第三章原核微生物2～6_PPT幻灯片
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三大类生物之一
• 研究细菌的核糖核蛋白体中RNA序列时，发现并不是所有的微小生物都是亲戚。 • 根据16SrRNA的核苷酸序列相似值(SAB值)发现，真细菌和古生菌之间的SAB值
为0.1左右，而真细菌和古生菌各自与真核生物的SAB值也是0.1左右。 • 因此，Woese等(1990年)把这类生物定名为古生菌(Archaea)，成为和细菌、真
3.2.2 古菌的分类
产甲烷菌
有经济价值的生物能物质——甲烷
其共同点在于利用氢气、甲醇、甲酸或乙酸等来还原CO2并产生甲烷
CO2 + 4H2 → CH4 +2H2O CH3OH + H2 → CH4 + H2O 4CH3OH → CH4 + 2CO2 + 2H2O CH3COOH + H2O → CH4 + HCO3-
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；
磷脂分子 结构
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。
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
➢ 生活习性： 大多生活在极端环境中。如盐分高的湖泊，极热、极酸和绝对厌
氧的环Biblioteka Baidu。
3.2.2 古菌的分类
根据古菌的生活习性和生理特征，分为：产甲烷菌、嗜热嗜酸菌、极端嗜盐菌
• 《柏杰氏系统细菌学手册》中，可将古菌分为 5 大类群： • 产甲烷古细菌群（是严格厌氧的生物，能利用CO2使H2氧化，生成甲烷，同时释放能量。
3.2 古 菌
1977年起，从细菌中发现一类特殊的微生物，它们虽然具有 原核生物的基本性质，但在某些细胞结构的化学组成以及许多生 化特性上都不同于细菌或真核生物。为了区别，这类特殊菌被称 为古细菌（Archaebacteria），细菌被叫成真细菌（Eubacteria）。
重点：古菌的特点（与细菌比较） 古菌的分类
核区 没有具有核仁、 核膜的细胞核
3.2.1 古菌的特点
➢ 形态: 细胞很薄，扁平。有的有精确的方角和垂直的边构成直角几何形态。
➢ 代谢： 代谢过程中有许多特殊的辅酶（辅酶M、F420、F430 ），代谢类型多样。
➢ 呼吸类型： 一般严格厌氧或兼性厌氧，好氧较少。
➢ 繁殖速度： 繁殖速度较慢（二分裂、芽殖），进化速度也比细菌慢。
3.2.2 古菌的分类
产甲烷菌
培养方法： 液体深层培养 抽真空培养 Berker培养 厌氧滚管法 厌氧液体培养法 厌氧液体培养增压法
厌氧手套箱
3.2.2 古菌的分类
嗜热嗜酸菌
古生硫酸盐还原菌 极端嗜热古菌
➢ 大多数是硫代谢菌。主要生活在含硫的温泉、火山口 及燃烧后的煤等自然环境中。 ➢ 热：专性嗜热，最适生长温度70～105℃； ➢ pH：嗜酸性，pH 1～3可生长； ➢ 氧：好氧、兼性厌氧、严格厌氧均有； ➢ 革兰氏反应：G－； ➢ 形态：杆状、丝状或球状； ➢ 营养类型：自养或异养；
• 于是宿主最终发展成了各类真核生物。
3.2.1 古菌的特点
细胞膜： 古细菌膜的脂类是非皂化性甘油二醚的磷脂和糖脂
的衍生物。产甲烷细菌的膜类脂由甘油与聚类戊二 烯以醚键连接，嗜盐细菌为极性的植烷甘油醚，这 些均是中性类脂并且不可皂化。
存在独特的单分子层膜或单、双分子层混合膜。
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。
专性厌氧菌
3.2.2 古菌的分类
产甲烷菌
产甲烷菌的细胞结构： ➢ 细胞封套（包括细胞壁、表面层、鞘和夹膜） ➢ 细胞质膜 ➢ 原生质 ➢ 核质
产甲烷菌有G＋菌和G－菌，它们的细胞壁结构 和组成是与真细菌的区别点。
3.2.2 古菌的分类
产甲烷菌
细胞封套： ➢ G＋产甲烷菌与G＋真细菌细胞壁相似，有一层和三层的。不同在于化学成分。 G＋产甲烷菌不含肽聚糖，而是假肽聚糖或未硫酸化的异多糖。 ➢ G＋的炽热高温甲烷菌的细胞壁外有一层六角形的蛋白质亚基即S层覆盖。 ➢ G－产甲烷菌不具有球囊多聚物或外膜，只有一层六角形或四角形的蛋白质 亚基或糖蛋白亚基组成的S层。 ➢ 甲烷螺菌的细胞质膜外只有一层由蛋白纤维组成的鞘包裹几个细胞。
