第四節(jié)微生物與生物多樣性匯總

第四節(jié)微生物2.1微生物的概念2.2微生物的種類2.3細(xì)菌2.4真菌2.5病毒2.6微生物的生物學(xué)之最2.7微生物工程的展望2/6/20231湖北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院陳建國2.1微生物的概念1、微生物：是指一大類形體微小、結(jié)構(gòu)簡單的低等生物的總稱。微生物不是分類學(xué)的一個(gè)自然類群，只是一個(gè)相沿成習(xí)的生物組合。2、特點(diǎn)小：觀察借助顯微鏡；測(cè)量單位為微米或納米簡：簡單多細(xì)胞；單細(xì)胞；無細(xì)胞結(jié)構(gòu)低：進(jìn)化程度低，為原始的生命形式2/6/20232湖北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院陳建國微生物小的直觀感覺真核細(xì)胞型原核細(xì)胞型電鏡微生物的相對(duì)大小肉眼光學(xué)顯微鏡可見范圍病毒2/6/20233湖北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院陳建國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、動(dòng)物和植物古細(xì)菌原界：產(chǎn)甲烷菌、極端嗜鹽菌和嗜熱嗜酸菌真細(xì)菌原界：除古細(xì)菌外的其它原核微生物2/6/20234湖北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院陳建國分

類病原體

細(xì)菌性肺炎需氧革蘭染色陽性球菌：如肺炎鏈球菌（肺炎球菌）、金黃色葡萄球菌、甲型溶血性鏈球菌等需氧革蘭染色陰性球菌：肺炎克雷白桿菌、流感嗜血桿菌、綠膿桿菌、腸桿菌屬、大腸埃希菌、變形桿菌等厭氧桿菌：如棒狀桿菌、梭狀桿菌等支原體肺炎肺炎支原體衣原體肺炎肺炎衣原體、鸚鵡熱衣原體真菌性肺炎白色念珠菌、曲菌、放線菌等

病毒性肺炎腺病毒、呼吸道合胞病毒、流感病毒、禽流感病毒、麻疹病毒、巨細(xì)胞病毒、單純皰疹病毒、副流感病毒，漢坦病毒、亨德拉和尼巴病毒、冠狀病毒、Metapeumovirus

其他病原體所致肺炎立克次體（如Q熱立克次體）、弓形蟲（如鼠弓形蟲）、原蟲（如卡氏肺孢子蟲）、寄生蟲（如肺包蟲、肺吸蟲、肺血吸蟲）、軍團(tuán)菌等。2/6/20235湖北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院陳建國2.2微生物的種類原核微生物：細(xì)菌、放線菌、衣原體、支原體、立克次氏體、藍(lán)細(xì)菌真核微生物：真菌（霉菌、酵母菌等）、原生動(dòng)物、單細(xì)胞藻類非細(xì)胞微生物：病毒、類病毒、朊病毒等2/6/20236湖北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院陳建國各種“視野”下的細(xì)菌光鏡暗視野熒光透射電鏡超薄切片冷凍切片掃描電鏡DNA蛋白質(zhì)復(fù)合物2/6/20237湖北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院陳建國電鏡下的

微生物曲霉阿米巴草履蟲酵母菌2/6/20238湖北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院陳建國放線菌的形態(tài)2/6/20239湖北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院陳建國病毒的形態(tài)腺病毒吸附在雞紅細(xì)胞上2/6/202310湖北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院陳建國原核與真核細(xì)胞的比較項(xiàng)目原核細(xì)胞真核細(xì)胞核膜、核仁和染色體無有細(xì)胞器無有核糖體70S80S2/6/202311湖北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院陳建國原核與真核細(xì)胞的比較2/6/202312湖北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院陳建國2.3細(xì)菌1、形態(tài)球形桿形螺旋形或弧形2/6/202313湖北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院陳建國2、結(jié)構(gòu)

