 称为K12的亚种或小种。
4）型（type）：
一、菌种鉴定的条件
鉴定菌种，至少要具备下面3个条件： 1．待鉴定的菌种一定是纯种 如果菌种不纯，所观察到的现象则是混合现象，这 样自然不会得到正确的结果。因此在鉴定之前，首先要将 菌种纯化。
纯化方法，一般有2种：平板划线单菌落分离法和 单细胞分离法。前一种操作简便，效果良好，适用范围广。
2．选一本比较好的鉴定手册
例如Saccharomyces cerevisiae Hansen中第三个字
母就是命名者的姓。 如果对以前的命名有所改动，也有一定的规则。
例如:
枯草芽孢杆菌，最早（1838年）由Ehrenberg
描述，定名为“Vibrio subtillis(枯草弧
菌)Ehrenberg，1838”。到了1872年，Cohn认为弧 状不是它的特征，提出转属，但保留其种名，更名
在自然界中，同一地区也可能有同一种微生物的各 种类型同时存在着。它们彼此之间的区别往往不象变 种那样显著，一般往往表现在菌体的化学组分（抗原 等结构上）
微生物学微生物的分类和鉴定【可编辑PPT】
《伯杰氏细菌鉴定手册》（Bergey’s Manual of Determinative Bacteriology），第九版的伯杰氏手册基于细 胞壁的特性将原核生物分成四大类群，其中薄壁菌和厚壁菌两 个类群物种数量最多。
类群I：薄壁菌（革兰氏阴性菌） 组1：暗细菌纲（不进行光合作用） 组2：不产氧光合细菌纲（光合细菌，不产氧） 组3：产氧光合细菌纲（光合细菌，产氧）
草鱼肠道中弗氏柠檬酸杆菌的分离鉴定与PCR-SSCP分析
郑璐1，吕爱军1*，胡秀彩2，曹成亮1，蒋继宏2 (1.徐州师范大学生命科学学院，江苏 徐州 221116； 2.江苏省药用植物生物技术重点实验室，江苏 徐州 221116)
摘要：从草鱼（Ctenopharyngodon idellus）肠道中分离到3株细菌，暂时编
亚种(subspecies, subsp) 亚种是进一步细分种时所用的单元，一般指除 某一明显而稳定的特征外，其余鉴定特征与模 式种相同的种，是变种的同义词。
例2：酿酒酵母椭圆变种 Saccharomyces cerevisiae var．ellipsoideus
（五）菌株(strain) 又称品系（在非细胞型的病毒中则称毒株或株），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。 模式菌株（Type strain)：是一个种的具体活标本，必须是 该菌种的活培养物，是由一个被指定为命名的模式菌株 传代而来。
（2）细胞组分水平 （3）蛋白质水平 分类依据：
（4）核酸水平
• 微生物形态 • 生理特性 • 抗原特性 • 分子生物学方法
一、微生物分类鉴定中的经典方法
二、微生物分类鉴定中的现代方法
（一）通过核酸分析鉴定微生物遗传型
沈萍 微生物 第十二章微生物进化、系统发育和分类鉴定
第十二章微生物的进化、系统发育和分离鉴定地球形成10亿年后开始出现生命,主要是类似简单杆状细菌的原始生物，同期另一些由光合微生物与沉积物形成的片层状化石——叠层石stromatolites也发现较多微生物，其类似绿硫细菌和多细胞丝状绿菌，属于不产氧光合细菌。
产氧光合细菌——蓝细菌最早的叠石层在25-30亿年前形成。
蓝细菌给地球带来氧气，而后各种真核微生物才开始出现，多样性大大增加。
现代生物进化论认为地球上的生命在地球早期特殊环境下形成，通过“前生命的化学进化”过程，由非生命物质产生的。
进化evolution：是生物与其生存环境相互作用过程中，其遗传系统随时间发生一系列不可逆的改变，大多数情况下导致生物表型改变和对生存环境的相对适应。
研究微生物系统发育phylogeny 指的就是研究各种微生物进化的历史。
地球上有多少种微生物迄今无准确答案，估计有分类记录的各类物种大约150万，其中微生物大约15万，数目还在不断增加。
对微生物分类存在两种基本的、截然不同的分类原则：根据表型特征phenetic characteristics 相似程度分群归类，这不涉及进化、不以反映生物亲缘关系为目的；按照生物系统发育相关性水平分群归类，目的是探寻各种微生物间进化谱系，建立反映微生物系统发育的分类系统。
生物系统学systematics：以进化论为指导思想的分类学，目标在于通过分类追溯系统发育，推断进化谱系，这样的分类学也成为生物系统学。
第一节进化的测量指标一进化指标的选择主要是分析比较生物大分子（蛋白、RNA、DNA序列）一级结构特征。
研究表明蛋白、RNA、DNA序列进化变化的显著特点是进化速率相对恒定，这些分子序列进化的该变量（AA or 核苷酸替换数或替换百分率）与分子进化的时间呈正相关。
因此这些生物大分子被看做是分子计时器molecular chronomenters。
根据这一原理，可通过比较不同种类生物大分子序列的改变量来确定其彼此间系统发育相关性或进化距离。
第十二章 微生物的进化、系统发育和分类鉴定
第十二章微生物的进化、系统发育和分类鉴定地球大约是在45亿年前形成的。
地质学、古生物学和地球化学直接或间接证据都表明：大约在地球形成10亿年之后，我们这个星球开始出现生命，主要是些类似简单杆状细菌的原始生物。
但在同期的、另外一些被认为是由光合微生物与沉积物形成的片层状化石--叠层石(stromatolites)资料中，也发现存在形态较多样的微生物，综合分析认为，它们类似于绿硫细菌和多细胞丝状绿菌，这似乎表明：不产氧光合细菌的起源也很早。
这些原始生命大概都是厌氧型的。
含有产氧型光合细菌--蓝细菌的叠层石则发现于25-30亿年前的地质年代中，蓝细菌的出现，给地球带来了氧气。
而后，各种真核生物才随之出现。
根据现代生物进化论观点，地球上的生命是在地球历史早期的特殊环境条件下，通过"前生命的化学进化"过程，由非生命物质产生的。
