第三章海洋微生物-新课件
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海洋微生物演示课件
海洋微生物的探索
05
与研究
海洋微生物的发现与研究历程
海洋微生物的发现
早在17世纪，科学家们就开始了 对海洋的探索，并逐渐发现了海
洋中存在着大量的微生物。
研究历程
随着科学技术的发展，海洋微生 物的研究逐渐深入，涉及领域包
括生物学、化学、地质学等。
里程碑事件
例如，1889年德国科学家赫尔曼 ·施密特的《海洋微小生物》一书 的出版，标志着海洋微生物学的
氮循环
总结词
阐述海洋微生物在氮循环中的关键作用，如固氮作用、硝化作用和反硝化作用等。
详细描述
海洋微生物在氮循环中扮演着重要的角色。其中，固氮细菌能够将大气中的氮气转化为氨，为其他生物提供氮素 营养。硝化细菌则可以将氨氧化为硝酸盐，这个过程被称为硝化作用。反硝化细菌则可以将硝酸盐还原为氮气， 释放到大气中，这个过程被称为反硝化作用。这些过程都离不开海洋微生物的参与和作用。
分类
根据其形态、生理和生态特征， 海洋微生物可分为三大类，即细 菌、古菌和真核生物。
海洋微生物的多样性
01
02
03
种类繁多
海洋中存在着数以万计的 微生物种类，其中许多尚 未被发现和描述。
适应性强
海洋微生物具有广泛的适 应性，能够在高盐、高压 、低温等极端环境下生存 。
生物地理学特征
不同海域的微生物群落结 构和组成存在差异，反映 了生物地理学特征。
海洋微生物演示课件
汇报人： 202X-12-29
contents
目录
• 海洋微生物概述 • 海洋微生物的生存环境 • 海洋微生物的生物地球化学循环 • 海洋微生物的利用与保护 • 海洋微生物的探索与研究
海洋微生物概述
海洋微生物PPT
素，称为丁醚苷菌素。 • 对许多能产生钝化酶的细菌，具有强的抑制作用。 • 过去报道，丁醚苷菌素是由环状芽孢杆菌产生的，而由海
洋微生物产生还是首次报道。
• 从福建沿海海泥和日本海洋科学技术中心提供的深海 海泥中分离到一批嗜冷和嗜碱的微生物
• 生长需要极碱性的环境(pH 10或以上) • 需要低的温度(零度则生长，20℃就生存不下去)
海洋微生物在海洋环境中的作用
• 海洋--世界上最庞大的恒化器，承受巨大的冲击（如 污染）而仍保持其生命力和生产力；
• 微生物在其中是不可缺少的活跃因素。
• 开发利用海洋以来，竞争性的捕捞、航海活动、大工 业兴起带来的污染、海洋养殖场的无限扩大，使海洋 生态系统的动态平衡遭受严重破坏。
• 海洋微生物以其敏感的适应能力和快速的繁殖速度在 发生变化的新环境中迅速形成异常环境微生物区系， 积极参与氧化还原活动，调整与促进新动态平衡的形 成与发展。
物生长所必需的
Back
嗜冷性
• 90％海洋环境的温度都在5℃以下，多数海洋微生物的生 长要求较低的温度，超过37℃就停止生长或死亡。
• 能在 0℃生长，或其最适生长温度低于20℃的微生物，称 为嗜冷微生物。
• 嗜冷菌主要分布于极地、深海或高纬度的海域中。细胞膜 构造、酶活力等具有适应低温的特点。
Back
Back
2.海洋是独特生态系统工程的微生物的生存繁衍地
• 海洋是地球上早期生命的诞生地，环境独特，包罗了高 压、低营养、低温、无光照，以及局部高温、高盐，等， 所谓生命极限的环境。
• 从海洋分离到许许多多能生存繁衍于独持生态系统的新 的嗜压微生物、嗜热微生物、嗜盐微生物、嗜碱微生物 等。
