古生菌简介及图片
古菌及极端微生物
隐蔽热网菌 Pyrodictium occultum
1977年，美国深海潜水器“阿尔文”号在洋中脊地区 发现了从海底冒出浓烟般的热泉。令人难以置信地是， 在喷出热泉的“黑烟囱”周围水温250-350℃、265大 气压的海水中，竟存在着一个极其奇特、黑暗而酷热 的生命世界。隐蔽热网菌即生活于其中。
古菌及极端微生物
2014.3.12
古菌
古菌常被发现生活于各种极端自然环境
下，如大洋底部的高压热溢口、热泉、 盐碱湖等。
在我们这个星球上，古菌代表着生命的极限，
确定了生物圈的范围。 热网菌（Pyrodictium）能够在高达113℃的 温度下生长。
最适生
活温度 80－ 105， 具有独 特的细 胞结构。
分类
目前，可在实验室培养的古菌主要包括 三大类: 1.产甲烷菌、
2.极端嗜热菌
3.极端嗜盐菌。
1、产甲烷菌
产甲烷菌是一群迄今
为止所知的最严格厌氧 的、能形成甲烷的化能 自养或化能异养的古菌群。 产甲烷细菌是能产生甲烷的一大类群， 因此包括了球形、杆形、螺旋形、长丝 状等不同形态。
一.古生菌的形态:与细菌相似
地表深处煤层中生成大量生物成因气的有利条件 是：大量有机质的快速沉积、充裕的孔隙空间、低 温，以及高pH值的缺氧环境. 生物成因：煤层气是在较低的温度条件下，有机 质通过各种不同类群细菌的参与或作用，在煤层 中生成的以甲烷为主的气体. 产甲烷菌对煤层气的 形成起着重要的作用，目前已发现产甲烷菌有低 温型、中温型和嗜热型.
2、极端嗜盐古菌
这是一类生活在很高浓度甚至接近饱和浓度
盐环境中的古菌。 细胞形态为杆形、球形和三角形、多角形、 方形、盘形等多形态。革兰氏阴性，极生鞭 毛。好氧或兼性厌氧。 胞内含有 类胡萝卜素（菌红素），产红色、 粉红色、橙色或紫色等各不同色素。化能有 机营养型。
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。
古生菌简介及图片
古细菌(archaeobacteria)（又可叫做古生菌、古菌、古核生物的结构核细胞或原细菌）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。
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。
它们具有多种代谢类型。
值得注意的是，盐杆菌可以利用光能制造ATP，尽管古菌不能像其他利用光能的生物一样利用电子链传导实现光合作用。
代表性古细菌极端嗜热菌（themophiles）：能生长在90℃以上的高温环境。
如斯坦福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。
极端嗜盐菌（extremehalophiles）：生活在高盐度环境中，盐度可达25%，如死海和盐湖中。
极端嗜酸菌（acidophiles）：能生活在pH值1以下的环境中，往往也是嗜高温菌，生活在火山地区的酸性热水中，能氧化硫，硫酸作为代谢产物排出体外。
极端嗜碱菌（alkaliphiles）：多数生活在盐碱湖或碱湖、碱池中，生活环境pH值可达11.5以上，最适pH值8～10。
产甲烷菌（metnanogens）：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。
古生菌简介——精选推荐
古生菌简介古生菌（Archaea）：又称为古细菌（archaeobacteria）或称古菌，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。
古细菌一词是美国人C. R. Woese（沃斯/伍斯）于 1977年首先提出来的。
1977年，Carl Woese以16S和18 S rRNA的寡核苷酸序列比较为依据，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。
随着分子数据的增加，并比较其同源性水平后，提出了不同于以往生物界级分类的新系统，即生命的三域学说（Three Domains Theory）。
三域是指：细菌域（Bacteria）、古生菌域（Archaea）和真核生物域（Eukarya）。
