环境微生物学：第2章微生物的起源与进化(自学)
(推荐)环境微生物学第2章原核微生物
4、丝状菌
• 丝状菌：是由柱状或椭圆状的细菌细胞一个一
个连接而成，外面有透明的硬质状的粘性物质包 裹（称为鞘）。实际上是一种细菌的群体形态。 • 分布在水生境，潮湿土壤和活性污泥中。有铁细 菌、硫磺细菌、球衣细菌等。
铁细菌
膨胀活性污泥中的丝状细菌
贝日阿托氏菌 ①生长在平板中的贝日阿托氏菌,②生长在活性污泥中的贝日阿托
2、细胞质膜
（1）细胞膜的化学组成
• 紧贴细胞壁的内侧而包围细胞质的一层柔软 而富有弹性的薄膜。是选择性半渗透膜。
• 主要化学成分：蛋白质（60~70%）、脂类 （30~40%）、多糖（约2%）。
• 蛋白质与膜的透性及酶的活性有关； • 脂类是磷脂，由磷酸、甘油、脂肪酸和胆碱
组成。
（2）细胞膜的结构
但是，大多数细菌是和人类和平共
处的，对人类不仅无害而且有益，
能给人类带来很大好处。如人们利
用谷氨酸棒杆菌制造食用味精，用
乳酸菌生产酸乳，用苏云金杆菌生
产杀虫剂，细菌净化污水等。
菌
鼠疫杆菌
一、细菌的个体形态和大小（自学）
• 细菌：单细胞不分枝的原核微生物。细菌细胞微小 而透明，通常用适当染料染色后显微镜观察。
炭疽芽胞杆菌 3-10 μm
两端齐平
大肠埃希菌 2-3 μm
布鲁菌 0.6-1.5 μm
两端尖细
炭疽芽胞杆菌
白喉棒状杆菌
3、螺旋菌
细胞呈弧形的称为弧菌，其中若菌体多于一个弯曲，其程 度超过一圈，又称为螺旋菌。直径在0.5～5um，长度不等。
弧菌
螺旋菌
弧菌
螺旋菌
螺杆菌
淡水中的螺旋菌 spirochetes . 是一种很常见的细菌
第二章 原核微生物
《环境微生物学》讲义大纲
《环境微生物学》讲义大纲第一章绪论前言1．微生物学的形成与进展●推测时期●观察时期●培养时期巴斯德、科赫等的奉献简介●生理学研究时期2．环境微生物学的形成与进展第一节、微生物的特点一、个体小、种类多、分布广、代谢类型多样二、繁殖快三、代谢强度大：四、数量多五、易变异第二节、环境微生物学的研究内容一、自然环境中的微生物生态学研究二、污染环境中的微生物生态学研究三、废水、废物的生物处理中的微生物学原理与方法研究四、环境监测与评价的微生物方法与原理研究第三节、学习环境微生物的意义21世纪环境微生物学展望重点：微生物、微生物的特点，环境微生物学的要紧学习内容与学习方法第二章、环境中微生物的要紧类群前言微生物的种类繁多，根据它们的形态、结构与生理性状等特征，要紧归纳如下：原核微生物与真核微生物的要紧区别第一节、细菌细菌是一大群单细胞原核微生物，是微生物学的要紧研究对象，也是环境微生物学的讨论重点。
一、细菌的形状与大小1、细菌的个体形态（三种要紧形态）2、菌落的形态（colony）固体培养基（1）细菌在固体琼脂（1.5～2.0％）平板上的菌落特征（2）在半固体琼脂（0.3～0.5％）试管培养基中穿刺接种所形成的培养特征（3）在明胶试管培养基中穿刺接种所形成的培养特征二、细菌细胞的结构细菌细胞结构模式图1、细胞壁（1）功能：（2）结构：（3）细胞壁与革兰氏染色染色的历史进展与染色原理染色方法可分为简单染色法与复染色法之分。
步骤与原理。
革兰氏染色的机理2、细胞膜（1）细胞膜的结构（2）功能：3、细胞核：细菌的细胞核没有核膜与核仁，没有固定形态，结构简单。
细菌质粒（plasmid），降解质粒。
4、细胞质及其内含物（1）细胞质：（2）细胞质内含物：5、荚膜（1）类型：大荚膜、微荚膜、粘液层、粘接物、菌胶团（2）化学构成（3）功能及意义6、鞭毛：运动器细菌的趋光性、趋化性等7、芽孢：某些细菌在生长的一定阶段，能形成对不良环境条件具有较强抗性的休眠体。
《环境微生物学》课程笔记
《环境微生物学》课程笔记第一章：绪论一、微生物的定义与范围1. 微生物的定义：微生物是一类极其微小的生物体，它们个体微小，通常在显微镜下才能观察到。
微生物包括单细胞生物和多细胞生物的微小形态，以及无细胞结构的病毒和类病毒等。
