微生物的分类和分子鉴定讲稿.ppt

关于微生物的分类和分子鉴定第一页，讲稿共三十一页哦微生物的分类微生物的分子鉴定第二页，讲稿共三十一页哦微生物 定义：是生命学的重要分支，是研究微生物的种类、分布、形态、结构、代谢、生长繁殖、进化以及与人类、动物、植物等相互关系的一门学科。微生物非细胞生物非细胞生物原核生物原核生物部分真核生物部分真核生物（真菌、藻类、原生动物）（真菌、藻类、原生动物）第三页，讲稿共三十一页哦微生物特点n 体积小，比表面积大体积小，比表面积大n 吸收多，转化快吸收多，转化快n 生长旺，繁殖速生长旺，繁殖速n 适应性强，易变异适应性强，易变异n 适应性强，易变异适应性强，易变异第四页，讲稿共三十一页哦一、史前时期（直观应用时期）一、史前时期（直观应用时期）春秋战国时期春秋战国时期 微生物分解有机物质,沤粪积肥。公元二世纪的神农本草经公元二世纪的神农本草经 白僵蚕治病。公元公元6 6世纪世纪 后魏的贾思勰后魏的贾思勰 齐民要术齐民要术 谷物制曲、酿酒、制酱、造醋、腌菜。豆科植物与其它作物轮作 特点：未见微生物个体 凭经验利用微生物微生物的发展史第五页，讲稿共三十一页哦二、初创时期（形态学发展时期）二、初创时期（形态学发展时期）（1717世纪下半叶世纪下半叶十九世纪中叶）十九世纪中叶）使用显微镜观察微生物世界的时期。使用显微镜观察微生物世界的时期。代表人物：代表人物：列文列文虎克虎克 贡献贡献:（）发现了微生物世界（）发现了微生物世界 （）科学地描述了微生物的形态并阐述了它们的（）科学地描述了微生物的形态并阐述了它们的 繁茂性繁茂性 特点：特点：观察微生物个体观察微生物个体 形态描述形态描述第六页，讲稿共三十一页哦三、奠基时期（生理学发展时期）三、奠基时期（生理学发展时期）、巴斯德与自然发生说、巴斯德与自然发生说 、科赫与疾病的病菌说、科赫与疾病的病菌说 、贝耶林克、贝耶林克 （加富培养加富培养）、维诺格拉斯基、维诺格拉斯基 土壤微生物研究的生态学观点和原位研究路线。土壤微生物研究的生态学观点和原位研究路线。特点：特点：微生物学建立微生物学建立 创立微生物学方法创立微生物学方法 实践实践-理论理论-实践实践 建立分支学科建立分支学科 寻找病原菌寻找病原菌第七页，讲稿共三十一页哦四、发展时期（生物化学水平）四、发展时期（生物化学水平）时间：时间：1897-19531897-1953 代表人物：代表人物：E.BUCHNERE.BUCHNER（18971897）-生物化学奠基人生物化学奠基人 特点：特点：酵母菌酵母菌 代谢系统代谢系统 普通微生物学普通微生物学 寻找有益代谢产物寻找有益代谢产物 微生物工业化培养技术微生物工业化培养技术酵母细胞酵母细胞石英砂研磨石英砂研磨过过 滤滤滤液滤液酵母细胞酵母细胞葡萄糖葡萄糖酒精、酒精、CO2第八页，讲稿共三十一页哦五、成熟时期（分子水平）五、成熟时期（分子水平）时间：时间：1953年至今年至今 代表人物：代表人物：J.WATSON和和F.CRICK-分子生物学奠基人分子生物学奠基人 特点：特点：微生物生命活动规律微生物生命活动规律 发酵工程发酵工程 分支学科的发展分支学科的发展 基础理论和实验技术基础理论和实验技术 微生物基因组微生物基因组 贡献：贡献：电子显微镜的使用电子显微镜的使用 DNA的发现的发现第九页，讲稿共三十一页哦1、生物界的分类地球上的物种估计大约有200200万种万种，其中微生物超过10万种，而且其数目还在不断增加。（因已知微生物仅10%，已开发利用的是已知的1%。）在生物进化历史过程中演化形成生物种类和种群的多样性。在生物进化历史过程中演化形成生物种类和种群的多样性。