第四节微生物与生物多样性汇总

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2/6/20231湖北大学生命科学学院陈建国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2/6/20232湖北大学生命科学学院陈建国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2/6/20233湖北大学生命科学学院陈建国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2/6/20234湖北大学生命科学学院陈建国分

类病原体

细菌性肺炎需氧革兰染色阳性球菌：如肺炎链球菌（肺炎球菌）、金黄色葡萄球菌、甲型溶血性链球菌等需氧革兰染色阴性球菌：肺炎克雷白杆菌、流感嗜血杆菌、绿脓杆菌、肠杆菌属、大肠埃希菌、变形杆菌等厌氧杆菌：如棒状杆菌、梭状杆菌等支原体肺炎肺炎支原体衣原体肺炎肺炎衣原体、鹦鹉热衣原体真菌性肺炎白色念珠菌、曲菌、放线菌等

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、巨细胞病毒、单纯疱疹病毒、副流感病毒，汉坦病毒、亨德拉和尼巴病毒、冠状病毒、Metapeumovirus

其他病原体所致肺炎立克次体（如Q热立克次体）、弓形虫（如鼠弓形虫）、原虫（如卡氏肺孢子虫）、寄生虫（如肺包虫、肺吸虫、肺血吸虫）、军团菌等。2/6/20235湖北大学生命科学学院陈建国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2/6/20236湖北大学生命科学学院陈建国各种“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2/6/20237湖北大学生命科学学院陈建国电镜下的

微生物曲霉阿米巴草履虫酵母菌2/6/20238湖北大学生命科学学院陈建国放线菌的形态2/6/20239湖北大学生命科学学院陈建国病毒的形态腺病毒吸附在鸡红细胞上2/6/202310湖北大学生命科学学院陈建国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70S80S2/6/202311湖北大学生命科学学院陈建国原核与真核细胞的比较2/6/202312湖北大学生命科学学院陈建国2.3细菌1、形态球形杆形螺旋形或弧形2/6/202313湖北大学生命科学学院陈建国2、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鞭毛细胞膜细胞质核质体细胞壁菌毛芽孢鞭毛荚膜2/6/202314湖北大学生命科学学院陈建国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。2/6/202315湖北大学生命科学学院陈建国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2/6/202316湖北大学生命科学学院陈建国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2/6/202317湖北大学生命科学学院陈建国光能型真细菌：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2/6/202318湖北大学生命科学学院陈建国细菌的鉴别染色法

——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。2/6/202319湖北大学生命科学学院陈建国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2/6/202320湖北大学生命科学学院陈建国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囊2.4真菌2/6/202321湖北大学生命科学学院陈建国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。

核膜和核仁液泡胞内颗粒酵母的芽殖过程2/6/202322湖北大学生命科学学院陈建国（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。①工业上：蛋白酶、柠檬酸、抗生素②进行生物防治，污水处理和生物测定③食品制造方面：酱油、干酪④在基础理论研究方面：良好的实验材料2/6/202323湖北大学生命科学学院陈建国（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）2/6/202324湖北大学生命科学学院陈建国（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，包括大多数担子菌类和极少数的子囊菌类。

2/6/202325湖北大学生命科学学院陈建国

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。2/6/202326湖北大学生命科学学院陈建国天花流感疱疹肝炎HIV疯牛病烟草花叶水稻黄矮苹果锈病2/6/202327湖北大学生命科学学院陈建国球形-廿面体对称杆形-螺旋对称蝌蚪形-复合对称2、病毒的形态2/6/202328湖北大学生命科学学院陈建国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。2/6/202329湖北大学生命科学学院陈建国噬菌体侵染细菌的病毒2/6/202330湖北大学生命科学学院陈建国吸附侵入生物合成装配释放繁殖过程2/6/202331湖北大学生命科学学院陈建国线状双链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2/6/202332湖北大学生命科学学院陈建国侵入合成装配乙