古生菌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。
生存环境很多古菌是生存在极端环境中的，如极高温度、极低温度、高盐、强酸或强碱性的水中。
也有些古菌是嗜中性的，能够在沼泽、废水和土壤中被发现。
很多产甲烷的古菌生存在动物的消化道中，如反刍动物、白蚁或者人类。
古菌通常对其它生物无害，且未知有致病古菌。
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。
结构像其它生物一样，古生菌细胞有细胞壁、细胞膜、细胞质和核区等结构。
其每部分虽是结构相似，而化学成分却不尽相同。
换句话说，古生菌像其它生物一样构建同样的结构，但是它们用不同的化合物来构建。
细胞壁：细胞的外面都围有细胞壁，这是一层半固态的物质，它可以维持细胞的形状，并保持细胞内外的化学物质平衡。
除Thermoplasma无细胞壁外，其余的都有细胞壁。
细胞壁中不含有肽聚糖，含有假肽聚糖（类似肽聚糖）、糖蛋白或蛋白质。
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。
04-古生菌
盐、高酸等。
一、古生菌
2.古生菌形态
在显微镜下，古生菌与细菌具 有类似的个体形态。
一、古生菌
3.细胞结构
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。
一、古生菌
（1）细胞壁
具有与真细菌类似功能的细胞壁 细胞壁的结构和化学成分均差别甚大
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
一、古生菌
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 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。
一、古生菌
（3）细胞质和内含物
无细胞器
核糖体沉降系数为70 S 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
一、古生菌
（4）核区
没有具有核仁、核膜的细胞核 染色体DNA为共价闭合环状 核糖体16S和真细菌的核糖体同样大小，但在某些特性上， 它们与真核生物的核糖体相似 蛋白质合成起始氨基酸为甲硫氨酸，不同与细菌而同与 真核生物
一、古生菌
4.古细菌地位
一、古生菌
5.真生菌、真核生物和古生菌间的比较
特征
细胞壁
细胞膜 甲烷生成过程
RNA多聚酶 起始tRNA
抗生素作用
真细菌、真核生物和古生菌间的差异
古生菌
六、甲烷火菌纲 七、热球菌纲 八、 热 原 体 纲
古生菌的分布
一、古生菌的分布相当广泛，存在的环境包 括湖泊、开放大洋、热泉以及沉积物等极端 环境,土壤中还有大量的古生菌。并且含量远 比早先科学家预想的要多得多.如： Karner 等人通过对太平洋海水中 古菌含量的测定和估算, 预计古菌占现代海洋中 原核生物的1/ 3 。
古生菌的生存环境及生活
一、生存环境
最先发现的喜好高温的古生菌来自美国黄石公园。 古生菌的生活环境常常是极端环境，即普通常见的生物是很 难生存的高温、强酸强碱或盐浓度很高的环境中。例如温度 超过100℃的深海地表的裂缝处、温泉、以及极端酸性或碱 性的水中。它们还存在于牛、白蚁和海洋生物的体内并且在 那里产生甲烷。它们生长在没有氧气的海底淤泥中，甚至生 长在沉积在地下的石油中。某些古菌在晒盐场上的盐结晶里 生存。很多产甲烷的古菌生存在动物的消化道中，如反刍动 物、白蚁或者人类。 古菌通常对其它生物无害，且未知有致病古菌。
古生菌的遗传
一、与细菌相同之处
古生菌是原核生物，像细菌一样，没有核膜，它们 的DNA也以环状形式存在。
二、不同之处
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。
古生菌的介绍
