第十一章微生物分类..

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第十一章
微生物的分类
教学重点
1. 微生物的分类单元与命名
2. 微生物的分类方法
3. 微生物的分类系统 4. 微生物的鉴定方法
微生物分类学是研究微生物分类理论
和技术方法的科学。其目的是研究各类微 生物的特征及其亲缘关系,为微生物资源 的利用、控制和改造提供理论根据。其内 容包括 分类(classification) 鉴定(identification)和 命名(nomenclature)3部分。
生物种类极其繁多。据估计,目前人们已鉴定 命名的约有200万种,其中微生物约有20万种。
形态学、生理 生化学、生态学等。 重在应用,不涉及 进化和亲缘关系。
根据表型特征 生物分类原则
根据生物系统发 育相关性水平
探寻进化关 系,反映生物系 统发育过程。
微生物分类学是研究微生物分类理论和方法的学科。
第一节
如:
cillus thuringiensis subsp.Galleria
第二节 微生物分类鉴定方法
一、经典分类法
(一)形态特征: 1.个体形态:大小,形态,分化,结构,染色等。 2.群体形态:培养特征反映,菌落和液体培养的 特征。 (二)生理生化特征 1.营养特征:能否利用多糖、双糖、单糖、脂肪 酸CO2作为碳源和能源;能否利用蛋白质、蛋白胨、 氨基酸、铵盐等。
四、数值分类法
20世纪60年代,随计算机的应用而发展的细菌 分类方法。它对细菌的各种生物学性状按“等重要 原则”进行分类,一般需选用50项以上的形态的、 生理的、生化的、遗传的、生态的和免疫的特征等 指标逐一进行比较,通过计算机分析各菌间相似度, 划分细菌的属和种,并确定它们的亲缘关系。
数值分类可大致分为5个步骤: 1.确定分类单位和选择分类特征:数值分类最 低等级的分类单位称操作分类单位(OTU),OTU 可以是菌株、种或属等。 选择 50个以上乃至几百个, 所选性状尽可能包括微生物的各个方面。 2.性状编码:将实验测得的结果 ,如阳性用 “+”表示,阴性用“-”表示,转化成计算机能 识别、运算的符号并编码后,把它们排列成序号, 形成一个性状(原始数据)矩阵,然后分别用1 (阳性)和0(阴性)符号输入计算机。
(三)16S rRNA寡核苷酸分类目录
即16S rRNA寡核苷酸序列比较分析。现已被公认 为是研究生物进化的合适方法。主要原因是: (1)16S rRNA普通存在于原核生物和真核生物细 胞中,可用以比较它们在进化上的关系; (2)16S rRNA有重要并恒定的生理功能; ( 3 ) rRNA 的基因在细胞中是稳定的,不会转移; (4)16S rRNA分子的某些碱基顺序非常保守,同 时又有可变区段,可用作探索生物的主要进化历程; (5)16S rRNA在细胞中含量大易于提取,分子量 ( 1540bp )适中,且信息量大又易于分析。所以, 16S rRNA是理想的研究材料。
2.代谢产物 如通过检查微生物能否产生有 机酸、乙醇、碳氢化合物、气体及硫化氢等;能 否分解色氨酸产生吲哚;能否分解糖,能否产生 色素、抗生素等。 3.酶活性 观察是否有氧化酶、接触酶、脲 酶、凝固酶等。常测定的有淀粉水解、油脂水解、 酪素水解、明胶液化等项目。 4.在牛乳培养基中生长的反应 有些使牛乳中 的乳糖发酵产酸,致蛋白质凝固;有些具蛋白酶, 使酪蛋白分解为蛋白胨(胨化);另一些细菌则把 牛乳中的含氮物质分解成氨,使牛乳变成碱性。因 此,可观察牛乳中是凝固还是胨化,是产酸还是产 碱鉴定细菌。
(四)磷脂、醌、多胺分析 磷脂 磷脂的种类很多,其中有5种可作为鉴定的 指标:磷脂酰乙醇胺(PE)、磷脂酰甲基乙醇胺 (PME)、磷脂酰胆碱(PC)、磷脂酰甘油(PG)和一种含 葡萄糖胺未知结构的磷脂。 醌 用于细菌分类主要是甲基萘醌(menaquinone, 即VitK)和泛醌(ubiquinone,即辅酶Q )。甲基萘醌 用于放线菌与革兰氏阳性菌的分类。 多胺 用经典分类方法不易区别,但用多胺分析能 快速区别。 如黄单胞菌属(Xanthomonas)与植物致 病假单胞菌及一些腐生假单胞菌,大多数特征都一 样,前者主要是亚精胺,后者主要是腐胺。
