03环境微生物学第三章古菌
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《环境微生物重点总结》
《环境微生物重点总结》复习大纲微生物学基础绪论及第一、二章复习要点微生物分类系统，命名法则常见细菌的拉丁文名称e.coli（escherichiacoli）大肠埃希氏菌（大肠杆菌）candiadautilis 产朊假丝酵母无细胞结构生物virus（病毒）原核生物bacteria（细菌）archaea（古菌）algae（藻类）真核生物fungi（真菌：酵母、霉菌）protozoa（原生动物）微生物的命名微生物的命名法是采用生物学中的二名法，即用两个拉丁字命名一个微生物的种。
微生物名称属名（名词形式）+种名（形容词形式）大肠埃希氏杆菌的名称是escherichiacoli。
大肠埃希氏杆菌的名称是escherichiacoli（miugula）castellanietchalmers1919.细菌如果只鉴定到属，没鉴定到种，则该细菌只有属名，属名后加sp（单数）或spp（复数）如：bacillussp.微生物的特点体积小，面积大吸收多，转化快生长旺，繁殖快适应强，易变异种类多，分布广病毒的结构与特点特点形体极其微小。
没有细胞构造，其主要成分是核酸和蛋白质，每一种病毒只含有一种核酸。
无产能酶系，无蛋白质合成系统，在宿主的活细胞内营专性寄生。
结构病毒主要由核酸内芯和蛋白质衣壳构成，有些还具有囊膜。
有些病毒只仅具有核酸或蛋白质。
病毒的溶原性噬菌体可分为烈性噬菌体和温和噬菌体两类型。
烈性噬菌体侵入宿主细胞后，随即引起宿主细胞裂解。
温和噬菌体是当它侵入宿主细胞后，其核酸附着并整和在宿主染色体上，随宿主的核酸同步复制，宿主细胞不裂解继续生长。
细菌的主要形态、基本结构和特殊结构及理化性质细菌按其外形，主要有球菌杆菌螺形菌丝状菌基本结构：细胞壁、细胞膜、细胞质、核质特殊结构：荚膜、粘液层、衣鞘、菌胶团、鞭毛、菌毛、芽胞革兰氏染色机制主要有三种观点等电点学说g+菌与g-菌等电点不同。
渗透学说g+菌与g-菌细胞壁结构不同。
第三章_古菌
古菌的分类
按照古菌的生活习性和生理特点，古菌主要有五大类 型：产甲烷菌、极端嗜热菌、极端嗜酸菌、极端嗜盐 菌、极端嗜碱菌。
①产甲烷菌 产甲烷菌与其他微生物（水解菌、产酸菌）协同
作用，能使有机物甲烷化，产生具有经严格厌氧菌，细胞内不含过氧化 氢酶及过氧化物酶，氧对它们有毒害作用。 2、甲烷菌通过甲烷发酵或乙酸盐呼吸来获取生 命活动所需的能量，乙酸能够刺激其生长。 3、某些氨基酸、酵母膏和酪素水解物等可作为 生长因子。 4、所有产甲烷菌都能利用NH4＋作为氮源，少数 产甲烷菌可以固定分子态氮。 5、所有产甲烷菌都需要金属镍作为产甲烷辅酶 F430成分（镍四吡咯）。除镍以外，铁和钴也是 产甲烷菌所需要的重要微量元素。
古菌
过去，由于研究手段技术原因，对古菌的了解 很少，一直将它列入细菌范畴内。从1977年 起，人们改进了研究方法， Carl Woese和 George Fox发现这类菌在细胞结构、化学组 成及生存环境条件等方面的特殊性，所以将它 从细菌中划分出来，称为古细菌（而细菌则称 为真细菌），或称古菌。现在已将它与细菌、 真核生物并列。
产甲烷菌形态多样
②极端嗜热菌
极端嗜热菌能生长在90℃以上的高温环境。大多数是 硫代谢菌。 特征： 1. 极端嗜热 80℃以上（100 ℃以上） 2. 代谢元素硫 H2S 、S0 → H2SO4 3. 营养类型多样：化能有机营养、化能无机营养 4. 菌体形态多样：杆状、球状、裂片球状、圆盘状、 圆盘带有附属丝、不规则状等
嗜酸硫杆菌的煎蛋形菌落
④极端嗜盐菌