• 这些微生物都具有在特定的极端环境条件下生存繁衍 的能力和与之相适应的生理机能，与常见的微生物很 不一样，大部分是前所未见的新种属。
洋微生物产生还是首次报道。
• 从福建沿海海泥和日本海洋科学技术中心提供的深海 海泥中分离到一批嗜冷和嗜碱的微生物
• 生长需要极碱性的环境(pH 10或以上) • 需要低的温度(零度则生长，20℃就生存不下去)
海洋微生物在海洋环境中的作用
• 海洋--世界上最庞大的恒化器，承受巨大的冲击（如 污染）而仍保持其生命力和生产力；
• 微生物在其中是不可缺少的活跃因素。
• 开发利用海洋以来，竞争性的捕捞、航海活动、大工 业兴起带来的污染、海洋养殖场的无限扩大，使海洋 生态系统的动态平衡遭受严重破坏。
• 海洋微生物以其敏感的适应能力和快速的繁殖速度在 发生变化的新环境中迅速形成异常环境微生物区系， 积极参与氧化还原活动，调整与促进新动态平衡的形 成与发展。
物生长所必需的
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嗜冷性
• 90％海洋环境的温度都在5℃以下，多数海洋微生物的生 长要求较低的温度，超过37℃就停止生长或死亡。
• 能在 0℃生长，或其最适生长温度低于20℃的微生物，称 为嗜冷微生物。
• 嗜冷菌主要分布于极地、深海或高纬度的海域中。细胞膜 构造、酶活力等具有适应低温的特点。
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2.海洋是独特生态系统工程的微生物的生存繁衍地
• 海洋是地球上早期生命的诞生地，环境独特，包罗了高 压、低营养、低温、无光照，以及局部高温、高盐，等， 所谓生命极限的环境。
• 从海洋分离到许许多多能生存繁衍于独持生态系统的新 的嗜压微生物、嗜热微生物、嗜盐微生物、嗜碱微生物 等。
• 这些微生物都具有在特定的极端环境条件下生存繁衍 的能力和与之相适应的生理机能，与常见的微生物很 不一样，大部分是前所未见的新种属。
有关海洋生物的PPT
海中鸳鸯蝴蝶鱼
当人们见到陆地上飞舞的蝴蝶时会赞声不绝，而蝴蝶鱼的美名，就是因为这种鱼犹如 美丽的蝴蝶。人们若要在珊瑚礁鱼类中选美的话，那么最富绮丽色彩和引人遐思的当 首推蝴蝶鱼了。蝴蝶鱼谷称热带鱼，是近海暖水性小型珊瑚礁鱼类，最大的可超过30 厘米，如细纹蝴蝶鱼。蝴蝶鱼身体侧扁适宜在珊瑚丛中来回穿梭，它们能迅速而敏捷 地消逝在珊瑚枝或岩石缝隙里。蝴蝶鱼吻长口小，适宜伸进珊瑚洞穴去捕捉无脊椎动 物。 蝴蝶鱼生活在五光十色的珊瑚礁礁盘中，具有一系列适应环境的本领其艳丽 的体色可随周围环境的改变而改变。蝴蝶鱼的体表有大量色素细胞在神经系统的控制 下，可以展开或收缩，从而使体表呈现不同的色彩。通常一尾蝴蝶鱼改变一次体色要 几分钟，而有的仅需几秒钟。 许多蝶蝴鱼有极巧妙的伪装，它们常把自己真正的眼睛 藏在穿过头部的黑色条纹之中，而在尾柄处或背鳍后留有一个非常醒目的“伪眼”， 常使捕食者误认为是其头部而受到迷惑。
种类繁多的海鱼
鱼类是脊椎动物中最为低级的一个类群。在我国海域里，目前已记录到海洋鱼类3023 种，其中软骨鱼类237种、硬骨鱼类2786种，约占我国全部海洋生物种类的1/7左右。 因此，海洋鱼类构成了我国海洋水产品的重要基础。
会爬树的鱼——弹涂鱼
