普通生物学-第十章生物多样性

第十章生物多样性

概述：

生物多样性的概念和特点

生物分类方法

生物的命名生物的分界原核生物界原生生物界植物界动物界(自学)一、概述：

（一）生物多样性的概念及内容概念：

所有来源的形形色色生物体，包括陆地、海洋和其他水生生态系统及其所构成的生态综合体，也包括物种内部、物种之间和生态系统的多样性。生物多样性内容:

1、物种多样性：

2、遗传多样性：

3、生态系统多样性：

1、物种多样性：地球上的生命多种多样，丰富多彩：如：从病毒到重达150t的鲸；从蜗牛到猎豹；植物借助于风、水和动物的迁移把自己的后代送向远方；苔藓植物有13000种之多

大自然中每一个物种都是独特的，构成了物种的多样性地球诞生到现在45亿年,究竟有多少种生物?科学家每年发现的新物种有1.5万个,这一速度没有减缓的迹象;已经命名并且分类的有130万个物种;莫拉、沃姆两人采用新的分析方法，判定地球总共拥有870万个物种，误差浮动为130万，发表在《PloSBiology》上。2、遗传多样性：遗传多样性指同一物种内基因型的多样性，是衡量种内变异的概念。组成生命的细胞中，DNA是遗传物质，由4种碱基（base）在DNA长链上不同的排列组合，决定了基因与遗传的多样性。

如：在人类DNA长链上有约3万个基因，它记录了我们祖先的密码。3、生态系统多样性各种生物与环境构成了不同的生态系统（ecosystem）。在不同的生态系统中，各种生物通过复杂的生物链获取食物和传递能量，同时完成物质的循环。生态系统的结构、功能、平衡及调节机制千差万别是生物多样性的重要内容。（二）生物分类学16世纪李时珍：“本草纲目”:“部”植物：草、谷、菜、果、木动物：虫、鳞、介、禽、兽人

18世纪林奈(瑞典)：“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现代生物分类学

1分类方法：

形态学方法：根据生物主要形态特征的异同对生物进行归类。

遗传进化关系分类法：只强调生物之间遗传进化的关系,注重研究一组生物多久

以前从另一类生物中分支出来。

经典的进化分类法：既考虑生物进化分支的时间，又注重生物形态特征的异同。遗传进化关系分类法经典的进化分类法2生物种的概念：

种（species，物种）：是生物基本的分类单元。是形态、结构、发育特征、生态功能和生态分布基本相同的一群生物。

种起源于共同的祖先,极近似的形态特征，能自然交配，产生正常（可育）后代的个体。3生物分类阶层

根据生物异同程度、亲缘关系远近，使用不同等级特征，将生物逐级分类：

界（Kingdom）门(Phylum)

纲(Class)

目(Order)

科(Family)

属(Genus)

种(Specis)动物界植物界脊索动物门哺乳纲食肉目猫科犬科猫属豹属豹猫虎狼狗犬属被子植物门双子叶植物纲白菜花目十字花科芸苔属花菜油菜茄目茄科萝卜属萝卜辣椒属辣椒4、生物的命名双名法（Bionomialnomenclatre)用拉丁文表示属名和种名

属名（名词，第一字母大写，斜体）

种名（形容词,字母均小写，斜体）

人姓氏（字母大写，正体）如：马铃薯学名

SolanumtuberosumL.(Linn)五界系统原核生物界（Prokaryolae)原生生物界（Protista)植物界（Plantae)真菌界（Fungi)动物界（Animalia)六界系统古细菌界（甲烷菌、嗜热嗜酸菌）真细菌界（古细菌以外的其它原核生物）原生生物界植物界真菌界动物界5、生物的分界原核生物界原生生物界植物界动物界真菌界无界分类系统特征类别代表生物作用或用途