特征： 1. 大多专性好氧 2. 化能有机营养 3. 生长需要高浓度的盐（甚至接近饱和） 4. 菌体形态多样，菌落橙红色（类胡萝卜素） 5. 细胞膜上存在菌紫膜质，光合磷酸化作用
第3章 古菌
生长环境：极端环境，如高温、高压、高盐度等
适应性：古菌具有独特的生理机制和代谢途径，以适应极端环境
代谢途径与能量来源
古菌的代谢途径：与其他微生物相似，古菌也通过糖酵解、三羧酸循环等途径进行代 谢
古菌的能量来源：古菌主要通过厌氧呼吸或光合作用等方式获取能量
古菌的代谢特点：古菌的代谢途径和能量来源与其他微生物有所不同，具有独特的生 理特性
古菌的分类
热原体：生活在高温环境 中的古菌
极端嗜盐古菌：生活在高 盐度环境中的古菌
甲烷生成古菌：能够产生 甲烷的古菌
极端嗜酸古菌：生活在酸 性环境中的古菌
古菌的发现与分布
古菌的发现：对极端环境中的微生物的研究和探索 古菌的分布：分布在全球各地的极端环境，如高温、高压、高盐度等
古菌的生理特性
生长环境与适应性
古菌的适应环境：古菌适应于极端环境，如高温、高压、高盐度等，具有较为特殊 的代谢途径和能量来源
基因组与蛋白质组
基因组：古菌的基因组比细菌更大，包含更多的基因，能够编码更多的蛋白质 蛋白质组：古菌的蛋白质组也相对复杂，具有更多的功能和种类 基因组与蛋白质组的关联：古菌的基因组和蛋白质组之间存在密切的关联，共同维持古菌的生理功能
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古菌代谢途径的研究：深入了解古 菌的代谢途径，为生物能源和生物 制药等领域提供新的思路。
古菌在极端环境中的适应性：研究古 菌在极端环境中的适应性机制，为环 境保护和生态修复提供理论支持。
感谢您的耐心观看
汇报人：
在环境保护领域的应用
生物降解：古菌能够降解有机污染物，对环境保护具有重要意义 污水处理：古菌可用于污水处理，提高水质并减少污染 土壤修复：古菌能够修复被污染的土壤，改善土壤质量 温室气体减排：古菌能够减少温室气体的排放，有助于减缓气候变化
适应性：古菌具有独特的生理机制和代谢途径，以适应极端环境
代谢途径与能量来源
古菌的代谢途径：与其他微生物相似，古菌也通过糖酵解、三羧酸循环等途径进行代 谢
古菌的能量来源：古菌主要通过厌氧呼吸或光合作用等方式获取能量
古菌的代谢特点：古菌的代谢途径和能量来源与其他微生物有所不同，具有独特的生 理特性
古菌的分类
热原体：生活在高温环境 中的古菌
极端嗜盐古菌：生活在高 盐度环境中的古菌
甲烷生成古菌：能够产生 甲烷的古菌
极端嗜酸古菌：生活在酸 性环境中的古菌
古菌的发现与分布
古菌的发现：对极端环境中的微生物的研究和探索 古菌的分布：分布在全球各地的极端环境，如高温、高压、高盐度等
古菌的生理特性
生长环境与适应性
古菌的适应环境：古菌适应于极端环境，如高温、高压、高盐度等，具有较为特殊 的代谢途径和能量来源
基因组与蛋白质组
基因组：古菌的基因组比细菌更大，包含更多的基因，能够编码更多的蛋白质 蛋白质组：古菌的蛋白质组也相对复杂，具有更多的功能和种类 基因组与蛋白质组的关联：古菌的基因组和蛋白质组之间存在密切的关联，共同维持古菌的生理功能
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古菌代谢途径的研究：深入了解古 菌的代谢途径，为生物能源和生物 制药等领域提供新的思路。
古菌在极端环境中的适应性：研究古 菌在极端环境中的适应性机制，为环 境保护和生态修复提供理论支持。
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在环境保护领域的应用