鱼类在水中生活的主要呼吸器官是鳃。鱼儿离开水，鳃丝干燥，彼此粘接，停止呼 吸，生命也就停止了。然而，在我国沿海生活着一种能够适应两栖生活的弹涂鱼。弹涂 鱼体长10厘米左右，略侧扁，两眼在头部上方，似蛙眼，视野开阔。它的鳃腔很大，鳃 盖密封，能贮存大量空气。腔内表皮布满血管网，起呼吸作用。它的皮肤亦布满血管， 血液通过极薄的皮肤，能够直接与空气进行气体交换。其尾鳍在水中除起鳍的作用外， 还是一种辅助器官。生活在热带地区的弹涂鱼，在低潮时为了捕捉食物，常在海滩上跳 来跳去，更喜欢爬到红树的根上面捕捉昆虫吃。因此，人们称之为“会爬树的鱼”。
第三章 海洋细菌ppt课件
① 协同生长
藻类在生长过程中释放许多脂、肽、糖、 维生素等，细菌能够利用这些有机物生长繁 殖。细菌摄取的有机物经代谢后以矿物或其 他形式为藻类提供必需的生长因子。
某些藻类处于无菌条件下，不能正常生长。
② 拮抗
藻类能够产生抗生素类物质抑制细菌生长，
细菌也可以通过直接或间接作用抑制藻类 生长，甚至裂解藻细胞。
某些鱼类被细菌附生后游泳速度获得提高。 某些海洋动物利用其发光器官内发光细菌
所发出的光用于捕食活动。
② 竞争
某些海洋动物能进行渗透营养与细菌竞争
溶解有机物；海洋细菌通过释放拮抗物质与 海洋动物进行空间竞争。
此外，海洋动物消化道中细菌能够释放胞
外酶分解动物吞噬，难以消化的有机物如： 几丁质等。
七、海洋放线菌
以形成丰富次级代谢产物著称的放线菌（也有称为高 G+C含量的革兰阳性细菌），也存在于海洋环境，并 具有一定的分布特点和分布规律： ① 近海、沿岸的浅海海域中发现的放线菌主要是链霉 菌（Streptomyces）、小单抱菌( Micromonospora）、 诺卡菌（Nocardia）、红球菌（Rhodococcus）、分支 杆菌( Mycobacterium）；
细菌与藻类竞争无机营养，如磷等。
③ 捕食
海洋细菌可被异养藻类（如夜光藻）所
摄食，相互间形成捕食关系。
此外，许多能利用各种多糖的细菌常是
海藻体表的重要菌群，对藻菌关系的研 究具有重要意义。
3. 海洋细菌间及与海洋动物的关系 ① 互利共生
附生于海洋动物体表的细菌能够有效地利
用宿主所释放的营养物质；
嗜冷细菌：最适生长温度不高于15 ℃左右，在0
℃附近能够生长繁殖，最高温度不超过20 ℃。
海洋微型生物世界—多样性和生态功能51页PPT
40、人类法律，事物有规律，这大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
海洋微型生物世界—多样性和生态功 能
36、如果我们国家的法律中只有某种 神灵， 而不是 殚精竭 虑将神 灵揉进 宪法， 总体上 来说， 法律就 会更好 。—— 马克·吐 温 37、纲纪废弃之日，便是暴政兴起之 时。— —威·皮 物特
38、若是没有公众舆论的支持，法律 是丝毫 没有力 量的。 ——菲 力普斯 39、一个判例造出另一个判例，它们 迅速累 聚，进 而变成 法律。 ——朱 尼厄斯
Thank you
海洋微型生物世界—多样性和生态功 能
36、如果我们国家的法律中只有某种 神灵， 而不是 殚精竭 虑将神 灵揉进 宪法， 总体上 来说， 法律就 会更好 。—— 马克·吐 温 37、纲纪废弃之日，便是暴政兴起之 时。— —威·皮 物特
38、若是没有公众舆论的支持，法律 是丝毫 没有力 量的。 ——菲 力普斯 39、一个判例造出另一个判例，它们 迅速累 聚，进 而变成 法律。 ——朱 尼厄斯
