【正文】 。進(jìn)化(evolution)：生物在與其生存環(huán)境相互作用過程中，其遺傳系統(tǒng)隨時(shí)間發(fā)生一系列不可逆的改變，在大多數(shù)情況下，導(dǎo)致生物表型改變和對(duì)生存環(huán)境的相對(duì)適應(yīng)。今天仍生存在地球上的生物種類，彼此之間都有或遠(yuǎn)或近的歷史淵源。最原始的生命漫長的進(jìn)化歷程千姿百態(tài)的生物種類系統(tǒng)發(fā)育(phylogeny)：各類生物進(jìn)化的歷史。分類(classification)：根據(jù)生物特性的特征的相似程度將其分群歸類。地球上的物種估計(jì)大約有150萬，其中微生物超過10萬種，而且其數(shù)目還在不斷增加。生物分類的二個(gè)基本原則：a） 根據(jù)表型(phenetic)特征的相似程度分群歸類，這種表型分類重在應(yīng)用，不涉及生物進(jìn)化或不以反映生物親緣關(guān)系為目標(biāo)；b） 按照生物系統(tǒng)發(fā)育相關(guān)性水平來分群歸類，其目標(biāo)是探尋各種生物之間的進(jìn)化關(guān)系，建立反映生物系統(tǒng)發(fā)育的分類系統(tǒng)。從進(jìn)化論誕生以來，這一原則已經(jīng)成生物學(xué)家普遍接受的分類原則 生物系統(tǒng)學(xué)(systematics)。第一節(jié) 進(jìn)化的測(cè)量指征一、對(duì)生物類群間的親緣關(guān)系進(jìn)行判斷的主要依據(jù)七十年代以前:表型特征(形態(tài)結(jié)構(gòu)、生理生化、行為習(xí)性等等)和少量的化石資料。a）由于微生物可利用的形態(tài)特征少，很難把所有生物放在同一水平上進(jìn)行比較；b）形態(tài)特征在不同類群中進(jìn)化速度差異很大，僅根據(jù)形態(tài)推斷進(jìn)化關(guān)系往往不準(zhǔn)確；微生物的特點(diǎn)：形態(tài)小、結(jié)構(gòu)簡單、缺少有性繁殖，化石資料少。七十年代后：蛋白質(zhì)、DNA和RNA的結(jié)構(gòu)特征分子計(jì)時(shí)器(molecular chronometers)進(jìn)化鐘(evolutionary clock)1. 生物大分子作為進(jìn)化標(biāo)尺依據(jù)蛋白質(zhì)、RNA和DNA序列進(jìn)化變化的顯著特點(diǎn)是進(jìn)化速率相對(duì)恒定，也就是說，分子序列進(jìn)化的改變量(氨基酸或核苷酸替換數(shù)或替換百分率)與分子進(jìn)化的時(shí)間成正比。a）兩群生物中，如果同一種分子的序列差異很大時(shí)，進(jìn)化距離遠(yuǎn)，進(jìn)化過程中很早就分支了。b）如果兩群生物同一來源的大分子的序列基本相同， 處在同一進(jìn)化水平上。2. 作為進(jìn)化標(biāo)尺的生物大分子的選擇原則1）所需研究的種群范圍內(nèi)，它必須是普遍存的。2）在所有物種中該分子的功能是相同的。3）為了鑒定大分子序列的同源位置或同源區(qū)，要求所選擇的分子序列必須能嚴(yán)格線性排列，以便進(jìn)行進(jìn)一步的分析比較。4）分子上序列的改變（突變）頻率應(yīng)與進(jìn)化的測(cè)量尺度相適應(yīng)。大量的資料表明：功能重要的大分子、或者大分子中功能重要的區(qū)域，比功能不重要的分子或分子區(qū)域進(jìn)化變化速度低。RNA作為進(jìn)化的指征16S rRNA被普遍公認(rèn)為是一把好的譜系分析的“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區(qū)域，又有中度保守和高度變化的序列區(qū)域，因而它適用于進(jìn)化距離不同的各類生物親緣關(guān)系的研究；3）16SrRNA分子量大小適中，便于序列分析；4）rRNA在細(xì)胞中含量大(約占細(xì)胞中RNA的90%)，也易于提??