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.Margulis提出三原界
2、：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、形态球形杆形螺旋形或弧形,2、结构,基
3、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.Gram 步骤：涂片固定；结晶紫初染1min；碘液媒染1min；95
4、%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）（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
5、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
6、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。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
7、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,艾滋病毒的形态,融合酶抑制剂、逆转录酶抑制剂（分核苷类和非核苷类逆转录酶抑制剂）和蛋白酶抑制剂。免疫治疗 基因治疗 治疗性疫苗,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
8、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 Gajdusek1980s 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100%死亡,正常细胞转化为肿瘤细胞
9、,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
10、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
11、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,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
12、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。,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 60007
13、000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
14、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：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,世界自然保护联盟濒危物种红色名录（IUCN Red Li
15、st of Threatened Species或称 IUCN红色名录）,于1963年开始编制，是全球动植物物种保护现状最全面的名录，也被认为是生物多样性状况最具权威的指标。此名录由世界自然保护联盟编制及维护。,物种保护级别,分为9类，根据数目下降速度、物种总数、地理分布、群族分散程度等准则分类，最高级别是绝灭（EX），其次是野外绝灭（EW），“极危”（CR）、“濒危”（EN）和“易危”（VU）3个级别统称“受威胁”，其他顺次是近危（NT）、无危（LC）、数据缺乏（DD）、未评估（NE）。,根据2007年世界自然保护联盟濒危物种红色名录世界自然保护联盟的科学家在世界范围内调查了4万种动植物。全
16、球目前有1万6306种动植物面临灭绝危机，比2006年增加188种，占所有参与评估的物种近40%。根据统计，1/3的两栖动物、1/4的哺乳动物、1/8的鸟类和70%的植物被列入“极危”（CR）、“濒危”（EN）、“易危”（VU）三个级别，都属于生存“受威胁”的物种。除了这些面临灭绝危机的物种，还有785种动植物被正式归入“灭绝”（EX）类别。此外，还有65种物种处于“野外绝灭”（EW）状态，即仅存在于人工环境下。,“安第斯女王”70%的已知植物面临绝种危险，可能很难找到非常安全的植物。红色名单上列出的植物有12151种，8500种为濒危物种。“安第斯女王“分布于秘鲁和玻利维亚，科学家对这种植物
17、进行了重新评估，但它仍为濒危物种。这种植物80年产出种子一次，然后死亡。气候变化的影响和牛群的践踏及啃咬让它们成为濒危物种。,（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,抗癌中药：,马达加斯加:12000 种 开花植物80%仅产马岛这些仅产马
18、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 全面提出保护生物(1990s,中国)多样性问题,中华人民共和国森林法，1984年中华人民共和国草原法，1985年中华人民共和国渔业法，1986年中华人民共和国野生动物保护法，1988年中华人民共
19、和国环境保护法，1989年,中国制定的保护生物多样性的法律和法规,挽救生物多样性：制定相应的法律和法规；设立自然保护区；迁地保护等。研究生物多样性：发挥生物技术的作用。持续明智的利用生物多样性,（3）保护生物多样性的过程和方法,中国白臀叶猴于1882年灭亡云南闭壳龟于1906年灭绝新疆虎于1916年灭绝中国犀牛于1922年灭绝亚洲猎豹于1948年灭绝普氏野马于20世纪60年代灭绝高鼻羚羊于20世纪60年代灭绝台湾云豹于1972年灭绝滇池蝾螈于1979年灭绝直隶猕猴于20世纪80年代灭绝白头鹳灭绝年代不详中国豚鹿20于世纪70年代灭绝小齿灵猫于20世纪80年代灭绝镰翅鸡于2000年宣布灭绝冠麻鸭
20、于20世纪中叶灭绝白暨豚于2006年宣布灭绝,联合国环境规划署指出，保持物种多样性以及生态环境健康具有重要的经济意义。最近开展的一项研究显示，每年仅因毁林和森林退化就会导致2万亿到4.5万亿美元的损失；另一方面，如果每年对自然保护区投资450亿美元用于改善生态系统，由此带来的收益可高达5万亿美元。各国国家元首和政府首脑在2002年约翰内斯堡可持续发展世界首脑会议上通过生物多样性目标。“国际生物多样性年”活动于2010年1月11日在德国柏林正式启动。其主题是“生物多样性就是生命，生物多样性也是我们的生命”。在名古屋生物多样性峰会上，有史以来第一次，来自世界各国300多个城市的市长将聚集在一起，通
21、过一个有关生物多样性的城市行动计划，并提交给各国的环境部长。因为，在目前城市化日益加剧、气候日益变暖的世界，城市将是人类赢得或失去生物多样性之战的地方。,本讲摘要,生物的分类系统以1959年，魏塔克提出的五界系统最为广泛接受，即将生物界分为原核生物总界和真核生物总界，后者又包括植物界、动物界、真菌界、原生生物界。微生物：是指一大类形体微小、结构简单的低等生物的总称。具有小、简、低的特点。分为原核、真核和非细胞三类微生物。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。生物多样性丧失的现状、层次、原因和保护生物多样性的方法。,思考题,1、简述五界系统2、简述生物分类的分级和双名法3、微生物有哪些不同于动植物的特点4、什么是病毒？它有哪些特点？5、什么是微生物？它包括哪些类型？6、生物多样性保护的内容？7、造成生物多样性丧失的原因是什么？,THANK YOU！,
