原核微生物之蓝细菌和古菌
第2章原核-古菌
产甲烷细菌
性状：严格厌氧, 利用简朴旳C1、 C2化合物 （CO2 、甲酸、甲醇、甲胺和乙酸）生 长并产生甲烷。具有特殊旳辅酶 F420， 在荧光显微镜下镜检都有自发荧光。
产甲烷细菌
2、嗜盐杆菌极属端(嗜Ha盐lo菌bacterium)
性状：细胞杆状，G－，具端生鞭毛，菌落红色 （含类胡萝卜素）。
中文“枝”与“支”二字在古时也通用，可是在当 代逐渐有了些分工。“枝”是一种详细名词，往往用 于形态构造名词中。如树枝、花枝招展等。而“支” 具有区别于“干”之意，往往用于概念性旳名词中， 如支流
（江河）、支线（交通）、支部、支行（银行）等。 在这些名词中，支与枝不可彼此替代使用。枝原体 一词是用于指一类低等细菌实体，此类菌在形态上 呈丝状或分枝状，用枝原体定名比支原体要更为恰 当。另外，像“branched starch”从严格意义上 说，应该定名为“枝链淀粉”，而不应是“支链淀 粉”。前者可反应出淀粉分子旳形态构造；而后者
古生菌
古生菌
古生菌
古生菌
古 生 菌
古 生 菌
三、古生菌旳主要类群
1、产甲烷古生菌 2、硫酸还原古生菌 3、极端嗜盐菌 4、无壁古生菌－热原体属 5、极端嗜热硫古生菌
四、古生菌旳代表
产甲烷细菌
methanogens
极端嗜盐菌
Extreme halophiles
嗜酸热菌
Thermoacidophiles
危害：许多种类为人和动物旳致病菌，如牛胸膜 肺炎、生殖道支原体等。浸染植物旳支原体 称类支原体或植原体。
支原体
支原体菌落“油煎蛋”状
肺炎支原体，电镜照片，多形性。 （a）透射电镜照片（X47，880）； （b）扫描电镜照片（X26，000）。
名词解释
名词解释原核微生物:核很原始，发育不全，只是DNA链高度折叠形成的一个核区，没有核膜，核质裸露，与细胞质没有明显界限，叫拟核或似核。
没有细胞器，只有由细胞质膜内陷形成的不规则的泡沫结构体系，如间体和光合作用层片及其他内折，也不进行有丝分裂。
蓝绿细菌:是一类利用光能的原核生物.以水作为电子供体.在日光下产生板气。
蓝细菌:是一类进化历史悠久，革兰氏染色阴性，分布很广、含有叶绿素(但不形成叶绿体)，无鞭毛，能够在光合作用时释放氧气的大型原核微生物。
古细菌:又称古菌，一些极端环境生物，包括产甲烷菌，嗜盐菌和嗜酸热菌等，具有独特的生物化学组成。
是一个在进化途径上很早就与真细菌和真核生物相互独立的生物群，主要包括一些独特生态类型的原核生物。
它们在生物化学和大分子结构方面与真核生物和真细菌都有明显的差异。
在分类地位上与真细菌和真核生物并列，并且在进化谱系上更接近真核生物。
在细胞构造上与真细菌较为接近，同属原核生物。
培养基:根据各种微生物对营养的需要，包括水，碳源，能源，氮源，无机盐及生长因子等按一定的比例配制而成的，用以培养微生物的基质，成为培养基。
细菌菌落:指细菌在固体培养基上繁殖所形成的肉眼可见的菌块。
菌落:由一个细菌繁殖起来的，由无数细菌组成具有一定形态特征的细菌集团。
荚膜:是一些细菌在其细胞表面分泌的一种黏性物质，把细胞壁完全包围封住，这层黏性物质就叫荚膜。
菌胶团:有些细菌由于其遗传特性决定，细菌之间按一定的排列方式互相黏集在一起，被一个公共荚膜包围形成一定形状的细菌集团，叫做菌胶团。
微生物酶:是指起着催化作生物体系中特定反应的、由微生物活细胞产生的蛋白质。
酶:由细胞产生的，能在体内或体外起催化作用的一类具有活性中心和特殊构象的生物大分子，包括蛋白质类酶和核酸类酶。
酶活性中心:是指酶的活性部位，是酶蛋白分子中直接参与和底物结合，并与酶的催化作用直接有关的部位。
辅酶:全酶中的非蛋白成分可以是不含氮的小分子有机物，或者是由不含氮的小分子有机物和金属离子组成。
高一生物蓝细菌知识点
高一生物蓝细菌知识点蓝细菌，简称蓝藻，是一类原核生物，也是地球上最早出现的生物之一。
它们具有丰富多样的形态和生活方式，广泛存在于水环境中。
本文将为大家介绍高一生物学中与蓝细菌相关的几个重要的知识点。