2. 微生物的范围：（1）原核微生物：包括细菌和古生菌，它们没有细胞核和其他膜结构的细胞器。
（2）真核微生物：包括真菌、原生动物、藻类，它们具有细胞核和其他细胞器。
（3）非细胞型微生物：如病毒、类病毒、朊病毒，它们没有细胞结构，必须依赖宿主细胞才能进行繁殖。
二、微生物学的研究内容1. 微生物的形态与结构：（1）细菌的形态：球状、杆状、螺旋状。
（2）细菌的结构：细胞壁、细胞膜、细胞质、核糖体、拟核等。
（3）真核微生物的结构：细胞核、细胞膜、细胞质、线粒体、内质网、高尔基体等。
2. 微生物的生理生化：（1）微生物的营养需求：碳源、氮源、能源、生长因子等。
（2）微生物的代谢途径：糖酵解、三羧酸循环、氧化磷酸化等。
（3）微生物的代谢调节：酶的诱导与阻遏、反馈抑制等。
3. 微生物的遗传与变异：（1）遗传物质：DNA、RNA。
（2）遗传重组：转化、转导、接合等。
（3）基因突变：点突变、插入突变、缺失突变等。
4. 微生物的生态与分布：（1）微生物在自然界的分布：土壤、水体、空气、极端环境等。
（2）微生物与环境的相互作用：碳循环、氮循环、硫循环等。
5. 微生物的应用：（1）微生物发酵：酿酒、制酱、抗生素生产等。
（2）微生物生物技术：基因工程、蛋白质工程、酶工程等。
（3）微生物环境保护：生物降解、生物修复、废水处理等。
三、微生物学的发展简史1. 微生物学的启蒙时期（17世纪- 19世纪中期）：（1）列文虎克（Antonie van Leeuwenhoek）：首次观察到微生物。
（2）拉扎罗·斯帕兰扎尼（Lazzaro Spallanzani）：证明了微生物不是自然发生的。
2. 微生物学的奠基时期（19世纪中期- 20世纪初）：（1）路易·巴斯德（Louis Pasteur）：证明微生物是引起发酵和疾病的原因，发明巴氏消毒法。
微生物的起源和进化
微生物的起源和进化微生物是地球上最早出现的生命形式之一。
它们在地球上的起源和进化过程中扮演着重要角色。
本文将探讨微生物的起源和进化，并介绍一些关键的里程碑事件。
1. 微生物的起源微生物的起源可以追溯到约数十亿年前的地球早期。
关于微生物起源的主要理论是自然起源学说和外来起源学说。
1.1 自然起源学说自然起源学说认为，微生物是在地球自然环境中由非生物物质产生而来的。
其中一种广为接受的观点是原始地球大气中存在着丰富的无机化合物，如氨、甲烷、水蒸气等。
这些化合物在电力放电、紫外线辐射等外部刺激下，通过一系列化学反应形成了有机化合物，如氨基酸等。
这些有机化合物进一步聚合形成了复杂有机体，最终演化为微生物。
1.2 外来起源学说外来起源学说认为，微生物的起源可能来自外太空。
根据这一观点，微生物通过陨石的撞击或其他渠道，从其他行星或宇宙中的其他地方传播到地球上。
这种观点得到了一些陨石中发现的微生物化石的支持，但尚未有确凿的证据证明其可行性。
2. 微生物的进化微生物的进化是一个渐进过程，在地球的漫长历史中取得了巨大成功。
下面介绍一些重要的微生物进化里程碑。
2.1 原核生物的出现原核生物是最早出现的微生物之一。
在古老的地球上，原核生物以单细胞形式存在，没有真核细胞的核膜，也没有细胞器。
原核生物的进化为生命的进一步多样化铺平了道路。
2.2 细胞核的起源约在20亿年前，真核生物开始出现。
真核细胞含有可以分离出的细胞核，并拥有复杂的细胞器，如线粒体和叶绿体。
细胞核的起源使得真核生物可以进行更为复杂的代谢和生命活动。
2.3 多细胞生物的演化在约6亿年前，多细胞生物开始出现。
多细胞生物的演化为生命的进一步复杂化和多样化提供了平台。
多细胞生物的组织分化和细胞特化，使它们能够更好地适应各种生存环境。
2.4 真菌与植物的分离约在4亿年前，真菌和植物分离出来成为独立的生物界。
真菌通过分解有机物质为植物提供养分，而植物通过光合作用为真菌提供能量物质。
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。
