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1、1,第2讲 生物多样性（上）,第一节 生物的分类 第二节 微生物 第三节 植物 第四节 动物 第五节 生物多样性的保护 第六节 生物进化,2,第一节 生物的分类,1.1 生物命名法 1.2 生物的分类依据 1.3 生物的分类等级 1.4 各界生物简介,3,Escherichia coli,属名，n.,种名，adj.,大写,斜体,拉丁文,1.1 生物命名法,物种：科学记载150万种，保守估计500万种 生物命名法：林奈，“自然系统” ，双名法,4,自然分类：按照进化上的亲缘关系进行分类，区分亲缘关系远近的依据主要是生物体的外部形态结构。,1.2 生物分类依据,5,生化分类：依据遗传学、免疫学、生
2、物化学和分子生物学的研究成果进行分类。,6,1.3 生物的分类等级,16世纪，李时珍：本草纲目，“部” 植物：草、谷、菜、果、木 动物：虫、鳞、介、禽、兽 18世纪，林奈：“自然系统” 纲class、目order、属genus、种species 现代分类等级：界kingdom、门phylum、纲class、目order、科family、属genus、种species,7,生物的分类系统,二界系统：植物和动物 三界系统：植物、动物和原生生物 五界系统（ Whittaker ，1959年） （1）原核生物总界 （2）真核生物总界：原生生物界、真菌界、植物界、动物界 六界系统：无细胞生物总界、原核生
3、物总界、真核生物总界,8,1.4 各界生物简介,9,特征： 无细胞核 无细胞器 单细胞 分类： 古细菌 细菌 蓝细菌,原核生物总界,10,特征： 真核 单细胞或群体 生活在水中 分类： 原生动物 藻类 粘菌,原生生物界,11,特征： 真核 不能光合作用 分类： 霉菌 子囊菌 担子菌,真菌界,12,特征： 真核 多细胞 光合作用 分类： 苔藓 蕨类 种子,植物界,13,真核 多细胞 异养 无细胞壁 能运动,动物界,14,人在生物界中的分类位置,动物界真核、异养、组织器官发达 脊索动物门：原脊索动物亚门，脊椎动物亚门 脊椎动物亚门：软骨鱼纲、硬骨鱼纲、无颌鱼纲、两栖纲、爬行纲、鸟纲、哺乳动物纲 哺
4、乳动物纲：原兽亚纲、后兽亚纲、真兽亚纲 真兽亚纲：包括食虫目、食肉目、灵长目等 灵长目 人类科 人类属 人类 Homo sapiens,15,无细胞生物总界,病毒： 核酸和蛋白组成 容易突变 感染细胞 大量复制 类病毒 朊病毒,介于原核与真核生物间的微生物,2000年，东京医科大学的小塚芳道等在从伊豆诸岛南部海域约1300米深的海底采集了淤泥，结果发现泥中的背鳞虫上附着有一些微生物，其尺寸只有几微米。 细胞内包裹DNA的核膜尚不完整，呈不连续状态，但有形状近乎完整的线粒体。 此类微生物具备“中间型”生物的特征，将为研究原核生物向真核生物进化的具体过程提供佐证。,16,17,第二节 微 生 物,
5、2.1 微生物的概念 2.2 微生物的种类 2.3 细菌 2.4 病毒 2.5 普列昂 2.6 微生物的生物学之最 2.7 微生物工程的展望,18,2.1 微生物的概念,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。 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,19,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,20,3、微生物在生物界的地位,1978年，R. H. Whittaker 和L. Ma
6、rgulis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,21,4、微生物的细胞类型,原核细胞型：细菌、放线菌、支原体等 真核细胞型：真菌、原生动物等 非细胞型：病毒、类病毒、朊病毒等,22,原核与真核细胞的比较,23,原核与真核细胞的比较,24,2.2 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,25,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
7、片,扫描电镜,DNA蛋白质复合物,26,电镜下的 微生物,曲霉,阿米巴,草履虫,酵母菌,27,放线菌的形态,28,病毒的形态,腺病毒吸附在鸡红细胞上,29,2.3 细菌,1、形态 球形 杆形 螺旋形或弧形,30,2、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。,31,32,4、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,33,5、分类,34,细菌的鉴别染色法 革兰氏
8、染色法,C.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，如金黄色葡萄球菌； 阴性菌红色，如大肠杆菌。,35,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,36,2.4 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