这些最原始的生命经过漫长的进化历程，产生了千姿百态的生物种类。
所谓进化(evolution)是生物与其生存环境相互作用过程中，其遗传系统随时间发生一系列不可逆的改变，在大多数情况下，导致生物表型改变和对生存环境的相对适应。
所以，今天仍生存在地球上的生物种类，彼此之间都有或远或近的历史渊源。
研究微生物的系统发育(phylogeny)就指的是研究各类微生物进化的历史。
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10万种，而且其数目还在不断增加。
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)。
对生物进行分类存在两种基本的、截然不同的分类原则：一是根据表型(phenetic)特征的相似程度分群归类，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；第二种分类原则是要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，建立反映生物系统发育的分类系统。
微生物分类与鉴定PPT课件
一、 原核微生物分类系统
（一）《伯杰氏鉴定细菌学手册》 (Bergey’s Manual of Determinative Bacteriology)
美国宾夕法尼亚大学的细菌学教授伯杰(D.Bergey)(18601937) 伯杰氏手册: 是目前进行细菌分类、鉴定的最重要参考书， 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。
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界Ⅱ：真细菌(Bacteria)
部17：γ-变形细菌(γ-Proteobacteria，150属854 种)
部18：δ-变形细菌(δ-Proteobacteria，39属128 种)
部19：ε-变形细菌(ε-Proteobacteria，6属56种) 部20：梭菌(Clostridia)和相关细菌(73属403种) 部21：柔膜菌(Mollicutes，10属191种)
（二）伯杰氏系统细菌学手册 (Bergey’s Manual of Systematic Bacteriology)
第一版 1984年问世，至1989年出齐，共4卷。 第二版 由George Garrity主编分为5卷，将从2000年 起陆续出版。这一版纳入了研究核糖体RNA测序所产 生的许发育)分类系统。
• 部2：产甲烷菌(Methanogens，21属97种) • 部3：盐杆菌(Halobacteria，14属50种) • 部4：热原体(Thermoplasma，2属4种) • 部5：热球菌(Thermococci，5属19种)
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界Ⅱ：真细菌(Bacteria)
部6：产液菌(Aquifex)和相关细菌(3属5种) 部7：栖热袍菌(Thermotoga)和Geotogas，9
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分类(classification)：根据一定的原则(表型特征相似性或系 统发育相关性)对微生物进行分群归类，根据相似性或相关 性水平排列成系统，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程)
命名(nomenclature)：是根据命名法规，给每一个分类群一个专有 的名称。
3.种以下的分类单元
1）亚种(subspecies)和变种(variety)：
2）型(form或type)：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 分为不同的型。
例如：抗原特征的差异，分为不同的血清型； 对噬菌体裂解反应的不同，分为不同的噬菌体型
3）菌株(strain)：从自然界中分离得到的任何一种微生物的纯培养 物都可以称为一个菌株；用实验方法(如通过诱变)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。
特点: 使用尽可能多的性状，每个性状同等重要。
步骤:
(1) 收集菌株，选择性状
(2) 性状编码
(3) 相似性计算: 计算相关系数Ssm或Sj：
Ssm=（a+c）/(a+b+c) 正负反应性状
Sj=a/(a+b+c)
正反应性状
Sj > 80~85% 种
Sj > 65% 属
(4)系统聚类
(5)聚类结果的表示
鉴定(identification或determination)：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 地位的微生物所应归属分类群的过程。
(根据现有系统确定未知微生物分类归属的过程)
一、分类单元
1. 种以上的系统分类ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ元
七级
界 门 纲 目 科
属
种（基本分类单元）
种的具体代表： 称为“模式种”（type species）
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分类单元所造成的混乱， 细菌系统分类也像其他生物分类一样采用“模式概念”
种和亚种指定模式菌株（type strain）； 亚属和属指定模式种（type species）； 属以上至目级分类单元指定模式属（type genus）；
c） GC%的比较，主要用于分类鉴定中的否定.
