微生物的进化、系统发育和分类鉴定.ppt

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1、微生物的进化、系统发育和分类鉴定第一节绪论第二节进化的测量指征第三节细菌分类第三节微生物分类鉴定的特征和技术第一节绪论地球大约是在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：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。含有产氧型光合细菌——蓝细菌的层叠石则发现

2、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。第一节绪论根据现代生物进化论观点：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。系统发育（phylogeny）就指的是研究各类微生物进化的历史。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，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

3、有害微生物，必须对它们进行分类（classification）。第一节绪论对生物进行分类存在两种基本的、截然不同的分类原则：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；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。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，

4、推断进化谱系，这样的分类学也称之为生物系统学(syatematics)。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。第二节进化的测量指征20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。直到60—70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发育问题，必须寻找新的特征作为

5、生物进化的指征。一、进化指征的选择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：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；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。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。一、进化指征的选择为了准确确定各种生物之间的进化关系

6、，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：①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。一、进化指征的选择②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。所以，大分子进化的研究必须从鉴定大分子的功能开始。一、进

7、化指征的选择③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。④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。二、rRNA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：二、rRNA作为进化的指征①rRNA参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

8、程中，其功能保持不变；②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；二、rRNA作为进化的指征③16SrRNA相对分子质量大小适中，便于序列分析；④16SrRNA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）。三、rRNA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法。1.寡核苷酸编目分析法20世纪80年代以前的研究,主要是采用寡核苷酸编目分析法。三、rR