微生物的进化系统发育分类描述
微生物的分类和系统发育
病毒
定义：病毒是一种非细胞微生物， 必须寄生在活细胞中才能复制繁殖。
形态：病毒的形态各异，常见的有 球形、杆形和丝形等。
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分类：病毒可以根据其宿主范围和 基因组类型进行分类，如DNA病毒 和RNA病毒，以及单链和双链病毒。
繁殖方式：病毒通过吸附、侵入、 复制和释放等过程在宿主细胞内繁 殖。
应用：藻类在食品、饲料、医药、化工等领域具有广泛的应用价值
微生物的系统发育
进化树
定义：表示生物进化关系的图形，由共同祖先出发，随着时间发展而分支 进化 作用：揭示生物之间的亲缘关系和进化历程
构建方法：基于基因序列、蛋白质序列等分子生物学数据
应用领域：生物分类学、进化生物学、古生物学等
基因组学
基因组学在微生物系统发育研究中的应用 基因组学在微生物分类中的作用 基因组学在微生物进化研究中的应用 基因组学在微生物生态学研究中的应用
微生物的分类和系统发育
汇报人：XX
微生物的分类 微生物的系统发育
微生物的分类
细菌ห้องสมุดไป่ตู้
定义：细菌是 一种单细胞微 生物，是所有 生物中最原始
的一种
分类依据：根 据细菌的形态、 染色反应、培 养特性等特征
进行分类
常见种类：球 菌、杆菌、螺
旋菌等
生物学意义： 细菌在自然界 中分布广泛， 是地球生态系 统的重要组成 部分，对人类 也有着重要的
真菌
真菌分为酵母菌、霉菌和蘑 菇三大类
真菌属于真核生物，具有细 胞核和细胞器
真菌通过无性繁殖和有性繁 殖的方式进行繁殖
真菌在生态系统中扮演着分 解者、生产者和消费者的角
色
《微生物学》微生物的分类
PART THREE
第三节 微生物分类单元与分类等级
PART THREE 微生物分类单元与分类等级
分类单元（taxa）是指具体的分类群，如细菌域（Bacteira）、放
1 线菌目（Actinomycetales）、红球菌属（Rhodococcus）等就分 别代表一个分类单元。
分类等级，按照域(domain)、界(kingdom)、门(division/phylum)、
PART FIVE 原核微生物的分类
图5-2 BIOLOG GenⅢ鉴定板 （关统伟，2016） a, 实验内容；b，结果判读
PART FIVE 原核微生物的分类
图5-3 BIOLOG鉴定系统操作过程 （关统伟，2016）
PART FIVE 原核微生物的分类
二、 化学分类
细胞脂肪酸 组分测定
全细胞水解 糖组分分析
PART FOUR 微生物的命名
二、 三名法
• 当 某 一 种 微 生 物 是 一 个 亚 种 (subspecies, “subsp”) ， 或 是 一 个 变 种 (variety, “var”，亚种的同义词)时，使用三名法。
• 三名法(trinominal nomenclature)命名的学名原则：
PART FIVE 原核微生物的分类
a.
b.
API Staph细菌鉴定系统
c.
图5-1 API Staph鉴定试条 （关统伟，2016） a. 实验内容；b，操作步骤；c，结果判读
PART FIVE 原核微生物的分类
Biolog全自动微生物鉴定系统
Biolog全自动微生物鉴定系统是美国安普科技中心（ATC US）研发的一套 系统。此系统适用于动、植物检疫，临床和兽医的检验、食品、饮水卫生的 监控，药物生产，环境保护，发酵过程控制，生物工程研究，以及土壤学、 生态学和其它研究工作等。此系统的商品化，开创了细菌鉴定史上新的一页。 特点是自动化、快速（4 ~ 24h）、高效和应用范围广。
微生物分类的方法
微生物分类的方法
1.形态学分类：
-非细胞型微生物（病毒）：根据其核酸类型、壳体结构、基因组大小和结构等特征分类。
-原核细胞型微生物（细菌、古菌）：通过显微镜观察它们的形态如形状、排列方式（杆菌、球菌、螺旋菌等）、染色反应（革兰氏阳性菌或革兰氏阴性菌）、鞭毛结构以及特殊结构（芽孢、荚膜等）来初步分类。
-真核细胞型微生物（真菌、原生动物等）：根据孢子形态、菌丝构造、繁殖方式等进行区分。
2.生理生化特征：
-进行一系列生化实验，例如糖发酵试验、氧化酶试验、触酶试验、脂肪酸组成分析等，以确定微生物在新陈代谢上的差异并据此分类。
3.分子生物学方法：
-DNA-DNA杂交技术：比较不同微生物间全基因组或者特定基因序列的相似度，以此作为分类依据。
-16SrRNA基因测序：这是细菌和古菌分类的金标准，通过分析16SrRNA基因序列的同源性和系统发育关系进行分类。
-基因组学分析：随着高通量测序技术的发展，对微生物全基因组进行测序，通过比对基因组序列构建系统发育树，实现更精细的分类。
4.生态分布与功能特性：
-微生物在自然环境中的分布、生存策略及所起的生态功能也是分类的重要参考因素。
微生物学知识点
微生物学知识点微生物学是研究微生物的起源、结构、生理、遗传、分类、繁殖等方面的学科，也是生物学的重要分支之一、微生物学的研究对象主要包括细菌、真菌、病毒等。