生物降解：古菌能够降解有机污染物，对环境保护具有重要意义 污水处理：古菌可用于污水处理，提高水质并减少污染 土壤修复：古菌能够修复被污染的土壤，改善土壤质量 温室气体减排：古菌能够减少温室气体的排放，有助于减缓气候变化
3水处理微生物学-古菌——【环境微生物学】
一、古菌的分类
1、产甲烷菌__广古生菌门 2、嗜热嗜酸菌 泉古生菌
门胞壁、鞘、荚膜、细胞质膜、原生质、核质
2、培养方式 专性厌氧培养：Hungate厌氧滚管法、厌氧手套箱等
嗜热嗜酸菌
包括古生硫酸还原菌和极端嗜热古菌 专性嗜热（70~105℃）、G-、杆状、丝状或球状、嗜 酸性或中性。 多为硫代谢菌
本节内容结束
第二章 原核微生物 第一节 古菌域
原核生物界
1．光能营养原核生物门 Ⅰ蓝绿光台细菌纲（蓝细菌类） Ⅱ红色光合细菌纲 Ⅲ绿色光合细菌纲
2．化能营养原核生物门 I细菌纲 Ⅱ立克次氏体纲 Ⅲ柔膜体纲 Ⅳ古细菌纲
一、古菌的特点
1、形态 薄而扁平，直角几何立体形态 2、细胞结构 细胞膜的结构不同，多为酸性的 脂蛋白 3、代谢 特殊的辅酶，如产甲烷菌的F420 4、呼吸类型 多为严格厌氧或兼氧，少数好氧 5、繁殖速度 慢，世代时间长，进化时间长 6、生活习性 极端环境：如酸碱性、热、氧等
极端嗜盐古菌
适应高浓度NaCl在 80~300g/L，依靠钠、氯、镁离子 维持细胞的结构和硬度。 细胞壁主要成分为脂蛋白
《环境工程微生物学》第三版(周群英 王士芬 著)课后习题答案 高等教育出版社
环境工程微生物学绪论1、何谓原核微生物？它包括哪些微生物？答：原核微生物的核很原始，发育不全，只有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。
原核微生物没有细胞器，只有由细胞质膜内陷形成的不规则的泡沫体系，如间体核光合作用层片及其他内折。
也不进行有丝分裂。
原核微生物包括古菌（即古细菌）、真细菌、放线菌、蓝细菌、粘细菌、立克次氏体、支原体、衣原体和螺旋体。
2、何谓真核微生物？它包括哪些微生物？答：真核微生物由发育完好的细胞核，核内由核仁核染色质。
由核膜将细胞核和细胞质分开，使两者由明显的界限。
有高度分化的细胞器，如线粒体、中心体、高尔基体、内质网、溶酶体和叶绿体等。
进行有丝分裂。
真核微生物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。
3、微生物是如何分类的？答：各种微生物按其客观存在的生物属性（如个体形态及大小、染色反应、菌落特征、细胞结构、生理生化反应、与氧的关系、血清学反应等）及它们的亲缘关系，由次序地分门别类排列成一个系统，从大到小，按界、门、纲、目、科、属、种等分类。
种是分类的最小单位，“株”不是分类单位。
4、生物的分界共有几种分法，他们是如何划分的？答：1969年魏泰克提出生物五界分类系统，后被Margulis 修改成为普遍接受的五界分类系统：原核生物界(包括细菌、放线菌、蓝绿细菌)、原生生物界（包括蓝藻以外的藻类及原生动物）、真菌界（包括酵母菌和霉菌）、动物界和植物界。
我国王大教授提出六界：病毒界、原核生物界、真核生物界、真菌界、动物界和植物界。
5、微生物是如何命名的？举例说明。
答：微生物的命名是采用生物学中的二名法，即用两个拉丁字命名一个微生物的种。
这个种的名称是由一个属名和一个种名组成，属名和种名都用斜体字表示，属名在前，用拉丁文名词表示，第一个字母大写。
种名在后，用拉丁文的形容词表示，第一个字母小写。
如大肠埃希氏杆菌的名称是Escherichia coli。
第3章 古菌
地热泉
Thermus: 正常生长在55℃左右，耐 热可至75～80℃，其孢子可在pH6.1 的溶液中沸煮24小时而不失活
水生嗜热杆菌 (Thermus aquaticus)
从海底的热火山口分离得到的