；5）16SrRNA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)。因此它可以作為測(cè)量各類生物進(jìn)化的工具。二、rRNA和系統(tǒng)發(fā)育樹1. rRNA的順序和進(jìn)化培養(yǎng)微生物 提取并純化rRNA rRNA序列測(cè)定 分析比較 微生物之間的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系2. 特征序列或序列印記（signature sequence）通過對(duì)r RNA全序列資料的分析比較（特別是采用計(jì)算機(jī)），發(fā)現(xiàn)的在不同種群水平上的特異特征性寡核苷酸序列，或在某些特定的序列位點(diǎn)上出現(xiàn)的單堿基印記。特征序列有助于迅速確定某種微生物的分類歸屬，或建立新的分類單位。3. 系統(tǒng)發(fā)育樹(phylogenetic tree)通過比較生物大分子序列差異的數(shù)值構(gòu)建的系統(tǒng)樹稱為分子系統(tǒng)樹，其特點(diǎn)是用一種樹狀分枝的圖型來概括各種(類)生物之間的親緣關(guān)系。圖型中，分枝的末端和分枝的連結(jié)點(diǎn)稱為結(jié)(node)，代表生物類群，分枝末端的結(jié)代表仍生存的種類。系統(tǒng)樹可能有時(shí)間比例，或者用兩個(gè)結(jié)之間的分枝長度變化來表示分子序列的差異數(shù)值。美國科學(xué)家Carl Woese利用16SrRNA建立分子進(jìn)化樹。1） 生命的第三種形式——古生菌2） 建立16 S r RNA系統(tǒng)發(fā)育樹的意義1）生命的第三種形式——古生菌動(dòng)物界和植物界原核生物和真核生物（20世紀(jì)60年代）古細(xì)菌(archaebacteria)真細(xì)菌(Eubacteria)真核生物(Eukaryotes)（1977，Carl Woese）Bacteria(細(xì)菌)Archaea(古生菌)Eukarya(真核生物)（1990，Carl Woese）原核生物界（Kingdom）域（domain）2）建立16 S r RNA系統(tǒng)發(fā)育樹的意義a）使生物進(jìn)化的研究范圍真正覆蓋所有生物類群；傳統(tǒng)的生物進(jìn)化研究，主要基于復(fù)雜的形態(tài)學(xué)和化石記載，因此多限于研究后生生物(metazoa)，而后者僅占整個(gè)生物進(jìn)化歷程的1/5b）提出了一種全新的正確衡量生物間系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系的方法；c）對(duì)探索生命起源及原始生命的發(fā)育進(jìn)程提供了線索和理論依據(jù)；d）突破了細(xì)菌分類僅靠形態(tài)學(xué)和生理生化特性的限制，建立了全 新的分類理論；e）為微生物生物多樣性和微生物生態(tài)學(xué)研究建立了全新的研究理 論和研究方法，特別是不經(jīng)培養(yǎng)直接對(duì)生態(tài)環(huán)境中的微生物進(jìn) 行研究。第二節(jié) 細(xì)菌分類分類(classification)：根據(jù)一定的原則(表型特征相似性或系統(tǒng)發(fā)育相關(guān)性)對(duì)微生物進(jìn)行分群歸類，根據(jù)相似性或相關(guān)性水平排列成系統(tǒng)，并對(duì)各個(gè)分類群的特征進(jìn)行描述，以便查考和對(duì)未被分類的微生物進(jìn)行鑒定；命名(nomenclature)：是根據(jù)命名法規(guī)，給每一個(gè)分類群一個(gè)專有的名稱。鑒定(identification或determination)：借助于現(xiàn)有的微生物分類系統(tǒng)，通過特征測(cè)定，確定未知的、或新發(fā)現(xiàn)的、或未明確分類地位的微生物所應(yīng)歸屬分類群的過程。