微生物的進(jìn)化、系統(tǒng)發(fā)育和分類鑒定

微生物的進(jìn)化、系統(tǒng)發(fā)育和分類鑒定

在對大量微生物進(jìn)行觀察、分析和描述的基礎(chǔ)上，以形態(tài)、結(jié)構(gòu)、生理生化反應(yīng)和遺傳特征的異同為根據(jù)，按進(jìn)化的規(guī)律和應(yīng)用的方便，分門別類的排列成一個系統(tǒng)。

生物多樣性：遺傳多樣性、物種多樣性、生態(tài)系統(tǒng)多樣性等。微生物分類學(xué)是研究微生物分類理論和技術(shù)方法的學(xué)科。微生物分類內(nèi)容提要12.1生物的進(jìn)化指征12.2細(xì)菌分類12.3微生物分類鑒定的特征和技術(shù)12.4微生物的快速鑒定和自動化分析技術(shù)12.1進(jìn)化的測量指征生物大分子的結(jié)構(gòu)特征，Pro、RNA、DNA的分子序列是生物進(jìn)化的主要特征反映，即分子序列化的改變量與分子進(jìn)化時間成正比。生物大分子作為分子計時器或進(jìn)化鐘---真實記錄各種生物的進(jìn)化過程。生物大分子序列的改變量可以確定生物系統(tǒng)發(fā)育相關(guān)性或進(jìn)化距離。1、進(jìn)化指征的選擇形態(tài)學(xué)特征推斷生物之間親緣關(guān)系遠(yuǎn)近是不準(zhǔn)確的。生物大分子作為進(jìn)化指征的條件普遍性；功能同源性；線性排列性；變化速率低。

序列測定和分析方法：寡核苷酸編目法，全序列分析法。2、rRNA作為進(jìn)化指征16s或18srRNA是譜系分析的分子尺；①蛋白質(zhì)合成的組分，具有功能同源性；②保守區(qū)、變化區(qū)均存在，適用于進(jìn)化距離不同的各類生物親緣關(guān)系研究；③線性RNA，大小適中，測序方便；④無論是真核生物，還是原核生物都存在，具有普遍性。3、rRNA的順序和進(jìn)化

全序列分析法：采用RT-雙脫氧測序及PCR測序，借助計算機進(jìn)行序列排序。要考慮進(jìn)化過程中的突變，采用統(tǒng)計學(xué)方法校正。相似系數(shù)（距離數(shù)據(jù)）：統(tǒng)計兩序列之間的異同序列數(shù)值，來表示微生物之間的進(jìn)化關(guān)系。印記序列：微生物進(jìn)化關(guān)系的重要特征，包括單堿基印記。

寡核苷酸編目法：采用rRNA酶解片斷、標(biāo)記、電泳及自顯影技術(shù)，然后按片斷大小進(jìn)行編目。只獲得部分序列，采用相似性統(tǒng)計方法，結(jié)果會出現(xiàn)偏差。相似系數(shù)：SAB=2NAB/（NA+NB）序列印跡：比較種群特有序列

分子系統(tǒng)樹：通過比較生物大分子序列差異的數(shù)值構(gòu)建的系統(tǒng)樹。4、系統(tǒng)發(fā)育樹

系統(tǒng)發(fā)育樹（phylogenetictree），也稱系統(tǒng)樹：概括各種微生物之間親緣關(guān)系的樹狀分枝圖型。

系統(tǒng)樹中，分枝末端及連結(jié)點為結(jié)，代表生物類群；末端結(jié)代表仍生存的種類；結(jié)之間的長度表示分子序列的差異數(shù)值。主要采用有根樹，有起源及進(jìn)化方向。常采用最節(jié)省分析法或簡約法：進(jìn)化變化的發(fā)生，沿最短的途徑，發(fā)生最少的變化。細(xì)菌PhylogeneticTreesfromDNASequencesDistance-MatrixMethodforgeneratingthetreesEvolutionaryDistance(ED)ComputercomparethesequencedifferencesandbuildthephylogenetictreebasedoncorrectedED5、三域（界）生物主要特征三域?qū)W說及其發(fā)展20世紀(jì)70年代末由于美國伊利諾斯大學(xué)的等人對大量微生物和其他生物進(jìn)行16S和18SrRNA的寡核苷酸測序，并比較其同源性水平后，提出一個與以往各種界級分類不同的新系統(tǒng)，稱為三域?qū)W說?！坝颉笔且粋€比界更高的界級分類單元，過去稱為原界。三域指的是“細(xì)菌域”以前稱“真細(xì)菌域”、古生菌域，以前稱“古細(xì)菌域”和真核生物域。

