古生菌的多样性.共58页文档
微生物之古细菌
真核生物的生存环 境很广泛，也是根 据不同真核生物的 代谢类型而有不同 的生存环境。
形态
细菌的基本形态有三： 真核生物范围很广， 球形、杆形和螺旋形。 有大有小，形态各 此外，有的细菌还有 异。 荚膜，鞭毛以及芽孢。 但在不利的生活环境 下或菌龄老时会出现 不规则的多形性。
特征
古细菌
细菌
真核
中间代谢
亚基)
d、甲烷螺菌：无细胞壁，只有 一层由蛋白质纤维组成的鞘
1、产甲烷菌
（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
2、极端嗜盐古菌
分为5大群、8属、19种
生活环境：高盐环境 细胞形状：细胞形态为链状、 杆状、球状等多形态。革兰氏阴性， 极生鞭毛。好氧或兼性厌氧。
5、RNA聚合酶AB’B’型
营养类型：化能异养，不发酵（好氧或兼性厌氧有关）
3 热原体
• 无细胞壁、嗜热嗜酸、好氧、化能有机营养，所以被称为热
原体Thermoplasma
• 有的种具有多根鞭毛，能够运动 • 质膜的主要成分是一种带有甘露糖和葡萄糖单位的四醚类脂
(tetratherlipid)的脂多糖化合物。同时质膜中也含有糖肽，
但没有固醇类化合物，这样的质膜使热原体表现出对渗透压、 酸、热的稳定性。
嗜酸热原体
Thermoplasma acidophilum
4、古生硫酸盐还原菌 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。大多数种是硫代谢菌，
经常在温泉中发现。
4、古生硫酸盐还 原菌
分布于深海海底、热泉和地层深部储油层。化能 自养，单极多生鞭毛，并产少量甲烷。
延胡索酸火叶菌
（Pyrolobus fumarii）， 一种生活在113℃大西洋 热液喷口的古菌。
古生菌
古生菌概述摘要：本文简要地介绍了古生菌的发现、分类及其应用前景，并简要阐述了几类古生菌的形态特征、生理功能以及生活环境。
关键词：古生菌产甲烷菌极端嗜热菌极端嗜盐菌嗜热嗜酸菌On the contribution of KochAbstract: This article briefly describes the discovery of archaea, classification and its application prospects, and briefly described the types of archaea of the morphological characteristics, physiological functions, as well as living environment.Key words：Archaea methanogen Extreme thermophiles Extreme halophile Acidophilic thermophilic bacteria古细菌是一类生活在今天的生物,被称为活化石细菌。
它们并不是细菌,因为它们有着与细菌不同的遗传基因。
它们是独立的一类生物[1]。
它们之所以被称为古细菌,是因为它们的栖息生境类似于早期的地球环境（如热、酸、盐等）[2],并且在形态上跟细菌差不了多少,所以人们把它们叫做古细菌。
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。
这两组原核生物起初被定为古细菌和真细菌两个界或亚界。
而Woese认为它们是两支根本不同的生物，通过对不同细菌的rRNA样品进行检测分析，他重新将其命名为古菌和细菌，这两支和真核生物一起构成了生物的三域系统[3]。
古细菌域又可再细分为三个类群[4]：广古生菌界（包括甲烷球菌属和热球菌属），泉古生菌界（包括硫化叶菌属和热叶菌属），古生古菌界。
古生菌
古生菌的名称由来
戊斯革命 20世纪70年代，美国科学家卡尔·戊斯靠分析由DNA序列决定的另
一类核酸—核糖核酸（RNA）的序列分析来确定微生物的亲缘 关系，发现并不是所有的微小生物都是亲戚。他们发现产甲烷的 微生物在微生物世界是个异类，因为它们会被氧气杀死，会产生 一些在其它生物中找不到的酶类，因此他们把产生甲烷的这类微 生物称为第三类生物。乌斯把这类第三生物定名为古生菌 （Archaea），成为和细菌域、真核生物域并驾齐驱的三大类生 物之一。这一变革被称为戊斯革命 。
三角形
方形
杆状
不 规 则 形
六、古生菌的细胞结构
像其它生物一样，古生菌 细胞有细胞质、细胞膜和 细胞壁三种结构。
