微生物的分类.ppt
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1、关于微生物的分类现在学习的是第1页,共73页第一节微生物的分类单元一、种以上的分类单元 界、门、纲、目、科、属、种二、种的概念及命名 微生物的种是一个基本分类单元,它是一大群表型特征高度相似、亲缘关系极其接近、与同属内的其他物种有着明显差异的一大群菌株的总称。在微生物中,一个种只能用该种内的一个典型菌株当作它的具体代表,此菌株维该种的模式种。现在学习的是第2页,共73页微生物种的学名表示方法有双名法和三名法1、双名法属名种名加词(首次定名人)现名定名人现名定名年份大肠埃希氏菌Escherichia coli(Migula)CastellanietChalmers19192、三名法属名种名加词符
2、号subsp或var亚种或变种的加词苏云金芽孢杆菌蜡螟亚种 Bacillus thuringiensis(subsp)galleria现在学习的是第3页,共73页三、种以下的分类单元1、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,其余鉴定特征都与模式种相同的种。2、菌株:它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。因此微生物的每一不同来源的纯培养物均可称为某菌种的一个菌株。如:E.coliK12、E.coliO-157:H7等现在学习的是第4页,共73页第二节微生物在自然界的地位一、三域学说及其发展细菌域古生菌域真核生物域细菌、古生
3、菌与真核生物若干重要特征的比较现在学习的是第5页,共73页现在学习的是第6页,共73页第三节各大类微生物的分类系统纲要一、伯杰氏手册简介1923年美国出版了一部原核生物分类体系的权威著作,名为伯杰氏鉴定细菌学手册(Bergeys Manual of Determinative Bacteriology),此部著作一直再版至今已出版了11个版本,编写人员由最初的美国学者D.Bergey等人进一步国际化和扩大化。1980年代初起,该手册组织了国际上20余国的300多位专家,合作编写了4卷本的新手册,书名改为伯杰氏系统细菌学手册(Bergeys Manual of Systematic Bacter
4、iology),此书是目前国际上最为流行的实用版本。现在学习的是第7页,共73页第三节微生物分类鉴定的方法一、微生物分类鉴定中的经典方法1、微生物分类鉴定的工作步骤(1)获得该微生物的纯培养物(2)测定一系列必要的鉴定指标(3)查找权威性的菌种鉴定手册现在学习的是第8页,共73页 不同的微生物往往有自己不同的重点鉴定指标。如:在鉴定形态特征较丰富、细胞体积较大的真菌等微生物时,常以形态特征为主要指标;在鉴定放线菌和酵母菌时,往往形态特征与生理特征兼用;而在鉴定形态特征较单调的细菌时,须使用较多的生理、生化和遗传等指标;在鉴定属于非细胞生物类的病毒时,除使用电子显微镜和各种生化、免疫等技术外,还
5、要使用致病性等一些独特的指标和方法。现在学习的是第9页,共73页2、经典的鉴定指标 形态个体:细胞、大小、排列、运动性、特殊构造和染色反应等 群体:菌落形态,在半固体或液体培养基中的生长状态 营养要求:能源、碳源、氮源、生长因子等 酶:产酶种类和反应特性等经典鉴 生理、生化反应代谢产物:种类、产量、颜色和显色反应等定指标 对药物的敏感性 生态特性:生长温度、与氧、pH、渗透压的关系,宿主种类,与宿主关系等 生活史,有性生殖情况 血清学反应 对噬菌体的敏感性 其他现在学习的是第10页,共73页3、国内外常见的自动快速鉴定系统 由于致人、畜疾病和植物病害的微生物种类的不断增加,以及经济的发展,人们
6、对食品、日化、环境等行业微生物要求的不断提高,传统的用单个试验来鉴定微生物不仅工作量十分浩大,而且对技术熟练度的要求也很高,因此,出现了以数值分类为基础的鉴定系统,使细菌鉴定简易化、微量化和快速化。目前,有关细菌鉴定的系统应用得较多的国外的鉴定系统,主要有法国的API;美国的Biolog;Enterotube等。现在学习的是第11页,共73页(1)、API(Analytic Products Inc)鉴定系统 由法国生物-梅里埃集团(bio-Merieux)生产,设计了不同的项目与底物组合,ATB是将API鉴定电脑化,该系统有许多种类各有相应的数据库,可鉴定出不同数目的细菌,鉴定后可根据鉴定的