生物分类生物分类就是通过研究生物的就是通过研究生物的系统发育系统发育及其及其进化历史进化历史，示各类生物的示各类生物的多样性多样性及其及其系统发生关系系统发生关系，编制分类系统，编制分类系统，还原生物的自然历史位置。还原生物的自然历史位置。化石资料、形态学、比较胚胎学化石资料、形态学、比较胚胎学高等高等动植物动植物分类分类较正确反映其系统发育第十页，讲稿共三十一页哦生物分类的二种基本原则：生物分类的二种基本原则：一、一、根据根据表型特征表型特征(phenotype)(phenotype)的相似程度分群归类，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；生物亲缘关系为目标；二、二、按照生物按照生物系统发育相关性水平系统发育相关性水平来分群归类，其目标来分群归类，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。发育的分类系统。微生物分类的难题：微生物分类的难题：绝大部分微生物个体小、形态简单、绝大部分微生物个体小、形态简单、易受环境影响而变异、缺少有性繁殖过程、易受环境影响而变异、缺少有性繁殖过程、缺乏化石资料。缺乏化石资料。第十一页，讲稿共三十一页哦生物的界级分类学说l生物的界级分类学说：生物的界级分类学说：在认识发展过程的不同阶段在认识发展过程的不同阶段存在对生物分类的不同观点。存在对生物分类的不同观点。l如：二界系统、三界系统、如：二界系统、三界系统、四界系统、五界系统、六界系统和三四界系统、五界系统、六界系统和三原界系统直至三域学说原界系统直至三域学说.第十二页，讲稿共三十一页哦 三原界系统是三原界系统是1978年由年由R.H.Whittaker和和L.Margulis提出提出的的（内共生学说内共生学说）。第十三页，讲稿共三十一页哦利用利用16S rRNA16S rRNA建立分子进化树的美国科学家建立分子进化树的美国科学家 Carl Woese Carl Woese 16S rRNA16S rRNA分子计时器（分子计时器（molecular chronometersmolecular chronometers）或分子尺、或进化）或分子尺、或进化钟（钟（evolutionary clockevolutionary clock）三域学说的建立三域学说的建立第十四页，讲稿共三十一页哦三域学说三域学说(three domains theory)(three domains theory)及其及其 生生物进化谱系树物进化谱系树三域三域:细菌域细菌域(Bacteria)(Bacteria)古生菌域古生菌域(Archaea)(Archaea)真核生物域真核生物域(Eukarya)(Eukarya)人类对微生物的认识人类对微生物的认识水平是生物界级水平是生物界级 分类的核心分类的核心第十五页，讲稿共三十一页哦微生物的进化地位：微生物的进化地位：通过放射性元素的计时技术，测得地球年龄约有通过放射性元素的计时技术，测得地球年龄约有45-46亿亿年。从最古老的微生物化石叠层岩中发现，类似细菌的年。从最古老的微生物化石叠层岩中发现，类似细菌的生物在约生物在约35亿年前就已出现，此时地球开始由亿年前就已出现，此时地球开始由化学进化化学进化转入到转入到生物进化生物进化阶段（此时为阶段（此时为单极生态系单极生态系，最早出现的，最早出现的生命形态主要是古生菌）；生命形态主要是古生菌）；发现蓝细菌类原核生物是在发现蓝细菌类原核生物是在21亿年前亿年前,此时已进化到此时已进化到双极双极生态系统生态系统，并且地球大气开始由无氧变成有氧，并且开，并且地球大气开始由无氧变成有氧，并且开始有了阻挡紫外线的臭氧层，之后出现真核微生物；始有了阻挡紫外线的臭氧层，之后出现真核微生物；大约大约6亿年前，水圈中出现了后生动物（摄食消费者），亿年前，水圈中出现了后生动物（摄食消费者），至此已形成了至此已形成了三极生态系三极生态系；之后出现由；之后出现由“鱼鱼陆生生物陆生生物两栖类两栖类爬行类爬行类”的进化趋势，的进化趋势，人类诞生至今不过人类诞生至今不过300万年。