坎氏甲烷嗜高热菌生长最低温度 是84℃，最适温度是98℃，在 110℃下也能生长（高于水的沸 点）。
代表属 盐杆菌பைடு நூலகம்、盐球 菌属、嗜盐碱杆 茵属
无细胞壁 无细胞壁的多型细胞，嗜热嗜酸及化 学有机能营养型，兼性厌氧，质膜含 古菌
有丰富甘露糖的糖蛋白和脂多糖
热浆菌属 (Thermoplasma)
主要古生物类群的特征 类群 一般特征 极端嗜热 革兰式阴性杆状，丝状或球状。绝对 嗜热(最适生长温度70-110°C之间)通 o s 代谢菌 常绝对厌氧但可以是好氧或兼性，嗜
3.2 古生菌的分类
rRNA 分为广古生门(Euryarchaeota) 和泉古菌门 (Crenarchaeota)
7个纲：甲烷杆菌纲、甲烷球菌纲、盐杆 菌纲、热浆菌纲、热球菌纲、古生球菌 纲和甲烷嗜高热菌纲的9个目及16个科 产甲烷菌是这个门中的优势生理类群 常见古生菌：产甲院菌、极端嗜盐菌、硫 酸盐还原菌和许多极端嗜热依赖硫代谢菌
非细胞型 （病毒）
微生物 Eubacteria
Archaebacteria 原核微生物 （真细菌） 细胞型 （古细菌）
古生菌（Archaea） 细菌（Bacteria）
真核微生物（Eukarya）
古生菌在进化谱系上与真细菌及真核生物相互并列，且与后者关系 更近，而其细胞构造却与真细菌较为接近，同属于原核生物。
产甲烷菌
产甲烷古菌是一大群在严格厌氧条件下产生甲烷的菌， 形态多样
第三章 微生物类群与形态结构(14级期末总结)
第一节 细菌（Bacteria）
五、粘细菌（myxobacteria） 一、概念
粘细菌又名子实粘细菌，是一类具有最复杂的行为模式和 生活史的原核微生物。
二、特点
1、为单细胞、杆状、柔软，无鞭毛，产生粘液，可在固体表面 作“滑行”运动，以分裂方式进行繁殖，革兰氏染色阴性； 2、能形成粘孢子和形态各异、颜色鲜艳、肉眼可见的子实体， 有独特的协同社会性行为； 3、可以合成大量具有生物学活性的次级代谢产物。
（三）细胞的结构
3、细胞质和内含物
2）颗粒状贮藏物(reserve materials)：
贮藏物是一类由不同化学成分累积而成的不溶性沉淀颗粒， 主要功能是贮存营养物。
糖原：大肠杆菌、克雷伯氏菌、芽孢杆菌和蓝细菌等 聚β-羟丁酸（PHB）：固氮菌、产碱菌和肠杆菌等 硫粒：紫硫细菌、丝硫细菌、贝氏硫杆菌等 藻青素：蓝细菌 氮源类 藻青蛋白：蓝细菌 磷源（异染粒）：迂回螺菌、白喉棒杆菌、结核分枝杆菌 碳源及能源类 贮藏物
（三）细胞的结构
6、细菌细胞壁以外的构造
在某些原核生物的细胞壁外，着生一些特 殊的附属物，包括：
糖被（glycocalyx）
鞭毛（flagella）
菌毛（fimbriae） 性菌毛（pili）
（三）细胞的结构
6、细菌细胞壁以外的构造 ——— 糖被（glycocalyx）
1) 概念 包被于某些细菌细胞壁外的一层厚度不定的胶状物质。 糖被按其有无固定层次、层次厚薄又可细分为荚膜（capsule或 macrocapsule，大荚膜）、微荚膜(microcapsule)、粘液层(slime layer)和菌胶团(zoogloea)。
（2）方式
细菌以推进方式做直线运动， 以翻腾形式做短促转向运动。
第3章 古菌
思考：菌胶团与污水处理有什么关系？
菌胶团是活性污泥中细菌的主要存在形式，在 污水生物处理中具有重要的作用。 菌胶团具有较强的吸附和氧化有机物的能力 菌胶团具有较好的沉降性能 思考：菌胶团的形态会变吗？对污水处理效果有什 么影响？
（2）芽孢
某些细菌细胞发育到某一生长阶段，在细胞内部形成一个圆 形或者椭圆型的、壁厚、含水量低、抗逆性强的休眠体，称 为芽孢。 芽孢不是繁殖体，一个芽孢只能萌发成一个菌体。 特点： 壁厚；含水率低（小于40％）；不易透水且耐干燥； 含有大量DPA（2，6－吡啶二羧酸），耐热性强； 代谢活性低，抵御不良环境能力强。