9、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；以复制的方式繁殖；对抗生素不敏感。,病毒的群体特点,种类繁多：感染人的病毒有上百类，且不断有新病毒发现 多样性丰富：基因组：类型：DNA/RNA；单链/双链/部分单链；线状/环状；分段、多分体 变异迅速：DNA复制的出错率：10-7-10-11，RNA复制的出错率：10-4 专一性强：完全依赖特定的宿主细胞，甚至是特定的细胞状态 有致病性：流感病毒，人免疫缺陷病毒，乙肝病毒,38,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,39,线状双链DNA,乙肝表
10、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,40,吸附 侵入 生物合成 装配 释放,3、繁殖过程,41,侵入,合成,装配,乙 肝 病 毒 感 染 过 程,42,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,各种病毒的形态,烟草花叶病毒,疱疹病毒,噬菌体,类 病 毒,359个核苷酸组成的环形RNA，主要寄生于植物,45,2.5 能够传染致病的蛋白质 普列昂,18世纪 冰岛 羊搔痒病 1920s H.Creutzfield 人 C J 病 A.Jacob 1950s 巴布亚新几内亚 K
11、uru病 Gajdusek 1980s 英国 疯牛病,朊 病 毒,47,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 脑部出现淀粉样沉淀，形成海绵状空斑,48,普列昂的发现,普鲁西纳的实验：把搔痒病从羊转至小鼠；终点滴度检测法 经过八年努力（1974-1982），1982年发表第一篇文章： 提出羊搔痒病病原物是一种蛋白质粒子Prion。,柯赫法则,从发病动物分离出病原物 接种到健康动物，引起发病 再分离出病原物，和接种的病原物具有相同特性,50,普列昂的概念引起轩然大波,许多人问：没有核酸，这个病原物如何增殖？如何复制本身的遗传信息。 许多人怀疑：可能还是存在核酸，只是未能检测出来。
12、,51,更深入的研究，更意外的结果,编码普列昂蛋白（PrP）的基因，不但在染病动物脑中存在，亦在正常动物脑中找到，而且表达得一样多。 PrP 蛋白不是病鼠才有。而且，PrP sc 的出现不是调节基因起作用的结果。,染病小鼠,脑提取物,剔除PrP的小鼠,普通小鼠,53,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% 胞内定位 表面 胞质 蛋白酶水解 完全 部分,54,一个理论设想,搔痒病的发生是因为 PrPsc 的入侵，把脑细胞中原来就
13、有的 PrPc “带坏”，使 PrPc 重新折叠，形成新的高级结构，变成了 PrPsc 。 增多的 PrPsc 形成淀粉样斑，造成脑细胞破坏，出现空斑。,什么叫PrPsc 把PrPc “带坏”？,实际上是： 蛋白质大分子与蛋白质大分子之间的相互作用。 生物大分子之间的相互作用还包括蛋白质核酸之间的相互作用。,56,与人有关的几种普列昂病,Family Creutzfield-Jacob Disease ( 家族 CJ 病 ) Gerstmamann-Strussler-Scheinleer Syndrem (GSS 综合症 ) Fatal Familial Insomnis ( 家族性致死失眠
14、症 ) 都是神经退行性疾病，都为显性遗传病，都十分少见 ( FFI 仅见于 5 个家族中) ，现在都找到 PrP 基因突变。,诺贝尔奖,1997年度诺贝尔奖生理及医学奖授予普鲁西纳博士 表彰他在研究和发现蛋白质性质致病因子普列昂中所做的贡献,58,争论还在继续,美国巴尔的摩兽医中心分子神经病毒学主任 R. G. Rowher：诺贝尔奖可能有利于在此领域的深入研究。 明尼苏达大学微生物系主任 A. Haase: 诺贝尔奖委员会应等到确实证明仅仅是蛋白质本身在感染中起作用，没有其他因子参与，再授奖才合适。 耶鲁医学院神经病理学主任L . Manuelidis: 诺贝尔奖的授予可能窒息不同观点的深入
15、探讨。,59,2.6 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 变异最易,个体最小,60,1、个体最小,杆菌的平均长度：2 微米； 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,61,2、形态最简,62,3、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,63,4、食谱最杂,从无机物到有机物；从无毒物到有毒物
16、；从结构简单到结构复杂的物质，微生物都能利用和降解。 纤维素、木质素、几丁质、角蛋白、石油、甲醇、甲烷、天然气、塑料、酚类、氰化物、各种有机物。,64,5、繁殖最快,大肠杆菌37培养在牛奶中，12.5min即可分裂一次；48h后总量相当于4000个地球的重量！ 一般培养液的菌浓度为108-109个/ml。,65,6、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。 微生物占地球生物总量的60% ！,7、分布最广,格陵兰冰川下沉睡12万年细菌 深海火山口忍耐高温的细菌 沙漠中发现地球最强悍细菌 红海盐滩上的耐盐细菌 地球上抗辐射能力最强的生物,66,67,8、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异的