Thank you
海洋微生物 第一节
二 海洋微生物类群
1 海洋病毒 1.1 定义 海洋环境中土著性、超显微的、仅含有一种类 型核酸、专性活细胞内寄生的非细胞形态一类微生物 1.2 种类、分布
绝大部分病毒体积极为微小, 通常在200 ~3 500 A 之间。
病毒是水体中最丰富的生物,在海水表层的数量高达1010 /L, 随深度增加而减少。 浮游植物是其重要的宿主,病毒对浮游植物的群落结构演替 可能起着重要作用:病毒造成的藻细胞溶解可明显导致微藻群落 的消亡,且病毒作
1 海洋病毒 2 海洋细菌 3 海洋放细菌 4 海洋蓝细菌 5 海洋真菌
二 海洋微生物类群
3 海洋放细菌 放线菌菌体为单细胞，大多由分枝发达的 菌丝组成，最简单的为杆状或具原始菌丝。菌 丝直径与杆状细菌差不多，大约1微米。细胞 壁化学组成中亦含原核生物所特有的胞壁酸和 二氨基庚二酸，不含几丁质或纤维素。革兰氏 染色阳性反应，极少阴性。 海洋中的放线菌多半来自土壤或生存在漂 浮海面的藻体上。存在耐盐放线菌。
不同细菌对藻生长抑制和藻细胞溶解的机理：
藻同粘细菌直接接触，宿主细胞壁溶解；
细菌释放有毒物质到环境中，非选择性地杀伤藻细胞； 藻同细菌竞争有限的营养物质而失败；
噬菌体同时是嗜藻体，从细菌转移到蓝藻细胞中使新的宿主溶解.
四 应用意义
（四）海洋微生物与海水养殖中的生态调控
2许多海洋毒素如河豚毒素（TTX）、海葵毒素（Ap-A、Ap-B）、 石房蛤毒素、Neosurugatoxin、Discodermide等的真正来源都是 海洋微生物。目前已从海洋微生物如细菌、放线菌、真菌中分离 出抗生素、抗病毒药物、抗肿瘤药物、酶类抑制剂。 3 活性药物：如Curacin A，是国外的一个研究小组从加勒比海真菌 Lyngbra majuscula中分得的一种具有潜力的抗有丝分裂和抗肿瘤 剂。临床前实验表明，它对人肺瘤移植的小鼠有很高的抑制率。 另一种抗生素天神霉素是从海泥的链霉菌S.tenjimariensis中分离 得到的，具有强烈的抑制革兰氏阳性细菌和阴性细菌的活性。
9 海洋微生物在海洋生态系统中的作用PPT课件
混合层中，细菌通过氨化作用产生的氨态氮是再生生产力的重要 物质基础。
除细菌外，海洋真菌和放线菌也是蛋白质及其含氮衍生物的重要 分解者。海洋病毒的裂解作用对为含氮有机物的再生提供重要的 物质基础。
（3）、硝化作用
反应分两步，只有少数几种自养细菌可进行硝化作用。 没有一种细菌完成两步反应。
氨氧化细菌、亚硝化细菌：将氨氧化成亚硝酸， 亚硝酸氧化细菌、硝化细菌：将亚硝酸氧化成硝酸。 硝化杆菌、亚硝化螺菌、亚硝化球菌、亚硝化单胞菌
盛 除了严格需氧的硝化菌外，氨的氧化也能在无氧条件下
进行，称为无氧的氨氧化 除自养硝化细菌外，还有一些异养细菌、真菌和放线菌
能将铵盐和有机氮化物氧化成亚硝酸和硝酸。
（2）硝化作用的农业和环境意义
提供氮素营养 水华、赤潮 高铁血浓蛋白症 “量赤可硝水繁潮也酸花殖或形盐”使红成含或水潮“体花(量r水出e,过d从华现高t而”颜id使的色e(sw海植)a,:t并水物e在r变出海青b得现l洋贮o浑红o中过m浊色),:,某或程藻许些褐中类多甲色在(藻主藻。类反要类团硝是大块化微量漂藻繁细浮殖)菌在的也水大
海洋微生物 在海洋生态系统中的作用