原核生物界

Monera无明显的细胞核，无膜包被的细胞器，都是一些微小的单核生物古细菌、细菌、蓝细菌等大肠杆菌、螺旋藻有机物的降解；自养或异养；工业发酵，造成水体污染，致病，提供单细胞蛋白及生物工程材料。原生生物界Protista真核细胞，单细胞或多细胞群体，大部分生活在水环境中原生动物类、真核藻类、粘菌草履虫、小球藻有的行光合作用，是还养活湖泊中的原初生生产者，有的是古代石油来源真菌界Fungi真核细胞，无叶绿素，不能光合作用，行腐蚀营养霉菌、子囊菌、担子菌青霉、木耳、猴头菇降解有机物，致病，作物病害，制药，食品等植物界Plantae真核、多细胞，具有根、茎、叶和繁殖器官的分化，光合自养苔藓植物、蕨类植物、裸子植物、被子植物各种植物吸收二氧化碳，放出氧气；与人类衣食住行联系密切动物界Animalia真核、多细胞，异养，无细胞壁，大多数组织和器官发达，能运动海绵动物、腔肠动物、环节动物、软体动物、节肢动物、脊索动物各种动物吸收氧气，放出二氧化碳；有的是高蛋白食物的主要来源五界分类系统的主要特征和作用二、原核生物界

分布广，缺少细胞核和由膜包被的细胞器；营养方式多种(自养和异养)：自养的原核生物从无机的CO2或其他无机物中获得碳源；根据其能量的来源不同分为光能自养和化能自养。

微生物—巴斯德1890年：巴斯德，科赫等奠定了现代微生物学的基础，提出引起各种腐败、疾病的原因都是微生物。微生物(Microorganism,microbe)

是指一大类形体微小、结构简单的低等生物的总称。

三个要点:

小：观察借助光镜；测量单位为微米（0.5-20）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

微生物的特点（一）微生物的种类1原核生物

细菌、放线菌、衣原体、支原体、蓝细菌；2真核生物

真菌（霉菌、酵母菌）、原生动物、藻类；3非细胞生物

病毒、类病毒,朊病毒等；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的特点个体最小，比面值最大（比面值=面积/体积)比面值:设:人=1;

大肠杆菌(E.coli)=30,000;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形态最简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;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.光合细菌繁殖最快大肠杆菌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。

24小时产生72代数量最多如: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。分布最广如: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种类多最易变异突变频率一般为10-5—10-10,因其繁殖快,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.（二）细菌的基本特点

体小而细

壁坚而韧

二等分裂

水生性强单细胞原核微生物细菌的形状球菌：单球、双球、链球、葡萄球菌…杆菌：短杆、长杆、棒杆、梭杆等。螺菌：弧菌、螺旋菌、螺旋体等。自然界中：杆菌>球菌>螺菌>其他菌细菌的结构基本结构:细胞壁;细胞膜;细胞质;核质体;特殊结构:荚膜;芽孢;质粒，鞭毛;培养特征固体培养基上:菌落(colony):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(clone)。菌苔(lawn):大量细菌的菌落联成一片。罗伯·柯霍(德)常见的细菌性传染病伤寒－－伤寒杆菌霍乱－－霍乱弧菌白喉－－白喉杆菌白日咳－－白日咳杆菌细菌性痢疾－－痢疾杆菌流行性脑脊髓膜炎－－脑膜炎球菌细菌性食物中毒－－肠胃型：多种细菌神经型：肉毒杆菌炭疽－－炭疽杆菌病原细菌的致病力

吸附和侵入能力

侵袭力

繁殖和扩散能力

毒力

对寄主防御机能的抵抗力病原菌

内毒素（脂多糖,细菌死亡裂解时释放）

毒素

外毒素（外泌毒素，荚膜）

侵入数量：不同的病原菌有不同的致病剂量

侵入门径：呼吸道，消化道，皮肤伤口，多种途径

病原细菌的致病力细菌的繁殖能力：20－60分钟增殖一代细菌的扩散能力：分泌水解酶(透明质酸酶，胶原酶血浆凝固酶等）细菌的抵抗力：链球菌－溶血素碳疽芽孢杆菌－攻击素病原细菌的致病力

毒素

细菌通常能产生两种毒素：

内毒素endotoxin和外毒素exotoxin。细菌致病的主要原因是由外毒素造成的。这些毒素或属于酶、或属于酶原，与体内易感细胞后，经蛋白酶部分水解变成毒性很强的酶，破坏机体正常的代谢过程或正常的生理过程。

抑菌的方法：干扰细胞壁的合成(青霉素)扰乱产生蛋白质的核糖体(红霉素)干扰DNA的合成(诺氟沙星)人体中定居的细菌（微生态）人体的皮肤、口腔、肠道中都有细菌长期存在，被称为正常菌群，它们构成人体内的正常微生物区系。成人体内的细菌数为1.2千克，约100万亿。肠道中的细菌种类约400－500种，人粪便的1/3为细菌。这些细菌可分为3类：有益菌：双歧杆菌、嗜酸乳杆菌中间菌：粪链球菌、大肠杆菌有害菌：葡萄球菌、假单孢菌有益菌的作用

