第七章 微生物生命的多样性

第七章

微生物生命的多样性第一节生命多样性和物种一、生命多样性（一）生命多样性的概念

生命多样性亦称生物多样性（biodiversity

）：

指生命有机体的种类和变异性及其与环境形成的生态复合体以及与此相关的各种生态过程的总和。包括动物、植物、微生物和它们所拥有的基因以及它们与其生存环境形成的复杂的生态系统和自然景观。（二）生物多样性的类型1.遗传多样性2.物种多样性3.生态系统多样性4.景观多样性1.遗传多样性（geneticdiversity）

广义的遗传多样性：指地球上所有生物所携带的遗传信息的总和。狭义的遗传多样性：指生物种内不同群体之间或同一群体内不同个体之间的遗传变异的总和（世界资源研究所，WRI）。

遗传多样性是生物多样性的内在形式生物种内不同群体：生态型、变种、亚种、品种、品系等。遗传多样性研究实例—大熊猫数量稀少（少于1000只）、分布地急剧减小并割裂为小群体、生殖力低下,极度濒危。分类地位：以箭竹为食，缺乏食肉齿，但臼齿具明显的高低不平,为食肉目,是属于熊科、浣熊科或是大熊猫科？随着地质年代中的环境变迁，体型经历了由小变大、又变小的过程。以迁地保护为主。1993年，世界上有35个单位饲养着113只大熊猫。概况2.物种多样性(一)概念：物种多样性是生物多样性在物种上的表现形式，反映了地球上生物有机体的复杂性，是生物多样性研究的核心内容。(二)分布：10000米深海……硫细菌4.5km深的地层中……细菌74－85km高空……微生物3.生态系统多样性

(1)包含内容(2)意义

生态系统多样性是维持物种多样性和遗传多样性的保证。

生物圈内物种集合的空间多样性，包括:

生物圈生境多样性生物群落多样性生态过程的多样化生态系统内生境差异生态过程变化多样性224.景观多样性（landscapediversity）景观：多种多样生态系统在一定地区内的镶嵌分布格局。景观是人与环境在时间和空间上相互作用的产物。景观在结构、功能以及随时间变化（即动态）的复杂性。33二、物种的概念及其命名法（一）物种的概念和定义

不同专业的生物学家对物种的概念有不同的理解。

现代遗传学认为：物种是一个具有共同基因库、与其他类群有生殖隔离的群体

生物学家认为：

物种是生物世界发展的连续性与间断性的同一的形式。83生态学家认为：

物种生态系统中的功能单位，不同物种占有不同的生态位。

中国学者陈世骧认为：

物种是由种群组成的生殖单元，在自然界占有一定的生境，在系谱上代表一定的分支。这个概念包括种的4个标准：

种群组成生殖隔离

生境地位系谱分支84（二）种、亚种和变种种的概念（略）亚种：是指同一种内由于地理隔离彼此分化而形成的个体群。它是种下的分类阶元。变种：是指种内的种型或个体变异。它不是分类阶元。85（三）种的命名1.命名

林奈制定了生物学名二命名法,即属名加种名:属名在前,种名在后.属名是名词,第一个字需大写种名是形容词,是限制属名的,需小写种名之后是定名者的姓氏或其缩写86（三）种的命名2.命名举例狼的学名是:CanislupusLinne犬属狼林奈人的学名是:HomosapiensLinne人属人种林奈亚种一般采用三名法,即在种名之后再加一个亚种名87三、分类等级

在自然分类系统中,分类学家将生物划分为自高而低的7个阶元,即88

界（kingdom)

门（phylum）纲（class）目（order）科（family）属（genus）种（species）以上7个阶元是最基本的，必要时还可以在某一等级之前增设一个“超级”或在之后增加一个“亚级”如：如人（Homosapiens，L）：

动物界（Animalia）

脊索动物门（Chordata）

脊椎动物亚门（Vertebrata）

哺乳动物纲（Mammalia）

真兽亚纲（Eutheria）

灵长目（Primates）

类人猿亚目（Anthropoidea）

人科（Homonidae）

人属（Homo）

人种（Sapienes）89四、生物的分界(一)分界的演化

古希腊Aristotle首次把生物分为动物和植物两界。林奈也把生物分为两界。两界系统的特点是简单且不能反映生物界的复杂性和进化关系。

德国生物学家E.Haeckle于1886年提出三界学说：动物界、植物界和原生生物界。单细胞生物简单多细胞动物和植物90(一)分界的演化

1969年WhittakerR.H.提出五界系统。生物真核生物原核生物原生生物界植物界光合自养真菌界腐生异养动物界异养五界系统虽能反映出生物间的亲缘关系和进化历程，但仍不够完善(一)三主干学说真核生物（主群）原核生物古细菌主群真细菌主群嗜热细菌(极端)(产)甲烷细菌嗜盐细菌(极端)原生生物真菌植物动物92第二节非细胞形态生命体一、病毒及其分类地位1.病毒形态