基本結(jié)構(gòu)細(xì)胞壁細(xì)胞膜細(xì)胞質(zhì)核質(zhì)體特殊結(jié)構(gòu)莢膜芽孢鞭毛細(xì)胞膜細(xì)胞質(zhì)核質(zhì)體細(xì)胞壁菌毛芽孢鞭毛莢膜2/6/202314湖北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院陳建國3、培養(yǎng)特征菌落：指微生物細(xì)胞在一定條件下，在固體培養(yǎng)基表面形成的肉眼可見的微生物群體。若來自一個(gè)細(xì)胞，則為純培養(yǎng)或稱克隆。菌苔：大量細(xì)菌的菌落連成一片。2/6/202315湖北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院陳建國4、繁殖方式細(xì)胞增大DNA復(fù)制橫隔形成細(xì)胞分成兩個(gè)DNA

分別進(jìn)入子細(xì)胞細(xì)胞分離2/6/202316湖北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院陳建國營養(yǎng)類型能源碳源光能自養(yǎng)型光無機(jī)物光能異氧型光有機(jī)物化能自養(yǎng)型化學(xué)能無機(jī)物化能異氧型化學(xué)能有機(jī)物5、分類2/6/202317湖北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院陳建國光能型真細(xì)菌：藍(lán)細(xì)菌（藍(lán)綠藻）能進(jìn)行光合作用或固氮作用，但不產(chǎn)生氧?；茏责B(yǎng)型：硝化菌、硫化菌化能異養(yǎng)型：分為寄生菌和腐生菌兩類結(jié)核桿菌，大腸桿菌肉毒桿菌，放線菌

3156種抗生素2/6/202318湖北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院陳建國細(xì)菌的鑒別染色法

——革蘭氏染色法C.Gram

步驟：

涂片固定；結(jié)晶紫初染1min；碘液媒染1min；95%乙醇脫色0.5min番紅復(fù)染1min。

結(jié)果:

陽性菌——紫色；

陰性菌——紅色。2/6/202319湖北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院陳建國細(xì)菌的現(xiàn)代分類真細(xì)菌原界：包括藍(lán)細(xì)菌和各種除古細(xì)菌以外的其他原核生物。古細(xì)菌原界：產(chǎn)甲烷菌、極端嗜鹽菌和嗜酸嗜熱菌。古細(xì)菌與真細(xì)菌的區(qū)別：1）生態(tài)環(huán)境不同2）核糖體的16SrRNA核苷酸序列和類脂組分不同3）親緣關(guān)系不同（DNA和RNA）4）細(xì)胞壁組成和結(jié)構(gòu)不同2/6/202320湖北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院陳建國1、真菌的特點(diǎn)（1）單細(xì)胞或多細(xì)胞，由分支或不分支菌絲構(gòu)成菌絲體，有分化。（2）具細(xì)胞壁，由纖維素或幾丁質(zhì)組成，不運(yùn)動(dòng)（具游動(dòng)孢子者有鞭毛，可運(yùn)動(dòng)）（3）不含葉綠素，好氧，低營養(yǎng)微生物。

酵母菌青霉菌蘑菇分生孢子擔(dān)子擔(dān)孢子子囊果組織體子囊2.4真菌2/6/202321湖北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院陳建國2、真菌的分類（1）酵母菌：酵母菌一般泛指能發(fā)酵糖類的各種單細(xì)胞真菌。

核膜和核仁液泡胞內(nèi)顆粒酵母的芽殖過程2/6/202322湖北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院陳建國（2）霉菌：多細(xì)胞的真菌霉菌（mold）是絲狀真菌的一個(gè)俗稱，通常指那些菌絲體較為發(fā)達(dá)又不產(chǎn)生大型肉質(zhì)子實(shí)體結(jié)構(gòu)的真菌。①工業(yè)上：蛋白酶、檸檬酸、抗生素②進(jìn)行生物防治，污水處理和生物測(cè)定③食品制造方面：醬油、干酪④在基礎(chǔ)理論研究方面：良好的實(shí)驗(yàn)材料2/6/202323湖北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院陳建國（2）霉菌：主要的霉菌有根霉：用于生產(chǎn)淀粉酶和釀酒工業(yè)毛霉：用于生產(chǎn)淀粉酶（菌絲無隔）曲霉：發(fā)酵、醫(yī)藥、食品和糧食存貯青霉：青霉素（菌絲有隔）2/6/202324湖北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院陳建國（3）產(chǎn)大型子實(shí)體的真菌——蘑菇（蕈菌）：