下面是微生物学的几个重要知识点。
1.微生物的起源和进化：微生物是地球上最早出现的生命形式之一，其起源可以追溯到40亿年前。
微生物通过进化不断适应和适应变化的环境，演化成了今天的各种形式。
微生物在地球上的生命史和环境适应能力的研究是微生物学的重要内容。
2.微生物的结构：微生物的结构包括细菌的细胞壁、胞质、核物质以及相关的细胞器；真菌的菌丝体、菌丝、孢子等；病毒的DNA或RNA核酸和蛋白质壳。
了解微生物的结构可以帮助揭示其功能和生理特性。
3.微生物的生理特性：微生物的生理特性包括新陈代谢、营养、呼吸、繁殖等。
微生物可以通过多种方式获取能量和营养物质，如光合作用、化学发酵和异养等。
了解微生物的生理特性可以对其生长和代谢过程进行研究。
4.微生物的遗传和突变：微生物的遗传特性是指微生物遗传信息的传递和变异。
微生物可以通过基因重组、纵横转移等方式传递基因信息，进一步影响其适应性和功能。
微生物的突变是指其基因产生突变或重组，从而使其产生新的遗传信息。
5.微生物的分类和系统发育：微生物的分类主要根据其形态、生理特性和遗传信息等进行分类。
微生物的分类可以通过传统的分离培养和形态鉴定，也可以通过分子生物学技术如PCR、DNA测序等进行分类。
同时，微生物的系统发育是指通过研究微生物的遗传信息和进化关系来建立微生物的分类系统。
6.微生物与人类健康：微生物对人类健康有重要影响。
一方面，微生物可以引起人类各种疾病，如细菌感染、真菌感染、病毒感染等。
另一方面，微生物在人类肠道和皮肤上起着重要的保护作用，维护人体的健康状态。
7.微生物与环境的关系：微生物在自然界中广泛存在，并与环境密切相关。
微生物参与了地球上的物质循环过程，如氮循环、硫循环等。
微生物还可以通过合成蛋白质、产生酶等方式参与生物技术的应用，如生物燃料的生产、环境污染物的降解等。
微生物的进化系统发育和分类鉴定
第22页
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
第23页
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
第31页
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
第32页
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
第17页
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。
生物3.10微生物的类群、营养、代谢和生长
微生物的能量代谢
化能自养生物
01
利用化学反应释放的能量来合成有机物质的微生物，如硝化细
菌。
化能异养生物
02
利用有机物质氧化过程中释放的能量来合成有机物质的微生物，
如大肠杆菌。
光能自养生物
03
利用光能来合成有机物质的微生物，如藻类。
微生物的代谢途径
糖酵解途径
葡萄糖在无氧条件下被分解成丙 酮酸，产生少量能量和还原力的 代谢途径，是厌氧微生物的主要 代谢途径。
三羧酸循环
在有氧条件下，线粒体中的乙酰 CoA完全氧化成二氧化碳和水， 并释放能量的代谢途径。
戊糖磷酸途径
葡萄糖经过一系列反应生成五碳 糖和六碳糖的代谢途径，是需氧 生物的主要糖代谢途径之一。
04 微生物的生长
微生物的生长曲线
延迟期
细胞适应生长环境，不进行分 裂，数量基本不变。
对数生长期
细胞快速分裂，数量呈指数增 长。
氧气
好氧微生物需要氧气进行呼吸，厌氧微生物 则在无氧环境下生长。
微生物的生长繁殖方式
无性繁殖
通过二分裂、出芽等方式进行无性繁殖，繁殖速度快。
有性繁殖
通过配子结合形成合子，再发育成新个体，繁殖速度慢。
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03 微生物的代谢
分解代谢和合成代谢
分解代谢
微生物通过分解有机物质获取能量和营养物质的过程。这些有机物质可以是糖 类、蛋白质、脂肪等。分解代谢过程中，微生物产生能量并合成新的细胞成分。
合成代谢
微生物利用能量和营养物质合成细胞成分的过程。合成代谢过程中，微生物消 耗能量并产生新的细胞成分，如蛋白质、核酸等。
生物3.10微生物的类群、营养、 代谢和生长
微生物的分类方法
微生物的分类方法微生物是一类微小的生物体，包括细菌、真菌、原生动物和病毒等多种类型。
为了便于研究和分类微生物，科学家们使用了多种分类方法。
下面将介绍一些常见的微生物分类方法。
一、分类方法的发展概述微生物分类方法的发展可以追溯到17世纪的拉特内尔系统。
他通过观察和描述微生物的形态特征，将微生物分为三个大类：细菌、真菌和原生动物。
之后，人们发现微生物还包括病毒等特殊类型，为了更准确地分类微生物，不断有新的分类方法被提出。