2.2.1 放线菌的形态结构（以链霉菌为例）
根据菌丝的不同形态与功能，可分为： 营养菌丝（基内菌丝） 气生菌丝（基外菌丝） 孢子丝（产生孢子）
2.2.2 放线菌的繁殖与生理特性
无性繁殖 孢子生殖 菌丝断裂
生理特性 大多数好氧异养
链霉菌的生活史简图
2.2.3 放线菌的代表属
铁细菌
硫细菌 球衣细菌
2.3.1 铁细菌
铁细菌也是丝状的原核生物，但不分枝。
常见的铁细菌有
多孢泉发菌：菌体细长不分支， 一端固定，一端游离，鞘无色透明， 含铁化物（图中1所示） 赭色纤发菌：菌体不分支，鞘随 水解物沉淀增多而加厚，呈黄褐色 或褐色（图中2所示） 含铁嘉氏菌：圆柱状象柄丝状菌， 一端常交织着双绞绳状的对生分支， 单细胞肾形或圆形（图中3所示）
链霉菌属--------产生多种抗生素，如链霉素、红霉素、四 环素、土霉素、金霉素等。
小单孢菌属----可产生多种抗生素， 如庆大霉素、利福霉素等
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• 利用无机碳源（CO2）生长时，可利用硫代硫酸盐和H2 作电子供体。
• 生长温度范围：60－95oC；pH范围：4.57.5 • 主要分布于深海海底、热泉和地层深部储油层。
8
二、常见的古菌
（三）极端嗜盐菌
• 生活在很高浓度甚至接近饱和浓度盐环境中的一类古菌 • 生长需要至少1.5mol/L的NaCl。许多菌种需在3.5－
• 细胞壁：具有与细菌功能相似的细胞壁。但细胞壁中 不含肽聚糖，含有类似肽聚糖结构的假肽聚糖。
• 细胞膜：绝大多数细菌和真核生物的细胞膜中的脂类 主要由甘油酯组成，而古菌细胞膜中的脂类由甘油醚 构成。
• 细胞大小：直径0.11.5μm。有一些种类形成细胞团 簇或者纤维，长度可达200m
• 细胞形状：多样
种不同色素。
9
二、常见的古菌
（四）极端嗜热菌
• 生长温度：45～120℃，最适温度：65℃～70℃。 有的种最适温度为105℃
• pH范围：为1－3的高酸度环境 • 可利用有机物、或无机碳源生长（有的能利用两
者）绝大多数为专性厌氧菌。
• 大多数能代谢元素硫（S0），在好氧条件下将 H2S转化为H2SO4，在厌氧条件下将S0还原为H2S。
甲烷粒菌 （Methancorpusculum）
形状
革兰氏 染色
长杆形 +或-
杆状
+
不规则球 形
短杆状
-
不规则球 + 形
链杆状
+
不规则球 形
DNA中的 GC含量/% （摩尔分
数） 29~61
33 29~34
45~49
41~43
60
48~52
产甲烷基质
H2+CO2，甲酸
H2+CO2，也能还原S0 H2+CO2，丙酮酸， 甲酸 H2+CO2，甲酸
2
基于16SrRNA碱基顺序的细菌、古菌与真核生物的系统发育树
(摘自T.D.Brlck. Biology of Microorganisms.1997)
细菌 bacteria
古菌 achaca
真核生物 cukarya
绿色非硫细菌
green non sulfur bacteria
动物 animal
G+菌 gram positives
4
一、古菌的特点与分类
（二）古菌的分类
古菌
泉古菌(Crenarchaeota) 广古菌(Euryarchaeota) 初古菌门(Korarchaeota) 纳古菌门(Nanoarchaeota)
产甲烷菌
环境中常 见的古菌
硫酸盐还原菌 极端嗜盐菌 极端嗜热菌
嗜热嗜酸菌
5
二、常见的古菌
（一）产甲烷菌
• 产甲烷菌是一大类在严格厌氧条件下产生甲烷的菌 • 能利用的化合物包括H2/CO2、甲酸、甲醇、乙酸、
甲胺等，在污水生物处理中具有重要的地位 • 细胞形态：球形、杆形、螺旋形、长丝形、螺旋形、