万年。第十六页，讲稿共三十一页哦2 2、微生物分类学、微生物分类学经典分类学：按微生物表型经典分类学：按微生物表型特征分类特征分类微生物系统学：按亲微生物系统学：按亲缘关系和进化规律分缘关系和进化规律分类类表型特征：形态学、生理生化学、生态学等，推断微生物的系统发育。表型特征结合分子水平上的基因型特征（如16S rRNA)，探讨微生物进化地位、系统发育关系并进行分类鉴定。微生物分类学的三个任务：分类、鉴定及命名微生物分类学的三个任务：分类、鉴定及命名分类是根据微生物的相似性和亲缘关系，将微生物归入不同的分类类群。分类是根据微生物的相似性和亲缘关系，将微生物归入不同的分类类群。鉴定是确定一个新的分离物属于已经确认的哪个分类类群的过程。鉴定是确定一个新的分离物属于已经确认的哪个分类类群的过程。命名是根据国际命名法规给每一微生物类群及种类以科学的名称。命名是根据国际命名法规给每一微生物类群及种类以科学的名称。第十七页，讲稿共三十一页哦以啤酒酵母为例，它在分类学上的地位是：以啤酒酵母为例，它在分类学上的地位是：界界(Kindom)(Kindom)：真菌界：真菌界 门门(Phyllum)(Phyllum)：真菌门：真菌门 纲纲(Class)(Class)：子囊菌纲：子囊菌纲 目目(Order)(Order)：内孢霉目：内孢霉目 科科(Family)(Family)：内孢霉科：内孢霉科 属属(Genus)(Genus)：酵母属：酵母属 种种(Species)(Species)：啤酒酵母：啤酒酵母3 3、微生物的分类单元和分类学名词、微生物的分类单元和分类学名词界、门、纲、目、科、属、种界、门、纲、目、科、属、种七级单元七级单元种是最基本的分类单元种是最基本的分类单元每一分类单元后可有若干辅助单元，如亚门、亚纲、亚目、亚科等每一分类单元后可有若干辅助单元，如亚门、亚纲、亚目、亚科等第十八页，讲稿共三十一页哦种（种（speciesspecies）：是一个基本分类单位；是一大群：是一个基本分类单位；是一大群表型特征表型特征高度相似、高度相似、亲缘关系亲缘关系极其接近，与极其接近，与同属同属内其他种有内其他种有明显差别明显差别的一大群的一大群菌株菌株的总称。的总称。菌株（菌株（strainstrain）:表示表示任何任何由由一个独立分离的单细胞繁殖而成的一个独立分离的单细胞繁殖而成的纯种群体纯种群体及其及其一切后代一切后代（起源于共同祖先并保持祖先特性的一组纯种后代群）（起源于共同祖先并保持祖先特性的一组纯种后代群）。因此，一种微生物的。因此，一种微生物的每一不同来源每一不同来源的纯培养物均可称为该的纯培养物均可称为该菌种菌种的一的一个个菌株菌株。菌株强调的是。菌株强调的是遗传型遗传型纯的谱系纯的谱系.以以 大肠埃希氏杆菌的大肠埃希氏杆菌的2 2个菌株为例：个菌株为例：Escherichia coliEscherichia coli K12 K12 和和 Escherichia coli Escherichia coli-157:H7-157:H7“菌株菌株”的数量是无限的；的数量是无限的；“种种”的数量应该是有限的。的数量应该是有限的。菌株名称表示法：紧随学名后，可随意命名。菌株名称表示法：紧随学名后，可随意命名。