基于形态特征的分类方法是最早也是最常用的分类方法之一、细菌可以根据形状（球形、杆状、螺旋形）、大小、颜色等特征进行分类。
真菌可以根据菌丝形态、子实体的形状、颜色等特征进行分类。
原生动物可以根据鞭毛、纤毛、假足、鳞片等结构特征进行分类。
这种方法的优势是直观、简单，但有时不够准确，因为不同种类的微生物可能存在相似的形态特征。
生物化学分类方法利用微生物在生化反应上的差异进行分类。
细菌可以根据其对不同营养源的利用能力、产气能力、氧需求、酶活性等生化特征进行分类。
真菌可以根据其对碳源和氮源的利用能力、酶的产生能力等生化特征进行分类。
利用生化方法可以确定微生物的代谢途径、生态位、对环境的适应能力等，有助于更深入地了解微生物的功能和特性。
随着遗传学的发展，基于遗传特征的分类方法被广泛应用于微生物分类。
该方法利用微生物的基因组DNA序列进行分类。
通过序列比对和构建系统发育树，可以确定不同微生物之间的亲缘关系和进化关系。
常用的是16SrRNA基因，这个基因片段在细菌和原生动物中普遍存在。
利用这一方法，可以准确地确定一些微生物属于哪个科、属和种。
利用微生物的免疫学特性进行分类也是一种常见的方法。
通过检测微生物产生的抗原和体液抗体的相互作用关系，可以将微生物分成不同的免疫血清型，进而进行分类。
这种方法被广泛应用于病原微生物的分类和诊断。
例如，人们常用血清学方法来鉴别细菌和病毒等病原微生物种类。
总结起来，微生物的分类方法有形态特征、生物化学特征、遗传特征和免疫学特征等。
微生物的进化、系统发育和分类鉴定
主要仪器设备
通用：气相色谱、液相色谱、质谱、X射 线衍色、核磁共振波谱仪、激光拉曼光谱仪、 激光显微镜等。 专用：阻抗测定、放射测量、微量量热计、 生物发光测量仪、药敏自动测量仪、自动微生物 检测仪。
现代分子生物学和免疫学技术 DNA探针，PCR、DNA芯片、ELISA、免疫 荧光、放射免疫及全自动免疫诊断。 计算机的应用 分类鉴定中的应用：分类单位确定、选择 分类特征；特征资料收集；资料编码、标准化； 相似性数值聚类分析。 在线控制：pH、温度、时间、压力、搅拌 转速、溶氧、补料等。 图像处理、分析、三维模拟，资料存储。
菌株或品系（strain）：同种微生物不同来源的 纯培养。模式菌株：按照命名法规的要求，当命名一 个新种时，需要指定一个菌株为这个种的命名模式。 群（group，series）：某些微生物特性介于两 种微生物之间，不易区分，两个种及它们之间的微生 物统称为群。
2、分类单元的命名
每一种微生物都有一个自己的专门名称。名称 分两类，一类是地区性的俗名(common name， vernacular name)；另一类是国际上统一使用的名 称，即学名(scientific name)。 中国科学院命名（俗名） As1299―――――“1”表示细菌。 As2604―――――“2”表示酵母菌。 As3758―――――－“3”表示霉菌。 As4650――――――“4”表示放线菌。 As5604――――――“5”表示真菌。
噬菌体分型 根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作用的特异性进行细菌鉴 定。
3 氨基酸顺序和蛋白质分析
蛋白质是基因的产物，蛋白质氨基酸顺 序直接反应mRNA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比 较来分析不同生物系统发育的关系，序列相 似性越高，其亲缘关系愈近。
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rRNA序列测定和分析方法
1、寡核苷酸编目分析法-30%序列， 发现古生菌
（1）16SrRNA提取--T1核酸酶水 解--同位素标记--电泳分离、放 射自显影技术、电泳图谱，确定 寡核苷酸分子序列
相似性系数法和序列印记法比较亲 缘关系
• 相似性系数法：通过计算相似性 系数SAB值来确定微生物之间的关 系（SAB=2NAB/(NA+NB)
三界生物的主要特征
• 伍斯：用寡核苷酸序列编目分析法
• 三界(域) ：Bacteria(细菌)、Archaea(古生菌)和 Eukarya(真核生物)
第二节 细菌分类
• 分类(classification)是根据一定的原则(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， 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
门Phylum(phybum) 纲Class(Classis) 目Order(Ordo) 科Family(Familia) 属Gennus(Genus) 种Species(Species)
“亚”、“超”、“族”—辅 助单元
分类单元及其等级
• 培养物(culture)，是指一定时间一定空间内微生物的细胞群或生长物。
