微生物的分類和分子鑒定

微生物的分類和分子鑒定第一頁，共二十八頁，2022年，8月28日微生物的分類微生物的分子鑒定第二頁，共二十八頁，2022年，8月28日微生物定義：是生命學(xué)的重要分支，是研究微生物的種類、分布、形態(tài)、結(jié)構(gòu)、代謝、生長(zhǎng)繁殖、進(jìn)化以及與人類、動(dòng)物、植物等相互關(guān)系的一門學(xué)科。

微生物非細(xì)胞生物原核生物部分真核生物（真菌、藻類、原生動(dòng)物）第三頁，共二十八頁，2022年，8月28日微生物特點(diǎn)體積小，比表面積大吸收多，轉(zhuǎn)化快生長(zhǎng)旺，繁殖速適應(yīng)性強(qiáng)，易變異適應(yīng)性強(qiáng)，易變異第四頁，共二十八頁，2022年，8月28日一、史前時(shí)期（直觀應(yīng)用時(shí)期）春秋戰(zhàn)國時(shí)期微生物分解有機(jī)物質(zhì),漚糞積肥。公元二世紀(jì)的《神農(nóng)本草經(jīng)》白僵蠶治病。公元6世紀(jì)后魏的賈思勰《齊民要術(shù)》谷物制曲、釀酒、制醬、造醋、腌菜。豆科植物與其它作物輪作特點(diǎn)：①未見微生物個(gè)體②憑經(jīng)驗(yàn)利用微生物微生物的發(fā)展史第五頁，共二十八頁，2022年，8月28日二、初創(chuàng)時(shí)期（形態(tài)學(xué)發(fā)展時(shí)期）（17世紀(jì)下半葉——十九世紀(jì)中葉）使用顯微鏡觀察微生物世界的時(shí)期。代表人物：列文·虎克

貢獻(xiàn):

（１）發(fā)現(xiàn)了微生物世界（２）科學(xué)地描述了微生物的形態(tài)并闡述了它們的繁茂性．

特點(diǎn)：①觀察微生物個(gè)體②形態(tài)描述第六頁，共二十八頁，2022年，8月28日三、奠基時(shí)期（生理學(xué)發(fā)展時(shí)期）

１、巴斯德與自然發(fā)生說２、科赫與疾病的病菌說３、貝耶林克（加富培養(yǎng)）４、維諾格拉斯基土壤微生物研究的生態(tài)學(xué)觀點(diǎn)和原位研究路線。

特點(diǎn)：①微生物學(xué)建立②創(chuàng)立微生物學(xué)方法③實(shí)踐-理論-實(shí)踐④建立分支學(xué)科⑤尋找病原菌第七頁，共二十八頁，2022年，8月28日四、發(fā)展時(shí)期（生物化學(xué)水平）時(shí)間：1897-1953代表人物：E.BUCHNER（1897）-生物化學(xué)奠基人特點(diǎn)：①酵母菌②代謝系統(tǒng)③普通微生物學(xué)④尋找有益代謝產(chǎn)物⑤微生物工業(yè)化培養(yǎng)技術(shù)酵母細(xì)胞石英砂研磨過濾濾液酵母細(xì)胞葡萄糖酒精、CO2第八頁，共二十八頁，2022年，8月28日五、成熟時(shí)期（分子水平）時(shí)間：1953年至今代表人物：J.WATSON和F.CRICK-分子生物學(xué)奠基人特點(diǎn)：①微生物生命活動(dòng)規(guī)律②發(fā)酵工程③分支學(xué)科的發(fā)展④基礎(chǔ)理論和實(shí)驗(yàn)技術(shù)⑤微生物基因組

貢獻(xiàn)：電子顯微鏡的使用DNA的發(fā)現(xiàn)第九頁，共二十八頁，2022年，8月28日1、生物界的分類地球上的物種估計(jì)大約有200萬種，其中微生物超過10萬種，而且其數(shù)目還在不斷增加。（因已知微生物僅10%，已開發(fā)利用的是已知的1%。）在生物進(jìn)化歷史過程中演化形成生物種類和種群的多樣性。生物分類就是通過研究生物的系統(tǒng)發(fā)育及其進(jìn)化歷史，示各類生物的多樣性及其系統(tǒng)發(fā)生關(guān)系，編制分類系統(tǒng)，還原生物的自然歷史位置。化石資料、形態(tài)學(xué)、比較胚胎學(xué)高等動(dòng)植物分類較正確反映其系統(tǒng)發(fā)育第十頁，共二十八頁，2022年，8月28日生物分類的二種基本原則：一、根據(jù)表型特征(phenotype)的相似程度分群歸類，這種表型分類重在應(yīng)用，不涉及生物進(jìn)化或不以反映生物親緣關(guān)系為目標(biāo)；二、按照生物系統(tǒng)發(fā)育相關(guān)性水平來分群歸類，其目標(biāo)是探尋各種生物之間的進(jìn)化關(guān)系，建立反映生物系統(tǒng)發(fā)育的分類系統(tǒng)。微生物分類的難題：絕大部分微生物個(gè)體小、形態(tài)簡(jiǎn)單、易受環(huán)境影響而變異、缺少有性繁殖過程、缺乏化石資料。第十一頁，共二十八頁，2022年，8月28日生物的界級(jí)分類學(xué)說生物的界級(jí)分類學(xué)說：在認(rèn)識(shí)發(fā)展過程的不同階段存在對(duì)生物分類的不同觀點(diǎn)。如：二界系統(tǒng)、三界系統(tǒng)、四界系統(tǒng)、五界系統(tǒng)、六界系統(tǒng)和三原界系統(tǒng)直至三域?qū)W說.第十二頁，共二十八頁，2022年，8月28日三原界系統(tǒng)是1978年由R.H.Whittaker和L.Margulis提出的（內(nèi)共生學(xué)說）。第十三頁，共二十八頁，2022年，8月28日利用16SrRNA建立分子進(jìn)化樹的美國科學(xué)家