7、可信度(id)作出评价:id 99.9“最佳的鉴定”excellentid 99.099.8“很好的鉴定”very goodid 90.098.9“好的鉴定”goodid 80.089.9“可接受的鉴定”acceptableid 79.9以下“低分辨率”low discrimination现在学习的是第12页,共73页 API系统已为国内外微生物学家所公认,并为许多实验室普遍选用,适用于API系统鉴定的细菌有700多种,由于具有自动、快速、高效的特点,可广泛应用于医药、临床、兽医、食品、水质测定、环境保护、药物生产、发酵、生物工程、动植物检疫、生态学和土壤学等研究,特别适合于快速、大量的菌株鉴
8、定。现在学习的是第13页,共73页现在学习的是第14页,共73页现在学习的是第15页,共73页 由美国的Roche公司生产 又称肠管系统,适合于肠道细菌的鉴定。(2)、“Enterotube”系统现在学习的是第16页,共73页(3)、Biolog细菌鉴定系统 由美国安普科技中心(ATC US)生产,可鉴定1千多种微生物。现在学习的是第17页,共73页二、微生物分类鉴定中的现代方法1、rRNA测序是一种通过分析原核或真核细胞中最稳定的寡核苷酸序列同源性程度,以确定不同生物间的亲缘关系和进化谱系的方法。rRNA测序的优点:(1)它们普遍存在于一切细胞内,不论是原核生物和真核生物,因此可比较它们在进
9、化中的相互关系;(2)它们的生理功能既重要又恒定;(3)在细胞中的含量较高、较易提取;(4)编码rRNA的基因十分稳定;(5)rRNA的某些核苷酸序列非常保守,虽经30余亿年的进化历程仍能保持其原初状态;(6)相对分子质量适中。尤其是16SrRNA和18SrRNA不但核苷酸数适中,而且信息量大、易于分析,故成了理想的研究材料。现在学习的是第18页,共73页三、数值分类法 数值分类法是依据数值分析的原理,对生物按表型性状的相似性程度进行统计、归类的方法。数值分类的基本步骤为:(1)计算2菌株间的相关系数(2)列出相似度矩阵(3)将矩阵图转换成树状谱现在学习的是第19页,共73页现在学习的是第20
10、页,共73页 进行数值分类时,首先明确被分类的单位,如菌株、种、属等,每一个分类单位被称为“运算的分类单位”(Operational Taxonomic Units,缩写为OTU)或操作分类单位,在多数情况下,OUT是指菌株。而性状的选择,是用于确定数值分类的性状,包括形态学、生理学、生物化学以及生态学等许多方面的特征。把性状转化为计算机所能识别、运算的符号,即为性状编码,再根据一定的方法计算各个菌株间的相似值或相似度系数,再对相似值进行聚类,在同一水平的各个OUT总体为一类。因此,事实上,数值分类得到的是表观群或表元。现在学习的是第21页,共73页现在学习的是第22页,共73页现在学习的是第
11、23页,共73页第十一章微生物的进化、系统发育和分类鉴定现在学习的是第24页,共73页第十一章微生物的进化、系统发育和分类鉴定v第一节绪论v第二节进化的测量指征进化的测量指征v第三节第三节 细细 菌菌 分分 类类 v第三节第三节 微生物分类鉴定的特征和技术微生物分类鉴定的特征和技术现在学习的是第25页,共73页第一节绪论v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:v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),它们
12、类似于绿硫细菌和多细胞丝状细菌,这些原始生命大概都是厌氧型的。v含有产氧型光合细菌蓝细菌的层叠石则发现于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。现在学习的是第26页,共73页第一节绪论v根据现代生物进化论观点:v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。v系统发育(phylogeny)就指的是研究各类微生物进化的历史。现在学习的是第27页,共73页第一节绪论科学家估计有分类纪录的各类物种大约有150万,其中微生物超过10万种,