亲缘关系近的生物，它们应该具有相似的G+C含 量，但具有相似G+C含量的生物，并不一定表明它 们之间具有近的亲缘关系。
（2）在分类学文献中
学名=属名+种名+（首次定名人）+现名定名人+现名定名年份
必要（斜体）
可省略（正体）
（3）三名法
有亚种或变种时，学名由“三名法”构成
学名=属名 + 种名加词 + subsp 或 var + 亚种或变种的加词
斜体
正体（可省略） 斜体（不可省略）
三、微生物分类鉴定的方法
菌种鉴定步骤：
获得纯培养物 测定必要的鉴定指标 查找权威性的菌种鉴定手册
分类鉴定方法：
经典分类鉴定法 微生物遗传型的鉴定 细胞化学成分的鉴定 数值分类法
现代方法
（一） 经典分类鉴定法
经典鉴定指标： • 形态学特征 • 生理学特征 • 生态学特征 • 生活史，有性生殖情况 • 血清学反应 • 对噬菌体的敏感性 • 其他
菌株是微生物分类和研究工作中最基础的操作实体
菌株与型的区别： • 菌株之间不存在鉴别特征的差异，命名不同的菌株无需分类学依 据； • 不同型的细菌之间存在鉴别特征的差异，命名或鉴定不同的型必 需有分类学依据。
二、微生物的命名
微生物名称： 俗名（common name） 学名（scientific name）
形态和生理生化特征是最常用 的细菌分类、鉴定指标
在生物学表型为指标的传统方法， 正在向微量化、简便化、快速化、智能 化的方向发展。目前，已有商品化的鉴 定系统，如：
API系统
“Enterotube”
“Biolog”全自动和手动系统
（二） 现代分类鉴定方法
1. 数值分类法（统计分类法）
按大量表型性状的相似性程度进行统计、归类
第十章 微生物分类与鉴定
本章内容
一、分类单元 二、命名规则 三、分类鉴定方法 四、微生物的分类系统
据保守估计，地球上 真菌约150万种，细菌4万种，病毒130万种 但认识的微生物仅是估计数量的5~10%，即15万~20万种
要认识、研究和利用类群庞大的微生物资源， 必须对它们进行分类。
分类学的具体任务有三个：
（1）学名国际命名法规： 双名法：属名 + 种名加词
属名在前，一般用拉丁文名词表示，字首字母大写 种名在后，常用拉丁文形容词表示，全部小写
一般用斜体表示
若所分离的菌株只鉴定到属而未鉴定到种，用 sp.（单数）或 spp.（复数）表示。 如：Bacillus sp.
当两个或多个学名排在一起时，若它们的属名 相同，则后面的属名可缩写成1个、2个或3个字母， 在其后加一个点。 如 ： Bacillus可缩写成“B.” 或“Bac.”
根据Carl Woese的理论，现在还在界之上使用域(domain)，即： 古生菌域、细菌域、真核生物域。
图10-5 生命世界的系统发育树状图（Olsen & Woese 1993）
2. 种（species）
种是生物分类中基本的分类单元和分类等级。 微生物的种：指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。
2. 微生物遗传型的鉴定
特点：
与形态及生理生化特性的比较不同，对 DNA的碱基组成的比较和进行核酸分子杂交 是直接比较不同微生物之间基因组的差异，因 此结果更加可信。
（1） DNA碱基比例的测定
测“GC比”：
(G+C ) mol% = （G+C ）/（A+T+ G+C ）× 100% 分类学上，用G+C占全部碱基的克分子百分数来
表示各类生物的DNA碱基组成特征。
DNA碱基组成是各种生物的一个稳定特征，即使 个别基因突变，碱基组成也不会发生明显变化。
GC%使用注意事项：
a）每个生物种都有特定的GC%范围，因此后者可以 作为分类鉴定的指标。细菌的GC%范围为25-75%， 变化范围最大。
b）GC%测定主要用于对表型特征难区分的细菌作 出鉴定，从分子 水平上判断物种的亲缘关系。