古菌的简述和特征
总结古细菌的特点
总结古细菌的特点1. 引言古细菌（Archaea）是一类单细胞微生物，最早发现于20世纪70年代，最初被分类为细菌的一类。
然而，进一步的研究表明，古细菌与细菌和真核生物有着许多显著的区别，使其成为一个独立的生物界。
在本文中，我们将对古细菌的特点进行总结，以增加对这一神秘生物的认识。
2. 细胞结构古细菌的细胞结构与细菌和真核生物有所不同。
古细菌的细胞壁通常由蛋白质构成，而不是多糖，这使得其在抗生物质作用上有别于细菌。
此外，古细菌的细胞膜中含有特殊的脂类，称为异戊烷脂。
这种脂类能够帮助古细菌在极端环境中生存，如高温、高盐度和低酸度等条件。
3. 基因组特征古细菌的基因组结构也与细菌和真核生物有所区别。
古细菌的基因组通常较小且较简单，相对于真核生物而言，其基因数目较少。
此外，古细菌的基因组还存在一种独特的复制方式，称为环形复制，与真核生物和部分细菌的线性复制方式不同。
4. 系统发育在早期的分类系统中，古细菌被归类为细菌的一类。
然而，随着分子生物学技术的发展，研究人员发现古细菌与细菌和真核生物有很大的区别，因此被单独归为一个独立的生物界。
根据系统发育树的构建，古细菌被认为是生命进化的第三个域，与细菌和真核生物形成三个独立的分支。
5. 生存环境古细菌广泛存在于地球上各种极端环境中，如深海热液喷口、高温泉水、高盐度湖泊和极寒地区的冰川。
这些极端环境对于大多数其他生物来说是致命的，但古细菌却能够适应并繁衍生息。
这一适应能力使得古细菌成为了研究极端生命形式的重要模型。
6. 代谢特征古细菌的代谢特征也与细菌和真核生物有所不同。
一些古细菌能够进行厌氧呼吸，以产生能量。
此外，一些生活在高盐度环境中的古细菌还能够利用光合作用产生能量。
这些特殊的代谢特征使得古细菌在现代生物多样性中占据了独特的地位。
7. 应用价值古细菌的独特特点使得它们具有广泛的应用价值。
例如，由于其特殊的耐高温能力，古细菌酶已被应用于许多工业过程中，如制药和食品加工。
古菌的基础生物学和进化研究
古菌的基础生物学和进化研究古菌是一类极端环境微生物，存在于各种极端条件下，如高温、高压、高盐、低温、低氧、低营养等环境中。
与细菌和真核生物相比，古菌的生物学特性更为复杂，其基因组结构、基因表达和代谢途径均具有与其他生物截然不同的特点。
因此，研究古菌的基础生物学和进化是理解生命起源和生命进化的重要途径之一。
一、古菌的基础生物学特征1、基因组结构古菌的基因组大小、复制方式和基因密度与细菌和真核生物差异较大。
与细菌相比，古菌的基因组大小较小，但基因密度更高，并且在染色质上存在较强的平行余缺特征。
与真核生物相比，古菌的基因组大小更小，但存在多倍体性和交叉互补的DNA修复机制。
2、转录和翻译机制古菌的转录机制与细菌较为相近，其中RNA聚合酶复合物具有更复杂的结构和更高的专一性。
与真核生物相比，古菌的转录后加工和调控机制更为简单。
与细菌和真核生物相比，古菌的翻译机制具有特殊的氨基酰RNA合成酶、转运RNA、核糖体和蛋白质质量控制系统。
3、代谢途径古菌的代谢途径与细菌和真核生物有很大的不同，且存在极端适应性和多样性。
其中包括纳米细菌利用CO2为唯一碳源生存、甲烷菌修复甲烷为棕色煤和烷基磷酸脂、硫化古菌利用化合物氧化为能量等。
二、古菌的进化研究古菌是生命进化的重要研究对象，其独特的生物学和生态学特征提供了解决生命起源和进化问题的重要线索。
近年来，研究者们通过分子进化学、基因组学和生态学等手段对古菌的进化历史和系统发育进行了深入探究。
1、古菌与生命起源的关系古菌是自然界种类最多、形态最为古老的生命形式之一，在生命起源和进化研究中具有重要的意义。
通过分析古菌和其他生物的系统演化关系，研究者们发现古菌与细胞核起源有关，且可能在所有生命起源中起到了重要的作用。
2、古菌的地域分布和适应性在地球早期的极端环境条件下，古菌具有适应性强的生物学和代谢特征，且分布广泛。
通过研究古菌的地域分布和适应性，可以更好地了解生命进化和生态演化的规律。