一、蓝细菌的特点蓝细菌是原核生物的一种，其细胞没有真核物质包围的核膜，细胞结构比较简单。
它们通过光合作用进行能量的合成，同时也可以进行无氧呼吸。
蓝细菌可以通过无性繁殖和有性繁殖的方式进行生殖，具有较高的适应性和生存能力。
二、蓝细菌的形态和结构蓝细菌的形态多样，有球状、线状、片状等多种形状。
蓝细菌的细胞结构主要包括外壳、细胞膜、内质网和核区等组成部分。
外壳由多种化学物质构成，可以保护细胞免受外界环境的损害。
细胞膜则起到控制物质进出细胞的作用。
内质网和核区是蓝细菌进行代谢活动和遗传信息储存的关键部位。
三、蓝细菌的光合作用蓝细菌是光合生物，它们通过光合作用将太阳能转化为化学能。
蓝细菌的光合作用与植物的光合作用有些不同，它们缺乏叶绿素a，而是含有类似叶绿素的光合色素。
蓝细菌通过这些光合色素吸收光能，利用光能产生ATP和NADPH，进而合成有机物。
四、蓝细菌的无氧呼吸蓝细菌可以进行无氧呼吸，即在缺氧环境下进行能量代谢。
无氧呼吸产生的能量较少，但蓝细菌通过这种方式可以在缺氧环境中生存，并适应一些特殊的生态环境。
蓝细菌的无氧呼吸过程中会产生一些有害物质，需要及时处理以防止对环境造成污染。
五、蓝细菌在生态系统中的作用蓝细菌在生态系统中发挥着重要的作用。
首先，它们是水体中的重要初级生产者，通过光合作用合成有机物，为整个食物链的发展提供了基础。
其次，蓝细菌能够与其他生物形成共生关系，例如与土壤中的植物根系共生，为植物提供氮源。
此外，蓝细菌的一些品种还能够降解有机废物，对环境的净化起到积极作用。
六、蓝细菌的应用价值蓝细菌具有广泛的应用价值。
首先，它们在食品、制药和农业等领域具有重要作用，可以用于制取食品添加剂、生产药物和改良土壤等。
第二章原核微生物
第二章：原核微生物真核微生物：有细胞核，有核膜，核仁，有染色体〔DNA〕原核微生物：是指一大类仅含有一个DNA分子的原始核区,而无核膜包裹的原始单细胞微生物。
无核膜、核仁，无染色体。
属于原核微生物的有：细菌，放线菌，立克次氏体，支原体，衣原体，兰细菌。
古细菌：20世纪70年代发现，在极端环境下的古老微生物。
古核细胞〔古核生物、古细菌、原细菌〕是20世纪80年代出现的名称。
古细菌：是一些生长在极端特不环境中的细菌，过往回属于原核细胞。
回属缘故：〔1〕形态、结构、DNA结构和根基生活方式与原核细胞相似。
〔2〕其16SrRNA与原核生物相差特别远。
〔产甲烷细菌〕种类：100多种，在特不环境中生活与人类关系不大。
〔高温、高盐〕第一节：细菌是一大类群结构简单、种类繁多、要紧以二分分裂法生殖和水生性较强的单细胞原核微生物。
一、细菌的形态与结构（一）细菌细胞形态1、细菌的大小：在显微镜下用测微尺测量，单位是：μm1〕球菌：测量直径，一般为：Φ=0.5-2μm2〕杆菌：测长度和宽度，一般为：长1-5μm，宽0.5-1μm表示方法：长×宽，即：1-5×μm3）旋菌：测量长度及宽度，在一定条件培养大小对比稳定。
细菌形态及大小受培养温度、时刻、培养基组成及浓度的碍事，也受染色方法等碍事，因此同一菌种在不同时期、形态、大小不同。
因此，同一菌种在同时期、不同培养条件其形态、大小不同。
2.细菌细胞的根基形态和排列方式外形〔细菌的根基形态〕1〕杆菌：细胞呈杆状或圆柱状〔短的：近似球形。
长的：呈丝状。
〕①数量：细菌中种类最多。
②长短：短的近似球形，长的呈丝状。
③两端：平齐〔如：炭疸芽孔杆菌〕，稍尖〔如：鼠疫巴斯德菌〕④菌体：有的直，有的弯排列方式：单个，链状，栅栏状，八字形。
多数分散存在。
如：E。
coli，少特不形态：链状——链杆菌。
2〕球菌：菌体呈球形或扁球形〔近似球形〕①单球菌：只有一个分裂面，分裂后细胞分散独立存在。
环境微生物学2-1古菌
细菌界和真细菌界。古细菌生活在一些极端环境中，真细 菌界的细菌为常见细菌和蓝绿藻。 我国王大耜教授提出六界：病毒界、原核生物界、真核原 生生物界、真菌界、动物界和植物界。
综合微生物的细胞结构、化学组成，尤其对
