微生物分类进展.ppt

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1、,微生物分类进展,微生物分类学,一门按微生物的亲缘关系把他们分门别类地排成各种分类单元或分类群的科学。,微生物的分类单位微生物的命名微生物的分类依据微生物的分类方法生物界的分类系统和微生物的常用分类系统微生物的鉴定,七级分类单元(Taxon,Taxa,Category),界（Kingdom）门（Phylum）亚门 纲（Class）、亚纲、超目 目（Oder）、亚目 科（Family）亚科、族、亚族 属（Genus）种（Species）,种的概念,基本分类单元。指一群在形态、生理方面彼此非常相似、性状间差别微小的个体。或是一群表型特征高度相似、亲缘关系极其接近、与同属内其它种有着明显差异的菌株的

2、总称。现代分类学上规定种内菌株的DNA同源性70%具有高度特征相似性的菌株群，这个菌株群与其 他类群的菌株有很明显的区别。,新种（Species nova,sp.nov或nov sp.）,指权威性的分类鉴定手册中从未记载过的一种新分离并鉴定过的微生物。例：Corynebacterium pekinense sp.nov AS 1.299北京棒状杆菌AS 1.299新种,种以下的分类单元-亚种和变种,菌株,菌株（Strain）,某条件、地区分离到的具体菌种。一种微生物的每一不同来源的纯培养物或纯分离物均可称为某菌种的一个菌株。某一菌种内的菌株数目几乎是无数的。,亚种以下的分类单元,群（group

3、）：有些微生物的特征介于两种微生物之间，我们把这两种微生物及其中间类型统称为一个群。(没有分类地位非正式地指定一组具有某些共同性状的生物)如大肠菌群。,型(form或type)：常指亚种以下的细分。当同种或同亚种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。（如不同血清型、噬菌型等）菌株与型的区别：菌株之间不存在鉴别性特征的差异，命名不同的菌株无需分类学依据，不同型的细菌之间存在鉴别性特征的差异，命名或鉴定不同的型必需有分类学依据。,种的分类地位举例,微生物的命名,俗名（Common name）结核杆菌：结核分枝杆菌Mycobacterium tuberculosis红色面

4、包霉：粗糙脉胞霉Neurospora crassa,微生物的命名,学名（Scientific name）林奈的“双名法”Binominal nomenclature双名法的规则：学名=属名+种名加词+（首次定名人）+现名定名人+首次命名年份,微生物的命名,属名词,种名词,微生物的命名,出现在分类学文献中的学名，在此两者之后往往还加上3项内容，即首次定名人（正体字，用括号括住）、现名定名人(正体字)和现名定名年份，但一般情况下省去。例1大肠埃希氏杆菌（简称大肠杆菌）,双名法实例,三名法亚种或变种的命名,菌株的名称,菌株的名称,菌株的名称可用字母加编号表示，字母多表示实验室、产地或特征等的名称，编

5、号则表示序号等数字。例如，Bacillus subtilis AS1.398表示枯草芽孢杆菌的蛋白酶生产菌株。“AS”为Academia Sinica（中国科学院）的缩写。又如，Bifidobacterium bifidum ATCC 29521表示两歧双歧杆菌一个模式菌株。“ATCC”为American Type Clutre Collection（美国典型菌种保藏中心）的缩写。,属名重复出现，可缩写 如：E.coli（大肠杆菌）；S.pullorum（鸡白痢沙门氏菌）只确定属名，未确定种名的某一株细菌 Salmonella sp.只确定属名，未确定种名的若干菌株Salmonella spp

6、.亚种用subsp.（正体）表示 Pasteurella multocida subsp.septica,几种不同的书写情况：,由于细菌分类单元的划分缺乏一个易于操作的统一标准，为了减少因采用不同标准界定分类单元所造成的混乱，细菌系统分类也像其他生物分类一样采用“模式概念”,种和亚种指定模式菌株（type strain）；,亚属和属指定模式种（type species）；,属以上至目级分类单元指定模式属（type genus）；,模式菌株应送交菌种保藏机构保藏，以便备查考和索取。,美国典型培养物保藏中心（ATCC）,德国微生物及细胞保藏中心（DSM）,模式菌株（type strain）,每种已