海洋微生物既是水体中的分解者，又是重要的生产 者，以其多样化的代谢活动参与海洋中物质转化和分解 过程。
海洋雪(marine snow):细菌分泌的黏液状符合物细菌、 微型植食者和无生命的有机颗粒聚集成有机碎屑。即为 生态上具有重要意义的海洋雪。
微生物食物环（微食物环，microbial loop）：指从溶 解性有机物到微型生物的能流过程。是食物链的重要补 充，海洋细菌是微食物环的关键环节。使已经离开事物 链的不能利用的溶解性的有机质转化为颗粒有机物，使 之有可能重新回到食物链网中。是Azam于1983年提出 的。
除细菌外，海洋真菌和放线菌也是蛋白质及其含氮衍生物的重要 分解者。海洋病毒的裂解作用对为含氮有机物的再生提供重要的 物质基础。
（3）、硝化作用
反应分两步，只有少数几种自养细菌可进行硝化作用。 没有一种细菌完成两步反应。
氨氧化细菌、亚硝化细菌：将氨氧化成亚硝酸， 亚硝酸氧化细菌、硝化细菌：将亚硝酸氧化成硝酸。 硝化杆菌、亚硝化螺菌、亚硝化球菌、亚硝化单胞菌
盛 除了严格需氧的硝化菌外，氨的氧化也能在无氧条件下
进行，称为无氧的氨氧化 除自养硝化细菌外，还有一些异养细菌、真菌和放线菌
能将铵盐和有机氮化物氧化成亚硝酸和硝酸。
（2）硝化作用的农业和环境意义
提供氮素营养 水华、赤潮 高铁血浓蛋白症 “量赤可硝水繁潮也酸花殖或形盐”使红成含或水潮“体花(量r水出e,过d从华现高t而”颜id使的色e(sw海植)a,:t并水物e在r变出海青b得现l洋贮o浑红o中过m浊色),:,某或程藻许些褐中类多甲色在(藻主藻。类反要类团硝是大块化微量漂藻繁细浮殖)菌在的也水大
海洋微生物 在海洋生态系统中的作用
海洋微生物既是水体中的分解者，又是重要的生产 者，以其多样化的代谢活动参与海洋中物质转化和分解 过程。
海洋雪(marine snow):细菌分泌的黏液状符合物细菌、 微型植食者和无生命的有机颗粒聚集成有机碎屑。即为 生态上具有重要意义的海洋雪。
微生物食物环（微食物环，microbial loop）：指从溶 解性有机物到微型生物的能流过程。是食物链的重要补 充，海洋细菌是微食物环的关键环节。使已经离开事物 链的不能利用的溶解性的有机质转化为颗粒有机物，使 之有可能重新回到食物链网中。是Azam于1983年提出 的。
海洋微生物
第一章绪论一、海洋微生物的定义海洋微生物（marine microbe）以海洋水体为正常栖居环境的一切微生物。
自八十年代起海洋生物技术蓬勃发展，“向海洋要药物”是新世纪海洋生物技术提出的口号。
海洋微生物的研究起步较晚，但在最近几年也受到了普遍重视。
二、海洋环境的特征(1) 海洋占地球表面积的71% —资源丰富；(2) 海洋平均深度：4000m ——高压，低温(3) 主要离子：Na+，Cl-，Ca2+，K+，SO42- ——高盐(4) 营养匮乏（N，P，Fe）——稀营养1 . 远海环境（1）栖居着浮游（自由泳动）微生物（2）地球上最大的环境（3）一般有大空间规模的环境变化（温度、光度等）2 . 深海环境（1）沉积物表面（2）提供了附加的表面积（3）提供小生境的多样性，使得有小空间规模的环境变化3 . 海洋雪(marine snow)（1）海洋雪定义：生存或死亡的有机体被黏多糖（微生物和浮游植物分泌的胞外产物）粘在一起形成的大的聚集体。
（2）海洋雪的形成①黏多糖形成纤丝②纤丝凝结形成透明结构③透明结构不断碰撞形成更大的颗粒，即海洋雪。