DNA、RNA及它们特殊的生活环境进行了深入细
温度/℃ 最低 最适 82 105
革
pH 兰 氏
最高
染
色
110 嗜酸
与O2 电子 营养源 关系 受体
厌氧 S0
S0 、H2
细胞壁
70 70～80 80
G-
2～3
好氧 O2
糖、
脂蛋白
谷氨酸、 多糖
热变形菌属
70
（Thermoproteus）
97 2.5～ 6.5
厌氧 Fe2+ S0
葡萄糖、 糖蛋白 氨基酸、 乙醇、
（五）繁殖方式与繁殖速率
古菌繁殖方式有二分裂、芽殖。其繁殖速率较慢， 进化速率也比细菌慢。
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（六）生活习性
大多数古菌生活在极端环境的湖泊、海洋水中，它们的生活 环境具有下述特点 ： 盐分高 极酸 绝对厌氧的环境 极热 极冷 在南极，它们的量占南极海岸表面水域原核生物总量的34%以上。 古菌的代谢途径特殊，有的古菌有热稳定性酶和其他特殊酶。 产甲烷菌生长在富含有机物的厌氧环境中，如沼泽、温泉、淡水、 海水沉积物、在反刍动物瘤胃和肠道中，粪便、污水处理厂剩余污泥 的厌氧消化罐、有机固体废弃物厌氧堆肥或填埋中。
系统发育进化树 （Phylogenetic trees）
进化树可以是有根的(rooted)，也可以是无根的（ unrooted），分为“有根树”和“无根树”两类。
第二章原核微生物-古菌
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极端嗜盐细菌
生活环境
高盐环境，如：晒盐场，天然盐湖，高盐腌渍食物等；
通常需盐下限为1.5mol/L的NaCl，多数需要NaCl为2～4mol/L 特点
◇细胞呈链状、杆状或球状； ◇靠钠、氯和镁离子维持细胞结构和硬度； ◇革兰氏阴性或阳性，好氧或兼性厌氧，化能有机营养型； ◇生长温度可高达55℃。
2.培养方法
专性厌氧，需要在特殊环
境下操作； 目前最好的是厌
氧手套箱。
厌氧培养箱
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嗜热嗜酸菌
包括：古生硫酸还原菌和极端嗜热古菌
特点：
◇专性嗜热、好氧、兼性厌氧、严格厌氧，革兰氏阴性、
杆状、丝状或球状。
◇最适生长温度在70～105℃ ◇嗜酸性和嗜中性，自养或异氧生长。 ◇多数是硫代谢菌
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第二节 古 菌
1977年，carlwoese以16S rRNA序列比较为依据，提出的独立于真细 菌和真核生物之外的生命的第三种形式。
在分类地位上与真细菌和真核生物并列为三域（domain），并且在 进化谱系上更接近真核生物。
在细胞构造上与真细菌较为接近，同属原核生物。
多生活于一些生存条件十分恶劣的极端环境中，例如高 温、高盐、高酸等。
第二章 原核微生物
李丽颖 freezinglily@ 83955931
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病毒
真细菌 细菌、放线菌、蓝细菌、 粘细菌、支原体、衣原 体、立克次氏体 古细菌
微 生 物
原核微生物
真核微生物
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第二节 古 菌
1. 古菌的特点 2. 古菌的分类 3. 环境保护和环境工程领域研究古菌的意义
原核微生物1
第二节 细菌（Bacteria）
一、细菌的形态和大小
1、细菌细胞的形态 2、细菌细胞的大小
一、细菌
1、细菌的形态：球状、杆状、螺旋状和丝状
其次
自 然 界 中 哪 种 最 多？
最多
最少
a.球菌(coccus)
单球菌 双球菌 四联球菌 八叠球菌 葡萄球菌 链球菌
1. 分裂方向
2. 分裂后相互间 的连接方式
成分
占细胞壁干重的%
G＋
G－
肽聚糖 含量很高（30-95） 含量很低（5-20）