抵制致病菌的入侵抑制致病菌的生长繁殖帮助增加人体的营养促进肠道的蠕动分解体内的有害物质增强免疫功能如何增加体内的有益菌补充一些有益菌改善肠道的环境条件不滥用抗菌素

人体、动物体内有益的细菌主要有：酪酸梭菌、乳酸菌、双歧杆菌、嗜酸乳杆菌、放线菌、酵母菌等。（三)放线菌(Actinomycetes)：

具有丝状分枝细胞的细菌

以单细胞丝状体生长，

以孢子方式繁殖的陆生性强的G+原核细菌类微生物。除少数放线菌属的放线菌对人类有害外,大部分放线菌对人类有益,许多的抗生素来自于放线菌,如:链霉素、卡那霉素（链霉菌属）

利福霉素（诺卡氏菌属）

庆大霉素（小单孢菌属）(四)病毒病毒是一类形体极其微小、结构十分简单、侵染特定活性胞的遗传因子。I.病毒的发现及病毒学的发展1886年，德国人Mayer证明TMV病叶中有感染性因子DmitryIvanovsky:1892年：Ivanovsky在研究烟草花叶病时发现，病叶的提取液经过细菌滤器过滤后，仍然具有使健康植株染病的能力－他找到了病毒

Beijerinck：真正发现了病毒

1898年：Beijerinck进行了Ivanovsky的同样的实验，得到类似的结果。在1899年发表的论文中，他提出：

烟草花叶病的病原是一种新的，非细胞性的物质，它不能独立繁殖，只能依赖活的组织进行繁殖。

2.病毒的现代概念亚显微(10－1000nm)非细胞结构专性活物寄生特殊的增殖特性只有一种核酸（RNA或DNA），并都有遗传活性。无蛋白质合成和能量代谢的机制大分子核蛋白结晶A.病毒是生命之最种类最多：每种生物都有病毒，而且往往不止一种。人中至少有病毒近百种，烟草中有病毒至少24种。最为多样：基因组除双链DNA外，还有单链DNA，单链和双链RNA，还有反转录数量最多：据估计：每毫升海水含病毒颗粒：一千万个。B.病毒的形态与结构

每一病毒颗粒都是由:一个核酸芯子和一个蛋白质外衣，即核衣壳(capsid)所组成。有些病毒还有一层脂质双层包膜，病毒包膜来源于宿主细胞膜，但又不是完全意义上的细胞膜。病毒核衣壳的对称形式

螺旋对称二十面体等轴对称球形对称病毒的形态与结构噬菌体也是由核酸芯子和蛋白质衣壳所组成，但噬菌体的形态比寄生于真核细胞的病毒复杂C.病毒的增殖过程(嗜菌体）吸附侵入合成装配释放正常细胞转化为肿瘤细胞潜伏感染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机体后的几种结果病毒细胞核亚病毒病毒由一种类型的核酸(RNA或DNA）与至少一种结构蛋白所组成的有一定形态的毒粒，这类病毒也称为真病毒；有些感染性因子比病毒更加简单，只有一些小分子核酸或者只是一种蛋白质。这些具有感染性的物质称为亚病毒因子（Subvirusagents）。它们包括拟病毒(Viroid)、类病毒(Virusoid)和Prion（阮病毒）。亚病毒类病毒（viroid）：没有衣壳包裹的共价闭合的单链环状RNA分子，大小为246-399个核苷酸，主要感染植物。朊病毒（Prion）一种不含核酸的、无免疫性的、但具有感染性的小分子蛋白质。1982年，美国加州大学旧金山分校的S.BPrusiner报道了一种新的蛋白质类的感染颗粒，它们是疯牛病（牛海绵状脑病）、克-雅尼氏病（进行性早老性痴呆病）、羊瘙痒病、库鲁病（人震颤病）的致病因子，将这种具有感染性的蛋白质颗粒定名为Prion（普里昂），又称阮病毒（virino）。阮病毒的发现Prion是一种无抗原性、能在细胞内复制的疏水性蛋白，许多Prion通常聚集在一起形成杆状。健康人体内，Prion以正常无害的细胞蛋白形式存在。当被致病性的Prion感染颗粒诱导，原先正常的Prion就会发生就够改变，是人或动物患上致病性脑病，表现出痴呆、震颤等神经失调症状，病理切片显示脑组织和中枢神经组织呈现海绵状变化。神经元错误折叠的Prion蛋白（致病蛋白）正常Prion蛋白致病Prion侵入，接触感染被感染蛋白发生错误折叠，成为致病蛋白致病蛋白继续感染其他正常蛋白感染扩大，导致疯牛病发生致病Prion的感染导致正常蛋白产生错误的折叠，因此具有病毒式感染效果朊病毒危害性朊病毒疾病即海绵状脑病，是人和动物共患的一类遗传性、传染性和散发性的中央神经系统退行性脑病，最终可以导致患者死亡，它能在人和动物中进行传染。1986年英国首次爆发疯牛病，已有17.7万头牛染病，上百万头牛被屠杀，损失400多亿美元。已有112人死亡，潜在感染人数超过50万。Zoe朊病毒危害性病理学特点：大脑皮层的神经原细胞退化。形成空泡、死亡，被星状细胞取而代之。因而形成海绵状态。大脑皮层（灰质）变薄而白质相对明显。故称海绵状脑病或白质脑病。