（3）海洋雪的特点①海洋雪的产量随光合作用强度和洋流季节性地波动，春天更大一些。
② 80%的初级生产者分泌黏多糖③海洋雪的沉降速率是16-25m/d，沉降过程中颗粒不断增加。
④提供养料给深海生物。
三、海洋生物的特征（1）多样性（2）复杂性（3）特殊性四、陆栖微生物的研究拥有辉煌的历史微生物活性代谢物是药物的丰富源泉：自19世纪60年代首先从微生物中发现了青霉素以来，人们陆续从陆栖微生物中寻找到抗生素类药物、化疗药阿霉素、免疫抑制药环孢霉素A等120多种重要的临床使用药物。
五、陆栖微生物研究陷入了困境（1）陆栖微生物中发现新代谢产物的速率明显降低，重复发现率极高。
（2）传染性病菌对传统抗生素的抗药性正在迅速发展。
目前，约12种重要的病菌已有抗药性，寻找活性物质新源成为当务之急。
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3. 海洋真细菌的分布
• 海洋浮游细菌 深度分布差异：10-50m最多，200m以下很少；表 层好氧异养菌，中层厌氧自养菌，底层厌氧腐生菌 季节性分布差异：夏季丰度较高 区域性分布差异：较小 其他因素：盐度、叶绿素浓度、营养等
• 海洋沉积物中的细菌 大多为嗜冷耐冷菌 区域分布差异：较大，以变形细菌为主，随深度增 加而减少，绿弯菌、酸杆菌则相反 深度分布差异
1. 真细菌的形态
• 细菌形态
大多为球菌，杆菌，螺旋菌；形态大小受多种因 素影响
菌落湿润、黏稠、光滑、易挑取，质地均匀，颜 色一致 • 放线菌形态
有菌丝（基内菌丝，气生菌丝，孢子丝），菌丝 无隔膜，有孢子（形状和表面结构因种而异）
菌落干燥、不透明、难以挑取，基内菌丝和孢子 有颜色，使菌落正反面呈不同色泽
第三章 海洋微生物
第一节 微生物基本知识
一、微生物的定义：所有形体微小，单细胞或个 体结构较简单的多细胞，或无细胞结构的低等 生物的总称。 海洋微生物：分离自海洋环境，正常生长需要 海水的微生物。
二、微生物的特点 • 体积小，表面积大 • 吸收多，转化快 • 生长旺，繁殖快 • 适应强，易变异 • 分布广，种类多
三、微生物的生态作用
• 在生态系统中参与氧化还原活动，调整和 促进新动态平衡的形成和发展
• 是最主要的分解者，降解有机物，释放营 养元素，确保必需营养物质（C、N、P、S） 的循环。
• 有机污染物的处理 • 分泌有害物质，导致动植物和人类疾病 • 海洋微生物在海洋环境中还具有生产者的
作用
第二节 海洋微生物类群 （一） 真细菌
温度降低时能产生冷休克蛋白，通过与DNA、RNA相互作 用，促进菌体在低温条件下合成生长所需的蛋白质 • tRNA
转录后修饰程度低，含大量二氢尿嘧啶，具较好柔性和流动 性
3. 嗜冷微生物的应用
• 环境保护方面
降解低温环境下的污染物，包括硝基芳香烃，矿 化硝基酚，硝基苯，硝基甲苯等
寄生动物体真 菌
海洋沉积物真 菌
较少 较少
子囊菌，半知菌 子囊菌，半知菌
广泛 广泛
致病菌
（四）病毒
• 无细胞结构，仅含蛋白质和一种类型的核酸 （DNA或RNA）
• 没有酶或酶系统，不能进行独立的代谢作用 • 严格的活细胞内寄生，没有自身的核糖体 • 个体极小，20-200 nm • 对抗生素不敏感，对干扰素敏感
3. 嗜热微生物的应用
• 食品工业 嗜热性脂肪酶、淀粉酶、蛋白酶、纤维素酶、糖 化酶用于食品加工