古细菌
古细菌姓名：唐选盼学号：20092113310050 班级：09海科2班定义古细菌(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。
常生活于热泉水、缺氧湖底、盐水湖等极端环境中的原核生物。
具有一些独特的生化性质，如膜脂由醚键而不是酯键连接。
在能量产生与新陈代谢方面与真细菌有许多相同之处，而复制、转录和翻译则更接近真核生物。
古核生物与真核生物可能共有一个由真细菌的祖先歧化而来的共同祖先。
生存环境及形态很多古菌是生存在极端环境中的。
一些生存在极高的温度（经常100℃以上）下，比如间歇泉或者海底黑烟囱中。
还有的生存在很冷的环境或者高盐、强酸或强碱性的水中。
然而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，且未知有致病古菌演化和分类从rRNA演化树上，古菌分为两类，泉古菌门(Crenarchaeota)和广古菌门(Euryarchaeota)。
另外未确定的两类分别由某些环境样品和2002年由Karl Stetter发现的奇特的物种纳古菌门(Nanoarchaeum equitans)构成。
Woese认为细菌、古菌和真核生物各代表了一支具有简单遗传机制的远祖生物的后代。
这个假说反映在了“古菌”的名称中（希腊语archae为“古代的”）。
随后他正式称这三支为三个域，各由几个界组成。
古细菌
广古菌门(Euryarchaeota)
包含了古菌中的大多数种类，包括了经常能 在动物肠道中发现的产甲烷菌、在极高盐浓 度下生活的盐杆菌、一些超嗜热的好氧和厌 氧菌，也有海洋类群。在16S rRNA系统发育 树上，它们组成一个单系群。
古菌域(Archaea)－广古菌门
盐杆菌纲(Halobacteria) 甲烷杆菌纲(Methanobacteria) 甲烷球菌纲(Methanococci) 甲烷微菌纲(Methanomicrobia) 甲烷火菌纲(Methanopyri) 古球状菌纲(Archaeoglobi) 热原体纲(Thermoplasmata) 热球菌纲(Thermococci)
产甲烷古菌可能是火星生命形式
一个美国科学家小组2005年12月5日报告说，他们 在格陵兰岛地下冰芯中发现了产甲烷古菌生存的证 据。科学家称，这种能在极端严酷条件下生存的微 生物有可能在火星上生存。
研究人员认为产甲烷古菌很可能存在于火星上，并 且是火星大气中甲烷的来源。为了验证这一设想他 们制造一台荧光探测仪，用来探测产甲烷古菌新陈 代谢时产生的微弱荧光，这台仪器能探测出每毫升 土壤或地层中存在的1个古菌，安装在新的火星车 上寻找火星生命。
1977年，C. R. Woese等人在用各种原核生物的16S rRNA进行分子进化研究时，发现一类能利用CO2和H2产
生甲烷的厌氧细菌（产甲烷菌Methanococcus）的rRNA
序列与一般细菌的十分不同，不同的程度比一般细菌的 rRNA序列与真核生物的rRNA序列的差异还要大。
原来被认为是细菌的甲烷球菌代表着一种既不同于真核生物, 也不同于细菌的生命形式。他们认为这是地球上的第三生命 形式,并命名为古细菌。进一步的研究确证了古细菌与真细 菌之间的重大差异，同时发现古细菌的一系列分子生物学和 细胞生物学特征与真核生物有不少相似之处。
古菌
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。
（一）、产甲烷细菌的形态与细胞结构产甲烷细菌是一大都能产生甲烷的生理类群，因此包括了球形、杆形、螺旋形、长丝状等不同形态，见图1.31 。
产甲烷细菌的细胞壁染色后有围绕细胞约有15nm-20nm 厚的一层无定形电子稠密层。
在化学组成上含有假胞壁质。
假胞壁质与细菌的胞壁质在化学结构上有区别：假胞壁质肽链上为L- 氨基酸，糖链上为N- 乙酰-L- 塔罗糖胺糖醛酸，而且连接此N- 乙酰-L- 塔罗糖胺糖醛酸和N- 乙酰-D- 葡萄糖胺的糖苷键主要为β1，3）糖苷键，少部分为β1，4）糖苷键。