泉古生菌門 PHYLUM CRENARCHAEOTA 大部分已分離之泉古生菌為極端嗜熱性，許多 屬於嗜酸性和需硫 硫可以作為厭氧呼吸作用的電子接受者或是 在無機營養性之電子來源 生長在含硫元素之地熱水或土壤中，這些環 境廣泛分佈於全世界 極端嗜熱菌：熱網菌屬Pyrodictium，由海 底熱泉分離出 最低生長溫度為82°C，最適溫度為 105°C，和最高生長溫度為110°C 研究較多的為熱變形菌屬(Thermoproteus) 和硫化葉菌屬(Sulfolobus)
革蘭氏陰性古生菌在其質膜外有一層蛋白質 或糖蛋白 厚度可達20-40 nm厚，有時候有兩層 這些層的化學物質變化相當大 古生菌的脂類和膜Archaeal Lipids and Membranes 與細菌和真核生物都不同 有分支的碳氫鏈與甘油以乙醚鏈ether相 連，而非與脂肪酸以酯鏈ester相連 兩個甘油基相連形成一個極長四乙醚 膜中有極性脂：磷酸脂、硫酸脂和糖脂 極端嗜熱菌的膜，如熱漿菌屬和硫化葉菌 屬幾乎全部都是四乙醚單層膜
泉古生菌特徵瞭解較清楚是嗜熱菌或超嗜熱菌 分為10個綱，熱變形菌綱， 3個目和5 個科 熱變形菌目(Thermoproteales) :為革蘭氏陰 性厭氧性至兼性厭氧性，超嗜熱桿菌 »為化學無機自營型，可將硫還原成硫化氫 硫化葉菌目 (Sulfolobales)成員是球菌嗜熱 酸菌 硫還原球菌目 (Desulfurococcales)包括革 蘭氏陰性球菌或盤狀的極端嗜熱菌 »可以用氫氧化作用行化學無機營養性生長 »發酵作用或呼吸作用以硫為電子接受者行 有 機營養性生長 在海洋中發現了嗜溫形式，這些泉古生菌是 組成海洋超微型浮游生物的一個重要部分
與細菌和真核生物核糖體都不同 香黴素anisomycin敏感 氯徽素和卡那徽素的不敏感 與真核生物的核糖體相似 延長因子對白喉毒素反應如真核生物EF-2因 子 甲烷菌，有組蛋白與DNA結合形成似核小體 構造，與細菌不同 DNA複製如同細菌一樣 依賴DNA的RNA聚合酶DNA dependent RNA polymerase與真核生物聚合酶相似 對利褔平rifampin和利迪鏈黴素 streptolydigin不敏感
古菌——精选推荐
古菌古菌是最古老的生命体，古菌一些奇特的生活习性和与此相关的潜在生物技术开发前景，长期以来一直吸引着许多人的注意。
古菌常被发现生活于各种极端自然环境下，如大洋底部的高压热溢口、热泉、盐碱湖等。
中文学名古菌别称古细菌、太古菌或太古生物界细菌界形态球形、杆状、螺旋形、耳垂形等细胞结构细胞壁不含二氨基庚二酸繁殖方式二分裂、芽殖生活习性生活在极端环境分类产甲烷菌嗜热嗜酸菌极端嗜盐菌目录1形态2细胞结构3代谢4繁殖方式5生活习性6分类▪泉古生菌门▪广古生菌门7发现8两种学说9三域学说10新挑战11争论1形态编辑古菌的细胞形态有球形、杆状、螺旋形、耳垂形、盘状、不古菌规则形状、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细胞结构编辑古菌的细胞结构与细菌不同，如古菌的细胞外膜就与细菌不同。
大多数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。
革兰氏阳性古菌的细胞壁含有各种复杂的多聚体，如产甲烷菌的细胞壁含假肽聚糖，甲烷八叠球菌和盐球菌不含假肽聚糖，而含复杂聚多糖。
革兰氏阴性古菌没有外膜，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蛋白质壁，蛋白质呈酸性。
古菌的细胞膜所含脂质与细菌的很不同，细菌的脂类是甘油脂肪酸酯，而古菌的脂质是非皂化性甘油二醚的磷脂和糖脂的衍生物。
古菌的细胞膜有两种：双层膜和单层膜。
3代谢编辑古菌在代谢过程中，有许多特殊的辅酶。
古菌因有5个类群，所以，它们的代谢呈多样性。
古菌中有异养型、自养型和不完全光合作用3种类型。
古菌多数为严格厌氧、兼性厌氧，还有专性好氧。
古菌[1]4繁殖方式编辑古菌的繁殖方式有二分裂、芽殖。
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
古生菌
三节古菌“古细菌”（archaebacteria ，现用archaea ）这一概念是沃斯（Woese ）及他的同事们对代表性细菌类群的16S rRNA 碱基序列进行研究比较后于1977 年提出来的。