CO2＋4H2→CH4＋2H2O＋能量)
• 硫酸盐还原古细菌群（细胞一般不规则形、三角形等直径0.2-0.4微米，严格厌氧型） • 极端嗜盐古细菌群生活在高盐度环境中，盐度可达25%，如死海和盐湖中。 • 无细胞壁古细菌群代表属有热原体属(Thermoplasma)。 • 极端嗜热和超嗜热代谢元素硫古细菌群(能生长在90℃以上的高温环境。如斯坦福
古细菌（古生菌、古菌、原细菌）概念的提出
❖ 20世纪70年代，美国伊利偌斯大学Carl Woese博士率先研究了原核生物的 进化关系。
❖ 分析核糖核酸(16SrRNA)的序列分析来确定这些微生物的亲缘关系。 ❖ 通过比较许多细菌、动物、植物中核糖核蛋白体的RNA序列，根据它们的相
似程度排出了这些生物的亲缘关系。
核生物并驾齐驱的三大类生物之一。
三界学说
• 总体认为，现今一切生物都由一种共同的远祖进化而来，它原是一种小的细胞， 先分化出细菌和古生菌这两类原核生物，
• 后来古生菌分支上的细胞，先后吞噬了原细菌(相当于G-细菌)和蓝细菌，并发生 了内共生，从而两者进化成与宿主细胞难舍难分的细胞器-线粒体和叶绿体。
大学科学家发现的古细菌，最适生长温度为100℃，80℃以下即失活，德国的斯梯特（K. Stetter）研究组在意大利海 底发现的一族古细菌，能生活在110℃以上高温中，最适生长温度为98℃，降至84℃即停止生长；美国的J. A. Baross发现一些从火山口中分离出的细菌可以生活在250℃的环境中。嗜热菌的营养范围很广，多为异养菌，其中许多 能将硫氧化以取得能量。)
3.2.2 古菌的分类
极端嗜盐古菌
➢ 极端嗜盐古菌对NaCl有特殊的适应性和需要性。它们栖息在高盐环 境如晒盐场、盐湖或高盐腌渍食物。 ➢ 热：中温或轻度嗜热，生长温度可高达55℃； ➢ pH：嗜中性或碱性，生长pH为5.5～8.8，最适pH为7.2～7.4； ➢ 氧：好氧或兼性厌氧； ➢ 革兰氏反应：G＋或G－； ➢ 形态：杆壮、球状或链状； ➢ 营养类型：化能有机营养型； ➢ 其它特点：均含类胡萝卜素，保护强光对菌体的损伤；含菌红素，菌 体呈红、紫、橘红和黄色。菌紫质。
• 研究细菌的核糖核蛋白体中RNA序列时，发现并不是所有的微小生物都是亲戚。 • 根据16SrRNA的核苷酸序列相似值(SAB值)发现，真细菌和古生菌之间的SAB值
为0.1左右，而真细菌和古生菌各自与真核生物的SAB值也是0.1左右。 • 因此，Woese等(1990年)把这类生物定名为古生菌(Archaea)，成为和细菌、真
3.2.2 古菌的分类
产甲烷菌
有经济价值的生物能物质——甲烷
其共同点在于利用氢气、甲醇、甲酸或乙酸等来还原CO2并产生甲烷
CO2 + 4H2 → CH4 +2H2O CH3OH + H2 → CH4 + H2O 4CH3OH → CH4 + 2CO2 + 2H2O CH3COOH + H2O → CH4 + HCO3-
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；
磷脂分子 结构
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。
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
➢ 生活习性： 大多生活在极端环境中。如盐分高的湖泊，极热、极酸和绝对厌
氧的环Biblioteka Baidu。
3.2.2 古菌的分类
根据古菌的生活习性和生理特征，分为：产甲烷菌、嗜热嗜酸菌、极端嗜盐菌
• 《柏杰氏系统细菌学手册》中，可将古菌分为 5 大类群： • 产甲烷古细菌群（是严格厌氧的生物，能利用CO2使H2氧化，生成甲烷，同时释放能量。
3.2 古 菌
1977年起，从细菌中发现一类特殊的微生物，它们虽然具有 原核生物的基本性质，但在某些细胞结构的化学组成以及许多生 化特性上都不同于细菌或真核生物。为了区别，这类特殊菌被称 为古细菌（Archaebacteria），细菌被叫成真细菌（Eubacteria）。
重点：古菌的特点（与细菌比较） 古菌的分类
核区 没有具有核仁、 核膜的细胞核
3.2.1 古菌的特点