细菌胞壁质肽链上为D- 氨基酸，糖链上为N- 乙酰胞壁酸，连接的糖苷键与产甲烷细菌的相同。
产甲烷细菌无细菌细胞壁胞壁质特征而富含各种表层蛋白。
产甲烷细菌的外膜可分为5 种类型：①固定结构层+ 细胞质膜；②亚甲基软骨素层+ S 层+ 细胞质膜；③固定结构层+ 假胞壁质+ 细胞质膜；④鞘+S 层+ 细胞质膜和⑤假胞壁质+ 细胞质膜。
嗜热自养甲烷杆菌（Methanobacterium thermoautotrophicum ）和布氏甲烷短杆菌（Mb. bryantii ）的细胞壁为均匀的单层，厚度为10nm ~18nm 。
史氏甲烷短杆菌（Methanobrevibacter smithii ）细胞壁具有 2 个电子致密层和1 个电子透明的中层。
瘤胃甲烷短杆菌细胞壁由电子致密层的内层，电子透明层的中层和粗糙不规则形的外层构成，索氏甲烷丝菌细胞壁由电子密度较高并与质膜相邻的内层和电子密度较低的外层构成。
亨氏甲烷螺菌（Methanospirillum hungatii ）有内壁和外壁之分，外壁在菌丝体处连续成鞘状，不重叠凹陷，内壁仅围绕丝状体中的各个细胞，细胞横隔处只见外壁。
真核微生物的具体种类
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 。
与原核细胞质膜的构造和功能十分相似，故仅以表格形式
指出其区别
项目原核生物Biblioteka 真核生物甾醇无
有
脂肪酸种类
直链或分枝、饱和 高等真菌：含偶数碳原
或不含饱和脂肪酸； 子的饱和或不饱和脂肪
每一磷脂分子含饱 酸；
和或不含饱和脂肪 低等真菌：含奇数碳原
酸
子的不饱和脂肪酸
糖脂
无
有
电子传递链
有
无
基团转移运输
有
无
胞吞作用
无
无 染色体数一般为1 转化、转导、接合
有
线粒体
细胞膜
有性、无性（方式多样） 二等分裂（多数）
第一节 真核微生物概述
二、真核微生物的主要类群
真菌
酵母菌 霉菌
真核微生物
藻类 原生动物
肉足类 鞭毛类 纤毛类
微型后生动物
真菌是真核微生物中重要的一类微生物。
第一节 真核微生物概述
真菌的一般特点
真菌是一类低等的真核微生物。
无
有
磷脂种类
磷脂酰甘油
磷脂酰胆碱
4.细胞核（nucleus）
细胞核：细胞遗传信息（DNA）的贮存、复制 和转录的主要部位。
真核生物的细胞核由核被膜、染色质、核仁 和核基质等构成。
fungi
4、溶酶体
Lysosymes
单层膜
内含多种酸性水解酶 功能是细胞内消化Βιβλιοθήκη 5、微体microbody
单层膜包裹、内含多种酸性水解酶
主要功能是使细胞免受H2 O2毒害，
并
能氧化分解脂肪酸等
6、线粒体 两层膜
mitochondria
外形和大小酷似杆菌
每个细胞有数百到数千个 功能是把蕴藏在有机物中的化学 潜能转化成生命活动所需能量
种类：据1982年的资料，已知的 酵母有56属，500多种。酵 母菌 与人类的关系极其密切。
分布及与人类的关系
1、多分布在含糖的偏酸性环境，也称为“糖菌”。
如水果、蔬菜、叶子、树皮等处，及葡萄园和果园土壤中等。 2、重要的微生物资源；
酵母菌是人类的第一种“家养微生物”
3、重要的科研模式微生物； 啤酒酵母（Saccharomyces cerevisae）第一个完成全基因组 序列测定的真核生物（1997） 4、有些酵母菌具有危害性； 有些酵母菌能引起皮肤、呼吸道、消化道、泌尿生殖道疾病
产甲烷细菌的结构
• 细胞壁无胞壁质特征而富含各种表层蛋白。含有 假胞壁质。 • 假胞壁质与细菌的胞壁质在化学结构上有区别： 假胞壁质肽链上为 L- 氨基酸，糖链为 N- 乙酰 D- 葡萄糖胺和N- 乙酰 -L- 塔罗糖胺糖醛酸主要 以β（ 1 ， 3 ）糖苷键连接，少部分为β（ 1 ， 4 ）糖苷键。
6、线粒体
Mitochondrial Structure Mitochondrial Structure (cont.)