方法: 热变性温度法、浮力密度法和高效液相色谱法。
(二)核酸杂交法 不同微生物DNA碱基排列顺序的异同直接反 应它们之间亲缘关系,碱基排列顺序差异越小, 它们之间的亲缘关系越近,反之亦然。 由于碱基对的排列顺序不能由DNA(G+C) mol%值反映微生物的亲缘关系,所以,目前分类 学主要采用较为间接的比较方法——核酸杂交 (nucleic acid hybridization),来比较不同微生物 DNA中碱基排列顺序的相似程度,以进行微生物 的分类。
微生物的分类单元与命名
一、微生物的分类单元
分类单元(taxon,复数taxa)是指某一个具体 的分类群,如原核生物界(Procaryotae)中的大肠 埃希氏菌属(Escherichia)和枯草孢杆菌(Bacillus
subtilis)等分别代表一个分类单元。
(一)种以上的分类单元
微生物分类的目的:把各种微生物按照它们的亲 缘关系分群归类,排成系统,以便于人们对微生物进 行鉴定和交流。分为7个基本的分类单元,由上而下一 次为: 界 (Kingdom) 门 (Phylum) 纲(Class) 目(Order) 科(Family) 属(Genus) 种(Species)
1.DNA-DNA杂交
原理:在高温条件下,DNA双链离解成单链 (变性),降温(退火)后互补的单链又可以重新 结合形成双链DNA(复性)。根据DNA的这个特 性,将两个不同的细菌的单链变性DNA混合,如果: 结合成完整的双链——杂交率为100%。同源程 度很高,其碱基顺序完全相同; 部分结合,杂交率小于100%。同源程度不高, 则单链会形成不同微生物之间。 不同微生物之间,DNA同源程度越高,其杂交 率就越高。
(五)蛋白质分析
运用高度标准化的SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳
(PAGE)分析,对支原体、细菌、放线菌和真
菌的鉴定。大量研究wk.baidu.com明全细胞蛋白质分析和
DNA-RNA杂交有高度相关性,故此法可用于种
和种以下的分类鉴定。常用的电泳方法有单向电
泳和 双向电泳,并应用特定的计算机软件对电泳
图谱进行分析。
三、遗传特征分类法
3.核酸探针
核酸探针(probe)是指能特异识别特异核苷酸 序列的、带有标记的一段单链DNA或 RNA分子。换 句话说,它是能与被检测的特定核苷酸序列(靶序 列)互补结合,而不与其他序列结合的带标记的単 链核苷酸片段。 根据特异性的不同,核酸探针在微生物鉴定与 检测中的作用也不同,有的探针只用于某一菌型的 检测,有的可用于某一种、属、科至更大类群范围 的微生物的检测或鉴定。 核酸探针 分为基因组DNA探针、RNA基因 (cDNA)探针、RNA探针和人工合成寡核苷酸探 针等。
目前,已记载过的生物种数约为150余万种,其 中微生物为10~20万种,而且还在急剧的扩大。
分类是根据一定的原则对微生物分群归类,根 据相似性或相关性水平排列成系统,并描述各个类 群的特征。
鉴定是指借助于现有的微生物分类系统,通过 特征测定,确定某一微生物应归属类群的过程,通 过鉴定可达到知类、辨名的目的。 命名是根据国际命名法规,为一个未知名字的 新培养物确定其学名的过程。
(三)生态特征 微生物对氧气、温度、酸碱度、盐度等环境因 素的要求也是分类的依据。 (四)对噬菌体和药物的敏感性 噬菌体有严格的寄主范围,它不仅对种有特异 性,而且对同种细菌的不同型也有特异性。通过观 察噬菌斑的形状、大小,在液体培养基中,是否使 由混浊变为澄清等作为鉴定依据。 (五)血清学反应 常用已知菌种、型或菌株制成抗血清(抗体), 与待鉴定的对象(抗原)是否发生特异性结合反应来 鉴定未知菌种、型或菌株。
DNA-DNA分子杂交测定核酸同源性的原理
<20% 20%~60% 60%的 >70%
不同菌属; 属内密切相关的种;> 同种; 同一亚种。
2.DNA –rRNA杂交