八叠球形等 • 适宜温度：一般25～40oC；高温性细菌：50~60oC
之间。 • 适宜pH：6.8～7.2（对pH变化敏感）
4.0mol/L的NaCl中才能生长良好。 • 能利用有机物（化能异养型），故可望用于高含盐废水的
处理 • 细胞形态：杆形、球形和三角形、多角形、盘形等 • 革兰氏阴性，极生鞭毛，运动或不运动 • 好氧或兼性厌氧；适宜温度：35－50oC；pH： 5.5－8.5 • 胞内含有类胡萝卜素，产红色、粉红色、橙色、紫色等各
黄杆菌属 flavobactecocctus
korarchaeota
ciliates
鞭毛类 三fl分ag体ellates trichononds 微担孢体 microsporidia
themotogales
二分体 diplononods 3
一、古菌的特点与分类
crenarcaeoya
热变形菌属 thermoproteus
甲烷八叠球菌
粘菌类
methanosarcina
Slime
甲烷杆菌属
entanoebaemolds
methanobacteria 甲烷球菌属
嗜盐菌 halophiles
methanococcus
真菌 fungi
植物 plants
纤毛类
紫色硫细菌 purple bacteria 蓝细菌 cyanobacteria
6
产甲烷古菌代表属的主要特征
属名
甲烷杆菌目 甲烷杆菌
（Methanobacterium） 甲烷嗜热菌
（Methanothermus） 甲烷球菌目
甲烷球菌 （Methanococcus） 甲烷微菌目
甲烷微菌 （Methanomicrobium） 甲烷八叠球菌 （Methanosarcina）
甲烷喜热菌 （Methanopyrus）
H2+CO2，甲醇，甲 胺等
H2+CO2，（在110℃ 生长）
H2+CO2，甲酸，乙 醇
7
二、常见的古菌
（二）硫酸盐还原菌
• 可利用有机物、或无机碳源生长（有的能利用两者）。 • 利用有机物(葡萄糖、乳酸盐、甲酸盐和蛋白质等)为碳
源生长时，可以将硫酸盐、亚硫酸盐、硫代硫酸盐等还 原（作为电子受体）生成H2S（可望用于含硫酸盐废水 的处理）。也可还原单质硫。
第三章 古菌
一、古菌的特点与分类 二、常见的古菌
• 产甲烷菌 • 硫酸盐还原菌 • 极端嗜盐菌 • 极端嗜热菌 • 嗜热嗜酸菌
1
一、古菌的特点与分类
（一）古菌的特点
古菌是一个在进化途径上很早就与真细菌和真核生 物相互独立的生物类群。在细胞结构和代谢上与细 菌接近，但细胞壁、细胞膜、16S rRNA 中核苷酸 顺序等都与细菌不同，也与真核生物不同。但在基 因转录和翻译这两个分子生物学的中心过程上，接 近于真核生物。
• 该细菌在酸性温泉中还能把Fe2+氧化为Fe3+，并利 用CO2为碳源。
• 这种细菌不仅抗酸，耐高温，而且还能氧化无机 和有机硫化物，可用于细菌浸矿和处理石油和煤 中的含硫化合物，近年来备受关注。
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二、常见的古菌
（五）嗜热嗜酸菌
• 该类古菌的最大特点是细胞无细胞壁，仅由 厚度为0－7nm的细胞膜包裹。
• 细胞膜的主要成分是带有甘露糖和葡萄糖的 四醚类脂的脂多糖化合物，嗜热、嗜酸。细 胞大小为0.2－1.5 m 。
12
• 主要分布于含硫温泉、火山口、燃烧后的煤矿等 环境。
10
二、常见的古菌
• 在酸性温泉和有火山岩浆的热土壤中，广泛存在 一种兼性化能自养菌，即酸热硫化叶菌 （Sulfolobus acidocaldarius）
• 该细菌既能嗜热又能嗜酸，能利用元素硫做为能 源物质，能在pH0.5的条件下生长，最适生长温 度为70℃～75℃，最高生长温度达85-90℃。