一、 分類單元及其等級(jí)界、門、綱、目、科、屬、種等。常用的細(xì)菌分類學(xué)術(shù)語：1） 培養(yǎng)物(culture)：一定時(shí)間一定空間內(nèi)微生物的細(xì)胞群或生長物。如微生物的斜面培養(yǎng)物、搖瓶培養(yǎng)物等。2） 菌株(strain)：從自然界中分離得到的任何一種微生物的純培養(yǎng)物都可以稱為微生物的一個(gè)菌株；用實(shí)驗(yàn)方法(如通過誘變)所獲得的某一菌株的變異型，也可以稱為一個(gè)新的菌株，以便與原來的菌株相區(qū)別。菌株是微生物分類和研究工作中最基礎(chǔ)的操作實(shí)體。3） 型(form或type)：常指亞種以下的細(xì)分。當(dāng)同種或同亞種不同菌株之間的性狀差異， 不足以分為新的亞種時(shí)，可以細(xì)分為不同的型。例如：抗原特征的差異分為不同的血清型；對(duì)噬菌體裂解反應(yīng)的不同分為不同的噬菌型等。菌株與型的區(qū)別：菌株之間不存在鑒別性特征的差異，命名不同的菌株無需分類學(xué)依據(jù)；不同型的細(xì)菌之間存在鑒別性特征的差異，命名或鑒定不同的型必需有分類學(xué)依據(jù)。二、微生物的命名雙名法：由二個(gè)拉丁字或希臘字或拉丁化了的其它文字組成，一般用斜體表示。如：銅綠色假單胞菌 Pseudomonas aeruginosa 屬名 種加詞名詞：單數(shù)、 形容詞（形、數(shù)、格）主格、 名詞（主格、所有格）形容詞（名詞型）若所分離的菌株只鑒定到屬，而未鑒定到種，例如： Bacillus sp.由于細(xì)菌分類單元的劃分缺乏一個(gè)易于操作的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，為了減少因采用不同標(biāo)準(zhǔn)界定分類單元所造成的混亂，細(xì)菌系統(tǒng)分類也像其他生物分類一樣采用“模式概念”：種和亞種：指定模式菌株（type strain）；亞屬和屬：指定模式種（type species）；屬以上至目級(jí)分類單元：指定模式屬（type genus）；模式菌株應(yīng)送交菌種保藏機(jī)構(gòu)保藏，以便備查考和索取。第三節(jié) 細(xì)菌分類鑒定的特征和技術(shù)生物分類的傳統(tǒng)指標(biāo)：形態(tài)學(xué)特征；生理學(xué)特征；生態(tài)學(xué)特征。其它指標(biāo)：血清學(xué)試驗(yàn)；噬菌體分型；核酸的堿基組成和分子雜交；氨基酸順序和蛋白質(zhì)分析；遺傳重組。從不同層次(細(xì)胞的、分子的)，用不同學(xué)科(化學(xué)、物理學(xué)、遺傳學(xué)、免疫學(xué)、分子生物學(xué)等)的技術(shù)方法來研究和比較不同微生物的細(xì)胞、細(xì)胞組分或代謝產(chǎn)物，從中發(fā)現(xiàn)的反映微生物類群特征的資料。在現(xiàn)代微生物分類中，任何能穩(wěn)定地反映微生物種類特征的資料，都有分類學(xué)意義，都可以作為分類鑒定的依據(jù)。一、 形態(tài)學(xué)特征微生物分類和鑒定的重要依據(jù)之一：a）易于觀察和比較，尤其是真核微生物和具有特殊形態(tài)結(jié)構(gòu)的細(xì)菌。b) 許多形態(tài)學(xué)特征依賴于多基因的表達(dá)，具有相對(duì)的穩(wěn)定性；二、生理生化特征與微生物的酶和調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)的本質(zhì)和活性直接相關(guān)；酶及蛋白質(zhì)都是基因產(chǎn)物；對(duì)微生物生理生化特征的比較也是對(duì)微生物基因組的間接比較；測(cè)定生理生化特征比直接分析基因組要容易得多：營養(yǎng)類型；與氧的關(guān)系；對(duì)溫度的適應(yīng)；對(duì)pH的適應(yīng)性；對(duì)滲透壓的適應(yīng)性；代謝產(chǎn)物等。