肝

病

毒

感

染

过

程2/6/202333湖北大学生命科学学院陈建国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。2/6/202334湖北大学生命科学学院陈建国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原性的疏水蛋白质分子。例如疯牛病、人类的库鲁病等。2/6/202335湖北大学生命科学学院陈建国

朊病毒结构2/6/202336湖北大学生命科学学院陈建国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。PrPcPrPsc

α－螺旋40％21％

β－折叠3％54%2/6/202337湖北大学生命科学学院陈建国能够传染致病的蛋白质

——普列昂18世纪冰岛羊搔痒病1920sH.Creutzfieldt人CJ病

A.Jacob1950s巴布亚－新几内亚Kuru病Gajdusek1980s英国疯牛病2/6/202338湖北大学生命科学学院陈建国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2/6/202339湖北大学生命科学学院陈建国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2/6/202340湖北大学生命科学学院陈建国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2/6/202341湖北大学生命科学学院陈建国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2/6/202342湖北大学生命科学学院陈建国2、形态最简2/6/202343湖北大学生命科学学院陈建国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2/6/202344湖北大学生命科学学院陈建国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。2/6/202345湖北大学生命科学学院陈建国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。2/6/202346湖北大学生命科学学院陈建国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。2/6/202347湖北大学生命科学学院陈建国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2/6/202348湖北大学生命科学学院陈建国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。2/6/202349湖北大学生命科学学院陈建国2.7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微生物工程的展望2/6/202350湖北大学生命科学学院陈建国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2/6/202351湖北大学生命科学学院陈建国沼气燃料乙醇生物制氢3、微生物与能源2/6/202352湖北大学生命科学学院陈建国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2/6/202353湖北大学生命科学学院陈建国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2/6/202354湖北大学生命科学学院陈建国5.1生物多样性的概念生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。2/6/202355湖北大学生命科学学院陈建国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2/6/202356湖北大学生命科学学院陈建国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2/6/202357湖北大学生命科学学院陈建国（1）生物多样性概况

地球上物种总数500－3000万种已研究定名的物种150万种

这些物种是40－45亿年地球自然进化的结果。2/6/202358湖北大学生命科学学院陈建国单位：10亿年最早的动物最早的真核生物光合兰细菌释放出O2积累于大气中最早的原核生物地球形成2/6/202359湖北大学生命科学学院陈建国西澳州海滩上有3.5亿年前留下的垫藻岩2/6/202360湖北大学生命科学学院陈建国垫藻岩中的原核生物2/6/202361湖北大学生命科学学院陈建国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％2/6/202362湖北大学生命科学学院陈建国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6000－7000种

受严重威胁的物种15－20％2/6/202363湖北大学生命科学学院陈建国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4600种。青藏高原的雪莲、红景天、冬虫夏草等稀有药用植物已濒临灭绝,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。2/6/202364湖北大学生命科学学院陈建国（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，（104－105倍）2/6/202365湖北大学生命科学学院陈建国 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30－50％生物物种。2/6/202366湖北大学生命科学学院陈建国红色：每年毁林2000－14800公里2橘黄色：每年毁林100－1900公里22/6/202367湖北大学生命科学学院陈建国（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2/6/202368湖北大学生命科学学院陈建国毁林开荒在危地马拉2/6/202369湖北大学生命科学学院陈建国

亚马逊河三角洲(巴西)上空覆盖着大量燃烧生成的烟雾2/6/202370湖北大学生命科学学院陈建国2/6/202371湖北大学生命科学学院陈建国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。2/6/202372湖北大学生命科学学院陈建国

玫瑰红蔓长春花含有抗癌化合物2/6/202373湖北大学生命科学学院陈建国马达加斯加:8000种开花植物80%仅产马岛这些仅产马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2/6/202374湖北大学生命科学学院陈建国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2/6/202375湖北大学生命科学学院陈建国（1）保护生物多样性的目标通过不减少基因和