13、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)。现在学习的是第28页,共73页第一节绪论v对生物进行分类存在两种基本的、截然不同的分类原则:v一是根据表型(phenetic)特征的相似成都分群归类,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;v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。现在学习的是第29页,共73页第一节绪论因此,以进化论为指导思想的分类学(taxonomy),其目的已经不
14、仅仅是物种的识别和归类,其主要目标是通过追溯系统发育,推断进化谱系,这样的分类学也称之为生物系统学(syatematics)。现在学习的是第30页,共73页第一节绪论分子生物学的发展,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。现在学习的是第31页,共73页第二节进化的测量指征进化的测量指征v20世纪70年代以前,生物类群间的亲缘关系主要是根据形态结构、生理生化、行为习性等表型特征以及少量的化石资料来判断它们之间的亲缘关系。v直到6070年代,有识之士才清醒地认识到:仅依靠表型特征无法解决微生物的系统
15、发育问题,必须寻找新的特征作为生物进化的指征。现在学习的是第32页,共73页一、进化指征的选择一、进化指征的选择v根据形态学特征推断生物之间的亲缘关系存在两个突出问题:v一是由于微生物可利用的形态特征少,很难把所有生物放在同一水平上进行比较;v二是形态特征在不同类群众中进化速度差异很大,仅根据形态推断进化关系往往不准确。现在学习的是第33页,共73页一、进化指征的选择一、进化指征的选择20世纪70年代以后研究为生物的系统发育,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特征。现在学习的是第34页
16、,共73页一、进化指征的选择一、进化指征的选择v为了准确确定各种生物之间的进化关系,还必须挑选恰当的大分子来进行序列研究。在挑选大分子时应注意以下几点:v它必须普遍存在于所研究的各个生物类群中。如果我们所研究的是整个生命界的进化,那么所选择的分子必须在所有生物中存在,这样才便于分析和比较。现在学习的是第35页,共73页一、进化指征的选择一、进化指征的选择v选择在各种生物中功能同源的大分子。催化不同反应的酶的氨基酸序列或者具有不同功能核酸的核苷酸序列不能进行比较,因为功能不相关的分子也意味着进化过程中来源不同,对这一类不相关分子进行比较也不期望他们会表现出序列的相似性。v所以,大分子进化的研究必
17、须从鉴定大分子的功能开始。现在学习的是第36页,共73页一、进化指征的选择一、进化指征的选择v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。v还应注意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。现在学习的是第37页,共73页二、二、rRNA作为进化的指征作为进化的指征大量的实验研究表明:在众多的生物大分子中,最适合于揭示各类生物亲缘关系的是rRNA,尤其是16SrRNA。16SrRNA所以被普遍公认是一把好的谱系分析的“分子尺”,这是因为:现在学习的是第38页,共73页二、二、rRNA作为进化的指征作为进化的指征vrRNA参
18、与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;v在16SrRNA分子中,即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;现在学习的是第39页,共73页二、二、rRNA作为进化的指征作为进化的指征v16SrRNA相对分子质量大小适中,便于序列分析;v16SrRNA普遍存在于真核生物和原核生物中(真核生物中其同源分子是18SrRNA)。现在学习的是第40页,共73页三、三、rRNA的顺序和进化的顺序和进化rRNA序列测定和分析方法分两类:寡核苷 酸 编 目 法 和 全 序 列 分 析
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