1、细Байду номын сангаас壁结构 （1）假肽聚糖 产甲烷菌的细胞壁含假 肽聚糖
（2）酸性杂多糖 2分子N-乙酰氨基半乳糖和1分子葡萄糖醛酸组成的三 糖单位经反复连接而成的古生菌细胞壁。
甲烷八叠球菌和盐球菌不含假肽聚糖，而含复杂聚多糖。
一、古生菌的概念
是一类很特殊的细菌，多生活在极端的生态环境中。 具有原核生物的某些特征，如无核膜及内膜系统； 也有真核生物的特征，如以甲硫氨酸起始蛋白质的合成、核糖体 对氯霉素不敏感、RNA聚合酶和真核细胞的相似、DNA具有内 含子并结合组蛋白； 此外还具有既不同于原核细胞也不同于真核细胞的特征，如：细 胞膜中的脂类是不可皂化的；细胞壁不含肽聚糖，有的以蛋白质 为主，有的含杂多糖，有的类似于肽聚糖，但都不含胞壁酸、D 型氨基酸和二氨基庚二酸。
（二）生存环境 最先发现喜好高温的古生菌来自美国黄石公园。 古生菌生活的环境常常是极端环境，如高温、高盐、高酸、高碱、 高压等。 在动物的消化道中同样存在，如反刍动物、白蚁和人类。 古生菌通常对其它生物无害，且未知有致病古生菌。
古细菌,真细菌,真核生物的比较
请根据文献报道（非教材、ppt）列表比较古细菌、细菌和真核生物的不同点教材和PPT中的不同点：细胞壁：古细菌细胞壁为蛋白质或假肽聚糖（肽聚糖类似物）；细菌的细胞壁主要为肽聚糖，还有多糖类物质；真核生物的细胞壁为多糖或几丁质或无；细胞膜：古细菌细胞膜含有支链烃以及甘油醚键；细菌有些有荚膜（多糖类物质）在外表覆盖，且细菌细胞膜主要由蛋白质和脂类，还有糖类组成；真菌的细胞膜由直链脂肪酸和甘油分子以醚键相连构成基因组成：古细菌中有环状DNA分子，类组蛋白结合，存在质粒；有关基因组成操纵子，有些基因有intron结构；细菌中环状DNA分子，类组蛋白结合，存在质粒；有关基因组成操纵子个别基因有intron结构；真核生物中线状DNA分子，与组蛋白结合；有关基因组成操纵子基因有intron结构；特征细菌古细菌真核膜围细胞器无无有细胞核无无有内含子无无有参考文献中的不同点特征古细菌细菌真核生殖方式无性生殖无性生殖（主要是二分裂形式）大多为有性生殖，也有无性生殖（如：酵母菌）生存环境目前发现的古细菌都生活在极端的环境中，如（产甲烷菌、极端嗜盐菌和硫依赖嗜热菌等）。
根据不同种细菌生存环境也不同（如：厌氧型细菌生活在无氧环境中，兼性厌氧型细菌在无氧和有氧环境中均可进行，而需氧性细菌则必须在有氧环境在才能生存）。
真核生物的生存环境很广泛，也是根据不同真核生物的代谢类型而有不同的生存环境。
形态单个古菌细胞直径在0.1到15微米之间，有一些种类形成细胞团簇或者纤维，长度可达200微米。
它们可有各种形状，如球形、杆形、螺旋形、叶状或方形。
细菌的基本形态有三：球形、杆形和螺旋形。
此外，有的细菌还有荚膜，鞭毛以及芽孢。
但在不利的生活环境下或菌龄老时会出现不规则的多形性。
真核生物范围很广，有大有小，形态各异。
中间代谢古细菌有独特的辅酶。
如产甲烷菌含有F420，F430和COM及B因数。
细菌在生长繁殖的迟缓期和对数期代谢活跃，酶多，导致代谢产物也很多。
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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2017/12/28
（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2章第二节古菌
利 产生抗生素、生产 酶制剂、提取维生素、 固氮作用 害 动植物病害
结核杆菌 麻风杆菌 疮痂病
放线菌的形态构造
(一)形态构造
❖ 1、营养（基内）菌丝：潜入固体培养基内汲 取营养。有无色的，有产色素的。色素有水 溶性的和脂溶性的。
❖ 2、气生菌丝：由营养菌丝长出培养基外， 伸向空间的菌丝为气生菌丝。
特征
•有细胞壁(对抑制细胞壁的青 霉素和溶菌酶敏感 •二等分裂 •有不够完整的产能代谢途径， 利用谷氨酸产能而不能利用葡 萄糖
三 衣原体(Chlamydia)
❖ 是一类在真核细胞内营专性 能量寄生的小型革兰氏阴性 原核生物
❖ 生活史
能量寄生物
萤光抗体染色，黄绿色为衣原体
感染 衣原体 寄主细胞 小细胞(壁厚)
❖ 3、孢子丝：生长发育到一定阶段，在气生 菌丝的上部分分化出可形成分生孢子的孢子 丝。
1 基内菌丝 2 气生菌丝 3 孢子丝
吸收营养
气生菌丝及孢子丝
❖ 功能：繁殖 ❖ 直、钩状、螺旋状
(圈数、方向)、轮生、 螺旋数目、疏密程度、 旋转方向等等