种是分类学上的基本单位，菌株是实际应用中的基本单位，种是分类学上的基本单位，菌株是实际应用中的基本单位，因为同一菌因为同一菌种的不同菌株在产酶等代谢物的种类或产量上会有很大的不同和差别种的不同菌株在产酶等代谢物的种类或产量上会有很大的不同和差别！第十九页，讲稿共三十一页哦模式种：模式种：在微生物中，一个种只能用该种内的一个典型菌株（在微生物中，一个种只能用该种内的一个典型菌株（type straintype strain）当其具体代表，此即该种的模式种）当其具体代表，此即该种的模式种（type species type species）。）。例如：例如：两歧双歧杆菌的大量菌株中，只有两歧双歧杆菌的大量菌株中，只有“ATCC29521”菌菌株才是模式种株才是模式种第二十页，讲稿共三十一页哦亚种亚种(subspeciessubspecies）或变种）或变种(variety)(variety)：种内细分时所用单元。种内细分时所用单元。当某一个种内的某一菌株存在少数明显而稳定的变异当某一个种内的某一菌株存在少数明显而稳定的变异特征与模特征与模式种不同，而此差异又不足以当作命名新种的依据时，可以将式种不同，而此差异又不足以当作命名新种的依据时，可以将这些菌株细分成小的分类单元这些菌株细分成小的分类单元亚种。亚种。变种是亚种的同义词，因变种是亚种的同义词，因“变种变种”一词易引起词义上的混淆一词易引起词义上的混淆，从，从19761976年后，已废除使用变种一词。年后，已废除使用变种一词。如：如：E.coliE.coli k12 k12（野生型）培养时是不需要添加氨基酸的，（野生型）培养时是不需要添加氨基酸的，而实验室变异后，可从而实验室变异后，可从k12k12菌株获得某种氨基酸的缺陷型菌株菌株获得某种氨基酸的缺陷型菌株，此即，此即E.coliE.coli k12 k12的一个亚种。的一个亚种。第二十一页，讲稿共三十一页哦型型(form):亚种以下的细分，仅作若干变异型的后缀使用亚种以下的细分，仅作若干变异型的后缀使用.当同种或同亚种内不同菌株之间的性状差异不足以分为新当同种或同亚种内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。的亚种时，可以细分为不同的型。例如：按抗原特征的差异分为不同的血清型；另有形态例如：按抗原特征的差异分为不同的血清型；另有形态变异型、致病变异型等变异型、致病变异型等纯培养纯培养(物物):在微生物学中在微生物学中,在人为规定的条件下培养、繁殖得到的微生物群在人为规定的条件下培养、繁殖得到的微生物群体称作培养物（体称作培养物（culture）,只有一种微生物的培养物称作纯只有一种微生物的培养物称作纯培养物（培养物（pure culture）.在实际工作中，纯培养常以试管斜在实际工作中，纯培养常以试管斜面或试管液体形式存在面或试管液体形式存在.上述名词中，菌株、亚种、变种、型、纯培养上述名词中，菌株、亚种、变种、型、纯培养(物）等都不具物）等都不具有分类学地位，只有种及其以上的分类单元才具有正式分类学有分类学地位，只有种及其以上的分类单元才具有正式分类学地位。地位。第二十二页，讲稿共三十一页哦原始微生物的分类方法 原始微生物的分类方法也叫着经典的分类方法（可以参考卢福平所编著的微生物学、M.t.马迪根，J.M.马西克，J.帕克所编著的微生物学）原始微生物的分类的主要依据：形态特征 结构特征 生理生化特征 生态特征第二十三页，讲稿共三十一页哦现代微生物的分类方法 分子分类方法 免疫血清技术是根据微生物抗原性的特点也即哺乳动物产生抗血清的特点，而建立的一套分类技术。蛋白质分析技术根据蛋白质是遗传信息的第二级表达产物，它决定微生物的形状。1.