第四节微生物与生物多样性汇总.

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1、第四节 微 生 物,2.1 微生物的概念 2.2 微生物的种类 2.3 细菌 2.4 真菌 2.5 病毒 2.6 微生物的生物学之最 2.7 微生物工程的展望,2.1 微生物的概念,1、微生物：是指一大类形体微小、结构简单的低等生物的总称。微生物不是分类学的一个自然类群，只是一个相沿成习的生物组合。 2、特点 小：观察借助显微镜；测量单位为微米或纳米 简：简单多细胞；单细胞；无细胞结构 低：进化程度低，为原始的生命形式,微生物小的直观感觉,真核细胞型,原核细胞型,电镜,微生物的相对大小,肉眼,光学显微镜,可见范围,病毒,微生物在生物界的地位,1978年，R. H. Whittaker 和L.

2、Margulis提出三原界： 真核生物原界：原生生物、真菌、动物和植物 古细菌原界：产甲烷菌、极端嗜盐菌和嗜热嗜酸菌 真细菌原界：除古细菌外的其它原核微生物,2.2 微生物的种类,原核微生物：细菌、放线菌、衣原体、支原体、立克次氏体、 蓝细菌 真核微生物：真菌（霉菌、酵母菌等）、原生动物、单细胞藻类 非细胞微生物：病毒、类病毒、朊病毒等,各种“视野”下的细菌,光镜,暗视野,荧光,透射电镜,超薄切片,冷冻切片,扫描电镜,DNA蛋白质复合物,电镜下的 微生物,曲霉,阿米巴,草履虫,酵母菌,放线菌的形态,病毒的形态,腺病毒吸附在鸡红细胞上,原核与真核细胞的比较,原核与真核细胞的比较,2.3 细菌,1

3、、形态 球形 杆形 螺旋形或弧形,2、结构,基本结构 细胞壁 细胞膜 细胞质 核质体 特殊结构 荚膜 芽孢 鞭毛,3、培养特征,菌落：指微生物细胞在一定条件下，在固体培养基表面形成的肉眼可见的微生物群体。若来自一个细胞，则为纯培养或称克隆。 菌苔：大量细菌的菌落连成一片。,4、繁殖方式,细胞增大DNA复制 横隔形成 细胞分成两个DNA 分别进入子细胞 细胞分离,5、分类,光能型真细菌：蓝细菌（蓝绿藻） 能进行光合作用或固氮作用，但不产生氧。 化能自养型：硝化菌、硫化菌 化能异养型：分为寄生菌和腐生菌两类 结核杆菌，大肠杆菌 肉毒杆菌，放线菌 3156种抗生素,细菌的鉴别染色法 革兰氏染色法,C

4、.Gram 步骤： 涂片固定； 结晶紫初染1min； 碘液媒染1min； 95%乙醇脱色0.5min 番红复染1min。 结果: 阳性菌紫色； 阴性菌红色。,细菌的现代分类,真细菌原界：包括蓝细菌和各种除古细菌以外的其他原核生物。 古细菌原界：产甲烷菌、 极端嗜盐菌和嗜酸嗜热菌。 古细菌与真细菌的区别： 1）生态环境不同 2）核糖体的16S rRNA核苷酸序列和类脂组分不同 3）亲缘关系不同（DNA和RNA） 4）细胞壁组成和结构不同,1、真菌的特点,（1）单细胞或多细胞， 由分支或不分支菌丝构 成菌丝体，有分化。 （2）具细胞壁，由纤 维素或几丁质组成，不 运动（具游动孢子者有 鞭毛，可运动

5、） （3）不含叶绿素，好 氧，低营养微生物。,酵母菌,青霉菌,蘑菇,分生孢子,担子,担孢子,子囊果,组织体,子囊,2.4 真菌,2、真菌的分类 （1）酵母菌：酵母菌一般泛指能发酵糖类的各种单细胞真菌。,酵母的芽殖过程,（2）霉菌：多细胞的真菌,霉菌（mold）是丝状真菌的一个俗称，通常指那些菌丝体较为发达又不产生大型肉质子实体结构的真菌。,工业上：蛋白酶、柠檬酸、抗生素,进行生物防治，污水处理和生物测定,食品制造方面：酱油、干酪,在基础理论研究方面：良好的实验材料,（2）霉菌： 主要的霉菌有 根霉：用于生产淀粉酶和酿酒工业 毛霉：用于生产淀粉酶 （菌丝无隔） 曲霉：发酵、医药、食品和粮食存贮

