环境微生物学2-1古菌

合集下载
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
直径大小:在0.1~15m,丝状体长度有 200m。
在显微镜下,古生菌与细菌具有类似的个体形态 。 http://www.kepu.net.cn/gb/lives/microbe/microbe_ba sic/b069b.html
21
22
23
24
4
(二)古菌的细胞结构 1.古菌的细胞壁
图 2-1 古菌的细胞外膜
环境微生物学
第2章 原核生物
2017/12/28
第一节 古菌域 第二节 细菌域 第三节 蓝细菌 第四节 放线菌 第五节 其他原核微生物

第一节 古菌域

古菌是嗜极端环境的微生物,嗜酸、嗜盐、嗜碱、


嗜热、嗜冷及嗜压等古菌有特殊细胞结构、生理

(酶和辅酶)及代谢。加强对古菌的研究,利用它

们的极端性应用于环境的治理很有价值。
无根树只是指明了种属的相互关系,没有确认共同祖先或 进化途径。
最常用的确定树根的方法是使用一个或多个无可争 议的同源物种作为“外群”(英文outgroup),这 个外群要足够近,以提供足够的信息,但又不能太 近以致不能和树中的种类相混。
3
2017/12/28
古菌
原名:古细菌(Archaebacteria);后改名:古菌 (Archaea)
辅酶M(2-巯基乙烷磺酸)(为绝对厌氧的产甲烷菌) F420 F430 四氢甲烷蝶呤(H4MPT) 甲烷呋喃(MFR)
古菌因有五个类群,代谢呈多样性,三种类型:
异养型 自养型 不完全的光合作用
(四) 呼吸类型
严格厌氧、兼性厌氧和专性好氧。 Woese认为古菌没有严格的好氧型,没有完全的光 合型。
1
生物界的划分
4、五界系统: 由于显微镜技术的发展,
可把细胞分成原核细胞 和真核细胞,所以魏塔 克于1969年又提出了五 界系统:原核生物界( 包括细菌和其他原核生 物)、原生生物界(包 括单细胞真核生物,如 原生动物和多数藻类) 、真菌界、 植物界和动 物界 。
2017/12/28
生物界的划分


在过去相当长时间里,由于研究微生物的 技术和研究手段落后的原因,对古菌的了 解甚少,一直将古菌隶属于细菌的范畴。 1977年起,人们改进了研究方法,对细菌 进行了深入研究。根据微生物的细胞结构 、化学组成以及它们的特殊生活环境作了 细致的比较,发现细菌中有一类比较特殊 的微生物。因此为区分开这类特殊菌,将 细菌划分为古细菌和真细菌,都属于原核 微生物。
① 由蛋白质和双层 C20 二乙醚组成双层膜 ② 由蛋白质和C 40 四乙醚组成坚硬的单层膜
3.细胞质和内含物 无复杂内膜的细胞器; 核糖体为70S 有些种类的细胞质中具有 有一定功能的颗粒状内含物
产甲烷嗜热菌细胞内的气泡
2017/12/28
古生菌的质膜在本质上也是由磷脂组成,但它比真细菌或 真核生物具有更明显的多样性。
致的研究和比较,微生物学家根据rRNA序列的不
同,将所有生物划分三大域: 古菌域(Archaea)
原核微生物
细菌域(Eubacteria)
真核生物域(Eucarya 或 Eukarya)
1977年,美国学者Woese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。
古菌的系统发育树(Madigan et al.,2000)
系统发育进化树 (Phylogenetic trees)
系统学分类描述了不同生物之间的相关关系 ,通过系统学分类分析可以帮助人们了解所 有生物的进化历史过程。
用一种类似树状分支的图形来概括各种(类 )生物之间的亲缘关系。
通过比较生物大分子序列差异的数值构建的 系统树称为分子系统树(molecular phylogenetic tree)。
(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。
6
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。
温度/℃ 最低 最适 82 105

