第七章微生物生命的多样性

第七章微生物生命的多样性第一节生命多样性和物种一、生命多样性（一）生命多样性的概念生命多样性亦称生物多样性（biodiversity）：指生命有机体的种类和变异性及其与环境形成的生态复合体以及与此相关的各种生态过程的总和。包括动物、植物、微生物和它们所拥有的基因以及它们与其生存环境形成的复杂的生态系统和自然景观。（二）生物多样性的类型1.遗传多样性2.物种多样性3.生态系统多样性4.景观多样性1.遗传多样性（geneticdiversity）广义的遗传多样性：指地球上所有生物所携带的遗传信息的总和。狭义的遗传多样性：指生物种内不同群体之间或同一群体内不同个体之间的遗传变异的总和（世界资源研究所，WRI）。遗传多样性是生物多样性的内在形式生物种内不同群体：生态型、变种、亚种、品种、品系等。遗传多样性研究实例—大熊猫•数量稀少（少于1000只）、分布地急剧减小并割裂为小群体、生殖力低下,极度濒危。•分类地位：以箭竹为食，缺乏食肉齿，但臼齿具明显的高低不平,为食肉目,是属于熊科、浣熊科或是大熊猫科？•随着地质年代中的环境变迁，体型经历了由小变大、又变小的过程。•以迁地保护为主。1993年，世界上有35个单位饲养着113只大熊猫。概况2.物种多样性(一)概念：物种多样性是生物多样性在物种上的表现形式，反映了地球上生物有机体的复杂性，是生物多样性研究的核心内容。(二)分布：10000米深海……硫细菌4.5km深的地层中……细菌74－85km高空……微生物3.生态系统多样性(1)包含内容(2)意义生态系统多样性是维持物种多样性和遗传多样性的保证。生物圈内物种集合的空间多样性，包括:生物圈生境多样性生物群落多样性生态过程的多样化生态系统内生境差异生态过程变化多样性224.景观多样性（landscapediversity）•景观：多种多样生态系统在一定地区内的镶嵌分布格局。景观是人与环境在时间和空间上相互作用的产物。•景观在结构、功能以及随时间变化（即动态）的复杂性。33二、物种的概念及其命名法（一）物种的概念和定义不同专业的生物学家对物种的概念有不同的理解。现代遗传学认为：物种是一个具有共同基因库、与其他类群有生殖隔离的群体生物学家认为：物种是生物世界发展的连续性与间断性的同一的形式。83生态学家认为：物种生态系统中的功能单位，不同物种占有不同的生态位。中国学者陈世骧认为：物种是由种群组成的生殖单元，在自然界占有一定的生境，在系谱上代表一定的分支。这个概念包括种的4个标准：•种群组成•生殖隔离•生境地位•系谱分支84（二）种、亚种和变种种的概念（略）亚种：是指同一种内由于地理隔离彼此分化而形成的个体群。它是种下的分类阶元。变种：是指种内的种型或个体变异。它不是分类阶元。85（三）种的命名1.命名林奈制定了生物学名二命名法,即属名加种名:属名在前,种名在后.属名是名词,第一个字需大写种名是形容词,是限制属名的,需小写种名之后是定名者的姓氏或其缩写86（三）种的命名2.