• 生长温度范围：60－95oC；pH范围：4.57.5 • 主要分布于深海海底、热泉和地层深部储油层。
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二、常见的古菌
（三）极端嗜盐菌
• 生活在很高浓度甚至接近饱和浓度盐环境中的一类古菌 • 生长需要至少1.5mol/L的NaCl。许多菌种需在3.5－
• 细胞壁：具有与细菌功能相似的细胞壁。但细胞壁中 不含肽聚糖，含有类似肽聚糖结构的假肽聚糖。
• 细胞膜：绝大多数细菌和真核生物的细胞膜中的脂类 主要由甘油酯组成，而古菌细胞膜中的脂类由甘油醚 构成。
• 细胞大小：直径0.11.5μm。有一些种类形成细胞团 簇或者纤维，长度可达200m
• 细胞形状：多样
种不同色素。
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二、常见的古菌
（四）极端嗜热菌
• 生长温度：45～120℃，最适温度：65℃～70℃。 有的种最适温度为105℃
• pH范围：为1－3的高酸度环境 • 可利用有机物、或无机碳源生长（有的能利用两
者）绝大多数为专性厌氧菌。
• 大多数能代谢元素硫（S0），在好氧条件下将 H2S转化为H2SO4，在厌氧条件下将S0还原为H2S。
甲烷粒菌 （Methancorpusculum）
形状
革兰氏 染色
长杆形 +或-
杆状
+
不规则球 形
短杆状
-
不规则球 + 形
链杆状
+
不规则球 形
DNA中的 GC含量/% （摩尔分
数） 29~61
33 29~34
45~49
41~43
60
48~52
产甲烷基质
H2+CO2，甲酸
H2+CO2，也能还原S0 H2+CO2，丙酮酸， 甲酸 H2+CO2，甲酸
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基于16SrRNA碱基顺序的细菌、古菌与真核生物的系统发育树
(摘自T.D.Brlck. Biology of Microorganisms.1997)
细菌 bacteria
古菌 achaca
真核生物 cukarya
绿色非硫细菌
green non sulfur bacteria
动物 animal
G+菌 gram positives
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一、古菌的特点与分类
（二）古菌的分类
古菌
泉古菌(Crenarchaeota) 广古菌(Euryarchaeota) 初古菌门(Korarchaeota) 纳古菌门(Nanoarchaeota)
产甲烷菌
环境中常 见的古菌
硫酸盐还原菌 极端嗜盐菌 极端嗜热菌
嗜热嗜酸菌
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二、常见的古菌
（一）产甲烷菌
• 产甲烷菌是一大类在严格厌氧条件下产生甲烷的菌 • 能利用的化合物包括H2/CO2、甲酸、甲醇、乙酸、
甲胺等，在污水生物处理中具有重要的地位 • 细胞形态：球形、杆形、螺旋形、长丝形、螺旋形、
八叠球形等 • 适宜温度：一般25～40oC；高温性细菌：50~60oC
之间。 • 适宜pH：6.8～7.2（对pH变化敏感）
4.0mol/L的NaCl中才能生长良好。 • 能利用有机物（化能异养型），故可望用于高含盐废水的
处理 • 细胞形态：杆形、球形和三角形、多角形、盘形等 • 革兰氏阴性，极生鞭毛，运动或不运动 • 好氧或兼性厌氧；适宜温度：35－50oC；pH： 5.5－8.5 • 胞内含有类胡萝卜素，产红色、粉红色、橙色、紫色等各
黄杆菌属 flavobactecocctus
