02讲-生物的多样性及其保护1-(2012--1)

主讲人：程景胜[e-mail]天津大学化工学院第二讲生物的多样性（上）第2讲生物的多样性（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第六节生命起源与生物进化第一节生物的分类•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Escherichiacoli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5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6生化分类：依据遗传学、免疫学、生物化学和分子生物学的研究成果进行分类。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生物的分类系统二界系统三界系统五界系统六界系统：植物和动物：植物、动物和原生生物：(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：无细胞生物总界、原核生物总界、真核生物总界1.4各界生物简介10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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特征：–真核–不能光合作用分类：–霉菌–子囊菌–担子菌真菌界•特征：–真核–多细胞–光合作用•分类：–苔藓–蕨类–种子植物界•真核•多细胞•异养•无细胞壁•能运动动物界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Homosapiens无细胞生物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sars冠状病毒致朊病毒侵染外周神经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。第二节微生物•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20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3、微生物在生物界的地位1978年，R.H.Whittaker和L.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、朊病毒等原核与真核细胞的比较项目原核细胞真核细胞核膜、核仁和染色体无有细胞器无有核糖体70S80S原核与真核细胞的比较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2.2微生物的种类各种“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27电镜下的微生物曲霉阿米巴草履虫酵母菌放线菌的形态29病毒的形态腺病毒吸附在鸡红细胞上•1、形态–球形–杆形–螺旋形或弧形2.3细菌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2、结构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。3233334、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营养类型能源碳源光能自养型光无机物光能异氧型光有机物化能自养型化学能无机物化能异氧型化学能有机物5、分类细菌的鉴别染色法——革兰氏染色法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；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16SrRNA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。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40•吸附•侵入•生物合成•装配•释放3、繁殖过程侵入合成装配乙肝病毒感染过程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2.5能够传染致病的蛋白质--普列昂•18世纪冰岛羊搔痒病•1920sH.Creutzfield人CJ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•脑部出现淀粉样沉淀，形成海绵状空斑普列昂的发现•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。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。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，PrPsc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。•PrPcPrPscα－螺旋40％21％β－折叠3％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。与人有关的几种普列昂病FamilyCreutzfield-JacobDisease(家族CJ病)Gerstmamann-Sträussler-ScheinleerSyndrem(GSS综合症)FatalFamilialInsomnis(家族性致死失眠症)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。52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探讨。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，为肠道正常菌群，总数可达100万亿。TheCommonFund'sHumanMicrobiomeProject(HMP)aimstocharacterizethemicrobialcommunitiesfoundatseveraldifferentsitesonthehumanbody,includingnasalpassages,oralcavities,skin,gastrointestinaltract,andurogenitaltract,andtoanalyzetheroleofthesemicrobesinhumanhealthanddisease.HMPincludesthefollowinginitiatives7、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。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2.7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•生物乙醇•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。第三节植物3.1植物概述3.2主要植物类群3.3植物进化历史3.4植物与人类的关系3.5植物生物技术前沿3.1植物概述丰富的植物世界植物在自然界的作用植物的基本特征植物的分科69温带落叶林亚热带常绿阔叶林热带雨林热带荒漠丰富的植物世界植物在自然界中的作用光合作用是世界上最重要的同化合成过程，为地球上的一切生命提供了能源推动了地球和生物界的发展和进化参与土壤形成，为一切生物创造栖息的场所促进了自然界的物质循环植物在自然界的作用植物的基本特征有细胞壁大多数自养大多数植物生长和发育连续进行，可连续不断产生新器官和新组织73植物学的分科–植物形态学植物生态学–植物解剖学植物地理学–植物胚胎学植物群落学–植物生理学–植物资源学古植物学–植物分类学–植物化学743.2植物的类群类型繁殖方式维管束胚进化级别营养方式藻类孢子植物无无低等植物自养菌类