6、青霉：青霉素 （菌丝有隔）,（3）产大型子实体的真菌蘑菇（蕈菌）： 又称伞菌，通常是指那些能形成 大型肉质子实体的真菌，包括大多数担子菌类和极少数的子囊菌类。,2.5 非细胞型生物病毒,1、病毒的概念 病毒是一类既具有化学大分子属性和生物体的基本特征，又具有细胞外感染性颗粒和细胞内的繁殖性基因形式的十分独特的生物类群。 特点：个体极小；不具细胞结构；只有一种核酸类型；严格活细胞内寄生；复制的方式繁殖；对抗生素不敏感。,天花 流感 疱疹 肝炎 HIV 疯牛病,烟草花叶 水稻黄矮 苹果锈病,球形-廿面体对称 杆形-螺旋对称 蝌蚪形-复合对称,2、病毒的形态,3.病毒的分类,噬菌体侵染细菌的病毒。

7、动物病毒感染动物的病毒。 植物病毒感染植的病毒。 类病毒线状或环状的单链RNA，没有蛋白质外壳。 朊病毒疏水蛋白质分子。,噬菌体 侵染细菌的病毒,吸附 侵入 生物合成 装配 释放,繁殖过程,线状双链DNA,乙肝表面抗原,脂层（来自宿主细胞）,乙肝核心抗原,核衣壳,包膜,乙肝病毒的形态特征,侵入,合成,装配,乙 肝 病 毒 感 染 过 程,植物病毒 植物病毒没有专门的吸附结构，通过昆虫口器、摩擦伤口和人为伤口进入寄主细胞。植物病毒在入住宿主细胞后脱去蛋白质外壳。 植物病毒有传染性和爆发性的特点。,类病毒和朊病毒 类病毒：寄生于高等生物细胞内的一类最小的病原体，是线状或闭合环状的单链RNA，完全没

8、有蛋白质外壳。 朊病毒：是一种不含任何核酸的小分子无免疫原性的疏水蛋白质分子。例如疯牛病、人类的库鲁病等。,朊病毒结构,PrPc和PrPsc在高级结构 上存在巨大差别,都是由 208 个氨基酸残基组成的疏水性很强的糖蛋白，氨基酸序列、RNA剪辑、翻译后修饰均无差别。 PrP c PrP sc 螺旋 40 21 折叠 3 54%,能够传染致病的蛋白质 普列昂,18世纪 冰岛 羊搔痒病 1920s H.Creutzfieldt 人 C J 病 A.Jacob 1950s 巴布亚新几内亚 Kuru病 Gajdusek 1980s 英国 疯牛病,普列昂引起疾病的特点,病程很慢 都有神经系统退行性症状

9、脑部出现淀粉样沉淀，形成海绵状空斑 100%死亡,正常细胞转化为肿瘤细胞,潜伏感染,质粒,正常细胞转化为肿瘤细胞,有效感染,持续感染,潜伏感染,病毒感染后的结果,病毒,细胞核,2.6 微生物的生物学之最,形态最简 代谢能力最强 食谱最杂 繁殖最快 数量最多 分布最广 种类最多 变异最易,个体最小,1、个体最小,比表面值（表面积/体积）最大 假设人=1 大肠杆菌（E.coli）= 300,000 有利于物质交换和能量、信息的交换 微生物一系列属性均与此特点密切相关,2、形态最简,3、代谢能力最强,生物界的普遍规律：某生物个体越小，其单位体重消耗的食物越多 3克地鼠每天消耗与体重等重的粮食 1克闪

10、绿蜂鸟每天消耗两倍于体重的粮食 大肠杆菌每小时消耗2000倍于体重的糖,4、食谱最杂,从无机物到有机物；从无毒物到有毒物；从结构简单到结构复杂的物质，微生物都能利用和降解。,5、繁殖最快,大肠杆菌37培养在牛奶中，12.5min即可分裂一次； 一般培养液的菌浓度为108-109个/ml。,6、数量最多,人体的肠道中始终寄居着100-400种微生物，为肠道正常菌丛，总数可达100万亿。,7、分布最广,万米深海的硫细菌 85公里高空的微生物 地层下128米和427米的沉积岩中的细菌,8、变异最易,突变频率一般为10-5-10-10，但因繁殖快，数量多，与外界环境直接接触，因而在短时间内可出现大量变