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。
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。
《环境中的微生物》PPT课件
6
（一）两个生物分类系统
1、生物的五界系统： 惠特克，1969年；
动物界 植物界 原生生物界 真菌界 原核生物界
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7
2、三原界（三域）系统：沃斯，1978 根据生物的16SrRNA碱基序列，对生 物进行划分。
真细菌 古细菌 真核生物
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8
生物
无细胞结构生物—病毒 原核生物
• 二界系统：植物界、动物界 • 三界系统：植物界、动物界、原生生物界 • 四界系统：植物界、动物界、原始生物界（原生动物、真菌、部
分藻类）、菌界（细菌、蓝细菌） • 五界系统：动物界、植物界、原生生物界、真菌界、原核生物界 • 三原界系统：古细菌原界、真细菌原界、真核生物原界
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5
完整版课件ppt
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13
• aA r.r球a n g菌e m e n t o f S p h e r ic a l B a c te r ia l C e lls
• 球形的细d菌ip lo co cci
• 球菌大小为0.5~2.0 μm
l． 单球菌（脲微球菌） 2. 双球菌（肺str炎e p链to球c o c菌c i） 3．链球菌（乳链球菌） 4．四联球菌 5．八叠球菌（甲烷八叠球菌） 6．葡萄球菌（金黄色葡萄球菌）
第二章 环境中的微生物
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1
第一节 微生物类群与生物三域
一、微生物及其类群 二、生物三域特征
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2
病毒
细菌
菌
“微型植物
真菌
生
”
藻
物
微型动物 虫
动物
植物
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论微生物的起源与进化
论微生物的起源与进化
微生物的起源和进化是因势利导的，他们的演变历史和历史可以追溯到最开始的父母细胞，也就是首次出现的单细胞生物——原核生物。
几十亿年之后，微生物形成了一个复杂、多样而巨大的复型族群，他们开始以不同的方式受制于环境而进化了，以充分利用资源或建立自己的生存空间。
随着自然的发展和变迁，微生物的进化也发生了重大的变化，他们改变了自身结构并通过遗传材料的交换来适应不同的环境，可以在竞争环境中发挥优势并避免生存风险。
比如，原核生物和真核生物的交叉发生了不同的变化，从而形成了更大的种类，例如微孢子菌等。
不仅如此，有些微生物还发展出了新的生存机制来适应不利环境，并在危机时期也更加强大。
比如某些微生物会形成乳头或芽孢体，可以让他们在干燥的环境中维持自身的生存和
活动，并以此探寻资源和环境。
微生物的进化一直不断，其影响力或许远超出我们的想象。
它们自古以来就是大自然的原
子和最基本的形式，一直被仁者无畏地调控着环境的微妙变化，构建着非凡的生命体系。
环境微生物 第二章 原核微生物
一
古菌的特点
（一）古菌的形态
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。