磷壁酸 含量较高（<50） 0
类脂质 一般无（<2） 蛋白质 0
含量较高（10-20） 含量较高
革兰氏阳性的细胞壁
G-细菌细胞壁的构造和化学组成
G-细菌细胞壁较薄，但有多层构造，其化学组成除有肽聚糖外， 还有一定量的类脂质和蛋白质等成分。G-细胞壁的组成和结构 比G+更复杂。主要成份为：脂多糖、磷脂、脂蛋白、肽聚糖。
真核微生物
真核微生物有发育完好的细胞核，核内 有核仁和染色质，有核膜将细胞核和细胞 质分开，使两者有明显的界限，有高度分 化的细胞器，如线粒体、中心体、高尔基 氏体、内质网等，进行有丝分裂。包括除 蓝藻以外的藻类、酵母菌、霉菌、原生动 物、微型后生动物等。
细菌
原核微生物： （由原核细胞构成） 放线菌
（3）脱色（95%乙醇10~20S） （4）复染（蕃红30 ~ 60S）
A
A
A
B
机 制
B B
和
A
步
B
骤
（3）脱色（95%乙醇30-45S）
革
（1）初染（结晶紫30S）
兰 氏 染 色
（2）媒染剂（碘液30S）
补充蓝细菌古生菌
① 极端嗜盐菌的形态
古细菌的典型代表之一。
细胞常呈现杆状、球状、三角形、多角形、盘形等多种形态。
革兰氏染色呈阴性。 极生鞭毛，运动或不运动。 好氧或兼性厌氧。 细胞内含有各种色素。
② 极端嗜盐菌的化学组成及生活环境
极端嗜盐菌主要分布在高盐环境中，如盐湖、盐碱湖、晒盐场、以 及含盐量高的土壤中等。
等。
古细菌这个概念是1977年由Carl Woese和 George Fox提出的，原因是它们在16SrRNA的
系统发生树上和其它原核生物有所区别。古菌、
真细菌和真核生物一起构成了生物的三域系统。
5.2 古生菌的形态与结构特征
（1）古生菌的形态 古生菌的细胞形态有球形、杆状、螺旋形、耳垂形、盘状、不规则 形状、多形态，有的很薄、扁平，有的有精确的方角和垂直的边构成直
20个碳原子形成的侧链。
细菌细胞膜结构 单层结构
古菌酯类
d. 侧链的分支。细菌和真核生物的脂肪酸没有侧分支。古生菌细胞 膜的侧链由不同的化合物构成，侧分支能够形成碳原子环。这种环
可以稳定膜上的结构，有助于古生菌生活在高温中。
古菌之所以能够存在于高温、 高盐以及强酸性等极端条件下,得益
于它特殊的侧链及成键的分子特性。古菌的侧链多为不含活性官能团 的碳长链分子,与甘油酸分子以非常稳定的醚键相联,并且组成细胞膜 的脂类为一整个长碳链分子,形成单层细胞膜。这种相当稳定的结构使 得古菌细胞膜非常坚固,能够抵抗即使是非常恶劣的外界条件。
③ 产甲烷菌的化学组成
与其他细菌差距甚大。
细胞壁不含有真正的肽聚糖，而是含有假肽聚糖。
细胞壁没有细菌细胞壁胞壁质的特征，而是富含有各种表层蛋白。
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• 6）分泌粘液层、荚膜或形成鞘衣，因此具有强的抗干旱能 力；
• 7）无鞭毛，但能在固体表面滑行，进行光趋避运动；
• 8）许多种类细胞质中有气泡，使菌体飘浮，保持在光线最
充足的地方以利于光合作精用选文。本
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危害：容易引起水花的蓝细菌包 括微囊藻和腔球藻、鱼腥藻、水 华束丝蓝细菌
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危害：蓝细菌造成无锡太湖区水华
• 五群:在《伯杰氏系统细菌学手册》(第三卷) 中，将古 菌分为五大群：
• 群1、产甲烷古菌； • 群2、古生硫酸盐还原菌； • 群3、极端嗜盐菌； • 群4、无细胞壁古生菌； • 群5、极端嗜热硫代谢菌。
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嗜盐古生菌的栖息地
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菌紫质作为光感受器，利用光合成ATP，可成为生物芯片，用于制 作生物计算机的光开关、储存器等