7、叶绿体
chloroplast
双层膜包裹、只存在于绿色植物的细胞中 具有光合作用
Internal Structure of Chloroplast
古细菌
古细菌一、定义古细菌(archaeobacteria)（又名古生菌、古菌、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。
二、代表性古细菌极端嗜热菌（themophiles）：能生长在90℃以上的高温环境。
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。
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。
CO2+4H2→CH4+2H2O+能量嗜热细菌：嗜热细菌只有在高温下才能良好地生长。
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。
三、古细菌实例（一）、Pyrodictium热网菌1、分类：菌科、热网菌属2、特性：细胞盘状，直径0.3～2.5μm，厚约0.2μm。
形成中空纤维，直径0.04～0.08μm，将细胞联成网络。
革兰氏染色阴性，不运动。
它是从意大利一处海底火山口附近的硫磺矿区分离到的一种极端嗜热菌，同时也是是迄今所知嗜热性最强的细菌。
该处的海床由热矿沉积物和被硫覆盖的洞隙组成，海床上不断喷射出热海水和火山气。
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。
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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。
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。
第2章第二节古菌
利 产生抗生素、生产 酶制剂、提取维生素、 固氮作用 害 动植物病害
结核杆菌 麻风杆菌 疮痂病
放线菌的形态构造
(一)形态构造
❖ 1、营养（基内）菌丝：潜入固体培养基内汲 取营养。有无色的，有产色素的。色素有水 溶性的和脂溶性的。
❖ 2、气生菌丝：由营养菌丝长出培养基外， 伸向空间的菌丝为气生菌丝。
特征
•有细胞壁(对抑制细胞壁的青 霉素和溶菌酶敏感 •二等分裂 •有不够完整的产能代谢途径， 利用谷氨酸产能而不能利用葡 萄糖
三 衣原体(Chlamydia)
❖ 是一类在真核细胞内营专性 能量寄生的小型革兰氏阴性 原核生物
❖ 生活史
能量寄生物
萤光抗体染色，黄绿色为衣原体
感染 衣原体 寄主细胞 小细胞(壁厚)
❖ 3、孢子丝：生长发育到一定阶段，在气生 菌丝的上部分分化出可形成分生孢子的孢子 丝。
1 基内菌丝 2 气生菌丝 3 孢子丝
吸收营养
气生菌丝及孢子丝
❖ 功能：繁殖 ❖ 直、钩状、螺旋状
(圈数、方向)、轮生、 螺旋数目、疏密程度、 旋转方向等等
(二)放线菌的繁殖
❖ 通过分生孢子或胞囊孢子繁殖的，也可以一 段营养菌丝繁殖。
❖ (二)嗜热嗜酸菌Thermophilus and acidophilic bacteria
❖ 包括古生硫酸还原菌和极端嗜热古菌。最适生长 温度在70—105℃之间。
❖ (三)极端嗜盐菌Extreme halophilic bacteria
❖ 他们对NaCl有特殊的适应性和需要性。
❖ 有些菌株在低氧压条件下，在细胞膜上形成由视黄 醛构成的一种特殊紫色素蛋白——菌紫质。菌紫质 可做光感受器，可利用光合成ATP。菌紫质参与形 成能量转换系统——紫膜。紫膜为细胞质膜的一部 分，可成为生物芯片，用于制作生物计算机的材料。
古菌