7、经定名的细菌都会有一个模式菌株，一般就是该种最早发现的那株菌株，称为标准菌株，用来作为和其他细菌之间比较的对照物。新种鉴定的时候作为参比的实验菌株就必须是标准菌株。,细菌分类命名权威杂志:国际系统与进化微生物学杂志（International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology,IJSEM）,任何分离鉴定的新细菌的有关论文应在该杂志发表,中国菌种保藏管理机构,ACCC 中国农业微生物菌种保藏管理中心ISF 中国农业科学院土壤肥料研究所SH 上海市农业科学院食用菌研究所CACC 抗菌素菌种保藏管理中心IA 中国医学科学院抗菌素研

8、究所 SIA*抗菌素工业研究所CGMCC 普通微生物菌种保藏管理中心AS 中国科学院微生物研究所AS-I 中国科学院武汉病毒研究所 CFCC 林业微生物菌种保藏管理中心CAF 中国林业科学院菌种保藏管理中心 CICC 工业微生物菌种保藏管理中心,IFFI 轻工业部食品发酵工业科学研究所 CMCC 医学微生物菌种保藏管理中心ID 中国医学科学院皮肤病研究所 NICPB 卫生部药品生物制品监察所I 中国医学科学院病毒研究所 CCC 兽医微生物菌种保藏管理中心CIBP 中国兽医药品监察所 YM 云南省微生物研究所GIMCC 广东省微生物研究所微生物菌种保藏中心CCTCC 中国典型培养物保藏中心，武汉

9、大学 CCDM 华中农业大学菌种保藏中心，华中农业大学 CMBGCAS 海洋微生物中心HKUCC 香港大学保藏中心，香港大学 CUHK 香港中文大学保藏中心，香港中文大学BCRC 台湾生物资源保藏研究中心，台湾新竹,BCRC(Bioresources Collection and Research Center)台湾生物资源保存及研究中心（食品工业发展研究所）BCRC主要从事农业、应用微生物、细胞生物技术、基因工程、菌种保藏方法、工业微生物、食品科学、发酵、分子生物学等方面的研究。该保藏中心保存有细菌4541株，真菌3069株，酵母1564株，质粒451株，动物细胞356株，植物细胞20株，细

10、菌病毒180株，重组DNA宿主217株。菌种保藏方法主要采用冷冻干燥保藏、冷冻保藏、液氮保藏、移接保藏、硅胶保藏等。该中心保藏的菌种可出售。,外国菌种保藏机构,ATCC(American Type Culture Collection）美国典型菌种保藏中心ATCC 主要从事农业、遗传学、应用微生物、免疫学、细胞生物学、工业微生物学、菌种保藏方法、医学微生物学、分子生物学、植物病理学、普通微生物学、分类学、食品科学等的研究。该中心保藏有藻类111株，细菌和抗生素16865株，细胞和杂合细胞4300株，丝状真菌和酵母46000株，植物组织79株，种子600株，原生动物1800株，动物病毒、衣原体和

11、病原体2189株，植物病毒1563种。另外，该中心还提供菌种的分离、鉴定及保藏服务。该中心保藏的菌种可出售。,NBRC(NITE Biological Resource Center)日本技术评价研究所生物资源中心NBRC（IFO）是由日本经济部、商业部、工业部支持的半政府性质菌种保藏中心。主要从事农业、应用微生物、菌种保藏方法、环境保护、工业微生物、普通微生物、分子生物学等的研究。该中心保藏有细菌1446株，真菌568株，酵母164株。这些菌种主要来自本国的其它菌种保藏中心。该中心保藏的菌种可出售。,NRRL(Agricultural Research Serice Culture Coll