不具有细胞形态结构形态多样由核酸和蛋白质组成将病毒称为分子生物2.病毒的特征

体积微小，结构简单严格寄生，只能在特定的、活的宿主细胞内才能生长、繁殖（严格的专性细胞内寄生）不能在人工培养基上生长通常对抗生素不敏感核酸(DNA或RNA)衣壳衣壳：（1）由衣壳粒构成（2）衣壳粒由1-6个多肽分子组成。（3）保护核酸、决定病毒抗原特异性（4）不同病毒排列方式不同3.病毒结构病毒分类：

寄主：动物、植物、噬菌体

遗传物质：DNA或RNA。

单倍体，仅一条染色体。病毒

蛋白质外壳

核酸.烟草花叶病毒腺病毒T4噬菌体爱滋病病毒

RNA

DNA

DAN

RNA4.病毒的分类5.DNA病毒繁殖周期DNA病毒繁殖周期需经过以下4个阶段

病毒进入那宿主细胞，脱壳，释放出DNA和衣壳蛋白利用宿主酶系统复制病毒基因组利用宿主酶系统，以病毒基因组为模板，转录出病毒mRNA,翻译出病毒蛋白质病毒的基因组和衣壳蛋白自装配成新的病毒颗粒，并从细胞中释放出来6.HIV(humanimmunodeficiencyvirus,人免疫缺损病毒，俗称艾滋病病毒)分子结构特征：是一种具有包膜的RNA病毒。在壳体内含有两条相同的RNA链和反转录酶。HIV是引起艾滋病，或称获得性免疫缺陷综合症（acquiredimmunodeficiencysyndrome,AIDS）的元凶。病毒存活①体外生存人类免疫缺陷病毒（HIV）在人体外生存能力极差，不耐高温，抵抗力较低，离开人体不易生存，常温下只可生存数小时至数天。HIV对热敏感。在56℃条件下30分钟即失去活性，但在室温保存7天，仍保持活性。国际卫生组织推荐对艾滋病病毒灭活加热100℃持续20分钟，效果较理想。艾滋病病毒的消毒主要是针对被艾滋病病毒感染者和艾滋病病人的血液、体液污染的医疗用品、生活场所等。病毒存活②体液生存在室温下，液体环境中的HIV可以存活15天，被HIV污染的物品至少在3天内有传染性。所以，含有HIV的离体血液可以造成感染。尽管艾滋病毒见缝就钻，这些病毒也有弱点，它们只能在血液和体液中活的细胞中生存，不能在空气中、水中和食物中存活，离开了这些血液和体液，这些病毒会很快死亡。6.HIV(humanimmunodeficiencyvirus,人免疫缺损病毒，俗称艾滋病病毒)

致病机制：主要侵入人的CD4TH淋巴细胞，破坏人的免疫系统，阻止新的免疫细胞形成，使人丧失免疫能力，最后患者在不敌任何病菌的入侵而导致死亡。6.HIV(humanimmunodeficiencyvirus,人免疫缺损病毒，俗称艾滋病病毒)

传播

途径二、类病毒（virdid）1.特性(1)类病毒比病毒更简单，没有蛋白质外壳，仅有裸露的RNA。(2)不编码或翻译蛋白质。2.致病性（1）类病毒可以使多种植物得病，如马铃薯纺锤形块茎病、柑橘裂皮病、菊花矮化病等。（2）类病毒致病机制尚不清楚，可能是其RNA与宿主某些成分相互作用的结果。二、类病毒（virdid）3.类病毒发现的意义类病毒的发现，对生物学探索生命起源提供了新的低层次上的研究对象。对分子生物学家来说，类病毒是研究生物大分子结构与功能的绝好材料。三、朊病毒（Prion）朊病毒是更简单的生命体，仅由感染性蛋白质构成。朊病毒可引起哺乳动物海绵状脑病，包括羊的瘙痒病、牛海绵状脑病（俗称疯牛病）、人的克-雅氏病等。1982年，普鲁西亚通过实验弄清引起羊瘙痒病的病原物是一种蛋白质侵染颗粒----朊病毒，因此荣获了1997年诺贝尔生理学和医学奖。三、朊病毒（Prion）疯牛病的致病因子-----朊病毒的分子构型朊病毒蛋白（prionprotein，PrPc）

（1）人和动物正常细胞DNA中都含有编码朊病毒蛋白（PrPc）的基因，其表达产物PrPc是正常脑神经细胞膜糖蛋白。（2）PrPc高级空间结构：

①主要由α-螺旋构成（占43%），β折叠仅占3%。

②PrPc为水溶性蛋白质，能被蛋白酶水解，不具有感染性。致病型蛋白粒子------PrPsc

①一旦PrPc的空间结构中α-螺旋降到34%，β-折叠攀升到43%，PrPc就转变成PrPsc（致病型蛋白粒子）

②疯牛病（海绵状脑病）由于PrPsc空间结构中β-折叠的增加，使蛋白质溶解度下降，且不易被蛋白酶水解，也不能自发地再转变成

PrPc，从而在细胞内沉积，导致细胞破裂，造成组织出现无数空洞，状如筛子，故称为海面状脑病。破裂细胞释放出的PrPsc又使邻近的PrPc变为PrPsc

，继续感染。尚未解决的问题Prion到底是一种病毒还是一种蛋白质？PrPc如何转变成PrPsc？PrPsc为何不能自发地转变为PrPc？吃了煮熟疯牛病牛肉的人，怎么会感染上海绵脑病？为什么羊PrPsc的能传染牛，而不传染给人？PrPsc真的是海绵脑病的治病元凶吗？