又稱傘菌，通常是指那些能形成大型肉質(zhì)子實(shí)體的真菌，包括大多數(shù)擔(dān)子菌類和極少數(shù)的子囊菌類。

2/6/202325湖北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院陳建國

2.5非細(xì)胞型生物—病毒

1、病毒的概念病毒是一類既具有化學(xué)大分子屬性和生物體的基本特征，又具有細(xì)胞外感染性顆粒和細(xì)胞內(nèi)的繁殖性基因形式的十分獨(dú)特的生物類群。特點(diǎn)：個(gè)體極?。徊痪呒?xì)胞結(jié)構(gòu)；只有一種核酸類型；嚴(yán)格活細(xì)胞內(nèi)寄生；復(fù)制的方式繁殖；對(duì)抗生素不敏感。2/6/202326湖北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院陳建國天花流感皰疹肝炎HIV瘋牛病煙草花葉水稻黃矮蘋果銹病2/6/202327湖北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院陳建國球形-廿面體對(duì)稱桿形-螺旋對(duì)稱蝌蚪形-復(fù)合對(duì)稱2、病毒的形態(tài)2/6/202328湖北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院陳建國3.病毒的分類噬菌體－侵染細(xì)菌的病毒。動(dòng)物病毒－感染動(dòng)物的病毒。植物病毒－感染植的病毒。類病毒－線狀或環(huán)狀的單鏈RNA，沒有蛋白質(zhì)外殼。

朊病毒－疏水蛋白質(zhì)分子。2/6/202329湖北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院陳建國噬菌體侵染細(xì)菌的病毒2/6/202330湖北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院陳建國吸附侵入生物合成裝配釋放繁殖過程2/6/202331湖北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院陳建國線狀雙鏈DNA

乙肝表面抗原脂層（來自宿主細(xì)胞）乙肝核心抗原核衣殼包膜乙肝病毒的形態(tài)特征2/6/202332湖北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院陳建國侵入合成裝配乙

肝

病

毒

感

染

過

程2/6/202333湖北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院陳建國植物病毒植物病毒沒有專門的吸附結(jié)構(gòu)，通過昆蟲口器、摩擦傷口和人為傷口進(jìn)入寄主細(xì)胞。植物病毒在入住宿主細(xì)胞后脫去蛋白質(zhì)外殼。植物病毒有傳染性和爆發(fā)性的特點(diǎn)。2/6/202334湖北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院陳建國類病毒和朊病毒類病毒：寄生于高等生物細(xì)胞內(nèi)的一類最小的病原體，是線狀或閉合環(huán)狀的單鏈RNA，完全沒有蛋白質(zhì)外殼。朊病毒：是一種不含任何核酸的小分子無免疫原性的疏水蛋白質(zhì)分子。例如瘋牛病、人類的庫魯病等。2/6/202335湖北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院陳建國

朊病毒結(jié)構(gòu)2/6/202336湖北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院陳建國PrPc和PrPsc在高級(jí)結(jié)構(gòu)

上存在巨大差別都是由208個(gè)氨基酸殘基組成的疏水性很強(qiáng)的糖蛋白，氨基酸序列、RNA剪輯、翻譯后修飾均無差別。PrPcPrPsc

α－螺旋40％21％

β－折疊3％54%2/6/202337湖北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院陳建國能夠傳染致病的蛋白質(zhì)