12、ection)美国农业研究菌种保藏中心NRRL是由美国农业部农业研究中心支持的政府性质的菌种保藏中心。主要从事农业、应用微生物、基因工程、工业微生物、菌种保藏方法、环境保护、分子生物学、食品安全、普通微生物、分类学的研究。该中心保藏有细菌10500株，真菌45000株，酵母14500株，放线菌9500株。另外，该中心还提供细菌、真菌、酵母的鉴定服务。,CBS(Centraalbureauoor Schimmelcultures)荷兰微生物菌种保藏中心CBS是半政府性质的主要保藏真菌、酵母菌种保藏中心。该中心主要从事菌种保藏方法、分类学、分子生物学、医学微生物学等的研究。该中心保藏有真菌3500

13、0株、酵母5500株。该中心保藏的菌种可出售。,KCTC(Korean Collection for Type Cultures)韩国典型菌种保藏中心KCTC是由政府科学技术部门支持的半政府性质的菌种保藏中心。主要从事应用微生物、基因工程、工业微生物、菌种保藏、发酵、分子生物学、分类学等的研究。该中心保藏有细菌5005株，真菌178株，酵母225株，质粒51株，动物细胞98株，动物杂合细胞21株，植物细胞31株。该中心保藏的菌种可出售。,DSMZ(Deutsche Sammlung on Mikroorganismen und Zellkulturen)德国微生物菌种保藏中心DSMZ成立于19

14、69年，是德国的国家菌种保藏中心。该中心一直致力于细菌、真菌、质粒、抗菌素、人体和动物细胞、植物病毒等的分类、鉴定和保藏工作。该中心是欧洲规模最大的生物资源中心，保藏有细菌9400株，真菌2400株，酵母500株，质粒300株，动物细胞500株，植物细胞500株，植物病毒600株，细菌病毒90株等。该中心保藏的菌种可出售。另外，该中心还提供菌种的分离、鉴定保藏服务。,UKNCC(The United Kingdom National Culture Collection)英国国家菌种保藏中心UKNCC是英国国家菌种的保藏中心。该中心提供菌种和细胞服务，保藏的菌种包括：放线菌、藻类、动物细胞、细

15、菌、丝状真菌、原生动物、支原体和酵母。该中心保藏的菌种可出售。,NCIMB(National Collections of Industrial,Food and Marine Bacterial)英国食品工业与海洋细菌菌种保藏中心NCIMB主要从事分类学、分子生物学的研究和采用冷冻干燥方法保藏菌种。该保藏中心保藏有细菌8500株，抗菌素70株。另外该中心提供如下服务：细菌、抗生素、质粒的分离；细菌（非致病细菌）的鉴定；保藏细菌、酵母、质粒等。该中心保藏的菌种可出售。,微生物分类鉴定依据,微生物分类鉴定依据,1.形态学特征：个体形态（形态、大小）和群体形态（菌落特征、在半固体和液体培养基中的培

16、养特征）微生物可利用的形态特征少;形态特征在不同类群中进化速度差异大，不准确。,微生物分类依据,2.生理生化特征：酶、代谢产物的种类和特性、营养要求（能源、碳源、氮源和生长因子种类和数量等）3.生态特征：对温度、氧气、酸碱度、耐盐性、寄主种类的要求,微生物分类依据,4.血清学反应5.细胞化学成分鉴定：A：细胞壁的化学组成 B：全细胞水解液的糖型：C：磷酸类脂的成分分析:D：枝菌酸的分析：E：醌类的分析：,微生物分类依据,6.氨基酸序列和蛋白质分析,微生物分类依据,7.核酸的碱基组成和分子杂交 A：DNA碱基比例的测定主要是（G+C）mol%值：同一个种内的不同菌株G+C含量差别应在45%以下;

17、同属不同种的差别应低于1015%B：核酸分子杂交DNA-DNA和DNA-RNA杂交 C：16SrRNA寡核苷酸编目分析，23S,5S rRNA sequence similarities,16S rRNA被普遍公认为是一把好的谱系分析的分子尺:,1)rRNA具有重要且恒定的生理功能;2)在16SrRNA分子中,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;4)rRNA在细胞中含量大(约占细胞中RNA的90%),也易于提取;5)16SrRNA普遍存在于真核生物和原核生物中(真核生物中其