（二）古菌的细胞结构 古菌还结构特征大多数细菌不同。 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的 作用 细胞膜：细菌和真核生物的细胞膜中的脂类主要 由甘油酯组成，而古菌的膜脂由甘油醚构成。古 菌的细胞膜有单层摸和双层膜两种。这些区别也 许是对超高温环境的适应。
(1)细胞质膜及其化学组成 细胞质膜是紧贴在细胞壁的内侧而包围细胞质的 一层柔软而富有弹性的薄膜。它是半渗透膜。
重量约占菌体的10％，含有60～70％的蛋白质，含30～ 40%脂类和约2％的多糖。所含蛋白质与膜的透性及酶的活 性有关。脂类是磷脂，由磷酸、甘油、脂肪酸和含胆碱组成。
(2)细胞膜的结构
§2-2
细菌共同特征:
细菌
•原核生物； •单细胞； •有细胞壁，个体微小（0.3～1.0μm); •二分裂无性繁殖； •一般可分为G+和G-两大类。
一、细菌的形态与大小
基本形态：球状、杆 状、螺旋状、丝状
对应细菌：球菌、杆 菌、螺旋菌、丝状菌 当环境改变时同一种 菌的形态也会发生改 变
1.球菌（Coccus）
化学组成
革兰氏阳性菌（G+）：含大量的肽聚糖，独含磷 壁酸，不含脂多糖 ，脂肪量为1％—4％。
革兰氏阴性菌（G-）：含极少肽聚糖，独含脂多糖， 不含磷壁酸两者不同还表现在各种成分的含量的不 同。脂肪量为 11—22％
结构
革兰氏阳性菌（G+）：细胞壁厚，其厚度为20～ 80 nm，结构较简单。 革兰氏阴性菌（G-）：革兰氏阴性菌的细胞壁较薄。 厚度为10nm。其结构较复杂，分外壁层和内壁层。外 壁层又分三层：最外层是脂多糖，中间是磷脂层，内 层为脂蛋白。内壁层含肽聚糖，不含磷壁酸。
2024(完整版)环境微生物学(第二版)
(完整版)环境微生物学(第二版)•绪论•微生物的类群与形态结构目录•微生物的营养与培养•微生物的代谢与生长•微生物的遗传与变异•微生物生态与环境因子对微生物的影响01绪论环境微生物学的定义与任务定义环境微生物学是研究微生物与环境之间相互关系及其作用机制的科学。
任务揭示微生物在环境中的分布、种类、数量、生理生化特性及其与环境因素之间的相互作用，阐明微生物在环境中的地位和作用，为环境保护和可持续发展提供科学依据。
环境微生物学的研究对象和内容研究对象包括土壤、水体、空气、岩石等自然环境中的微生物，以及工农业生产和城市生活等人工环境中的微生物。
研究内容主要包括微生物的多样性、生态功能、代谢途径、基因表达调控以及与环境的相互作用等方面。
环境微生物学的发展历史与现状发展历史经历了从描述性到实验性，再到分子水平的研究历程。
近年来，随着生物技术的快速发展，环境微生物学在基因组学、蛋白质组学、代谢组学等方面取得了重要进展。
现状当前，环境微生物学已成为环境科学领域的重要分支，在解决环境问题、促进可持续发展等方面发挥着越来越重要的作用。
同时，随着多学科交叉融合的不断深入，环境微生物学的研究领域也在不断拓展。
学习环境微生物学的意义和方法意义有助于了解微生物在环境中的分布、种类、数量及其与环境因素之间的相互作用，为保护环境和促进可持续发展提供科学依据；同时，也有助于推动生物技术、生物工程等相关领域的发展。
方法主要包括野外调查、实验室模拟、数学模拟和计算机模拟等方法。
其中，野外调查是获取第一手资料的重要手段；实验室模拟可以揭示微生物与环境因素之间的相互作用机制；数学模拟和计算机模拟则可以对复杂的环境问题进行定量分析和预测。
02微生物的类群与形态结构包括球菌、杆菌、螺旋菌等，具有细胞壁、细胞膜、细胞质和核质等基本结构。
细菌放线菌蓝细菌一类具有分枝状菌丝体的原核微生物，主要分布在土壤和水中。
又称蓝藻，是一类含有叶绿素和藻蓝素的原核微生物，能进行光合作用。
微生物的起源与进化
微生物的起源与进化集团档案编码：[YTTR-YTPT28-YTNTL98-UYTYNN08]微生物的起源与进化王艳微生物是指一切肉眼看不到或看不清楚，因而需要借助显微镜观察的微小生物。
微生物包括原核微生物，如细菌、真核微生物，如真菌、藻类和原虫，和无细胞生物如病毒此三类。
生命自从在约32亿年前从原始海洋中出现以来，就以从简单到复杂，从低级到高级，从少数物种到多数物种的进化途径发展着。