命名举例狼的学名是:CanislupusLinne犬属狼林奈人的学名是:HomosapiensLinne人属人种林奈亚种一般采用三名法,即在种名之后再加一个亚种名87三、分类等级在自然分类系统中,分类学家将生物划分为自高而低的7个阶元,即88界（kingdom)门（phylum）纲（class）目（order）科（family）属（genus）种（species）以上7个阶元是最基本的，必要时还可以在某一等级之前增设一个“超级”或在之后增加一个“亚级”如：如人（Homosapiens，L）：动物界（Animalia）脊索动物门（Chordata）脊椎动物亚门（Vertebrata）哺乳动物纲（Mammalia）真兽亚纲（Eutheria）灵长目（Primates）类人猿亚目（Anthropoidea）人科（Homonidae）人属（Homo）人种（Sapienes）89四、生物的分界(一)分界的演化古希腊Aristotle首次把生物分为动物和植物两界。林奈也把生物分为两界。两界系统的特点是简单且不能反映生物界的复杂性和进化关系。德国生物学家E.Haeckle于1886年提出三界学说：动物界、植物界和原生生物界。单细胞生物简单多细胞动物和植物90(一)分界的演化1969年WhittakerR.H.提出五界系统。生物真核生物原核生物原生生物界植物界光合自养真菌界腐生异养动物界异养五界系统虽能反映出生物间的亲缘关系和进化历程，但仍不够完善(一)三主干学说真核生物（主群）原核生物古细菌主群真细菌主群嗜热细菌(极端)(产)甲烷细菌嗜盐细菌(极端)原生生物真菌植物动物92第二节非细胞形态生命体一、病毒及其分类地位1.病毒形态•不具有细胞形态结构•形态多样•由核酸和蛋白质组成•将病毒称为分子生物2.病毒的特征体积微小，结构简单严格寄生，只能在特定的、活的宿主细胞内才能生长、繁殖（严格的专性细胞内寄生）不能在人工培养基上生长通常对抗生素不敏感核酸(DNA或RNA)衣壳衣壳：（1）由衣壳粒构成（2）衣壳粒由1-6个多肽分子组成。（3）保护核酸、决定病毒抗原特异性（4）不同病毒排列方式不同3.病毒结构病毒分类：寄主：动物、植物、噬菌体遗传物质：DNA或RNA。单倍体，仅一条染色体。病毒蛋白质外壳核酸.烟草花叶病毒腺病毒T4噬菌体爱滋病病毒RNADNADANRNA4.病毒的分类5.DNA病毒繁殖周期DNA病毒繁殖周期需经过以下4个阶段•病毒进入那宿主细胞，脱壳，释放出DNA和衣壳蛋白•利用宿主酶系统复制病毒基因组•利用宿主酶系统，以病毒基因组为模板，转录出病毒mRNA,翻译出病毒蛋白质病毒的基因组和衣壳•蛋白自装配成新的病毒颗粒，并从细胞中释放出来976.HIV(humanimmunodeficiencyvirus)分子结构特征：感染周期97传播途径二、类病毒（virdid）1.特性类病毒比病毒更简单，没有蛋白质外壳，仅有裸露的RNA。2.类病毒发现的意义类病毒的发现，对生物学探索生命起源提供了新的低层次上的研究对象。对分子生物学家来说，类病毒是研究生物大分子结构与功能的绝好材料。109三、朊病毒（Prion）疯牛病的致病因子-----朊病毒的分子构型PrPc①存在于正常脑神经细胞表面的Prion②其正常功能尚不清楚③其基因已经被克隆④空间结构主要由α-螺旋构成，为水溶性蛋白质，能被蛋白酶水解，不具有感染性。110PrPsc①一旦的空间结构由α-螺旋变为β-折叠，PrPc就转变成PrPsc（致病型蛋白粒子）②疯牛病（海绵状脑病）由于PrPsc不能自发地再转变成PrPc，同时也不易被蛋白酶水解，而是在细胞内沉积，最后导致细胞破裂，造成组织出现无数空洞，状如筛子，故称为海面状脑病。破裂细胞释放出的PrPsc又使邻近的PrPc变为PrPsc，继续感染。1111.