——普列昂18世紀(jì)冰島羊搔癢病1920sH.Creutzfieldt人CJ病

A.Jacob1950s巴布亞－新幾內(nèi)亞Kuru病Gajdusek1980s英國瘋牛病2/6/202338湖北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院陳建國普列昂引起疾病的特點(diǎn)病程很慢都有神經(jīng)系統(tǒng)退行性癥狀腦部出現(xiàn)淀粉樣沉淀，形成海綿狀空斑100%死亡2/6/202339湖北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院陳建國正常細(xì)胞轉(zhuǎn)化為腫瘤細(xì)胞潛伏感染質(zhì)粒正常細(xì)胞轉(zhuǎn)化為腫瘤細(xì)胞有效感染持續(xù)感染潛伏感染病毒感染后的結(jié)果病毒細(xì)胞核2/6/202340湖北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院陳建國2.6微生物的生物學(xué)之最形態(tài)最簡代謝能力最強(qiáng)食譜最雜繁殖最快數(shù)量最多分布最廣種類最多變異最易個(gè)體最小2/6/202341湖北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院陳建國1、個(gè)體最小比表面值（表面積/體積）最大假設(shè)人=1大腸桿菌（E.coli）=300,000有利于物質(zhì)交換和能量、信息的交換微生物一系列屬性均與此特點(diǎn)密切相關(guān)2/6/202342湖北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院陳建國2、形態(tài)最簡2/6/202343湖北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院陳建國3、代謝能力最強(qiáng)生物界的普遍規(guī)律：某生物個(gè)體越小，其單位體重消耗的食物越多3克地鼠每天消耗與體重等重的糧食1克閃綠蜂鳥每天消耗兩倍于體重的糧食大腸桿菌每小時(shí)消耗2000倍于體重的糖2/6/202344湖北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院陳建國4、食譜最雜從無機(jī)物到有機(jī)物；從無毒物到有毒物；從結(jié)構(gòu)簡單到結(jié)構(gòu)復(fù)雜的物質(zhì)，微生物都能利用和降解。2/6/202345湖北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院陳建國5、繁殖最快大腸桿菌37℃培養(yǎng)在牛奶中，12.5min即可分裂一次；一般培養(yǎng)液的菌濃度為108-109個(gè)/ml。2/6/202346湖北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院陳建國6、數(shù)量最多人體的腸道中始終寄居著100-400種微生物，為腸道正常菌叢，總數(shù)可達(dá)100萬億。2/6/202347湖北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院陳建國7、分布最廣萬米深海的硫細(xì)菌85公里高空的微生物地層下128米和427米的沉積巖中的細(xì)菌2/6/202348湖北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院陳建國8、變異最易突變頻率一般為10-5-10-10，但因繁殖快，數(shù)量多，與外界環(huán)境直接接觸，因而在短時(shí)間內(nèi)可出現(xiàn)大量變異的后代。如：流感病毒。此外，微生物還具有抗性最強(qiáng)、休眠最長、起源最早、發(fā)現(xiàn)最晚等特點(diǎn)。2/6/202349湖北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院陳建國2.7微生物與人類面臨的

五大危機(jī)微生物與糧食微生物與資源微生物與能源微生物與環(huán)境保護(hù)微生物與醫(yī)藥微生物工程的展望2/6/202350湖北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院陳建國1、微生物與糧食提高土壤肥力,促進(jìn)糧食增產(chǎn)發(fā)酵生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白和飼料蛋白2、微生物與資源利用微生物的轉(zhuǎn)化能力將無用的廢物變?yōu)橛杏玫脑?/6/202351湖北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院陳建國沼氣燃料乙醇生物制氫3、微生物與能源2/6/202352湖北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院陳建國4、微生物與環(huán)境保護(hù)使用生物肥料，生物殺蟲劑；降解有毒物質(zhì)；凈化廢水廢氣，處理石油污染；用于環(huán)境監(jiān)測(cè)。5、微生物與醫(yī)藥抗生素、維生素、激素疫苗和菌苗等2/6/202353湖北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院陳建國第五節(jié)生物多樣性的保護(hù)5.1生物多樣性的概念5.2生物多樣性的喪失及其原因5.3生物多樣性的價(jià)值5.4保護(hù)生物多樣性2/6/202354湖北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院陳建國5.1生物多樣性的概念生物多樣性是指各種生物源，包括數(shù)百萬種的植物、動(dòng)物、微生物的各個(gè)物種所擁有的基因和由各種生物與環(huán)境相互作用所形成的生態(tài)系統(tǒng)以及它們的生態(tài)過程。2/6/202355湖北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院陳建國生物多樣性的層次遺傳多樣性物種多樣性生態(tài)系統(tǒng)多樣性景觀多樣性2/6/202356湖北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院陳建國5.2生物多樣性的喪失及其原因生物多樣性概況生物多樣性的喪失生物多樣性喪失的原因2/6/202357湖北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院陳建國（1）生物多樣性概況