(二)放线菌的繁殖
❖ 通过分生孢子或胞囊孢子繁殖的，也可以一 段营养菌丝繁殖。
❖ (二)嗜热嗜酸菌Thermophilus and acidophilic bacteria
❖ 包括古生硫酸还原菌和极端嗜热古菌。最适生长 温度在70—105℃之间。
❖ (三)极端嗜盐菌Extreme halophilic bacteria
❖ 他们对NaCl有特殊的适应性和需要性。
❖ 有些菌株在低氧压条件下，在细胞膜上形成由视黄 醛构成的一种特殊紫色素蛋白——菌紫质。菌紫质 可做光感受器，可利用光合成ATP。菌紫质参与形 成能量转换系统——紫膜。紫膜为细胞质膜的一部 分，可成为生物芯片，用于制作生物计算机的材料。
古生菌
2/7/2019
ห้องสมุดไป่ตู้ 最古老的细菌
苏丝曼拍摄的最为古老的活生物是俄罗斯西伯 利亚地区的细菌Actinobacteria。这些真正意义上 的“老寿星”是在一个冰芯中发现的。 DNA分析 结果显视该古菌的年龄在40万岁到60万岁之间。 苏丝曼曾前往丹麦哥本哈根的尼尔斯· 波尔研究所， 利用显微镜给Actinobacteria拍照。
2/7/2019
（2）醚键。当侧链加到甘油分子上时，大多数生 物是通过酯键来结合的，即加上两个氧原子而连 接到甘油的一端。其中一个氧原子用来与甘油形 成化学键，另一个原子则在发生结合后伸出来。 相反，古生菌的的侧链是通过醚键来连接的，没 有伸出来的氧原子。因此，古生菌的磷脂的化学 性质不同于其它生物的膜脂。
2/7/2019
生物界级学说发展的示意图
2/7/2019
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。这两组原核生物起 初被定为古细菌和真细菌两个界或亚界。而 Woese认为它们是两支根本不同的生物，通过对 不同细菌的rRNA样品进行检测分析，他重新将其 命名为古菌和细菌，这两支和真核生物一起构成 了生物的三域系统。
2/7/2019
第二节 古生菌的形态与结构特征
一、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角几 何形态，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0.1~15μm，丝状体长 度有200μm。
2/7/2019
二、极端嗜盐菌 2.1 极端嗜盐菌的形态 极端嗜盐菌是古细菌的典型代表之一。它们的 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。
古生菌 (NXPowerLite)
与细菌和真核生物核糖体都不同 对异霉素anisomycin敏感 对氯霉素和卡那霉素不敏感 与真核生物的核糖体相似 延长因子对白喉毒素反应如真核生物EF-2因 子 甲烷菌有组蛋白与DNA结合形成似核小体构 造，与细菌不同 DNA复制如同細菌一样 依賴DNA的RNA聚合酶与真核生物聚合酶相似 对利褔平和利迪链霉素不敏感
古生菌細胞壁：细胞壁构造与细菌不同 G+古生菌的細胞壁与G+細菌相似有一個单独厚的均一层 G-古生菌无外膜和复杂肽聚糖 有蛋白質或糖蛋白次單元的表面 化学组成与细菌不同 沒有肽聚糖、胞壁酸和D-氨基酸 » 所有古生菌都不受溶菌酶和β-內酰胺抗生素，如 青霉素作用 甲烷杆菌和一些甲烷菌的細胞壁含假肽聚糖 (pseudomurein) » L-氨基酸取代D-氨基酸 » N-乙酰塔罗糖胺糖醛酸代替N-乙酰胞壁酸 » β(1→3) 糖苷键代替β(1→4)糖苷键 甲烷八叠球菌和盐球菌缺乏假肽聚糖
醚鍵 Ether bond
四乙醚单层 膜
遗传学和分子生物学 染色体是单链闭合环状DNA 一些古生菌的基因组比正常细菌的基因组小 G + C含量变化大，从21%到68% 质粒少 詹氏甲烷球菌的基因组中有1738个基因，約 56%与细菌和真核生物中不同 沒有mRNA剪接，启动子与细菌相似 tRNA的TΨC臂无胸腺嘧啶(T) ，含有假尿苷 或1-甲基假尿苷 起始tRNA有甲硫氨酸，像真核生物 核糖体是70S像细菌核糖体一样，但是它们 的形状有显著变化
G-古生菌在其质膜外有一层蛋白质或糖蛋白 厚度可达20-40 nm厚，有時候有2层 這些层的化学物质变化相当大 古生菌的脂类和膜与细菌和真核生物都不同 有分支的碳氢链与甘油以乙醚键相连， 而非与脂肪酸以酯键相连 两个甘油基相连形成一个极长四乙醚 膜中有极性脂：磷酸脂、硫酸脂和糖脂 极端嗜热菌的膜，如热浆菌属和硫化叶 菌属几乎全部都是四乙醚单层膜