临床上相应地出现痴呆、共济失调和震颤等症状。朊病毒的传播途径疯牛病蔓延整个欧洲英国、爱尔兰、瑞士、法国、比利时、卢森堡、荷兰、德国、葡萄牙、丹麦、意大利、西班牙、列支敦士登、阿曼、斯洛伐克、芬兰、奥地利、日本、韩国2000年常见的病毒性疾病艾滋病、流行性感冒、乙型肝炎、麻疹、脊髓灰质炎、狂犬病、登革热等；近年来，发现某些病毒能导致动物产生肿瘤。病毒侵入机体的途径有：

呼吸道感染、消化道感染、昆虫或其他动物叮咬感染、接触感染、血液（输血）感染、经胎盘感染、性接触感染等。感染病毒后一般情况下可以诱导机体产生抗病毒的免疫应答反映，如：干扰素就是一种病毒入侵引起的非特异性免疫应答反应而产生的糖蛋白具有抗病毒作用。三、原生生物界一种最简单的真核生物。特点：单细胞个体；个体较小,细胞器复杂(全能细胞)；多数自由地在水中或潮湿的土壤中生活；少数在人类和其他动物体内生存；可致病原生生物的分类：（有争议），大部分为原生动物，其次是真核藻类，还包括一些低等的菌类。原生生物的种类藻类是一种具有光合作用色素，无根茎叶分化的原植体生物；大多数是单细胞，一些多细胞的藻类其生殖器官也是单细胞，受精卵发育不形成多细胞的胚。常见的单细胞藻类有：硅藻、甲澡和部分绿藻；常见的多细胞藻类包括一些绿藻、褐藻和红藻等。绝大多数藻类生活在水体环境中，少数存在于潮湿的土壤或其他介质表面。绿藻红藻硅藻褐藻甲藻金藻粘菌类生物是原生生物中数量较少的一种；生长期或营养期为裸露的无细胞壁多核的原生质团，称为变形体；繁殖期形成多细胞的孢子囊构成并产生具有纤维质的细胞壁的孢子；粘菌大多数生于森林中阴暗和潮湿的地方，在腐木、落叶或其他湿润的有机物上生长。粘菌类原生生物

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参与了自然界中的物质循环四、植物界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的作用(一)植物界的基本类群

低等植物（无胚植物）

高等植物（有胚植物）藻类植物菌类植物地衣植物苔藓植物蕨类植物裸子植物被子植物非维管植物维管植物

孢子植物（隐花植物）

种子植物（显花植物）

低等植物基本特征多为水生没有根、茎、叶的分化有性生殖合子不形成胚，直接发育新个体生殖器官是单细胞可分为藻类、菌类、地衣植物

高等植物绝大多数为陆生具根、茎、叶的分化有胚雌性生殖器官为多细胞可分为：

苔藓植物门蕨类植物门裸子植物门被子植物门1苔藓植物：结构较简单的高等植物结构特点：

无维管组织，出现茎、叶分化（矮小，地钱等无茎、叶分化的扁平叶状体）

无真根，有假根

→形体较小生殖器官：多细胞

颈卵器（瓶状，膨大的腹部内有卵细胞）

精子器(棒状或球状，内有多数精子）合子发育成胚

借助水精、卵颈卵器、胚出现是苔藓植物水生向陆生过渡的重要进化性状生活史特点：

配子体发达

孢子体（细胞无叶绿体）依附在配子体上，靠 配子体供给养料才能生活

孢子萌发经过原丝体阶段孢子在适宜的环境下萌发成丝状体，形 如丝状绿藻，称原丝体(protonema)，一段时间后再长成成熟的植物体--配子体。受精卵孢子体孢子囊减数分裂孢子原丝体配子体颈卵器雌枝雄枝精子器精子