目前三域?qū)W說已獲國界學(xué)說界的基本肯定，總體認(rèn)為，現(xiàn)在一切生物都是由一種共同的遠(yuǎn)祖進(jìn)化而來，它原是一種小細(xì)胞，先分化出細(xì)菌和古生菌這兩類原核生物，后來在古生菌分支上的細(xì)胞，先、后吞噬了a朊細(xì)菌和藍(lán)細(xì)菌，并發(fā)生了內(nèi)共生，從而兩者進(jìn)化成與宿主細(xì)胞難分難解的細(xì)胞器－線粒體和葉綠體，于是，宿主最終也就發(fā)展成了各類真核生物。12.2細(xì)菌的分類基本分類單位：界（kingdom）、門（phyllum）、綱（class）、目（order）、科（family）、屬（genus）、種（species）。微生物分類對象：五界、三域系統(tǒng)微生物分類意義①系統(tǒng)分類，尋找各種微生物之間的進(jìn)化關(guān)系，為人類利用、開發(fā)微生物資源提供依據(jù)。②實用方便，方便檢索、未知微生物的鑒定。1、分類單元及等級等級界：種：具有完全或極多相同特點的有機體構(gòu)成同種；結(jié)核分枝桿菌。屬：性質(zhì)相似、相互有關(guān)的各種組成屬；分枝桿菌屬?？疲合嗨频膶俸喜⒊煽?；分枝桿菌科。目：近似的科合并為目；放線菌目。綱：近似的目歸納為綱；細(xì)菌綱。門：綜合各綱為門；細(xì)菌門。

群（group，series）：某些微生物特性介于兩種微生物之間，不易區(qū)分，兩個種及它們之間的微生物統(tǒng)稱為群。

種：形態(tài)、生理等方面完全相同或相似的群體。

變種（variety）：種的某種特性已明顯改變，且是穩(wěn)定遺傳的。

亞種或小種（subspecies）：實驗室所獲得穩(wěn)定變異的菌株。

型（type）：變種以下的細(xì)分，同種微生物僅僅在某些特殊特性上有差別。

菌株或品系（strain）：同種微生物不同來源的純培養(yǎng)。模式菌株：按照命名法規(guī)的要求，當(dāng)命名一個新種時，需要指定一個菌株為這個種的命名模式。2、分類單元的命名

中國科學(xué)院命名（俗名）As1299―――――“1”表示細(xì)菌。As2604―――――“2”表示酵母菌。As3758―――――－“3”表示霉菌。As4650――――――“4”表示放線菌。As5604――――――“5”表示真菌。

每一種微生物都有一個自己的專門名稱。名稱分兩類，一類是地區(qū)性的俗名(commonname，vernacularname)；另一類是國際上統(tǒng)一使用的名稱，即學(xué)名(scientificname)。

（2）第二個字，種名，字首字母小寫，微生物的次要性狀。國際命名法Linnaeus雙名制，學(xué)名由兩個拉丁文、希臘文或拉丁化的其他文字組成；斜體或正文下劃線。Bacillussubtilis

（1）第一個字，屬名，字首字母大寫，微生物的主要性狀；Aspergillusniger

（3）為了防止同物異名或同名異物，有時在種名后附有命名人的姓。如：白孢放線菌應(yīng)寫成ActinomycesalbosporeusKrainsky

（5）表示變種或亞種時，在變種之前加var。如：枯草芽孢桿菌屬黑色變種。

（4）只有屬名時，在屬名后加sp.單數(shù)spp.復(fù)數(shù)如Streptomycessp.(一種鏈霉菌)，Micrococcusspp.(某些微球菌)。3細(xì)菌分類與伯杰氏手冊《伯杰氏鑒定細(xì)菌學(xué)手冊》(Bergey’sManualOfDeterminativeBacteriology)，美國賓夕法尼亞大學(xué)的細(xì)菌學(xué)教授伯杰(D.Bergey)(1860-1937)于1923編寫出版，已經(jīng)進(jìn)行過八次修改，現(xiàn)已發(fā)行第九版。伯杰氏手冊是目前進(jìn)行細(xì)菌分類、鑒定的最重要依據(jù)，其特點是描述非常詳細(xì)，包括對細(xì)菌各個屬種的特征及進(jìn)行鑒定所需做的實驗的具體方法。12.3微生物分類鑒定的特征和技術(shù)