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古生菌的细胞形态
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从热泉中分离的火山热原体 （Thermoplasma volcanium)(投影技术）
隐蔽热网菌（扫描电镜下的形态）
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古菌的细胞形态
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三、细胞结构
• 一）细胞壁
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4. 工业污染，包括化肥厂和废水排放。 5. 燃烧矿物燃料，在波罗的海中约30%的氮，在密西西 比河中约13%的氮来源于此
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蓝细菌代表菌——螺旋藻
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螺旋藻
• 螺旋藻作为地球上最古老的植物，是目前所知 营养成分最全面、最均衡的食品之一，被联合 国粮食组织誉为“二十一世纪理想的食品”。 它含有丰富的蛋白质、氨基酸、多糖、不饱和 脂肪酸、胡罗卜素、藻篮等多种维生素、矿物 质和微量元素。1克螺旋藻的营养成分相当于 1000克各类蔬菜总和，其蛋白质的含量是大豆、 鸡蛋的五倍，是大米的十倍、鱼肉的三倍。
• 固氮作用能有效利用氮气
• 在污水处理、水体自净中起着积极作用。可作为 水体富营养化的指示生物。
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2、特性
1）分布极广 从热带到两极，从海洋到高山，到处是它们的踪 迹，土壤、岩石，甚至树皮上都能成片生长
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2、特性
• 2)形态差异极大，有球状、杆状和丝状等形态
颤蓝细菌属
单岐蓝细菌属
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四、其他特点
代谢 古菌在代谢过程中有许多特殊的辅酶，如绝对厌氧的产甲烷菌有辅酶
M、P420、P430等。古菌因有五个类群，所以，他们的代谢呈多样性；
呼吸类型 它们多数为严格厌氧、兼性厌氧，还有专性好氧。Woese认为古菌没有
严格的好氧型，没有完全的光合型；
繁殖速度 古菌的繁殖速度较慢，进化速度也比细菌慢；
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紫膜光合磷酸化 （photophosphorylation by purple membrance）
H+ H+ H+ + + ++ -- --
ADP H+ ATP
+Pi
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ATP酶
紫膜 细胞壁 红膜
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膜外 + + +
顺式
;
+ ++
+ N
P
反式
+N HP
NP
膜内
念珠蓝细菌属
微囊蓝细菌属
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蓝细菌的形态
链杆状
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球状（正在分裂）
丝状聚合体
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不同形态的蓝细菌