18、同 源分子是18SrRNA).因此它可以作为测量各类生物进化的工具.,微生物分类方法,微生物分类方法,1.传统分类法（classical classification）以细菌的形态和生理生化特征为依据。,微生物分类方法,2.数值分类法（numerical classification）20世纪60年代兴起，细菌的各种生物学性状“等重要原则”分类，性状数量超过50个。测定100个以上的各种形状，利用计算机进行菌株的相互比较，并得出总的相识值。一般认为同种微生物菌株之间的相似值80%,微生物分类方法,3.种系分类或自然分类(natural calssification)以细菌大分子物质（核酸、蛋白

19、质）结构的同源程度进行分类。,微生物分类方法,3.遗传学分类法DNA分子杂交：比较不同微生物DNA碱基排列序列的相似性进行微生物的分类鉴定。1987年国际系统细菌委员会规定，DNA相关性在70%以上，杂交分子的热解链温度相差小于5作为种的界限。G+C mol%:同一个种类的不同菌株的G+C mol%差别应在4-5%以下；同属不同种的G+C mol%差别应在10-15%以下。,2.核酸分子杂交法,遗传分类法,生物分类系统,五界分类系统,六界系统,五界+病毒界,三大领域（Three Domain Theory）,Woese 16SrRNA序列分析比较，提出将生物分成为三界(Kingdom)(后来改

20、称三个域)：古细菌、真细菌（Eubacteria)和真核生物(Eukaryotes)。1990年，他为了避免把古细菌也看作是细菌的一类，他又把三界(域)改称:Bacteria(细菌)、Archaea(古生菌)和Eukarya(真核生物)。并构建了三界(域)生物的系统树。,2023/3/24,56,双滴虫（假滴虫属）,-,生物总系统发育树（根据16S rRNA 序列比较绘制，引自布氏微生物学 2000）,古细菌与真细菌和真核生物的主要形状比较,古菌,1977年Carl Woese and George Fox细胞结构化学组成生存环境条件等,特殊性,古菌,古菌是一群具有独特基因结构或系统发育生物大

21、分子序列的单细胞生物，大多生活在地球上如超高温、高酸碱度、高盐浓度、严格无氧状态等极端环境或生命出现初期的自然环境。,古菌的特点,形态细胞结构：细胞壁细胞膜代谢方式：多样化呼吸类型：多为严格厌氧繁殖方式：裂殖，慢分布：多为极端环境,古菌的特点,遗传物质特性：16srRNA序列特征既不同于真细菌，也不同于真核生物对抗生素的敏感性：与真核生物相同，而与真细菌不同,古菌分群,古菌分为 5 大类群：产甲烷古菌群、还原硫酸盐古菌群、极端嗜盐古菌群、无细胞壁古菌群极端嗜热和超嗜热代谢元素硫古菌群,产甲烷古菌,是一类在形态和生理方面有着极大差异能产甲烷的严格厌氧微生物。其共同点在于利用氢气、二碳化合物（甲酸

22、或乙酸等）在厌氧条件下还原CO2产生甲烷和合成细胞物质。反应式：CO2+4H2 CH4+2H2OCH3COOH CO2+CH4细胞中常含有辅酶M（-巯基乙基磺酸）和能在低电位条件下传递电子的因子F420。有些类群能同化CO2营自养生活，但同化CO2不经卡尔文循环，而是将它直接固定为乙酸盐加以利用。,产甲烷古菌,产甲烷细菌的基质谱很窄，大多数种可利用 H2/CO2，很多种可利用 HCOOH，有 2 个属可利用乙酸，甲烷八叠球菌属种还可利用 H2/CO2、甲醇、乙酸、甲胺类物质。极个别种可利用异丙醇。,产甲烷古细菌分布,主要分布在有机质厌氧分解的环境中，如沼泽、湖泥、污水和垃圾处理场、动物的胃及消

23、化道和沼气发酵池中，包括G+和G-，自养和异养。形态从球状、杆状、丝状到螺旋状等多种类型。,产甲烷古菌分类,3目7科19属70种,产甲烷古菌分类,Methanbrevibacterium,Methanospirillum,Methanococcus,Methanosarcinu barkert,极端嗜盐古菌（Hyperthermophilic archaea）,能在含盐20%-30%甚至饱和盐水中生活生长需要的盐浓度为1.5molL-1NaCI,大多数在3.5-4.0molL-1NaCI时生长最好严格好气，化能有机营养，常以蛋白质、氨基酸等为碳源和能源，细胞内累积高浓度来进行渗透压调节一般因具