产甲烷菌的细胞结构：细胞封套（包括细胞壁、表面层、鞘和荚膜）、细胞质膜、 原生质和核质。 产甲烷菌有革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌，它们的细胞壁结构和化学组分有所不 同。也是与真细菌的区别点。 细胞封套有四种： 1.大多数G+产甲烷菌的细胞壁在结构上与G+真细菌相似，细胞壁有一层和三层 的，单层的厚度为10～20nm，如甲烷杆菌属与甲烷短杆菌属。巴氏甲烷八叠球 菌的细胞壁只有一层，厚约200nm。它们化学成分与G+真细菌的不同，不含细 胞壁（即不含二胺基庚二酸或细胞酸）而是假细胞壁质或是未硫酸化的异多糖。 三层的细胞壁壁厚为20～30nm，有内层、中层和外层。外层在细胞分裂横隔形 成பைடு நூலகம்消失，如瘤胃甲烷短杆菌。 2.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。 3.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，由蛋白质 亚基或糖蛋白亚基组成的S层。 4.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。其厚度为 10nm。
1979年，Balch和Wolfe通过16S rRNA测序 将产甲烷菌发 展为3目（甲烷杆菌目、甲烷球菌目、甲烷微菌目）4科7属 14种。 1993年，Boone将甲烷八叠球菌科上升为一个目，建立了 火热产甲烷菌目，至此产甲烷菌发展为5目10科25属59种。 2001年，Bergey's Manual of Systematic Bacteriology 将产甲烷菌放在宽广古生菌门（Euryarchaeota）中，至此 产甲烷菌发展为3纲，5目，10科，26属，78种。 产甲烷菌属于古菌域（Archaea），广域古菌界 （Euryarchaeon），宽广古生菌门（Euryarchaeota）。 人们对产甲烷菌的认识约有150年的历史。人们对产甲烷菌 有极大的兴趣是在于产甲烷菌对天然气的形成，在自然界与 水解菌和产酸菌等协同作用，使有机物甲烷化，产生有经济 价值的生物能物质——甲烷。
武理工《水处理生物学》课后习题及答案03古菌
第三章古菌1简述古菌的生物学特征，试比较这些特征与真细菌、真核生物的异同。
答：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，主要包括一些生长在独特的生态环境的生物类群。
在细胞结构和代谢上，古菌在很多方面接近原核生物。
然而在基因转录和翻译这两个分子生物学的中心过程上，它们并不明显表现出细菌的特征，而是接近于真核生物。
古菌中除无壁嗜热古菌没有细胞壁外，其余都有与真细菌功能相似的细胞壁，但与大多数细菌不同，其细胞壁中没有肽聚糖，而含假肽聚糖、糖蛋白或蛋白质。
而且，绝大多数细菌和真核生物的细胞膜中的脂类主要由甘油脂组成，而古菌细胞膜中的脂类由甘油醚构成。
古菌鞭毛的成分和形成过程也与细菌不同。
2简述古菌的主要类型。
答：从rRNA进化树上，古菌分为两类，泉古菌和广古菌。
另外未确定的两类（初古菌门和纳古菌门）分别由某些环境样品中的一些菌种和2002年由Karl Stetter发现的奇特的物种纳古菌构成。
在环境中常见的古菌主要包括：1) 产甲烷古菌；2) 硫酸盐还原古菌；3) 嗜盐古菌；4) 嗜热古菌；5) 无细胞壁的嗜热嗜酸古菌等。
3简述产甲烷古菌的特征与应用。
答：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，有球形、杆形、螺旋形、长丝形和八叠球形等。
大多数种可利用H2/CO2，很多种可利用甲酸。
一般的产甲烷细菌都是中温性的，最适宜的温度在25～40℃之间，高温性产甲烷细菌的适宜温度则在50～60℃之间。
产甲烷细菌生长最适宜的pH范围约在6.8～7.2之间。
如pH值低于6或高于8，细菌的生长繁殖将受到极大影响。
产甲烷古菌可用于有机污染物的厌氧生物处理。
古菌的形态-概述说明以及解释
古菌的形态-概述说明以及解释1.引言1.1 概述古菌（Archaea）是一类广泛存在于地球上的微生物，其独特的形态和生态特征引起了科学界的广泛关注。
与细菌和真核生物不同，古菌形态多样，常常具有一些特殊的形态结构。
古菌最初被认为是细菌的一类，但随着对古菌的深入研究，人们逐渐认识到了古菌与细菌和真核生物的差异。
在形态上，古菌与细菌有相似之处，但也有许多独特的形态特征。
古菌的细胞壁通常由多聚糖和蛋白质复合物组成，这与细菌和真核生物的细胞壁组成不同。