➢ 形态: 细胞很薄，扁平。有的有精确的方角和垂直的边构成直角几何形态。
➢ 代谢： 代谢过程中有许多特殊的辅酶（辅酶M、F420、F430 ），代谢类型多样。
➢ 呼吸类型： 一般严格厌氧或兼性厌氧，好氧较少。
➢ 繁殖速度： 繁殖速度较慢（二分裂、芽殖），进化速度也比细菌慢。
3.2.2 古菌的分类
产甲烷菌
培养方法： 液体深层培养 抽真空培养 Berker培养 厌氧滚管法 厌氧液体培养法 厌氧液体培养增压法
厌氧手套箱
3.2.2 古菌的分类
嗜热嗜酸菌
古生硫酸盐还原菌 极端嗜热古菌
➢ 大多数是硫代谢菌。主要生活在含硫的温泉、火山口 及燃烧后的煤等自然环境中。 ➢ 热：专性嗜热，最适生长温度70～105℃； ➢ pH：嗜酸性，pH 1～3可生长； ➢ 氧：好氧、兼性厌氧、严格厌氧均有； ➢ 革兰氏反应：G－； ➢ 形态：杆状、丝状或球状； ➢ 营养类型：自养或异养；
• 于是宿主最终发展成了各类真核生物。
3.2.1 古菌的特点
细胞膜： 古细菌膜的脂类是非皂化性甘油二醚的磷脂和糖脂
的衍生物。产甲烷细菌的膜类脂由甘油与聚类戊二 烯以醚键连接，嗜盐细菌为极性的植烷甘油醚，这 些均是中性类脂并且不可皂化。
存在独特的单分子层膜或单、双分子层混合膜。
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。
专性厌氧菌
3.2.2 古菌的分类
产甲烷菌
产甲烷菌的细胞结构： ➢ 细胞封套（包括细胞壁、表面层、鞘和夹膜） ➢ 细胞质膜 ➢ 原生质 ➢ 核质
产甲烷菌有G＋菌和G－菌，它们的细胞壁结构 和组成是与真细菌的区别点。
3.2.2 古菌的分类
产甲烷菌
细胞封套： ➢ G＋产甲烷菌与G＋真细菌细胞壁相似，有一层和三层的。不同在于化学成分。 G＋产甲烷菌不含肽聚糖，而是假肽聚糖或未硫酸化的异多糖。 ➢ G＋的炽热高温甲烷菌的细胞壁外有一层六角形的蛋白质亚基即S层覆盖。 ➢ G－产甲烷菌不具有球囊多聚物或外膜，只有一层六角形或四角形的蛋白质 亚基或糖蛋白亚基组成的S层。 ➢ 甲烷螺菌的细胞质膜外只有一层由蛋白纤维组成的鞘包裹几个细胞。
CO2＋4H2→CH4＋2H2O＋能量)
• 硫酸盐还原古细菌群（细胞一般不规则形、三角形等直径0.2-0.4微米，严格厌氧型） • 极端嗜盐古细菌群生活在高盐度环境中，盐度可达25%，如死海和盐湖中。 • 无细胞壁古细菌群代表属有热原体属(Thermoplasma)。 • 极端嗜热和超嗜热代谢元素硫古细菌群(能生长在90℃以上的高温环境。如斯坦福
古细菌（古生菌、古菌、原细菌）概念的提出
❖ 20世纪70年代，美国伊利偌斯大学Carl Woese博士率先研究了原核生物的 进化关系。
❖ 分析核糖核酸(16SrRNA)的序列分析来确定这些微生物的亲缘关系。 ❖ 通过比较许多细菌、动物、植物中核糖核蛋白体的RNA序列，根据它们的相
似程度排出了这些生物的亲缘关系。
核生物并驾齐驱的三大类生物之一。
三界学说
• 总体认为，现今一切生物都由一种共同的远祖进化而来，它原是一种小的细胞， 先分化出细菌和古生菌这两类原核生物，
• 后来古生菌分支上的细胞，先后吞噬了原细菌(相当于G-细菌)和蓝细菌，并发生 了内共生，从而两者进化成与宿主细胞难舍难分的细胞器-线粒体和叶绿体。
大学科学家发现的古细菌，最适生长温度为100℃，80℃以下即失活，德国的斯梯特（K. Stetter）研究组在意大利海 底发现的一族古细菌，能生活在110℃以上高温中，最适生长温度为98℃，降至84℃即停止生长；美国的J. A. Baross发现一些从火山口中分离出的细菌可以生活在250℃的环境中。嗜热菌的营养范围很广，多为异养菌，其中许多 能将硫氧化以取得能量。)
3.2.2 古菌的分类
极端嗜盐古菌
➢ 极端嗜盐古菌对NaCl有特殊的适应性和需要性。它们栖息在高盐环 境如晒盐场、盐湖或高盐腌渍食物。 ➢ 热：中温或轻度嗜热，生长温度可高达55℃； ➢ pH：嗜中性或碱性，生长pH为5.5～8.8，最适pH为7.2～7.4； ➢ 氧：好氧或兼性厌氧； ➢ 革兰氏反应：G＋或G－； ➢ 形态：杆壮、球状或链状； ➢ 营养类型：化能有机营养型； ➢ 其它特点：均含类胡萝卜素，保护强光对菌体的损伤；含菌红素，菌 体呈红、紫、橘红和黄色。菌紫质。