24、有类胡萝卜素而呈红、橙等颜色,极端嗜盐古菌,细胞形态为杆形、球形和三角形、多角形、方形、盘形等多形态。革兰氏反应阴性。极生鞭毛，运动或不运动。好氧或兼性厌氧。,极端嗜盐古菌分布,主要分布于盐湖、晒盐场、高盐腌制品等环境，可引起腌制品等腐败和脱色。,极端嗜盐古菌分类,嗜盐古菌目（Halobacteriales），盐古菌科下设盐杆菌属（Halobacterium）、盐小盒菌属（Haloarculo）等 12 个属。,还原硫酸盐古菌群,细胞一般为不规则球形、三角形。直径在 0.42.0 m，单个或成对，革兰氏阴性反应。菌落可略呈绿黑色，在 420nm 处可产蓝绿色荧光，严格厌氧。生长温度范围为 60

25、 95，最适范围为 80 83，pH 范围为 4.57.5，最适范围为 6.0。生长需要浓度为 0.9%3.6%的 NaCl。,还原硫酸盐古菌群分布,主要分布于深海海底、热泉和地层深部储油层,还原硫酸盐古菌群分类,仅有营化能自养和有机营养，单极多生鞭毛并产少量甲烷的闪烁古生球菌（A.fulgidus）、专性混合营养的深处古生球菌（A.profundus）营化能自养型的自养古生球菌（A.lithotrophicus）等不多的种。,无细胞壁古菌群,细胞从球形到丝状的多形态都有。直径大小在 0.1mm5.0mm 不一。无细胞壁，仅由厚度为 07nm 的细胞膜包围。膜含有带二甘油四醚侧链的 40 碳类

26、异戊二烯醚酯。,无细胞壁古菌群,专性嗜热，十分嗜酸，生长 pH 范围为 0.54.0，当 pH 为中性时，细胞极易溶解。在 pH2.0 的琼脂培养基上的菌落呈现小的棕色“煎蛋”状（0.3mm 左右）。营化能有机营养型，可还原元素硫生成 H 2 S。生长需酵母提取物作生长因子和 2%NaCl 浓度。兼性厌氧。对于氨苄青霉素、链霉素、万古霉素、利福平等抑制细胞壁合成的抗生素不敏感。,无细胞壁古菌群分布,分布于自然发热的废煤堆和酸性硫质喷气环境。,无细胞壁古菌群分类,仅包括热原体属（Thermoplasma）1个属，此属仅有 2 个种生长温度在 45 63、DNA 中 G+Cmol%为 46 的嗜酸

27、热原体（T.acidophilum）生长温度为 33 67、DNA 中 G+Cmol%为 38 的火山热原体（T.volcanium）。,高温枝原体属（Thermoplasma）,细胞无壁，仅有3层膜包围5-10nm厚。细胞膜含有带二甘油四醚侧链的40碳类异戊二烯的醚酯。兼性厌氧，专性嗜酸嗜热，最适宜在55-59和Ph1-2条件下生长，细胞在中性时溶解。化能有机营养。生活在废煤渣中。,极端嗜热和超嗜热的代谢元素硫的古菌群,极端嗜热或超嗜热，生长要求的温度范围为 45110，最适为 70105，且要求 pH 为 13 的高酸度环境。有化能自养、化能异养和兼性营养三种不同的营养类型。大多能代谢元素

28、硫，能在好氧条件下将硫或H2S，即元素硫在好氧条件下将硫或H2S氧化为H2SO4，在厌氧条件下可还原元素硫为H2S，即元素硫在好氧条件下作电子供体，而在厌氧条件下则作电子受体。,极端嗜热和超嗜热的代谢元素硫的古菌群分布,主要分布于含硫温泉、火山口、燃烧后的煤矿等环境。,极端嗜热和超嗜热的代谢元素硫的古菌群分类,根据细胞形态和生长条件，将此群古菌分为 3 个亚群：为细胞呈球形或不规则裂片状，好氧或兼性厌氧，最佳生长 pH 低于 4.0，有 3 个属，DNA 中 G+C mol%分别为 3132，4546 和 3538；为细胞呈杆形或丝状，严格厌氧，最佳生长 pH 高于 4.0，也有 3 个属，D