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2、特性 • 3）细胞中含叶绿素a,进行产氧型光合作用；
• 4）具有原核生物的典型的细胞结构：细胞核无核膜，不进 行有丝分裂，细胞壁含胞壁酸和二氨基庚二酸，革兰氏染 色阴性；
• 5）光能自养型生物，营养极为简单，不需要维生素，以硝 酸盐或氨作为氮源，多数能固氮，其异型细胞是进行固氮 的场所；
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H+
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紫膜光合磷酸化 精选文本
ATP
34ADP
H+ +Pi
古细菌、真细菌和真核生物的差异
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六、环境保护和环境工程领域研究古菌的意义
• 1、古菌多为嗜极为生物，对极端环境（酸、碱、 高盐、热、冷、高压等环境）具有很好的适应性 和需要性。
• 2、环境工程涉及的极端性质的废水，如高盐废水 （化工、发酵工业废水）、酸性废水（味精废水 pH=2~3，合成制药废水pH=4)、碱性废水（造纸 废水pH=14）、极毒重金属废水、低温废水、高 温废水等，以及极高浓度的有机废水，几乎涵盖 了自然极端环境的所有恶劣条件，用古菌处理可 以降低投资成本、节省运行费用、节约能源、提 高处理效率等方面发挥积极的作用。
第一篇第二章 原核微生物之 蓝细菌和古菌
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蓝细菌（Cyanobacteria)
• 1、概念
• 也称蓝藻或蓝绿藻（blue-green algae)，是一类含有 叶绿素a、能以水作为供氢体和电子受体、通过光合作用 将光能转变成化学能、同化CO2为有机物质的光合细菌。
• 古老的生物，使46亿年前的地球由无氧环境转为 有氧环境。
• 目前国内外生产营养品用的品种有：钝顶螺旋 藻和极大螺旋藻。
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古生菌（Archaea)
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古菌或古生菌
真核生物
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古生菌
• 二、细胞形态
• 古菌的细胞形态有球形、杆状、螺旋形、耳垂形、 不规则形、多形态，有的很薄，扁平，有些具有 精确的方角和垂直的边构成直角几何形态的细胞 ， 有的以单个细胞存在，有的呈丝状体或团聚体。 其直径大小一般在0.1~15um，丝状体长度有 200um.
生活习性 大多数古菌生活在极端环境，如盐分高的湖泊水中，极热、极酸和绝
对厌氧的环境。它有特殊的代谢途径，有的古菌还有热稳定性酶和其他特 殊酶。
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• 五、古菌的分类
• 三类:按照古菌的生活习性和生理特性，古菌可分有三 大类型： 产甲烷菌，嗜热嗜酸菌，极端嗜盐菌 (Halophiles) .
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爆发原因
• 蓝藻爆发成因为富营养化。过量的养分主要来自于以下 这些源头：
1. 化肥流失，化肥是很多富营养化区域的主要养分来源， 例如在密西西比河流域，67％的氮流入水体，随之流入 墨西哥湾，波罗的海和太湖中超过50%的氮也来自化肥 的流失。
2. 生活污水，包括人类的生活废水和含磷清洁剂。 3. 畜禽养殖，畜禽的粪便含有大量营养废物如氮和磷， 这些元素都能导致富营养化。