受精颈卵器配子体（单倍体）世代孢子体（二倍体）世代含孢子体的植物卵雌配子体雄配子体颈卵器托和颈卵器精子器托和精子器芽杯假根叶状体芽杯苔藓配子体（拟茎叶体）雌枝孢子体雄枝颈卵器精子器精子假根代表植物葫芦藓(FunariahygrometricaHdew.)地钱Marchantiapolymorpha苔藓植物

Bryophytes大叶藓

2蕨类植物

结构特点：

有维管组织

有根、茎、叶分化→蕨类植物有的高大，如树蕨常陆生、附生、少水生

生殖器官：多细胞精子有鞭毛，在水中游泳才能达到卵子→受精离不开水主要特征：孢子体发达（出现了真根和维管组织）孢子囊（及孢子叶）常集生成孢子叶穗、孢子囊穗、孢子囊群或孢子果。

配子体大多数能独立生活蕨类植物的配子体称为原叶体，多为扁平的叶状体，具叶绿体，能独立生活。配子体不能完全适应陆生，受精过程还需要水环境产生孢子，不产生种子有明显的世代交替铁线蕨鹿角蕨?3裸子植物裸子植物:

是一类既保留着颈卵器，又能产生种子，介于蕨类植物和被子植物之间的维管植物。主要特征：孢子体发达：多年生木本植物，多数只有管胞和筛胞。产生种子，但胚珠和种子裸露。孢子叶多聚生成孢子叶球（strobilus）；小孢子叶球（雄球花）着生小孢子囊（花粉）大孢子叶球（雌球花）着生1-数枚裸露胚珠。胚珠受精后发育成种子。配子体简化，具颈卵器：

雄配子体：2个原叶细胞、1个管细胞、1个柄细胞和2个精子。

雌配子体（胚囊）：胚乳占大部，多保留简化颈卵器。出现花粉管，受精作用不再受水的限制：

花粉风力传送，经珠孔直达胚珠，在珠心上方形成花粉管，直达胚囊。裸子植物常具多胚现象裸子植物门Gymnospermae的主要类群裸子植物出现于3亿年前的古生代晚期。最盛时期是中生代。现存的裸子植物共有12科，71属，约800种。中国裸子植物种类多、资源丰富，有11科，41属，约240种，其中不少是第三纪的孑遗植物，或称“活化石”植物。苏铁纲苏铁纲棕榈状乔木大型羽状复叶顶生雌雄异株乔木，有长、短枝扇形叶，二分叉叶脉雌雄异株银杏纲：松柏纲：松科、杉科柏科、南洋杉科红豆杉纲百岁兰科(Welwitschiaceae)

茎粗短，一对大型叶子，可生存百年以上，小孢子叶球中央有1个发育不完全的胚珠，雌配子体也没有颈卵器，产非洲西南部沙漠。4被子植物最高级的植物类群种子或胚珠包被在果实或心皮中孢子体高度分化，占绝对优势具有雌蕊和真正的花配子体进一步简化为成熟花粉粒和胚囊双受精，3N胚乳木质部有导管和纤维韧皮部有筛管和伴胞裸子植物与被子植物比较

裸子植物

被子植物胚珠或种子裸露有包被木质部有管胞有导管、纤维、薄壁细胞韧皮部有筛胞有筛管、伴胞、薄壁细胞无真正花，为孢子叶球有真正花、果实无双受精，胚乳N有双受精，胚乳3N形态单一形态多样、适应性强、多单轴分枝高大乔木分布广（三）被子植物主要分科概述双子叶植物纲：单子叶植物纲：双子叶植物与单子叶植物比较

双子叶植物单子叶植物胚有2片子叶胚有1片子叶直根系须根系维管束环状排列维管束散生有形成层无形成层网状脉平行脉花各部分基数5或4花各部