• 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 称为微生物的一个菌株；用实验方法(如通过诱变)所获得的某一菌株的变 异型---新的菌株，与野生型区别。
• 种群(population)----是指一定空间中 同种个体的组合。
• 种(species)，是生物分类中基本的分类单元和分类等级，具有共同特征 的亚种组成
“新种”(sp.nov): 新被鉴定的种发表时应在其学名后标上 sp.nov.的符号，新种发表前应将其模式菌株的培养物存放在一 个永久性的保藏机构，并应允许人们从中取得
2、在16SrRNA分子中(系谱分析的分子尺，古化石)，既含有 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
3、16SrRNA分子量大小适中，便于序列分析. （5S\16S\23S,120个核苷酸\1540\2900）
4、rRNA普遍存在于真核生物和原核生物中，且占总RNA的 90%，便于提取（伍斯）。
古生菌、细菌和真核生物的16S(18S)RNA的印记序 列
2、全序列分析法 用反转录酶和双脱氧序列分析，可以对未经纯化的rRNA抽提物 进行直接的序列测定
双脱氧核苷终止法测定全序列
系统发育树
• 系统发育树----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)生物之间的亲缘关系，这 种树状分枝的图型被称为系统发育树(phylogenetic tree)，简称系统树
• 命名(nomenclature)是根据命名法规，给每一个
分类群一个专有的名称
• 鉴定(identification或determination)则是指借
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
分类单元及其等级
七级分类单元 • 界Kingdom(Regnum)
第十二章 微生物的进化、系统发 育和分类鉴定
• 进化的测量指征 的快速鉴定和自动化分析技术
第一节 进化的测量指征
• 高等动植物判断亲缘关系：形态结构、生理生 化、行为习性等表型特征，少量的化石资料
• 微生物：形体微小、结构简单、缺少有性繁殖 过程，依靠表型特征无法测量其系统发育
• 无根树：只是简单表示生物类群之间的系统发育关系， 并不反映进化途径
• 有根树：不仅表示出A、 B、C、D的亲疏，而且反 映出它们有共同的起源及 进化方向
全生命系统树(Olsen和Woese 1993)
• 基因组系列研究表明：在域内和域间存在广泛的 基因水平转移，及真核生物拥有来自细菌或古生 菌的基因，两域之间也有频繁的基因交换。甚至 细菌也可从真核生物域获得基因。
• 序列印记法：通过序列比较后， 若发现某些序列仅为某种(群)微 生物所特有，这些序列即可作为 该种(群)微生物的印记序列
序列印记通常出现在某一特定系统发育群的全部 成员或绝大多数成员。 20世纪70年代末，生命分为三界的理论，就是采 用寡核苷酸编目分析法对大量微生物分析比较后 提出来的
电泳的原理
• 亚种(subspecies)或变种(variety)，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，将这些菌株 细分成两个或更多的小的分类单元--亚种。亚种是正式分类单元中地位最 低的分类等级。
• 型(form或type)，常指亚种以下的细分
• 属(genus)，是介于种(或亚种)与科之间分类等级，也是生物分类中的基 本分类单元。通常是把具有某些共同特征或密切相关的种归为一个高一 级的分类单元，称之属。
双命名法 学名 = 属名 + 种名 + 首命人.年 + 现命人.年
词首大写 词首小写 通常学术论文中不写
Bacillus subtilis (Ehrenberg) Cohn 1872 Escherichia coli (Migula) Castellani et Chalmers 1919
学名 = 属名 + 种名 + 亚种或变种名称
• 2、在各种生物中功能同源的大分子
• 3、为了鉴定大分子序列的同源位置或同源区， 要求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
• 4、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 (选择进化速率低的分子 序列)
rRNA作为进化的分子指征依据
1、rRNA参予生物蛋白质的合成过程，其功能是任何生物都必 不可少的，而且在生物进化的漫长历程中，其功能保持不变
进化指征的选择:
• 微生物的系统发育，主要是分析和比较生物大分子 的结构特征，特别是蛋白质、RNA和DNA这些反 映生物基因组特征的分子序列，作为判断各类微生 物乃至所有生物进化关系的主要指征
• 蛋白质、RNA和DNA序列进化变化的显著特点是 进化速率相对恒定
合适的指征大分子
• 1、必须普遍存在于所研究的各个生物类群中