korarchaeota
ciliates
鞭毛类 三fl分ag体ellates trichononds 微担孢体 microsporidia
themotogales
二分体 diplononods 3
一、古菌的特点与分类
crenarcaeoya
热变形菌属 thermoproteus
甲烷八叠球菌
粘菌类
methanosarcina
Slime
甲烷杆菌属
entanoebaemolds
methanobacteria 甲烷球菌属
嗜盐菌 halophiles
methanococcus
真菌 fungi
植物 plants
纤毛类
紫色硫细菌 purple bacteria 蓝细菌 cyanobacteria
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产甲烷古菌代表属的主要特征
属名
甲烷杆菌目 甲烷杆菌
（Methanobacterium） 甲烷嗜热菌
（Methanothermus） 甲烷球菌目
甲烷球菌 （Methanococcus） 甲烷微菌目
甲烷微菌 （Methanomicrobium） 甲烷八叠球菌 （Methanosarcina）
甲烷喜热菌 （Methanopyrus）
H2+CO2，甲醇，甲 胺等
H2+CO2，（在110℃ 生长）
H2+CO2，甲酸，乙 醇
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二、常见的古菌
（二）硫酸盐还原菌
• 可利用有机物、或无机碳源生长（有的能利用两者）。 • 利用有机物(葡萄糖、乳酸盐、甲酸盐和蛋白质等)为碳
源生长时，可以将硫酸盐、亚硫酸盐、硫代硫酸盐等还 原（作为电子受体）生成H2S（可望用于含硫酸盐废水 的处理）。也可还原单质硫。
第三章 古菌
一、古菌的特点与分类 二、常见的古菌
• 产甲烷菌 • 硫酸盐还原菌 • 极端嗜盐菌 • 极端嗜热菌 • 嗜热嗜酸菌
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一、古菌的特点与分类
（一）古菌的特点
古菌是一个在进化途径上很早就与真细菌和真核生 物相互独立的生物类群。在细胞结构和代谢上与细 菌接近，但细胞壁、细胞膜、16S rRNA 中核苷酸 顺序等都与细菌不同，也与真核生物不同。但在基 因转录和翻译这两个分子生物学的中心过程上，接 近于真核生物。
• 该细菌在酸性温泉中还能把Fe2+氧化为Fe3+，并利 用CO2为碳源。
• 这种细菌不仅抗酸，耐高温，而且还能氧化无机 和有机硫化物，可用于细菌浸矿和处理石油和煤 中的含硫化合物，近年来备受关注。
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二、常见的古菌
（五）嗜热嗜酸菌
• 该类古菌的最大特点是细胞无细胞壁，仅由 厚度为0－7nm的细胞膜包裹。
• 细胞膜的主要成分是带有甘露糖和葡萄糖的 四醚类脂的脂多糖化合物，嗜热、嗜酸。细 胞大小为0.2－1.5 m 。
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• 主要分布于含硫温泉、火山口、燃烧后的煤矿等 环境。
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二、常见的古菌
• 在酸性温泉和有火山岩浆的热土壤中，广泛存在 一种兼性化能自养菌，即酸热硫化叶菌 （Sulfolobus acidocaldarius）
• 该细菌既能嗜热又能嗜酸，能利用元素硫做为能 源物质，能在pH0.5的条件下生长，最适生长温 度为70℃～75℃，最高生长温度达85-90℃。