11、异的后代。如：流感病毒。 此外，微生物还具有抗性最强、休眠最长、起源最早、发现最晚等特点。,2.7 微生物与人类面临的 五大危机,微生物与粮食 微生物与资源 微生物与能源 微生物与环境保护 微生物与医药,微生物工程的展望,1、微生物与粮食,提高土壤肥力,促进粮食增产 发酵生产单细胞蛋白和饲料蛋白,2、微生物与资源,利用微生物的转化能力将无用的废物变为有用的原料,沼气 燃料乙醇 生物制氢,3、微生物与能源,4、微生物与环境保护,使用生物肥料，生物杀虫剂； 降解有毒物质； 净化废水废气，处理石油污染； 用于环境监测。,5、微生物与医药,抗生素、维生素、激素 疫苗和菌苗等,第五节 生物多样性的保护,

12、5.1 生物多样性的概念 5.2 生物多样性的丧失及其原因 5.3 生物多样性的价值 5.4 保护生物多样性,5.1 生物多样性的概念,生物多样性是指各种生物源，包括数百万种的植物、动物、微生物的各个物种所拥有的基因和由各种生物与环境相互作用所形成的生态系统以及它们的生态过程。,生物多样性的层次,遗传多样性 物种多样性 生态系统多样性 景观多样性,5.2 生物多样性的丧失及其原因,生物多样性概况 生物多样性的丧失 生物多样性丧失的原因,（1）生物多样性概况,地球上物种总数 5003000 万种 已研究定名的物种 150 万种 这些物种是 4045 亿年地球自然进化的结果。,单位： 10亿年,最

13、早的动物,最早的真核生物,光合兰细菌释放出O2积累于大气中,最早的原核生物,地球形成,西澳州海滩上有3.5 亿年前留下的垫藻岩,垫藻岩中的原核生物,中国的生物多样性,高等植物 3 万种 陆栖脊椎动物 2300 种 昆虫 15 万种 占世界物种总数的10,中国的重要生物资源,熊猫 金丝猴 白鳍豚 民族民间药用植物 60007000种 受严重威胁的物种 1520,在全国农业生产中起重要作用的大豆品种达907 个,小麦品种达600多个;花卉品种中菊花有上千个品种,牡丹有500 多个品种; 家畜的地方品种也多达204 种,其中马15 个,驴10个,黄牛28 个,牦牛5 个,绵羊25 个,猪48 个,鸡

14、27 个,鸭12 个,鹅13 个, 这些品种都有十分重要的经济价值,也是宝贵的“基因”资源。 由于长期过度开发利用,我国已有不少野生植物已经或将灭绝,如海南美登木、海南细辛、瓜耳木、霉草、海南粗榧、海南论环藤、嘉兰、海南阿斯菲木以及蒙古高原产的单花郁金香等,而受到威胁的种至少有4 600种。 青藏高原的雪莲、红景天、冬虫夏草等稀有药用植物已濒临灭绝,若不立即采取有效保护措施,可能完全失去可持续开发利用能力。 野动物中已经灭绝的脊椎动物有7 种,麋鹿、蒙古野马、高鼻羚羊、豚鹿、白臂叶猴、台湾蓝腹鹇和黑长尾雉。,（2）生物多样性的丧失,自然界中物种灭绝： 90个/100年 人类活动使物种灭绝加快：

15、 1个/天，（104105倍）,人类活动促使物种灭绝的一个重要方面是：热带雨林的消失。 每分钟热带雨林消失 100 英亩 热带雨林已消失 50 估计再过 50 年完全消失 热带雨林中有 3050 生物物种。,红色：每年毁林 200014800公里2 橘黄色：每年毁林1001900公里2,（3）生物多样性丧失的原因,栖息地的丧失和片断化 掠夺式的过度利用 环境污染 农业和林业的品种单一化 外来种的引入,毁林开荒在危地马拉,亚马逊河三角洲(巴西)上空覆盖着大量燃烧生成的烟雾,5.3 生物多样性的价值,直接价值：基本食物；药物；各种工业原料等。 间接价值：能量固定；调节气候；稳定水文；保护土壤；储存必需的营养元素，促进元素循环；维持进化过程；对污染物质的吸收和降解。,玫瑰红蔓长春花含有抗癌化合物,马达加斯加: 8000 种 开花植物 80% 仅产马岛 这些仅产马岛的植物中可能包含着丰富的资源，例如：其中有三种野生咖啡树无咖啡因,5.4 保护生物多样性,保护生物多样性的目标 保护生物多样性的努力 保护生物多样性的过程和方法,（1）保护生物多样性的目标,通过不减少基因和物种多样性，不毁坏重要的生境和生态系统的方式，来保护和利用生物资源，以保证生物多样性的持续发展。,（2）保护生物多样性的努力,世界 1950s-1960s 抢救珍稀濒危生物 (1980s, 中国) 1970s