地球上物種總數(shù)500－3000萬種已研究定名的物種150萬種

這些物種是40－45億年地球自然進(jìn)化的結(jié)果。2/6/202358湖北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院陳建國單位：10億年最早的動(dòng)物最早的真核生物光合蘭細(xì)菌釋放出O2積累于大氣中最早的原核生物地球形成2/6/202359湖北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院陳建國西澳州海灘上有3.5億年前留下的墊藻巖2/6/202360湖北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院陳建國墊藻巖中的原核生物2/6/202361湖北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院陳建國中國的生物多樣性高等植物3萬種

陸棲脊椎動(dòng)物2300種

昆蟲15萬種

占世界物種總數(shù)的10％2/6/202362湖北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院陳建國中國的重要生物資源熊貓金絲猴白鰭豚

民族民間藥用植物6000－7000種

受嚴(yán)重威脅的物種15－20％2/6/202363湖北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院陳建國在全國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中起重要作用的大豆品種達(dá)907個(gè),小麥品種達(dá)600多個(gè);花卉品種中菊花有上千個(gè)品種,牡丹有500多個(gè)品種;家畜的地方品種也多達(dá)204種,其中馬15個(gè),驢10個(gè),黃牛28個(gè),牦牛5個(gè),綿羊25個(gè),豬48個(gè),雞27個(gè),鴨12個(gè),鵝13個(gè),這些品種都有十分重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值,也是寶貴的“基因”資源。由于長期過度開發(fā)利用,我國已有不少野生植物已經(jīng)或?qū)缃^,如海南美登木、海南細(xì)辛、瓜耳木、霉草、海南粗榧、海南論環(huán)藤、嘉蘭、海南阿斯菲木以及蒙古高原產(chǎn)的單花郁金香等,而受到威脅的種至少有4600種。青藏高原的雪蓮、紅景天、冬蟲夏草等稀有藥用植物已瀕臨滅絕,若不立即采取有效保護(hù)措施,可能完全失去可持續(xù)開發(fā)利用能力。野動(dòng)物中已經(jīng)滅絕的脊椎動(dòng)物有7種,麋鹿、蒙古野馬、高鼻羚羊、豚鹿、白臂葉猴、臺(tái)灣藍(lán)腹鷴和黑長尾雉。2/6/202364湖北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院陳建國（2）生物多樣性的喪失

自然界中物種滅絕：90個(gè)/100年

人類活動(dòng)使物種滅絕加快：

1個(gè)/天，（104－105倍）2/6/202365湖北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院陳建國 人類活動(dòng)促使物種滅絕的一個(gè)重要方面是：熱帶雨林的消失。

每分鐘熱帶雨林消失100英畝

熱帶雨林已消失50％

估計(jì)再過50年完全消失

熱帶雨林中有30－50％生物物種。2/6/202366湖北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院陳建國紅色：每年毀林2000－14800公里2橘黃色：每年毀林100－1900公里22/6/202367湖北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院陳建國（3）生物多樣性喪失的原因棲息地的喪失和片斷化掠奪式的過度利用環(huán)境污染農(nóng)業(yè)和林業(yè)的品種單一化外來種的引入2/6/202368湖北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院陳建國毀林開荒在危地馬拉2/6/202369湖北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院陳建國

亞馬遜河三角洲(巴西)上空覆蓋著大量燃燒生成的煙霧2/6/202370湖北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院陳建國2/6/202371湖北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院陳建國5.3生物多樣性的價(jià)值直接價(jià)值：基本食物；藥物；各種工業(yè)原料等。間接價(jià)值：能量固定；調(diào)節(jié)氣候；穩(wěn)定水文；保護(hù)土壤；儲(chǔ)存必需的營養(yǎng)元素，促進(jìn)元素循環(huán)；維持進(jìn)化過程；對(duì)污染物質(zhì)的吸收和降解。2/6/202372湖北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院陳建國

玫瑰紅蔓長春花含有抗癌化合物2/6/202373湖北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院陳建國馬達(dá)加斯加:8000種開花植物80%僅產(chǎn)馬島這些僅產(chǎn)馬島的植物中可能包含著豐富的資源，例如：其中有三種野生咖啡樹無咖啡因2/6/202374湖北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院陳建國5.4保護(hù)生物多樣性保護(hù)生物多樣性的目標(biāo)保護(hù)生物多樣性的努力保護(hù)生物多樣性的過程和方法2/6/202375湖北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院陳建國（1）保護(hù)生物多樣性的目標(biāo)通過不減少基因和