微生物的進化、系統(tǒng)發(fā)育和分類鑒定

微生物的進化、系統(tǒng)發(fā)育和分類鑒定

在對大量微生物進行觀察、分析和描述的基礎上，以形態(tài)、結構、生理生化反應和遺傳特征的異同為根據(jù)，按進化的規(guī)律和應用的方便，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。微生物分類學是研究微生物分類理論和技術方法的學科。微生物分類內(nèi)容提要12.1生物的進化指征12.2細菌分類12.3微生物分類鑒定的特征和技術12.4微生物的快速鑒定和自動化分析技術12.1進化的測量指征生物大分子的結構特征，Pro、RNA、DNA的分子序列是生物進化的主要特征反映，即分子序列化的改變量與分子進化時間成正比。生物大分子作為分子計時器或進化鐘---真實記錄各種生物的進化過程。生物大分子序列的改變量可以確定生物系統(tǒng)發(fā)育相關性或進化距離。1、進化指征的選擇形態(tài)學特征推斷生物之間親緣關系遠近是不準確的。生物大分子作為進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作為進化指征16s或18srRNA是譜系分析的分子尺；①蛋白質合成的組分，具有功能同源性；②保守區(qū)、變化區(qū)均存在，適用于進化距離不同的各類生物親緣關系研究；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，借助計算機進行序列排序。要考慮進化過程中的突變，采用統(tǒng)計學方法校正。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化關系。印記序列：微生物進化關系的重要特征，包括單堿基印記。

寡核苷酸編目法：采用rRNA酶解片斷、標記、電泳及自顯影技術，然后按片斷大小進行編目。只獲得部分序列，采用相似性統(tǒng)計方法，結果會出現(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系的樹狀分枝圖型。

系統(tǒng)樹中，分枝末端及連結點為結，代表生物類群；末端結代表仍生存的種類；結之間的長度表示分子序列的差異數(shù)值。主要采用有根樹，有起源及進化方向。常采用最節(jié)省分析法或簡約法：進化變化的發(fā)生，沿最短的途徑，發(fā)生最少的變化。細菌PhylogeneticTreesfromDNASequencesDistance-MatrixMethodforgeneratingthetreesEvolutionaryDistance(ED)ComputercomparethesequencedifferencesandbuildthephylogenetictreebasedoncorrectedED5、三域（界）生物主要特征三域學說及其發(fā)展20世紀70年代末由于美國伊利諾斯大學的等人對大量微生物和其他生物進行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)，稱為三域學說。“域”是一個比界更高的界級分類單元，過去稱為原界。三域指的是“細菌域”以前稱“真細菌域”、古生菌域，以前稱“古細菌域”和真核生物域。

目前三域學說已獲國界學說界的基本肯定，總體認為，現(xiàn)在一切生物都是由一種共同的遠祖進化而來，它原是一種小細胞，先分化出細菌和古生菌這兩類原核生物，后來在古生菌分支上的細胞，先、后吞噬了a朊細菌和藍細菌，并發(fā)生了內(nèi)共生，從而兩者進化成與宿主細胞難分難解的細胞器－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化關系，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成同種；結核分枝桿菌。屬：性質相似、相互有關的各種組成屬；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；細菌綱。門：綜合各綱為門；細菌門。

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

中國科學院命名（俗名）As1299―――――“1”表示細菌。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.復數(shù)如Streptomycessp.(一種鏈霉菌)，Micrococcusspp.(某些微球菌)。3細菌分類與伯杰氏手冊《伯杰氏鑒定細菌學手冊》(Bergey’sManualOfDeterminativeBacteriology)，美國賓夕法尼亞大學的細菌學教授伯杰(D.Bergey)(1860-1937)于1923編寫出版，已經(jīng)進行過八次修改，現(xiàn)已發(fā)行第九版。伯杰氏手冊是目前進行細菌分類、鑒定的最重要依據(jù)，其特點是描述非常詳細，包括對細菌各個屬種的特征及進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

1、形態(tài)學和生理生化特征形態(tài)學特征

培養(yǎng)特征、細胞形態(tài)及其染色特性、特殊的細胞結構、運動性等等。生理生化特征

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

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

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

蛋白質是基因的產(chǎn)物，蛋白質氨基酸順序直接反應mRNA順序而與編碼基因密切相關。因此，可以通過對某些同源蛋白質氨基酸比較來分析不同生物系統(tǒng)發(fā)育的關系，序列相似性越高，其親緣關系愈近。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數(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)真核微生物都能進行有性生殖，所以分類學上用能否進行有性生殖來定義物種。原核生物雖沒有有性生殖，但他們可以通過轉化、轉導和接合作用進行染色體基因的交換。而這種交換的細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）查閱有關類群的分類檢索表或相關資料，根據(jù)資料提示的鑒別特征進行特征鑒定。（4）根據(jù)特征測定結果，逐漸縮小菌株歸屬范圍，確定所屬科屬。（5）根據(jù)有關的分種檢索表或相關資料進一步進行特征測定，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果，進行數(shù)碼分類鑒定，也稱簡易診斷技術或數(shù)碼分類鑒定法；廣泛應用于動植物檢疫、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

快速、自動化微生物檢測儀器設備依據(jù)：微生物化學組成、結構、性能差別；代謝過程不同、產(chǎn)物特異；能量轉移、信息傳遞有差異；與環(huán)境的關系不同。主要儀器設備

通用：氣相色譜、液相色譜、質譜、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、