沃斯（Woese ）等人认为，生物界的发育不是一个简单的由原核生物发育到更完全更复杂的真核生物的过程，而是明显地存在三个发育不同的基因系统：细菌、古菌和真核生物。
从发育的观点看，这三个类型中任何一类都不比其他两类出现得更古老。
一、古菌的一般特性和分类古菌与细菌和真核微生物之间的异同已在本章前面详细阐述。
可见古菌是一群具有独特基因结构或系统发育生物大分子序列的单细胞生物，大多生活在地球上如超高温、高酸碱度、高盐浓度、严格无氧状态等极端环境或生命出现初期的自然环境。
古菌是一大类形态各异、特殊生理功能绝然不同的微生物群，如产甲烷细菌，可在严格厌氧环境下利用简单二碳和一碳化合物或CO2生存和产甲烷；还原硫酸盐古菌可在极端高温、酸性条件下还原硫酸盐；极端嗜盐古菌可在极高盐浓度下生存，等等。
古菌可营自养或异养型生活。
古菌具有独特的细胞或亚细胞结构，如无细胞壁古细菌没有细胞壁，仅有细胞膜，而致细胞多形态。
即使有细胞壁，可能是由蛋白质亚单位组成或由假胞壁质组成，无胞壁酸。
细胞膜的化学组成上，古细菌含有异戊烯醚而不含脂肪酸酯，脂肪酸也为有分支的直链而不是无分支的直链。
16S rRNA 的碱基序列，tRNA 的特殊碱基的修饰，5S rRNA 的二级结构等均不同于细菌和真核微生物。
对于各种抗生素的敏感性上也与细菌有很大差异，如对于氯霉素、青霉素、利福平等抗生素不敏感，但细菌对此敏感；相反对于环己胺、茴香霉素等敏感而细菌却不敏感。
根据不同的生理特性，可将古菌分为5 大类群：产甲烷古菌群、还原硫酸盐古菌群、极端嗜盐古菌群、无细胞壁古菌群和极端嗜热和超嗜热代谢元素硫古菌群。
它们之间的系统发育关系如图1.30 所示。
图 1.30 古菌的系统发育树( Madigan et al., 2000)二、产甲烷古细菌群产甲烷菌是一群迄今为止所知的最严格厌氧的、能形成甲烷的化能自养或化能异养的古菌群。
环境微生物学2-1古菌
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。
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
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
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）。
古细菌介绍
古细菌界古细菌界一类称为古细菌的有机体，与其他细菌（真细菌）一样不具有明确的细胞核，过去被一起归之于原核生物，以与有核的真核生物相区分。
古细菌界分为两种：嗜热细菌、嗜盐细菌。
1977年，美国伊斯诺斯大学进化学家卡尔·伍斯发现，古细菌与真细菌和真核生物都颇有差别，在分类学上似可单...【分类号】：Q913.84【DOI】：cnki:ISSN:10003185.0.1995-01-0131.嗜热细菌嗜热细菌只有在高温下才能良好地生长。
迄今为止已分离出50多种嗜热细菌。
在这些细菌中有一种最抗热的菌株（Phyolobous fumarii），在105℃繁殖率最高，甚至在高达113℃也能增殖。
深海极端嗜热和产甲烷细菌，备受人们关注，因为它位于生命进化系统树的根部附近，对它进行深入研究，可能有助于我们弄清世界上最早的细胞是如何生存的问题。
有人认为嗜热细菌生存的极限温度可能是150℃，若超过这一温度，无论哪种生命形式都不可避免地使维持DNA和其他重要的生命大分子完整性的化学键遭到破坏。
PCR（多聚酶链反应）中所使用的Taq酶就是从T.aquaticus嗜热细菌中分离到。
最近又从Pyrococcus furiosus分离一种Pfu聚合酶取代了Taq酶，Pfu酶在100℃时能最好地发挥作用。
2.嗜盐细菌它能在极端地盐环境下生长和繁殖，特别是在天然地盐湖和太阳蒸发盐池中生存。
由渗透势原理可知，高盐溶液中的细胞将失去更多的水分，成为脱水细胞。
而嗜盐细菌可产生大量的内溶质或保留从外部取得溶质的方式来维持自身的生存，如嗜盐杆菌（Halobacterium salinarum）在其细胞质内浓缩了高浓度氯化钾，其中有一种酶只有在高浓度的氯化钾中，才有活性，才能发挥其功能。
而与环境中盐类接触的盐杆菌，其细胞质中的蛋白质需要有高浓度的氯化钠才能发挥作用。