二、 核酸的堿基組成和分子雜交特點(diǎn)：與形態(tài)及生理生化特性的比較不同，對(duì)DNA的堿基組成的比較和進(jìn)行核酸分子雜交是直接比較不同微生物之間基因組的差異，因此結(jié)果更加可信。1） DNA的堿基組成同一個(gè)種內(nèi)的不同菌株G+C含量差別應(yīng)在4～5%以下；同屬不同種的差別應(yīng)低于10～15%；G+C含量已經(jīng)作為建立新的微生物分類單元的一項(xiàng)基本特征，它對(duì)于種、屬甚至科的分類鑒定有重要意義。若二個(gè)在形態(tài)及生理生化特性方面及其相似的菌株，如果其G+C含量的差別大于5%，則肯定不是同一個(gè)種，大于15%則肯定不是同一個(gè)屬。例如：80年代以前螺菌屬(Spirillum)不同種的G+C含量范圍寬達(dá)38～66%，后來“伯杰氏手冊(cè)”(1984)結(jié)合其他特征已將其分成三個(gè)屬：螺菌屬、海洋螺菌屬(Oceanospirillum)和水螺菌屬(Aquaspirillum)它們G+C含量分別為38%、42～51%和49～66%；過去根據(jù)形態(tài)學(xué)特征曾認(rèn)為微球菌屬(Micrococcus)和葡萄球菌屬(Staphylococcus)是關(guān)系很近的兩個(gè)屬，因而長期放在一個(gè)科內(nèi)，由于G+C含量的差異(分別為30～38%和64～75%)表明它們親緣關(guān)系相當(dāng)遠(yuǎn)，現(xiàn)在根據(jù)16SrRNA序列資料已進(jìn)行新的調(diào)整。在疑難菌株鑒定、新種命名、建立一個(gè)新的分類單位時(shí)，G+C含量是一項(xiàng)重要的、必不可少的鑒定指標(biāo)。其分類學(xué)意義主要是作為建立新分類單元的一項(xiàng)基本特征和把那些G+C含量差別大的種類排除出某一分類單元。G+C含量的比較主要用于分類鑒定中的否定。2） 核酸的分子雜交核酸探針：利用特異性的探針，用于細(xì)菌等的快速鑒定。3）血清學(xué)試驗(yàn)4）噬菌體分型第二節(jié) 伯杰氏手冊(cè)《伯杰氏鑒定細(xì)菌學(xué)手冊(cè)》(Bergey’s Manual of Determinative Bacteriology)美國賓夕法尼亞大學(xué)的細(xì)菌學(xué)教授伯杰()(18601937)1957年第七版后，由于越來越廣泛地吸收了國際上細(xì)菌分類學(xué)家參加編寫(如1974年第八版，撰稿人多達(dá)130多位，涉及15個(gè)國家；現(xiàn)行版本撰稿人多達(dá)300多人，涉及近20個(gè)國家)，所以它的近代版本反映了出版年代細(xì)菌分類學(xué)的最新成果，因而逐漸確立了在國際上對(duì)細(xì)菌進(jìn)行全面分類的權(quán)威地位?！恫苁舷到y(tǒng)細(xì)菌學(xué)手冊(cè)》(Bergey’s Manual of Systematic Bacteriology) （20世紀(jì)80年代末期）伯杰氏手冊(cè)是目前進(jìn)行細(xì)菌分類、鑒定的最重要依據(jù)，其特點(diǎn)是描述非常詳細(xì)，包括對(duì)細(xì)菌各個(gè)屬種的特征及進(jìn)行鑒定所需做的實(shí)驗(yàn)的具體方法。思考題1. 為什么在現(xiàn)代微生物分類中，任何能穩(wěn)定地反映微生物種類特征 的資料，都有分類學(xué)意義，都可以作為分類鑒定的依據(jù)？你知道有哪些項(xiàng)目已被用于細(xì)菌學(xué)分類和鑒定？2. 為什么能用生物大分子作為衡量生物進(jìn)化的標(biāo)尺？有哪些選用原則？建立16 S r RNA系統(tǒng)發(fā)育樹的意義何在？3． 細(xì)菌命名采用的是什么方法？試舉例說明。29 / 29