古细菌的研究

古细菌的研究

对产甲烷古细菌与嗜盐古细菌的研究

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。

目录

古菌的特点

1.形态

2.细胞结构

3.代谢

4.呼吸类型

5.繁殖方式

6.生活习性

古菌的分类

1. 产甲烷古细菌

2. 嗜热嗜酸古细菌

3. 极端嗜盐古细菌

具体展开

a.基础研究

b.理化性质

c.研究发展的历史

d.培养方式

e.前沿科技研究

.

古菌的特点

形态

古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角几何形态，

古菌(p1)

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。

细胞结构

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。

代谢

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。

呼吸类型

古菌多数为严格厌氧、兼性厌氧，还有专性好氧。

古菌(p2)

繁殖方式

古菌的繁殖方式有二分裂、芽殖。其繁殖速度较慢，进化速度也比细菌慢。

生活习性

大多数古菌生活在极端环境，如盐分高的湖泊水中，极热、极酸和绝对厌氧的环境，有的在极冷的环境生存。

总述：

古细菌是最古老的生命体，他们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。

如果将地球约46亿年的年龄比作一年，那么古菌早在3月20日就出现了，而人类诞生不过是12月31日的事。它们多生长于极端环境，如热泉、高压的海底火山口、盐湖等。按照古菌的生活习性和生理特性，古菌可分为三大类型：产甲烷菌、嗜热嗜酸菌、极端嗜盐菌。本文将着重探讨产甲烷菌，极端嗜盐菌两种古细菌，探讨其基础研究，理化性质，研究发展的历史，培养方式以及前沿科技研究。

具体展开：

产甲烷古细菌

一．基础研究

产甲烷菌（Methanogenus），是专性厌氧菌，属于古菌域，广域古菌界，宽广古生菌门。1974年《伯杰氏细菌鉴定手册》（第八版）中将其归属于1科、3属、9种。截至1992年已发展为3目、7科、19属、70种。截至2009年已发展为4目、12科、31属。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。

其中细胞封套分

为以下四种：

（p3）产甲烷古细菌的形态

(p4) 产甲烷古细菌的形态

（表1）古细菌，真细菌与真核生物的比较

A. 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时消失，如瘤胃甲烷短杆菌。

B. 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。

C. 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。

D. 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。

二.理化性质

(p5)产甲烷古细菌

A.营养特性：甲烷细菌的能源和碳源物质主要有5种，即H2/CO2、甲酸、甲醇、甲胺和乙酸。

B.特殊辅酶：F420：是黄素单核甘酸的类似物，分子量为630的低分子量荧光化合物。它是甲烷细菌持有的辅酶，在形成甲烷过程中起着重要作用。

其特点：(1)当用420nm波长的紫外光照射时，能产生自发蓝绿荧光，这一现象可借以鉴定甲烷细菌的存在。（2）中性或碱性条件下易被好氧光解，并使酶失活。

（p6）发酵型古细菌

C.2-硫基乙烷磺酸. 其特点：（1）它是甲烷细菌独有的辅酶，可借以鉴定甲烷细菌的存在。（2）它在甲烷形成过程中，起着转移甲基的重要功能。（3）其具有RPG效应.。即促进CO2还原为CH4的效应。

D.氧化还原电位：参与中温消化的甲烷细菌要求环境中应维持的氧化还原电位应低于一350mV；对参与高温消化的甲烷细菌则应低于-500~-600mV。

E.温度：低温菌的适应范围为20~25°C，中温菌为30~45°C，高温菌为45~75°C。

F.PH：大多数中温甲烷细菌的最适pH值范围约在6.8~7.2之间。

三.研究发展的历史

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。

四.培养方式