• 造纸工业 热稳定性的木聚糖酶漂白纸浆，分解半纤维素
• 洗涤剂工业 工业去油污一般在高温下，嗜热蛋白酶、脂肪酶 纤维素酶等可用作去污剂的添加剂
• 环境保护 污水及废物处理，嗜热酶对有机溶剂有抗性，用 于高温去除有机烷类污染物。
微生物的温度适应指标： 最低生长温度：-5~10ºC 极端：-30ºC 最适生长温度：20~40ºC 最高生长温度：一般80~95ºC，极端100300ºC
一、 嗜热微生物
1. 嗜热微生物的特点
耐热菌Tmax：45-55ºC，室温可生长 兼性嗜热菌Tmax：50-65ºC，室温可生长 专性嗜热菌Topt：65-70ºC，40ºC以下几乎不生长 极端嗜热菌Topt：>65ºC，Tmin>40ºC 超嗜热菌Topt：80-115ºC，Tmin≌55ºC
1. 古菌的细胞结构—细胞壁
• 一般都有细胞壁，但化学成分差异很大，没有真正的肽聚 糖，由多糖（假肽聚糖）、糖蛋白或蛋白质构成
• 类型
① 假肽聚糖细胞壁 甲烷杆菌
② 独特多糖细胞壁 甲烷八叠球菌
③ 硫酸化多糖细胞壁 盐球菌
④ 糖蛋白细胞壁
盐杆菌
⑤ 蛋白质细胞壁
少数产甲烷菌
古菌的细胞结构—细胞膜
• 磷脂双层选择性透过膜 • L型甘油分子，其他微生物为D型 • 磷脂分子上的疏水侧链为异戊二烯，含多种色素
分布不均。有报道最上层丰度最高进而下降，亦有报道为 相反趋势，数量102-108个/g沉积物；有机物（如甲烷水合 物）影响古菌水平分布
• 特殊环境中的古菌
海底火山口温度400-30ºC，分布着多种嗜泉古菌（硫还原 菌，极端嗜热菌）
海底热泉口（海底火山活动活跃的地区）分布着许多嗜热 或耐热古菌
海底冷泉（两个地壳板块交界处）富含还原性碳氢化合物， 分布很多共生古菌，多为厌氧甲烷氧化古菌
2. 遗传代谢途径及产物多样性
• 生存环境独特、与陆地微生物有很大差异，遗传 上表现出丰富的多样性。
• 极端环境造就了海洋微生物代谢途径的多样性， 可产生多种结构新颖，活性多样的化合物和特殊 的酶
• 如双加氧酶能催化多环芳烃类有毒化合物的芳香环降解。 Hedlund等（1999）发现两株海洋萘降解菌
2. 嗜冷微生物的耐冷机制
• 细胞膜
膜内含有大量的不饱和脂肪酸，且其含量会随温度的降低而 增加，从而获得低熔点，保证了膜在低温下的流动性，有利 于营养物质的吸收和代谢产物的分泌 • 嗜冷酶
低温下产生更多的酶，且具低温催化（0-30ºC）和对热不稳 定的特征，酶分子内缺少离子间作用与疏水作用，呈松散状 态，更富弹性 • 冷休克蛋白
Neptunomonsa naphthovorans NAG-2N-126和N. naphthovorans NAG-2N-113，两者虽有高同源性，但前
者只能降解萘，后者除能降解萘还能降解菲，且能以菲为 唯一碳源和能源，可见其含有不止一种双加氧酶
海洋原核生物的代谢反应
自养生物：能够直接把从外界环境摄取的无机物转变成为自 身的组成物质，并储存了能量的一种新陈代谢生物类型。
反应名称 光合作用
能量 来源 光
光
其他材料 副产物 有机碳 产物
CO2,H2O O2
有
H2S
S, SO42- 有
主要类群
蓝细菌 紫或绿细菌
化能合成
硫氧化
H2S
O2
SO42-
有
硫氧化细菌
耗氧铵氧化 NH4+
O2
NO2-
有
亚硝化细菌
亚硝酸氧化 NO2-
O2
NO3-
有
硝化细菌
铁氧化
Fe2+
O2
Fe2O3 有 离子氧化细菌