1、形態(tài)學(xué)和生理生化特征形態(tài)學(xué)特征

培養(yǎng)特征、細(xì)胞形態(tài)及其染色特性、特殊的細(xì)胞結(jié)構(gòu)、運動性等等。生理生化特征

營養(yǎng)類型、與氧的關(guān)系、對溫度的適應(yīng)性、對pH的適應(yīng)性、對滲透壓的適應(yīng)性、代謝產(chǎn)物等。2血清學(xué)試驗與噬菌體分型

噬菌體分型根據(jù)噬菌體的宿主范圍可將細(xì)菌分為不同的噬菌型和利用噬菌體裂解作用的特異性進(jìn)行細(xì)菌鑒定。血清學(xué)試驗

凝聚反應(yīng)、沉淀反應(yīng)、補體結(jié)合、直接或間接的免疫熒光的抗體技術(shù)、酶聯(lián)免疫以及免疫組織化學(xué)方法。3氨基酸順序和蛋白質(zhì)分析

蛋白質(zhì)是基因的產(chǎn)物，蛋白質(zhì)氨基酸順序直接反應(yīng)mRNA順序而與編碼基因密切相關(guān)。因此，可以通過對某些同源蛋白質(zhì)氨基酸比較來分析不同生物系統(tǒng)發(fā)育的關(guān)系，序列相似性越高，其親緣關(guān)系愈近。4核酸的堿基組成和分子雜交DNA的堿基組成（G+C）％用G+C占全部堿基的克分子百分?jǐn)?shù)(G+Cmol%)來表示各類生物的DNA堿基因組成特征。

核酸的分子雜交

DNA—DNA雜交

DNA—rRNA雜交核酸探針：是指能識別特異核苷酸序列的、帶標(biāo)記的一段單鏈DNA或RNA分子。5、遺傳重組

大多數(shù)真核微生物都能進(jìn)行有性生殖，所以分類學(xué)上用能否進(jìn)行有性生殖來定義物種。原核生物雖沒有有性生殖，但他們可以通過轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導(dǎo)和接合作用進(jìn)行染色體基因的交換。而這種交換的細(xì)菌之間需要存在廣泛的染色體同原性，否則這類重組就不能發(fā)生。對一株未知細(xì)菌菌株，如何將其鑒定到種？（1）檢查是否是純培養(yǎng)，若不存需要純化。（2）測定一些最基本的形態(tài)和生理生化特征，確定菌株屬于哪一大類。

（3）查閱有關(guān)類群的分類檢索表或相關(guān)資料，根據(jù)資料提示的鑒別特征進(jìn)行特征鑒定。（4）根據(jù)特征測定結(jié)果，逐漸縮小菌株歸屬范圍，確定所屬科屬。（5）根據(jù)有關(guān)的分種檢索表或相關(guān)資料進(jìn)一步進(jìn)行特征測定，初步確定所歸屬的種。

微量多項試驗鑒定系統(tǒng)：根據(jù)微生物生理生化特征的實驗結(jié)果，進(jìn)行數(shù)碼分類鑒定，也稱簡易診斷技術(shù)或數(shù)碼分類鑒定法；廣泛應(yīng)用于動植物檢疫、臨床檢驗、食品衛(wèi)生、藥品檢查、環(huán)境監(jiān)測、發(fā)酵控制、生態(tài)研究等方面。著名品牌是法國生物—梅里埃集團(tuán)的API/ATB；ROCHE公司的Micro-ID，Enterotube，Minitek等；美國的Biolog；日本的微孔濾膜塊。12.4微生物的快速鑒定和自動化分析技術(shù)

快速、自動化微生物檢測儀器設(shè)備依據(jù)：微生物化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)、性能差別；代謝過程不同、產(chǎn)物特異；能量轉(zhuǎn)移、信息傳遞有差異；與環(huán)境的關(guān)系不同。主要儀器設(shè)備

通用：氣相色譜、液相色譜、質(zhì)譜、X射線衍色、核磁共振波譜儀、激光拉曼光譜儀、激光顯微鏡等。

專用：阻抗測定、放射測量、微量量熱計、