古菌的形态结构包括球形（球菌）、杆状、盘状、螺旋状等多种形态，而且古菌在形态上的变化还可能随着环境的变化而发生。
古菌的形态多样性与其生活环境密切相关。
古菌广泛存在于各种极端环境中，如高温泉水、盐湖、沼泽等，这些环境对古菌的生长和繁殖提出了极高的要求，也促使了古菌形态的多样性产生。
例如，一些生活在高温环境中的古菌具有耐热的特点，它们通常具有球形或杆状的形态，以减少热量的散失。
而一些生活在酸性环境或高盐浓度环境中的古菌，则可能具有不同于前述的其他形态。
古菌的形态对其生存与适应具有重要意义。
形态特征可以帮助古菌适应不同的环境条件，比如通过控制细胞壁的渗透性、调节细胞内外物质的交换等方式来维持生命活动。
此外，古菌的形态还可能与其功能和生物学特性密切相关，如一些球形古菌常常形成聚集体，从而形成一定的社会行为。
因此，对古菌形态的深入研究不仅有助于加深对古菌生物学特性的理解，还可能为科学家们提供新的研究方向和思路。
总之，古菌的形态多样且与环境密切相关。
对古菌形态特征的研究有助于揭示其适应极端环境的机制，进一步深化对古菌生物学特性的认识。
在未来的研究中，我们有望通过深入挖掘古菌形态与其生活环境、生理功能的关系，为我们理解生命的多样性和适应能力提供更多的启示。
1.2文章结构文章结构部分的内容可以包括以下内容：正文部分包括古菌的基本特征和生活环境介绍。
在2.1节中，我们将介绍古菌的基本特征，包括其细胞结构、细胞壁组成、染色体特征等。
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。
古细菌1
特征 膜围细胞器 细胞核 内含子
细菌 无 无 无
生殖方式
古细菌 无性生殖
细菌 无性生殖（主要是二 分裂形式）
真核 大多为有性生殖， 也有无性生殖（如： 酵母菌） 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。
生存环境
目前发现的古细菌都 根据不同种细菌生存 生活在极端的环境中，环境也不同（如：厌 如（产甲烷菌、极端 氧型细菌生活在无氧 嗜盐菌和硫依赖嗜热 环境中，兼性厌氧型 菌等）。 细菌在无氧和有氧环 境中均可进行，而需 氧性细菌则必须在有 氧环境在才能生存）。 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。
古菌通常对其它生物无害且未知有致单个古菌细胞直径在01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
定义1：常生活于热泉水、缺氧湖底、 热泉水、缺氧湖底、 热泉水 盐水湖等极端环境 极端环境中的原核生物 原核生物。具有 盐水湖 极端环境 原核生物 一些独特的生化性质，如膜脂由醚键 膜脂由醚键而 膜脂由醚键 不是酯键连接。在能量产生与新陈代谢 方面与真细菌有许多相同之处，而复制、 转录和翻译则更接近真核生物。古核生 物与真核生物可能共有一个由真细菌的 祖先歧化而来的共同祖先。 定义2：现今最古老的生物群，为地球 原始大气缺氧时代生存下来的活化石。
细胞壁：*古细菌细胞壁为蛋白质或假肽聚糖（肽聚糖类似物）； *细菌的细胞壁主要为肽聚糖，还有多糖类物质； * 真核生物的细胞壁为多糖或几丁质或无； 细胞膜：*古细菌细胞膜含有支链烃以及甘油醚键； * 细菌有些有荚膜（多糖类物质）在外表覆盖， 且细菌细胞膜主要由蛋白质和脂类，还有糖类组成； *真菌的细胞膜由直链脂肪酸和甘油分子以醚键相连构成 基因组成：*古细菌中有环状DNA分子，类组蛋白结合，存在质粒； 有关基因组成操纵子， 有些基因有intron结构； *细菌中环状DNA分子，类组蛋白结合，存在质粒；有关 基因组成操纵子个别基因有intron结构； *真核生物中线状DNA分子，与组蛋白结合；有关基因组 成操纵子基因有intron结构；
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。
(环境工程微生物学)3古菌
THANKS
感谢观看
古菌在污水处理中还具有抗毒性，能 够在高毒性环境下存活并保持活性， 提高污水处理系统的稳定性。
有机废弃物降解