支原体一、支原体、立克次体和衣原体第三节原核生物112是目前发现的最小、最简单的细胞能在人工培养基上生长细胞结构•无细胞壁，仅具细胞膜，因此能通过细菌滤器；•无核区，环状双螺旋DNA均匀地散布在细胞内；•具有核糖体，能合成出700多种蛋白质。许多支原体能使人致病2.立克次体（rickettsia）一、支原体、立克次体和衣原体112命名：细胞较大，介于(0.3-0.6)×(0.8-2)um;细胞形态多样，有球状、双球状、杆状、丝状等；除Q热立克次体外，均不能通过细菌滤器，专性寄生在真核细胞内；能引起人致病的立克次体有流行性斑疹伤寒等，且多是人畜共患的病原体。3.衣原体（chlamydia）一、支原体、立克次体和衣原体112命名：细胞形态为球形或椭圆形；可通过细胞滤器；能引起人致病的衣原体有沙眼衣原体等，其中有些是人畜共患的病原体。1.细菌的分类二、细菌----原核生物典型代表112根据细菌的形态，可分为：球菌杆菌螺旋菌单球菌、双球菌、四联球菌八叠球菌、链球菌等短杆状、棒杆状、梭状、分支状弧菌（螺旋不满一环）螺菌（螺旋满2-6环）1.细菌的分类二、细菌----原核生物典型代表112根据革兰氏染色法，可分为：革兰氏阳性菌(G+)革兰氏阴性菌（G-）细菌染色后呈紫红色细菌染色后呈红色革兰氏染色法是1884年由丹麦医生革兰发明的，是鉴定细菌的一种简便方法。具体方法为（略，p294）2.细菌的结构一般结构：细菌共有结构细胞壁细胞膜细胞质核区等特殊结构：非共有结构鞭毛菌毛荚膜113（1）细菌的细胞壁组成成分：主要成分为肽聚糖主要功能•G+：细胞壁含肽聚糖，磷壁酸•G-：细胞壁含肽聚糖，脂多糖•古细菌：细胞壁不含•固定细胞外形•协助鞭毛运动•保护细胞免受外力损伤•阻止有害物质进入细胞114（2）细菌细胞的特殊结构荚膜•某些细菌细胞壁外存在一层厚度不定的胶状物质，称为荚膜。•组成成分：荚膜的主要组成成分为多糖，包括纯多糖（葡糖糖、纤维素）、杂多糖、肽多糖和蛋白质。115•主要功能（2）细菌细胞的特殊结构荚膜①保护细菌免受严重缺水的损害②某些致病菌可保护自身免受寄主白细胞吞噬③可以贮存营养物，以备营养缺乏时利用④通过荚膜或有关构造可使菌体附着于适当的物体表面。116（2）细菌细胞的特殊结构鞭毛•是细胞质膜的衍生物，其数目从一根到菌体周身都有•功能具有运动功能菌毛•分类:普通菌毛、性菌毛•功能普通菌毛：细菌通过菌毛可牢固吸附在寄主器官细胞受体上.性菌毛:即F菌毛(详细介绍如下)117⑴F因子:致育因子（性因子），是一种附加体.携带F因子的菌株称为供体菌或雄性，用F＋表示。未携带F因子的菌株为受体菌或雌性，用F－表示。F因子及F＋向F－的转移：118⑵．F因子的组成：染色体外遗传物质，环状DNA；40~60个蛋白质基因；2~4个/细胞(雄性内)。F因子及F＋向F－的转移：⑶．F因子的三种状态(以大肠杆菌为例)①．没有F因子，即F－；②．一个自主状态F因子，即F＋；③．一个整合到自己染色体内的F因子，即Hfr。120⑷．自主状态时F因子独立进行分裂。121⑸．F因子的传递：带F因子的细菌较少。具有F因子的菌株可以作为供体。∵F因子中有形成F性伞毛（Fpilus）的基因接合管F＋细胞中的F因子由接合管向F－传递F－受体变成F＋。F＋×F－：先形成接合管，F因子的DNA边转移边复制，F－细胞F＋细胞。3.细菌的繁殖涂布和繁殖：每个细胞在较短时间内(如一夜)能裂殖到107个子细胞成为肉眼可见的菌落或克隆(clone)。1231．世代周期短：大肠杆菌（E.coli）20分钟可繁殖一代。