而在生命出现的瞬间，就是从高层次生物产生低层次生物的发展途径产生新的生命。
那么微生物的起源是否和生命起源有关？微生物的进化是否和生命进化相连？人们过去一直认为生物不能在温度高、压力大、氧气和养分缺乏的地下深处生活。
20世纪80年代在微生物学领域发生了一件大事：发现了既不属于原核的真细菌，也不属于包括动植物在内的真核生物的、被称之为第三型生命的古细菌。
这类微生物可在极端环境下生存，生存在地下深处的微生物是探索生命之谜的重要材料，由于他们生存的地下环境类似于生命诞生之初的地球环境，这对研究原始生命起源和进化很有启迪。
科学家在玄武石中发现大量微生物大吃一惊。
而美国勘探研究人员也在圣安德烈斯断层的2万米深的花岗岩中发现了微生物。
在缺氧和饥饿的地下环境，氧化分解缓慢，代谢损失少，微生物的代谢就变得非常缓慢，因此其寿命很长。
基于这些理由，可以大胆地设想，生活在无分子氧以及饥饿底下环境的微生物，有可能不是从外界传播而来的，可能是从无到有诞生在那里，于是生命从无到有的诞生也是有可能的，只是需要特殊的环境和非常长的时间。
首先据最新数据表示，地球上的物种大约估计有150万，其中微生物超过10万种，而且其数目还在不断增加。
在达尔文的《物种起源》中，微生物是被忽视的群体，在物种进化的过程中，人们普遍认为微生物是不参与其中的。
以色列一位微生物学家发现在地中海东岸的珊瑚曾感染希利氏弧菌，并触发发生了白化，但经过一段时之后，珊瑚恢复原样，没有大面积白化。
环境微生物学-2微生物的起源与进化
Radioactivity provides a way to date rocks Radioactive isotopes decay in a predictable pattern over long time periods. Each radioisotope has a characteristic half-life. Tritium (3H) has a half-life of 12.3 years, and carbon-14 (14C) has a half-life of about 5,700 years. The half-life of potassium-40 (40K) is 1.3 billion years; that of uranium238 (238U) is about 4.5 billion years. The ratio of 14C to 12C in fossil organisms can be used to date fossils (and thus the sedimentary rocks that contain those fossils) that are less than 50,000 years old with a fair degree of certainty.
different from their environment.
The Key Role of Heredity Heredity. All organisms on earth possess a genetic system that is based on the replication of a long, complex molecule called DNA. This mechanism allows for adaptation and evolution over time, also distinguishing characteristics of living things.
环境微生物学讲稿-第二章 微生物的起源与进化
第二章微生物的起源与进化第一节微生物的起源与化学进化Oparin-Haldane生命起源假说原始的地球呈熔化状态。
当逐渐冷却时则形成地核、地幔和地壳。