当两个菌株DNA 的非配对碱基超过10%~20%时, DNA-DNA杂交往往不能形成双链,因而限制DNA –DNA杂交主要用于种水平上的分类。 比较亲缘关系更远的菌株之间的关系,需要用 rRNA与DNA杂交。rRNA 是DNA 转录的产物。 rRNA-DNA杂交也可以显示不同的细菌的碱基顺序的 相似程度,因为rRNA的碱基顺序与一股单链DNA的 碱基顺序互补。 DNA同源性很低的两菌株,DNADNA杂交率很低或不能杂交时,用DNA- rRNA杂交, 仍可表现出较高的杂交率,故可以比较亲缘关系较远 的菌株间的关系,进行属及属以上分类单元的分类。 DNA- rRNA杂交与DNA –DNA杂交的原理和方 法基本相同。
种(species) 微生物种是表型特征高度相似、 亲缘关系极其接近与其他种有明显差异的一群菌株 的总称。 在具体分类时,常用一个被指定的能代表这个 种群的模式菌株或典型菌株(type strain)作为该种 的模式种(type s pecies)来定种,模式种往往是定为 一个新属的第一个种或第一批种之一,也可以是在
某一已知属内任意指定的种。
(二)种以下的分类单元
1.亚种(subspecies,缩写为subsp.) 亚种是种 的进一步细分单位,一般指一明显而稳定的特征与 模式种不同但又不足以区分为新种的菌株类群。 2.变种(Variety,缩写为var.) 变种与亚种同 义,近已废止。是指在某些(通常是较少)方面与 特定的典型种的相应特性有所不同的菌株。 3.“型”(type) 型是同种之内在某些特殊性 质上有区别的类群。它们之间的区别不象亚种那样 显著,曾用于亚种以下的细分,但目前已废除 。
16S rRNA 寡核苷酸编目分析依据的原理:用 一种核糖核酸酶水解 rRNA ,可产生一系列寡核苷 酸片断。如果两种或两株微生物亲缘关系越接近,
则它们产生的寡核苷酸片断的顺序也越近,反之
亦然。
古 菌 域 这 个 “ 第 三 界 生 物 ” 正 是 基 于 16S
rRNA寡核苷酸序列比较分析而确定的。
如微生物的斜面培养物、摇瓶培养物等。
二、微生物分类单元的命名
微生物种名的命名和其他高等生物一样,采用
林奈创立的“双名法”。
属名在前,一般用拉丁字名词表示,字首字母大写。
种名在后,常用拉丁文形容词表示,全部小写。
学名= 属名+种名+(首次定名人)+现名定名人+定名年份 必要、用斜体字 可省略,均用正体字
例:
Staphylococcus aureus Rosenbach 1884
Bacillus subtilis (Ehrenberg)Cohn 1872
亚种(subspecies,缩写subsp.)或变种(variety,
缩写var.)采用三名法:
学名= 属名+种名+(Subsp.或var.)+亚种(或变种)名 用斜体字 用正体字,可省略 用斜体字
4. 菌株(strain)菌株又称品系。一个菌株是指由 一个单细胞繁衍而来的克隆(clone)或无性繁殖系中
的一个微生物或微生物群体。如果用实验方法(如通
过诱变)所获得的某一菌株的变异型,则可以称为一
个新的菌株,以便与原来的菌株相区别。
培养物(culture): 一定时间一定空间内微生物的细胞群或生长物。
(一)DNA的碱基组成[(G+C) mol%] 不同种的微生物DNA碱基对排列顺序不同,其 (G+C) mol%值一般随种的不同而变化。一般认为, 亲缘关系相近的种,其碱基对排列顺序相近,其 (G+C) mol%值也接近。但(G+C) mol%值接近的两 个种的亲缘关系则不一定接近。 2.5%~4.0% <2% >5% >10% 同种; 无分类学上的意义; 两个不同的种; 不同属 。
二、化学分析法
(一)细胞壁的化学成分 如G—细胞壁的肽聚糖含量少,有较多的脂蛋白、 脂多糖,而G+菌细胞壁的肽聚糖含量多,含有磷壁 酸。革兰氏G+菌中,不同的菌种肽聚糖的含量差异 很大(30%~95%),结构和组分上也因菌种而异。 (二)全细胞水解液的糖型 放线菌全细胞水解液的糖型可分为①阿拉伯糖, ②半乳糖, ③无糖, ④木糖和阿拉伯糖 4类。 (三)脂肪酸组成 通过气-液相质谱分析测定微生物所含的饱和脂 肪酸及不饱和脂肪酸组成的差异。
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