所谓古细菌就是远古时代特殊生态环境下生活的细菌，其生活习性和化学组成都很特殊。
古生菌
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、细胞壁结构 （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。
古 生 菌 的 生 活
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由于古生菌的这种超强生存能力，使其成为了地球 上最早的生命。
古细菌有一种特殊的本领，能氧化硫化氢、硫黄和 其他硫化物为硫酸，并利用这类氧化作用释放的 能量来同化二氧化碳，同时，在它们体内累积硫 黄粒，使它们带上不同的颜色。
五、古生菌的形态
古生菌微小，一般小于1微米，虽然在高倍光学显微镜下可以看 到它们，但最大的也只像肉眼看到的芝麻那么大。不过用电子显微 镜能够让我们区分它们的形态。虽然它们很小，但是它们的形态形 形色色。有的像细菌那样为球形、杆状，但也有叶片状或块状。特 别奇怪的是，古生菌有呈三角形或不规则形状的，还有方形的，像 几张连在一起的邮票。
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。
古生菌作用
古生菌作用古生菌的介绍古生菌（Archaea）是一类与细菌和真菌都不同的单细胞微生物。
古生菌被认为是地球上最古老的生物之一，可以在极端的环境中生存，如高温、高盐度和低氧条件。
虽然古生菌的数量相对较少，但它们在地球生态系统中发挥着重要的作用。
细胞结构的特点与细菌相比，古生菌在细胞结构上有一些特点。
首先，古生菌的细胞壁不含有常见的细胞壁成分，如脂多糖。
其细胞壁由一种特殊的蛋白质聚合物组成，可以提供细胞结构的支持和稳定性。
其次，古生菌的细胞膜中含有特殊的脂质，使其能够适应高温环境。
此外，古生菌的基因组也具有一些独特的特点，如缺乏真核生物特有的转录调控因子。
分类和生活方式根据其生活方式和环境偏好，古生菌可以分为三个主要的门：甲烷古生菌门（Euryarchaeota）、嗜极古生菌门（Crenarchaeota）和嗜盐古生菌门（Halobacteria）。
甲烷古生菌是一类在缺氧环境中产生甲烷气体的古生菌，例如湖泊的沉积物和牛的消化系统。
嗜极古生菌可以在极端的环境中生存，如高温泉和海洋热液喷口。
嗜盐古生菌能够耐受高盐度环境，如盐湖和盐田。
古生菌的生态功能古生菌在地球上的生态功能多种多样，下面将介绍古生菌在不同方面的作用。
1. 环境修复古生菌在环境修复中发挥着重要的作用。
一些古生菌可以耐受极端条件，如高温和污染物，可以被用于清理受污染的土壤和水体。
古生菌通过降解有毒物质和腐蚀性化学物质，促进自然环境的恢复。
2. 生态矿化古生菌在生态矿化中也扮演着关键的角色。
它们可以参与地球物质的循环过程，如氮和硫的转化。
一些古生菌可以通过氧化硫化物产生硫酸盐，从而促进硫循环。
古生菌还可以参与甲烷的产生和消耗，对地球气候的平衡具有重要的影响。
3. 共生关系古生菌还可以与其他生物形成共生关系。
例如，一些古生菌可以与根部的植物形成共生关系，帮助植物吸收营养和抵抗病原体。
此外，古生菌还与一些生物体共同生活在极端环境中，如海洋热液喷口和矿物温泉，形成复杂的生态系统。
《环境微生物古生菌》课件
古生菌在碳循环、氮循环等全球重要 元素循环中发挥着重要作用，对地球 环境产生深远影响。
生物多样性及其价值
生物多样性
古生菌具有丰富的生物多样性，它们在形态、基因组结构和 代谢方式等方面存在巨大差异，是研究生命起源和演化的重 要资源。
价值
古生菌在工业、农业和医学等领域具有广泛的应用价值，如 生物采油、生物除臭、生物制氢等，对人类社会的发展具有 重要意义。
有机物。
与动物的互利共生关系
02
部分古生菌与动物（如某些海洋生物。
与植物的相互作用
03
古生菌与植物根系形成共生关系，促进植物生长和养分吸收。
04 环境微生物古生菌的应用
在环境保护方面的应用
污水处理
利用古生菌降解有机污染物，提高污水处理效率 。
土壤修复
通过古生菌改善土壤质量，降低重金属污染。
温室气体减排
降低甲烷、二氧化碳等温室气体的排放。
在生物技术产业的应用
生物燃料生产