地球冷却时，二氧化碳、甲烷、氨、氮气、氢气、硫化氢、水蒸气等气体被挤压出地壳表面，形成地球周围的大气圈。
水蒸气的冷凝还形成了地壳表层的水圈。
地壳表面的水圈和大气圈与生命的起源密切相关。
Oparin-Haldane生命起源假说由俄罗斯科学家Oparin于1925年和英国科学家Haldane1930年独立提出生命起源假说的实验证据Stanley L. Miller和Harold C.Urey用来证明非生命合成有机物包括氨基酸和核酸碱基的实验装置整个装置内充满还原性气体，烧瓶加热产生水蒸汽，并在另一端冷凝。
在这个装置里，两个电极放电作为有机物合成的能量来源。
在Miller和Urey的实验中，首先由甲烷转化成甲醛和氰化氢，接着这些化合物结合产生尿素和甲酸，最后产生氨基酸（包括甘氨酸、丙氨酸、谷氨酸、缬氨酸、脯氨酸、天冬氨酸）。
在液态下，氨基酸形成蛋白质不易进行，在粘土的表面则易进行，粘土具有吸附性能和原始催化性能。
在外部化学条件或类似蛋白质的催化下，一些蛋白质可进行自我复制。
随后是碱基的合成；核酸的合成；核酸的转化等。
第二节微生物细胞的进化]将磷脂放入水中，也可自发形成团聚体，呈双分子层，类似细胞膜。
这种团聚体能够吸收外面的液体而生长，并能缢断凸出物而形成新的团聚体，后者很像酵母菌的芽殖。
这些团聚体具有一细胞器如酶、电子载体、叶绿体等的功能，可进行代谢、电子传递或光能作用。
由这些蛋白所形成的微球具有有限的催化能力和自我复制能力，更加接近化学进化产生细胞的中间形态。
在没有核酸时，能够自我复制的蛋白质微球可看成是最原始的细胞（朊病毒就只有蛋白质一种成份）。
这些最原始的细胞称为始祖生物（progenote）。
核酸的获得和利用促进了细胞结构与功能的发展。
细胞先利用核糖核酸（RNA），后来利用核糖核酸和脱氧核糖核酸（DNA）作为模板合成蛋白质。
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火星 金星 无生命活动的地球 有生命活动的地球
大气 CO2 95 98980.ຫໍສະໝຸດ 3组成 /%N2 O2
2.7 1.9 0.13 微量
1.9 微量
78 21
表面温度/℃ -53 477
290±50
13
§2-6 大地女神学说（Gaia假说）
微生物的贡献 ➢ 漫长的进化过程中，微生物的形态、结构、
体将留下更多的后代，从而使整个种群更 加适应环境
§2-5 微生物进化的遗传基础
物种进化 ➢ 种群基因库的多样性是物种进化的基础 ➢ 有利遗传性状的传代、传播，可迅速丰富
种群基因库 ➢ 没有亲缘关系的基因组能够相互重组表明，
生物进化上的多条路线可以突然汇合 ➢ 环境不断变化，种群和群落中的基因也必
➢ 无氧呼吸：距今27亿年前存在32S的富集， 存在硫呼吸
➢ 有氧呼吸：蓝细菌的出现改变了大气成分， 生物进化产生呼吸代谢途径，提高氧化磷 酸化合成ATP，提高基质能量利用率
§2-4 微生物生理进化
光合作用的发展 ➢ 不产氧光合作用：
距今3.4亿年，动物上岸 距今4亿年，臭氧层形成，植物上岸 距今6亿年，生物迅猛发展
种类和数量都得到了很大的发展 ➢ 蓝细菌的光合作用使地球大气组成发生了
根本性的变化： • 消耗CO2，削弱温室效应，降低地表温度 • 释放O2，形成臭氧层，保护地表生物
复习思考题（P23）
1. 简述Oparin-Haldane生命起源假说及其实 验证据
2. 试用Margulis内共生学说解释线粒体、叶 绿体和细胞核的形成
第二章 微生物的起源 与进化
§2-1 微生物化学进化
Oparin-Haldane生命起源假说： ➢ 原始地球的还原状态 ➢ 太阳辐射、地热、闪电、核能的驱动无机
物合成有机物，并以溶解或悬浮状态积累 于地球水圈中 ➢ 小分子有机物逐渐转化成大分子有机物， 如酶和磷脂 ➢ 经历数百万年，通过化学进化逐渐形成生 命前体，最后演化为原始生命
§2-2 微生物细胞进化
细胞进化 ➢ 基于RNA序列的生物系统发育： 1977年沃斯及其同事对代表性细菌类群的16S