等等有关问题都有待于进一步阐明。1.支原体一、支原体、立克次体和衣原体第三节原核生物

是目前发现的最小、最简单的细胞能在人工培养基上生长细胞结构

无细胞壁，仅具细胞膜，因此能通过细菌滤器；无核区，环状双螺旋DNA均匀地散布在细胞内；具有核糖体，能合成出700多种蛋白质。

许多支原体能使人致病1.支原体一、支原体、立克次体和衣原体第三节原核生物支原体中不少成员是使人致病的病原体，如：可引起人呼吸道疾病、胸膜肺炎、关节炎、尿道炎症等。

许多支原体能使人致病2.立克次体（rickettsia）一、支原体、立克次体和衣原体

命名：使以发现者的名字（H.T.Ricketts）命名的；细胞较大，介于(0.3-0.6)×(0.8-2)um;

细胞形态多样，有球状、双球状、杆状、丝状等；除Q热立克次体外，均不能通过细菌滤器，专性寄生在真核细胞内；能引起人致病的立克次体有流行性斑疹伤寒等，且立克次体多是人畜共患的病原体。3.衣原体（chlamydia）一、支原体、立克次体和衣原体细胞形态为球形或椭圆形；可通过细胞滤器；能引起人致病的衣原体有沙眼衣原体等，其中有些是人畜共患的病原体，如鹦鹉热衣原体。细菌不仅是地球上出现极早（约35亿年前），而且在地球上分布极广。细菌中有些成员可造福于人类。也有许多成员是人类致病的致病菌。二、细菌----原核生物典型代表

细菌作为原核生物典型代表的原因1.细菌的分类二、细菌----原核生物典型代表

根据细菌的形态，可分为：球菌杆菌螺旋菌单球菌、双球菌、四联球菌八叠球菌、链球菌等短杆状、棒杆状、梭状、分支状弧菌（螺旋不满一环）螺菌（螺旋满2-6环）1.细菌的分类二、细菌----原核生物典型代表革兰氏染色法是1884年由丹麦医生革兰发明的，是鉴定细菌的一种简便方法。具体方法

染色时，先用结晶紫夜、碘液奖细菌染成紫色，再用乙醇褪色，用沙黄复染1.细菌的分类二、细菌----原核生物典型代表

根据革兰氏染色法，可分为：革兰氏阳性菌(G+)革兰氏阴性菌（G-）细菌染色后呈紫红色细菌染色后呈红色如可引起炎症的链球菌、引起化脓的葡萄球菌等均属于G+如大肠杆菌、沙门氏菌等均属于G-2.细菌的结构一般结构：细菌共有结构细胞壁细胞膜细胞质核区等特殊结构：非共有结构鞭毛菌毛荚膜（1）细菌的细胞壁组成成分：主要成分为肽聚糖主要功能G+：细胞壁含肽聚糖，磷壁酸G-：细胞壁含肽聚糖，脂多糖古细菌：细胞壁不含固定细胞外形协助鞭毛运动保护细胞免受外力损伤阻止有害物质进入细胞（2）细菌细胞的特殊结构

荚膜某些细菌细胞壁外存在一层厚度不定的胶状物质，称为荚膜。组成成分：荚膜的主要组成成分为多糖，包括纯多糖（葡糖糖、纤维素）、杂多糖、肽多糖和蛋白质。115主要功能（2）细菌细胞的特殊结构

荚膜①保护细菌免受严重缺水的损害。②某些致病菌可保护自身免受寄主白细胞吞噬。③贮存营养，需要时可作为碳源和能源利用。④通过荚膜或有关构造可使菌体附着于适当的物体表面。（2）细菌细胞的特殊结构

鞭毛是细胞质膜的衍生物，其数目从一根到菌体周身都有功能具有运动功能

菌毛分类:普通菌毛、性菌毛功能普通菌毛：细菌通过菌毛可牢固吸附在寄主器官细胞受体上.性菌毛:即F菌毛

(详细介绍如下)⑴F因子:致育因子（性因子），是一种附加体.携带F因子的菌株称为供体菌或雄性，用F＋表示。未携带F因子的菌株为受体菌或雌性，用F－表示。F因子及F＋向F－的转移：118⑵．F因子的组成：染色体外遗传物质，环状DNA；

40~60个蛋白质基因；

2~4个/细胞(雄性内)。F因子及F＋向F－的转移：⑶．F因子的三种状态(以大肠杆菌为例)

①．没有F因子，即F－；

②．一个自主状态F因子，即F＋；

③．一个整合到自己染色体内的F因子，即Hfr。120⑷．自主状态时

F因子独立进行分裂。121⑸．F因子的传递：

带F因子的细菌较少。具有F因