利用古生菌发酵产生生物燃料，如乙醇、丁醇 等。
生物塑料合成
通过古生菌合成可降解的生物塑料，替代传统 塑料。
酶制剂生产
利用古生菌发酵产生酶制剂，用于食品、纺织、造纸等领域。
在生命科学研究中的应用
生命起源与进化研究
古生菌是生命起源和进化的重要研究对象， 有助于揭示生命起源和演化的奥秘。
针对古生菌的特点，开发专门的研究工具和技术，提高研究水平。
03
建立古生菌资源库和数据中心
通过建立古生菌资源库和数据中心，促进古生菌资源的共享和利用。
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全基因组测序
对古生菌基因组进行全测序，获取完 整的基因组信息。
10.5 古生菌的分类
产甲烷古生菌的生理特性
Ø专性厌氧
Ø 产生甲烷的底物：CO2型、甲 基型和乙酸
Ø大多数为中温菌和非嗜盐菌 詹氏甲烷球菌——产甲烷模式菌
詹氏甲烷球菌（85 ℃）
Ø1.66 Mb，约1700 基因
Ø与中心代谢和细胞分裂相关的基因像细菌；与转录和
翻译相关的基因像真核生物
（3）极端嗜热古生菌
Ø栖热球菌属：55~95 ℃ Ø火球菌属：70~106 ℃，最适100 ℃ ØPfu DNA Polymerase来源于强烈火球菌（Pyrococcus
古生菌的分类
古生菌的分类
广古菌门 纳古菌门 初古菌门 泉古菌门 奇古菌门
一、广古菌门（Euryarchaeota）
（1）极端嗜盐古生菌（extreme halophilic Archaea） 专性好氧
（2）产甲烷菌（methanogens） 严格厌氧
（3）极端嗜热菌：如栖热球菌属和火球菌属 （4）极端嗜热产甲烷菌：如甲烷火菌属 （5）无细胞壁古生菌：如热原体属
（1）极端嗜盐古生菌
Ø 代表属：嗜盐杆菌属、富盐菌属和嗜盐碱杆菌属 Ø对盐浓度的需求很高（最适生长盐浓度为2~4 M NaCl） Ø存在于高盐环境中，如盐田、盐湖和腌制食品等
福建山腰盐场
旧金山湾盐田
极端嗜盐古生菌的生理特性
Ø 专性好氧、Gram染色阴性、二分裂繁殖、不形成芽孢 Ø形状多样：杆状、球形、杯状甚至方形 Ø产生气泡，缺少鞭毛
Ø 细胞外组分需要高浓度Na+ Ø 细胞内组分需要高浓度K+
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嗜盐古生菌
（2）产甲烷古生菌
Ø代表属：甲烷杆菌属和甲烷球菌属 Ø 共同的代谢特征：产生甲烷（CH4） Ø生境多样：厌氧沉积物、动物消化道和热液喷口等 Ø形态多样
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古细菌(archaeobacteria)
（又可叫做古生菌、古菌、古核生物的结构核细胞或原细菌）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。
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。
它们具有多种代谢类型。
值得注意的是，盐杆菌可以利用光能制造ATP，尽管古菌不能像其他利用光能的生物一样利用电子链传导实现光合作用。
代表性古细菌
极端嗜热菌（themophiles）：能生长在90℃以上的高温环境。
如斯坦福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。
极端嗜盐菌（extremehalophiles）：生活在高盐度环境中，盐度可达25%，如死海和盐湖中。
极端嗜酸菌（acidophiles）：能生活在pH值1以下的环境中，往往也是嗜高温菌，生活在火山地区的酸性热水中，能氧化硫，硫酸作为代谢产物排出体外。
极端嗜碱菌（alkaliphiles）：多数生活在盐碱湖或碱湖、碱池中，生活环境pH值可达11.5以上，最适pH值8～10。
产甲烷菌（metnanogens）：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。
南非地下2.8公里金矿生活着一种细菌，无需光线和氧气仍能生存Candidatus
Desulforudis audaxviator
嗜热甲烷丝菌
嗜热菌
电镜下照片
电镜下照片。