海洋浮游细菌的构成
不同深度沉积物中的细菌构成
海洋放线菌的分布
• 海洋浮游放线菌 数量为中等丰度水平，比例相对较小
• 海洋沉积物中的放线菌 最重要的真细菌类群。浅海区以链霉菌为主，深 海区以小孢囊菌，诺卡氏菌为主
m
（二） 古菌
大多栖息于与早期地球类似的高温高酸碱度高盐或严格 无氧状态等极端环境中的原核微生物。
底栖细菌病毒丰度变化
第三节 海洋微生物多样性
1. 物种多样性 海洋微生物达0.1-2亿种，表层水域细胞密度>105 个/mL 海洋古菌分布广泛，近海海水，深海海水，海洋 沉积物，特殊环境（海底火山口，海底热泉口） 海洋真细菌主要属于厚壁菌门、绿菌门、放线菌 门、浮霉菌门、拟杆菌门、 -变形细菌纲、 变形细菌纲、-变形细菌纲
二、嗜冷微生物
1.嗜冷微生物的特点
耐冷菌：Topt>15ºC，Tmax>20ºC，Tmin为0-5ºC 兼性嗜冷菌：Tmin<5ºC，Topt不限 专性嗜冷菌： Topt≤15ºC，Tmax≤ 20ºC，Tmin≤0ºC
北极海冰中分离到的Pxychromonus ingrahamii 能
在-12ºC下生长繁殖（2006 Breezee等）
古菌真细菌在不同深度海水中的密度变化
古菌
真细菌
总微生物
（三） 真菌
1.真菌的形态 不含叶绿体、具细胞核、含线粒体、化能有机营养， 以孢子进行繁殖，有发达的菌丝体（丝状，絮状、 粉状） 形态差异大，有单细胞酵母，有大型的灵芝等蕈菌
酵母菌菌落
霉菌菌落
2. 真菌的细胞结构
• 细胞壁厚（100-250 nm），主要成分为多 糖（几丁质、纤维素、葡聚糖、甘露聚糖 等）和蛋白质、类脂、无机盐等，各组分 紧密结合，强度大。
异养生物：只能从外界摄取的现成有机物制成为自身的组成 物质的生物。
反应名称 耗氧呼吸
能量来源 有机物质
其他材料 O2
副产物 CO2,H2O
有机碳 产物
否
主要类群
异养、好氧、腐 生细菌、古细菌
厌氧呼吸
硫酸盐还原 有机物质 SO42-
硝酸盐还原， 反硝化作用 甲烷生成
氮Байду номын сангаас定
厌氧铵氧化
光介导ATP合 成
• 嗜热酶 富含热稳定性高的氨基酸（Ile, Pro, Glu等)，有 更高的结构柔性
嗜热酶
聚合酶链式反应PCR
系统：模板，引物 dNTP，Taq酶，缓冲 液，Mg2+
分离自水生栖热菌 Thermus aquaticus
反应条件 变性（94-95 ℃ ） 退火（35-65 ℃ ） 延伸（72℃）
• 细胞核球形或椭球形，通常含一个核，有 的含两个或多个，核内有DNA，RNA，在 核分裂过程中核仁中的RNA消失，核膜一 直存在。
3. 真菌的分类
• 卵菌门 壶菌门 接合菌门-----低等 • 子囊菌门 担子菌门 半知菌门-----高等 形态分 酵母：单细胞，多为子囊菌门 霉菌：丝状真菌，大多为子囊菌门 蕈菌：大型真菌，有大型子实体，大多为担
（细菌红素，胡萝卜素，番茄红素，视黄醛等）， 其他微生物为16-18个C的脂肪烃 • 疏水侧链与甘油分子通过醚键连接，其他生物通 过酯键连接 • 双层分子有时共价结合，形成单分子层膜，具更 高的机械强度（嗜高温菌）
古菌的核糖体对作用于细菌的抗生素不敏感，tRNA 分子结构特别，其核苷酸序列中不含胸腺嘧啶T
• 亚病毒更简单，仅具有核酸与蛋白质二者之一， 是分子病原体，包括类病毒（核酸病毒），朊病 毒（蛋白质病毒），拟病毒等