古菌在有机废弃物降解中具有重要作用，能够利用各种有机废弃物作为碳源和能源。
古菌能够降解纤维素、木质素等难降解的有机物质，提高有机废弃物的资源化利用 率。
古菌在有机废弃物堆肥中也有应用，能够加速有机物质的分解，缩短堆肥周期，提 高堆肥质量。
02
古菌的特性与生态
古菌的形态与结构
古菌形态多样，包括球形、杆形和螺 旋形等。
古菌染色体的结构也较为特殊，呈高 度浓缩状态。
古菌细胞壁组成特殊，与细菌和真核 生物不同，主要成分为肽聚糖和脂多 糖。
古菌的生理特性
古菌能够耐受极端环 境，如高温、高压、 高盐、低氧等。
古菌的代谢途径独特， 能够降解多种有机物 和有毒物质。
古菌对未来生态环境的挑战与应对
1 2 3
全球气候变化
随着全球气候变化加剧，古菌在碳循环和温室气 体排放方面的作用将更加突出，对未来生态环境 产生重要影响。
生态平衡维护
古菌在维护生态平衡方面也具有重要作用，如促 进物质循环和能量流动，维持生态系统的稳定性 和多样性。
应对策略
针对古菌对未来生态环境的影响，需要加强基础 研究和应用研究，制定科学合理的管理策略和措 施，以应对未来环境挑战。
古菌资源开发与利用
古菌资源
古菌是地球上最早的生命形式之 一，具有独特的生理和代谢特性，
是生物资源的重要组成部分。
开发潜力
古菌在极端环境如高温、高压、 高盐和高酸碱度条件下生存，具 有特殊的适应机制和代谢途径，
具有很高的开发潜力。
利用价值
第3章 古菌
形态特点：幼龄菌体的细胞质稠密、均匀、易染色；衰老 菌体的细胞质不均一，大多有液泡、颗粒物、不易染色
作用：含有各种酶系统，合成蛋白质与酶，含有各种内含 物
.
（4）核区（核质体、原核、拟核）
位于细胞质内部，为一个絮状区域 没有核膜、核仁，无固定形态，结构简单 核区内有由脱氧核糖核酸（DNA）组成的染色质体，一般
由一条环状双链DNA分子高度折叠缠绕而成 核质的功能是决定遗传形状和传递遗传信息 多数细菌细胞质中还存在着染色质体以外的遗传因子，大
多由闭合环状双螺旋DNA分子构成，能自我复制，称为质 粒（Plasmid），具有不同功能，是遗传工程中重要的载 体。
.
（5）内含物
细菌新陈代谢产物，或者是贮备的营养物质（种类数量变 化）
➢菌胶团具有较
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。
荚膜（capsule）黏性较大，能相对稳定地附着在细胞壁 外。
.
荚膜的作用： ➢ 保护细菌； ➢ 贮藏养料； ➢ 形成菌胶团。 菌胶团：当荚膜物质相融合称为一团，
内含许多细菌时，称为菌胶团。 菌胶团的形态：分支状、垂丝状、
球形、椭圆、蘑菇形、片状
.
思考：菌胶团与污水处理有什么关系？
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古菌（Archaea）又称古细菌、太古菌或太古生物，是原核生物中的一大类。
它们既与细菌（真细菌）有很多相似之处，同时另一些特征相似于真核生物。
“古细菌”这个概念是1977年由卡尔。
沃斯和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的区别。
这两组原核生物起初被定为古细菌（Archaebacteria）和真细菌（Eubacteria）两个界或亚界。
Woese认为它们是两支根本不同的生物，于是重新命名其为古菌（Archaea）和细菌（Bacteria），这两支和真核生物（Eukarya）一起构成了生物的三域系统。
在细胞结构和代谢上，古菌在很多方面接近其它原核生物。
然而在基因转录和翻译（遗传学）这两个分子生物学的中心过程上，它们并不明显表现出细菌的特征，反而非常接近真核生物。
比如，古菌的转译使用真核的启动和延伸因子，且转译过程需要真核生物中的TATA框结合蛋白和TFIIB. 古菌还具有一些其它特征。
与大多数细菌不同，它们只有一层细胞膜而缺少肽聚糖细胞壁。
而且，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，而古菌的膜脂由甘油醚构成。
这些区别也许是对超高温环境的适应。
古菌鞭毛的成分和形成过程也与细菌不同。