pH 兰 氏
最高


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
ຫໍສະໝຸດ Baidu
葡萄糖、 糖蛋白 氨基酸、 乙醇、
二、古菌的分类
按照古菌的生活习性和生理特性,古菌可分为有三 大类型:
1.产甲烷菌(methanogenus), 2.嗜热嗜酸菌(thermoacidophiles), 3.极端嗜盐菌(extremely halophiles)。
在1984年出版的《伯杰氏系统细菌学手册》第一版(第三 卷)(Bergey’s Manual of Systematic Bacteriology volume 3) 中,将古菌放在第25组。
二、古菌的分类
分为五大群: 群1.产甲烷古菌(methanogenic archaeobacteria), 群2.古生硫酸盐还原菌(还原硫酸盐的古菌) (archaeobacterial sulfate reducers), 群3.极端嗜盐古菌(extremely halophilic Archaeobacteria), 群4.无细胞壁古菌(cell wall-less archaeobacteria), 群5.极端嗜热的和过度嗜热硫代谢古菌(极端嗜热的 代谢硫的古菌)(extremely themophilic S0- metabolizers),见图2-3。
5、六界系统: 沃斯( C.R.Woese )认为,把原核生物界分成两界,即古
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
亲水头(甘油)与疏水尾(烃链)间是通过醚键而不是 酯键连接的; 细胞膜的化学组分存在多样性; 古生菌的细胞质膜中存在着独特的单分子层膜或单、 双分子层混合膜,而真细菌或真核生物的细胞质膜 都是双分子层。
32
4.核区
没有具有核仁、核摸的细胞核 染色体脱氧核糖核酸为共价闭合环状
(三)代谢
古菌在代谢过程中有许多特殊的辅酶:
在分类地位上与真细菌和真核生物并列为三域, 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。
原名:古细菌(Archaebacteria);后改名:古菌 (Archaea)
2
2017/12/28
(二)古菌的细胞结构 1.古菌的细胞壁
具有与真细菌类似功能的细胞壁; 已研究过的一些古生菌,它们细胞壁中没有真正的肽聚
糖,而是由多糖(假肽聚糖)、糖蛋白或蛋白质构成的。 热原体属(Thermoplasma)没有细胞壁。
β-1,3糖苷键不被溶菌酶水解
N-乙酰葡糖胺和N-乙酰塔罗糖胺糖醛酸交替 连接而成,连在后一氨基糖上的肽尾由
系统发育进化树 (Phylogenetic trees)
进化树由结点(node)和进化分支(branch)组 成,每一结点表示一个分类学单元(属、种群、个 体等),进化分支定义了分类单元(祖先与后代) 之间的关系,一个分支只能连接连个相邻的结点。
进化树分支的图像称为进化的拓扑结构,其中分支 长度表示该分枝进化过程中变化的程度,标有分枝 长度的进化分支叫标度枝(scaled branch)。
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。
在有根树中,有一个叫根(root)的特殊结点,用来表示 共同的祖先,由该点通过唯一途径可产生其他结点;有根 树是具有方向的树,包含唯一的节点,将其作为树中所有 物种的最近共同祖先。
L-Glu、L- Ala和L-lys三个L型氨基酸组成, 肽桥则由L-Glu一个氨基酸组成。
2.古菌的细胞膜
古菌的细胞膜有极性脂(如磷酸脂、硫酸脂和糖脂), 也有非极性脂,占膜脂的7%~30%,化学成分为鲨烯的衍生物 如C30类异戊二烯鲨烯和四氢鲨烯。
单层膜含碳量越多的越刚硬。热原体属和硫化叶菌属的 单层膜都含四乙醚。
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。
隐蔽热网菌(Pyrodictium occultum)是迄今所发现的最 耐热的生物之一,它的最适生长温度为105℃。
一、古菌的特点 (一)古菌的形态
形态: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。有精确 的方角和垂直的边构成直角几何形态的细胞,有 单个细胞、呈丝状体或团聚体。
其下有1纲3目、5科、22属,其代表属特征见表2-1。 其中的热网菌属(Pyrodictium)的最低生长温度是82℃, 最适温度是105℃,最高生长温度为110℃。有无机营养和 有机营养型,S0 和 H2 是无机营养型古菌的电子源。
表 2-1 泉古生菌门代表属特征
名称
热网菌属 (Pyrodictium) 硫化叶菌属 (Sulfolobus)
2017/12/28
(二)古菌的细胞结构
1.古菌的细胞壁 古菌的细胞壁不含二氨基庚二酸(D-氨基酸)和胞壁酸, 不受溶菌酶和内酰胺抗生素如青霉素的作用。
G+古菌的细胞壁含有各种复杂多聚体,如产甲烷菌的细 胞壁含假肽聚糖(pseudomurein),甲烷八叠球菌和盐球菌不 含假肽聚糖,而含复杂聚多糖。
古菌三大类
产甲烷菌 嗜热嗜酸菌 极端嗜盐菌
古菌五大群
产甲烷古菌 古生硫酸盐还原菌 极端嗜盐菌 无细胞壁古生菌 极端嗜热硫代谢菌
古菌域分类:泉古生菌门(AⅠ门) 广古生菌门(AⅡ门)
图 2-3 根据16S rRNA碱基顺序比较古菌详细的系统发育树
7
2017/12/28
(一)泉古生菌门
泉古生菌门(Phylum Crenarchaeota) 大多数泉古生 菌极端嗜热、嗜酸,代谢硫。硫在厌氧呼吸中作为电子受 体和无机营养的电子源。它们多生长在含硫地热水或土壤 中(如美国的黄石国家公园的富硫温泉)。
G-古菌没有外膜,含蛋白质或糖蛋白亚基的表层,其厚度 在20~40nm。甲烷叶菌属、盐杆菌属和极端嗜热的硫化叶菌 属、热变形菌属和热网菌属的细胞壁有糖蛋白;甲烷球菌属、 甲烷微菌属、产甲烷菌属和极端嗜热的脱硫球菌属有呈酸性 的蛋白质璧。
在细胞的结构与功能上,古生菌既有类似真细菌之处, 也有类似真核生物之处,还具有一些自己独特的特点。
生物界的划分
1、两界系统: 瑞典博物学家林奈(Carolus Linnaeus,1707-1778)在18
世纪就将生物界分成植物和动物两界,这种两界系统,建 立得最早,也沿用得最广和最久。 2、三界系统 : 德国生物学家海克尔(E.haecke),从进化观点,在两界分 类系统基础上,又添加1个原生动物界(包括单细胞动物 和其他一些难以归入动物界或植物界的单细胞植物)。即 原生动物界、植物界和动物界。三界系统初步反映了生物 进化的途径。 3、四界系统: 1959年魏塔克(R.H.whittaker)提出另立1个真菌界的四界系 统,即原生动物界、真菌界、植物界和动物界。
古菌的脂是甘油脂肪酸酯,由
键将甘油和脂肪
酸连接,是非皂化性甘油二醚的磷脂和糖脂的衍生物。由乙
醚键将分支碳氢链与甘油相连接,即isopranyⅠ甘油醚。如
植烷醇甘油二乙醚、二联植烷醇甘油四乙醚、双五环C40二植 醇四乙醚。
5
2.古菌的细胞膜
古菌的细胞膜有两种:双层膜和单层膜,见图2-2。
图 2-2 古菌的细胞膜
相关文档
最新文档