rRNA碱基序列进行广泛比较后提出“三域” 的概念，即：古细菌、真细菌和真核生物 ➢ 原核生物系统发育 ➢ 真核生物系统发育：18S rRNA
原核微生物与真核微生物的区别
特性 核
核膜 核仁
DNA
核糖体 分裂方式 生殖方式
细胞器 呼吸链 细胞壁 呼吸类型 运动器官 细胞大小
原核微生物
真核微生物
拟核结构 无
完整核 有
无
有
只有一条DNA链，不和RNA、 不止一条，与RNA及
蛋白质形成染色体
蛋白质形成染色体
游离在细胞质中 游离在细胞质中或结合在内质网上
二分裂，纵裂，横裂
有丝分裂为主，减数分裂
面岩石的风化
整个生物进化过程，可以认为地球的前1/3 历史依靠光合作用的进化，后2/3历史依靠 呼吸作用的进化，其中微生物都扮演着不 可替代的重要角色
§2-5 微生物进化的遗传基础
遗传、变异与选择 ➢ 遗传保证了亲代与子代之间的相似性 ➢ 变异是生物进化的根本 ➢ 自然选择：某些对环境适应能力较强的个
通过现有的分裂产生 ➢ Margulis 内共生学说：好氧菌定居在发酵性
真核细胞内；蓝细菌共生于异养型真核细胞 内；共生过程中，会丧失一些遗传物质及部 分生物合成能力
§2-3 微生物细胞器进化
鞭毛和纤毛 ➢ 内共生证据： ➢ 内共生证据不足： • 真核微生物的鞭毛与原核微
生物明显不同 • 不含有核酸或核糖体，不能
水中可自发形成团聚体（脂质体），能吸收体外 磷脂而生长，也可缢断突出物形成新的团聚体， 内穴可进行化学反应 ➢ 嗜热类蛋白所形成的微球体（始祖生物）及其有 限的催化能力，更加接近化学进化产生细胞的中 间样式 ➢ RNA生命形态，其催化功能逐渐被酶取代，其编 码功能逐渐被DNA取代，最后RNA只起DNA与 蛋白质之间的桥梁作用 ➢ 距今35亿年的沉积岩中，已发现原始原核生物的 化石证据
须跟着变化
§2-5 微生物进化的遗传基础
代谢途径进化 ➢ Horowitz提出逆向进化概念 ➢ 通过基因的转移和重组，特别是当某一代
谢途径的基因位于转移性很强的质粒或转 座子上时，可以大大加快生物进化速率
§2-6 大地女神学说（Gaia假说）
假说与证据
➢ 20世纪70年代初，Lovelock提出大地女神假说： 地球与生物是一个密不可分的系统，犹如一个 “超级生物”，在进化过程中形成了自我调节能 力
• CO2 + 2H2S → [CH2O]（糖）+ H2O + 2S↓ • 现存厌氧光合细菌，只有光合系统Ⅰ ➢ 产氧光合作用
• 距今20~23亿年的蓝细菌，拥有光合系统Ⅰ和 Ⅱ
• CO2 + H2O → [CH2O]（糖）+ O2↑
§2-4 微生物生理进化
营养机制的发展 ➢ 生物固氮作用 ➢ 矿物风化作用：氧气的积累加快了地球表
§2-1 微生物化学进化
生命起源假说的实验证据： ➢ 生物构建材料的合成 ➢ 生物大分子的合成 ➢ 生命现象的发现
嗜热类 蛋白自 发聚集 成微球 体，具 原始催 化活性
黏土颗粒（硅酸盐和氧化铝）表 面发生氨基酸聚合反应
§2-2 微生物细胞进化
细胞起源 ➢ 有机聚合物具有非凡的自我组织能力，如磷脂在
无性生殖 无
在细胞膜上
有性生殖或无性生殖 有
在线粒体中
肽聚糖，脂多糖
几丁质，葡聚糖
好氧，厌氧，兼性 鞭毛，细
好氧为主，兼性厌氧 纤毛，鞭毛，粗
1～10μm
40～100μm
§2-3 微生物细胞器进化
线粒体和叶绿体 ➢ 细胞膜内陷学说，但是以下现象无法解释： ① 有自己的核酸，不同于细胞核内的核酸 ② 有自己的核糖体，不同于细胞质中的核糖体 ③ 不能在细胞质内“从无到有”的合成，只能
分裂繁殖
§3-3 微生物细胞器进化
细胞核 ➢ 细胞膜内陷学说：原核细胞分化及形态、
生化复杂性的增加，需要增加基因，从而 产生核膜隔开基因组与细胞质
➢ 内共生学说：内生的原核生物与真核生物 基因组结合，核膜来自细胞膜或液泡膜
§2-4 微生物生理进化
产能机制的发展
➢ 发酵作用：糖酵解无需外源电子受体，可 在早期无氧条件下进行，但能量利用率低