29、NA 中 G+Cmol%分别为 57，56 和 4452；为细胞呈球形或盘形，严格厌氧，最佳生长 pH 高于 4.0，有 12 个属，各属 DNA 中 G+Cmol%差异较大，低者为38，高者达67。,三域学说面临的挑战,微生物分类系统,伯杰氏手册:是目前进行细菌分类、鉴定的最重要参考书，其特点是描述非常详细，包括对细菌各个属种的特征及进行鉴定所需做的实验的具体方法。,2023/3/24,96,(Bergeys Manual of Determinative Bacteriology)伯杰氏鉴定细菌学手册是细菌分类系统的综合和标准，由美国细菌学家协会（现称美国微生物学会）发起编写的，最初指定D

30、avid H.Bergey作为编委会主席，在1923年出版了手册的第一版，相继在1925、1930、1934、1939、1948、1957、1994年出版了第二至第九版，成为国际上细菌学家普遍接受和采用。,伯杰氏手册伯杰氏鉴定细菌学手册,第九版伯杰氏细菌鉴定手册设立35个群，将古细菌部改编为5个群，全书描写了约500个属。划分为四大类：第一类 具细胞壁的革兰氏阴性真细菌 第二类 具细胞壁的革兰氏阳性真细菌 第三类 无细胞壁的真细菌 第四类 古细菌,2023/3/24,98,(Bergeys Manual of Systematic Bacteriology）第一版1984-1989年陆续出版，

31、共四卷 在着重于表观特征描述的基础上，结合化学分类、数值分类特别是DNA相关性分析，及16S rRNA寡核苷酸编目在生物种群间的亲缘关系研究中的应用作了详细的阐述，体现了细菌分类的研究从表观向系统发育体系的发展。除此，还附有每个菌群的生态、分离、保藏及鉴定的方法。,伯杰氏手册伯杰氏系统细菌学手册,第二版 由George Garrity主编分为5卷，将从2000年起陆续出版。这一版纳入了研究核糖体RNA测序所产生的许发育分类系统。分古细菌和真细菌2个界，下设18门、27纲、73目、186科，包括870余属和4900多个种。,真菌分类系统,真菌分类-Ainsworth 分类系统（1971,1973

32、年）,真菌界Kingdom Fungi 粘菌门 Myxomycota 480多种 真菌门 Eumycota 近10万种 鞭毛菌亚门（壶菌纲、丝壶菌纲、卵菌纲）接合菌亚门（接合菌纲、毛菌纲）子囊菌亚门（26000多种）担子菌亚门（层菌纲、腹菌纲、锈菌纲、黑粉菌纲 24000多种）半知菌亚门（腔孢纲、丝孢菌纲 26000多种）,真菌字典的分类系统,1995 年,根据 16s RNA 序列的研究、生物化学和细胞壁组分以及 DNA 序列分析的结果，国际真菌学研究的权威机构英国国际真菌研究所（International Mycological Institute）出版的第 8 版真菌字典中，将原来的真菌界划分为原生动物界、藻界和真菌界。真菌界仅包括了 4 个门，即壶菌门、接合菌门、子囊菌门和担子菌门。,表 2-3 真菌分类系统比较,微生物的鉴定,微生物的鉴定步骤,分离纯化微生物测定一系列必要的指标查找权威性鉴定手册,根据微生物分类学中使用的技术和方法，可把它们分成四个不同的水平：细胞形态和行为水平；细胞组分水平；蛋白质水平；基因组水平。,微生物鉴定技术的不同水平：,微生物快速鉴定和自动分析化技术,1.微量生化系统检测如商品化的API系统，Enterotube系统等鉴定系统快速、自动化检微生物测仪器和设备：阻抗仪、生物发光测定仪、自动微生物检测仪等,