数值分析蛋白质图谱分析酶谱分析API ZYM酶测试系统第二十四页，讲稿共三十一页哦遗传分类法（基因分类法）1、DNA（G+C）mol%溶解温度法（热变性法）浮力密度法（CsCl 密度梯度离心法）2、核酸杂交：是指具有一定的互补系列的两条核酸单链 在液相或者是固相体系中按碱基互补配对原则重新组 合成双链的过程。常用于分类的方法主要有两种：1、DNA-DNA同源性分析 2、DNA-rRNA同源性分析第二十五页，讲稿共三十一页哦3、核糖体基因序列的分类价值16rRNA寡核苷酸序列分析16-23rRNA基因间隔区序列4、以DNA指纹图谱为基础的微生物分类鉴定限制性片段长度多态性分析随机扩增DNA多态性分析扩增片段长度多态性分心第二十六页，讲稿共三十一页哦5、其他与核酸体外扩增相关的微生物分类方法聚合酶链反应PCR衍生技术单链构像多态性（PCRSSCP）变性梯度凝胶电泳（DGGE）PCR6、原位荧光杂交第二十七页，讲稿共三十一页哦微生物的分子鉴定 菌种鉴定工作三部曲菌种鉴定工作三部曲1 1、获得该微生物的纯培养、获得该微生物的纯培养2 2、测定一系列必要的鉴定指标、测定一系列必要的鉴定指标3 3、查找权威性鉴定手册、查找权威性鉴定手册 伯杰氏鉴定细菌学手册(Bergeys Manual of Determinative Bacteriology）美国宾夕法尼亚大学的细菌学教授伯杰美国宾夕法尼亚大学的细菌学教授伯杰(D.Bergey)(1860-1937)(D.Bergey)(1860-1937)第二十八页，讲稿共三十一页哦三、鉴定（鉴定（identification或或determination）则是指借助于）则是指借助于现有的微生物分类系统，通过特征测定，确定未知现有的微生物分类系统，通过特征测定，确定未知的、新发现的或未明确分类地位的微生物所应归属的、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。分类群的过程。四、四、分子生物学的发展，使我们不仅可以根据表型特分子生物学的发展，使我们不仅可以根据表型特征，而且可以从分子水平上，通过研究和比较微生征，而且可以从分子水平上，通过研究和比较微生物乃至整个生物界的基因型特征来探讨生物的进化物乃至整个生物界的基因型特征来探讨生物的进化、系统发育和进行分类鉴定、系统发育和进行分类鉴定。鉴于微生物体形微小鉴于微生物体形微小、结构较简单等特点，微生物分类和鉴定除了像高、结构较简单等特点，微生物分类和鉴定除了像高等生物那样，采用传统的形态学、生理学和生态学等生物那样，采用传统的形态学、生理学和生态学特征之外，还必须寻找新的特征作为分类鉴定的依特征之外，还必须寻找新的特征作为分类鉴定的依据。据。第二十九页，讲稿共三十一页哦五、微生物分类学家从不同层次（细胞的、分子的）、微生物分类学家从不同层次（细胞的、分子的）、用不同学科（化学、物理学、遗传学、免疫学、分子用不同学科（化学、物理学、遗传学、免疫学、分子生物学等）的技术方法来研究和比较不同微生物的细生物学等）的技术方法来研究和比较不同微生物的细胞、细胞组分或代谢产物，从中发现反映微生物类群胞、细胞组分或代谢产物，从中发现反映微生物类群特征的资料作为微生物分类鉴定的依据特征的资料作为微生物分类鉴定的依据。因此微生物。因此微生物的的快速鉴定和自动化分析技术快速鉴定和自动化分析技术的应用与开发必将成为一的应用与开发必将成为一种趋势。种趋势。六、常用的分子鉴定方法六、常用的分子鉴定方法1、16S rRNA 二级结构二级结构2、PCR-SSCP技术技术3、同时在微生物遗传分类当中的分类方法也是相应的鉴定方法、同时在微生物遗传分类当中的分类方法也是相应的鉴定方法第三十页，讲稿共三十一页哦感谢大家观看感谢大家观看第三十一页，讲稿共三十一页哦