CarlWoese16SrRNA——分子計(jì)時(shí)器（molecularchronometers）或分子尺、或進(jìn)化鐘（evolutionaryclock）

三域?qū)W說的建立第十四頁，共二十八頁，2022年，8月28日三域?qū)W說(threedomainstheory)及其生物進(jìn)化譜系樹三域:

細(xì)菌域(Bacteria)古生菌域(Archaea)真核生物域(Eukarya)人類對(duì)微生物的認(rèn)識(shí)水平是生物界級(jí)分類的核心第十五頁，共二十八頁，2022年，8月28日微生物的進(jìn)化地位：通過放射性元素的計(jì)時(shí)技術(shù)，測(cè)得地球年齡約有45-46億年。從最古老的微生物化石疊層巖中發(fā)現(xiàn)，類似細(xì)菌的生物在約35億年前就已出現(xiàn)，此時(shí)地球開始由化學(xué)進(jìn)化轉(zhuǎn)入到生物進(jìn)化階段（此時(shí)為單極生態(tài)系，最早出現(xiàn)的生命形態(tài)主要是古生菌）；發(fā)現(xiàn)藍(lán)細(xì)菌類原核生物是在21億年前,此時(shí)已進(jìn)化到雙極生態(tài)系統(tǒng)，并且地球大氣開始由無氧變成有氧，并且開始有了阻擋紫外線的臭氧層，之后出現(xiàn)真核微生物；大約6億年前，水圈中出現(xiàn)了后生動(dòng)物（攝食消費(fèi)者），至此已形成了三極生態(tài)系；之后出現(xiàn)由“魚—陸生生物—兩棲類—爬行類”的進(jìn)化趨勢(shì)，人類誕生至今不過300萬年。第十六頁，共二十八頁，2022年，8月28日2、微生物分類學(xué)經(jīng)典分類學(xué)：按微生物表型特征分類微生物系統(tǒng)學(xué)：按親緣關(guān)系和進(jìn)化規(guī)律分類表型特征：形態(tài)學(xué)、生理生化學(xué)、生態(tài)學(xué)等，推斷微生物的系統(tǒng)發(fā)育。表型特征結(jié)合分子水平上的基因型特征（如16SrRNA)，探討微生物進(jìn)化地位、系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系并進(jìn)行分類鑒定?！镂⑸锓诸悓W(xué)的三個(gè)任務(wù)：分類、鑒定及命名☆分類是根據(jù)微生物的相似性和親緣關(guān)系，將微生物歸入不同的分類類群?！铊b定是確定一個(gè)新的分離物屬于已經(jīng)確認(rèn)的哪個(gè)分類類群的過程?！蠲歉鶕?jù)國際命名法規(guī)給每一微生物類群及種類以科學(xué)的名稱。第十七頁，共二十八頁，2022年，8月28日以啤酒酵母為例，它在分類學(xué)上的地位是：界(Kindom)：真菌界門(Phyllum)：真菌門綱(Class)：子囊菌綱目(Order)：內(nèi)孢霉目科(Family)：內(nèi)孢霉科屬(Genus)：酵母屬種(Species)：啤酒酵母3、微生物的分類單元和分類學(xué)名詞界、門、綱、目、科、屬、種——七級(jí)單元種是最基本的分類單元每一分類單元后可有若干輔助單元，如亞門、亞綱、亞目、亞科等第十八頁，共二十八頁，2022年，8月28日種（species）：是一個(gè)基本分類單位；是一大群表型特征高度相似、親緣關(guān)系極其接近，與同屬內(nèi)其他種有明顯差別的一大群菌株的總稱。菌株（strain）:表示任何由一個(gè)獨(dú)立分離的單細(xì)胞繁殖而成的純種群體及其一切后代（起源于共同祖先并保持祖先特性的一組純種后代群）。因此，一種微生物的每一不同來源的純培養(yǎng)物均可稱為該菌種的一個(gè)菌株。菌株強(qiáng)調(diào)的是遺傳型純的譜系.以大腸埃希氏桿菌的2個(gè)菌株為例：EscherichiacoliK12和Escherichiacoli○-157:H7★“菌株”的數(shù)量是無限的；“種”的數(shù)量應(yīng)該是有限的。★菌株名稱表示法：緊隨學(xué)名后，可隨意命名。種是分類學(xué)上的基本單位，菌株是實(shí)際應(yīng)用中的基本單位，因?yàn)橥痪N的不同菌株在產(chǎn)酶等代謝物的種類或產(chǎn)量上會(huì)有很大的不同和差別！第十九頁，共二十八頁，2022年，8月28日模式種：在微生物中，一個(gè)種只能用該種內(nèi)的一個(gè)典型菌株（typestrain）當(dāng)其具體代表，此即該種的模式種（typespecies）。例如：兩歧雙歧桿菌的大量菌株中，只有“ATCC29521”菌株才是模式種第二十頁，共二十八頁，2022年，8月28日亞種(subspecies）或變種(variety)：——種內(nèi)細(xì)分時(shí)所用單元。當(dāng)某一個(gè)種內(nèi)的某一菌株存在少數(shù)明顯而穩(wěn)定的變異特征與模式種不同，而此差異又不足以當(dāng)作命名新種的依據(jù)時(shí)，可以將這些菌株細(xì)分成小的分類單元——亞種。變種是亞種的同義詞，因“變種”一詞易引起詞義上的混淆，從1976年后，已廢除使用變種一詞。如：E.colik12（野生型）培養(yǎng)時(shí)是不需要添加氨基酸的，而實(shí)驗(yàn)室變異后，可從k12菌株獲得某種氨基酸的缺陷型菌株，此即E.colik12的一個(gè)亞種。

第二十一頁，共二十八頁，2022年，8月28日型(form):亞種以下的細(xì)分，僅作若干變異型的后綴使用.當(dāng)同種或同亞種內(nèi)不同菌株之間的性狀差異不足以分為新的亞種時(shí)，可以細(xì)分為不同的型。

例如：按抗原特征的差異分為不同的血清型；另有形態(tài)變異型、致病變異型等純培養(yǎng)(物):在微生物學(xué)中,在人為規(guī)定的條件下培養(yǎng)、繁殖得到的微生物群體稱作培養(yǎng)物（culture）,只有一種微生物的培養(yǎng)物稱作純培養(yǎng)物（pureculture）.在實(shí)際工作中，純培養(yǎng)常以試管斜面或試管液體形式存在.上述名詞中，菌株、亞種、變種、型、純培養(yǎng)(物）等都不具有分類學(xué)地位，只有種及其以上的分類單元才具有正式分類學(xué)地位。第二十二頁，共二十八頁，2022年，8月28日原始微生物的分類方法原始微生物的分類方法也叫著經(jīng)典的分類方法（可以參考盧福平所編著的微生物學(xué)、M.t.馬迪根，J.M.馬西克，J.帕克所編著的微生物學(xué)）原始微生物的分類的主要依據(jù)：形態(tài)特征結(jié)構(gòu)特征生理生化特征生態(tài)特征第二十三頁，共二十八頁，2022年，8月28日現(xiàn)代微生物的分類方法分子分類方法免疫血清技術(shù)是根據(jù)微生物抗原性的特點(diǎn)也即哺乳動(dòng)物產(chǎn)生抗血清的特點(diǎn)，而建立的一套分類技術(shù)。蛋白質(zhì)分析技術(shù)根據(jù)蛋白質(zhì)是遺傳信息的第二級(jí)表達(dá)產(chǎn)物，它決定微生物的形狀。數(shù)值分析蛋白質(zhì)圖譜分析酶譜分析APIZYM酶測(cè)試系統(tǒng)第二十四頁，共二十八頁，2022年，8月28日遺傳分類法（基因分類法）1、DNA（G+C）mol%溶解溫度法（熱變性法）浮力密度法（CsCl密度梯度離心法）2、核酸雜交：是指具有一定的互補(bǔ)系列的兩條核酸單鏈在液相或者是固相體系中按堿基互補(bǔ)配對(duì)原則重新組合成雙鏈的過程。常用于分類的方法主要有兩種：1、DNA-DNA同源性分析2、DNA-rRNA同源性分析第二十五頁，共二十八頁，2022年，8月28日3、核糖體基因序列的分類價(jià)值16rRNA寡核苷酸序列分析16-23rRNA基因間隔區(qū)序列4、以DNA指紋圖譜為基礎(chǔ)的微生物分類鑒定限制性片段長(zhǎng)度多態(tài)性分析隨機(jī)擴(kuò)增DNA多態(tài)性分析擴(kuò)增片段長(zhǎng)度多態(tài)性分心第二十六頁，共二十八頁，2022年，8月28日5、其他與核酸體外擴(kuò)增相關(guān)的微生物分類方法