第二章原核微生物-古菌
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第2章原核-古菌
产甲烷细菌
性状：严格厌氧, 利用简朴旳C1、 C2化合物 （CO2 、甲酸、甲醇、甲胺和乙酸）生 长并产生甲烷。具有特殊旳辅酶 F420， 在荧光显微镜下镜检都有自发荧光。
产甲烷细菌
2、嗜盐杆菌极属端(嗜Ha盐lo菌bacterium)
性状：细胞杆状，G－，具端生鞭毛，菌落红色 （含类胡萝卜素）。
中文“枝”与“支”二字在古时也通用，可是在当 代逐渐有了些分工。“枝”是一种详细名词，往往用 于形态构造名词中。如树枝、花枝招展等。而“支” 具有区别于“干”之意，往往用于概念性旳名词中， 如支流
（江河）、支线（交通）、支部、支行（银行）等。 在这些名词中，支与枝不可彼此替代使用。枝原体 一词是用于指一类低等细菌实体，此类菌在形态上 呈丝状或分枝状，用枝原体定名比支原体要更为恰 当。另外，像“branched starch”从严格意义上 说，应该定名为“枝链淀粉”，而不应是“支链淀 粉”。前者可反应出淀粉分子旳形态构造；而后者
古生菌
古生菌
古生菌
古生菌
古 生 菌
古 生 菌
三、古生菌旳主要类群
1、产甲烷古生菌 2、硫酸还原古生菌 3、极端嗜盐菌 4、无壁古生菌－热原体属 5、极端嗜热硫古生菌
四、古生菌旳代表
产甲烷细菌
methanogens
极端嗜盐菌
Extreme halophiles
嗜酸热菌
Thermoacidophiles
危害：许多种类为人和动物旳致病菌，如牛胸膜 肺炎、生殖道支原体等。浸染植物旳支原体 称类支原体或植原体。
支原体
支原体菌落“油煎蛋”状
肺炎支原体，电镜照片，多形性。 （a）透射电镜照片（X47，880）； （b）扫描电镜照片（X26，000）。
环境工程微生物学课后习题答案
环境工程微生物学绪论1、何谓原核微生物？它包括哪些微生物？答：原核微生物的核很原始，发育不全，只有DNA链高度折叠形成的一个核区，没有核膜，核质裸露，与细胞质没有明显界限，叫拟核或似核。
原核微生物没有细胞器，只有由细胞质膜内陷形成的不规则的泡沫体系，如间体核光合作用层片及其他内折。
也不进行有丝分裂。
原核微生物包括古菌（即古细菌）、真细菌、放线菌、蓝细菌、粘细菌、立克次氏体、支原体、衣原体和螺旋体。
2、何谓真核微生物？它包括哪些微生物？答：真核微生物由发育完好的细胞核，核内由核仁核染色质。
由核膜将细胞核和细胞质分开，使两者由明显的界限。
有高度分化的细胞器，如线粒体、中心体、高尔基体、内质网、溶酶体和叶绿体等。
进行有丝分裂。
真核微生物包括除蓝藻以外的藻类、酵母菌、霉菌、原生动物、微型后生动物等。
3、微生物是如何分类的？答：各种微生物按其客观存在的生物属性（如个体形态及大小、染色反应、菌落特征、细胞结构、生理生化反应、与氧的关系、血清学反应等）及它们的亲缘关系，由次序地分门别类排列成一个系统，从大到小，按界、门、纲、目、科、属、种等分类。
种是分类的最小单位，“株”不是分类单位。
4、生物的分界共有几种分法，他们是如何划分的？答：1969年魏泰克提出生物五界分类系统，后被Margulis修改成为普遍接受的五界分类系统：原核生物界(包括细菌、放线菌、蓝绿细菌)、原生生物界（包括蓝藻以外的藻类及原生动物）、真菌界（包括酵母菌和霉菌）、动物界和植物界。
我国王大教授提出六界：病毒界、原核生物界、真核生物界、真菌界、动物界和植物界。
5、微生物是如何命名的？举例说明。
答：微生物的命名是采用生物学中的二名法，即用两个拉丁字命名一个微生物的种。
这个种的名称是由一个属名和一个种名组成，属名和种名都用斜体字表示，属名在前，用拉丁文名词表示，第一个字母大写。
种名在后，用拉丁文的形容词表示，第一个字母小写。
如大肠埃希氏杆菌的名称是Escherichia coli。
第二章原核微生物古菌
阴性菌)之分,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。细胞封套有以下4种类型：
2020/8/13
30
二、古菌的分类
202C0/8W/13
31
二、古菌的分类 类型1（为大多数G+甲烷菌所具）
含拟胞壁质（不含 二氨基庚二酸和胞 壁酸）或异多糖 （未硫酸化）
类型1是古菌细胞结构中最 普遍的，我们常见的如：
2020/8/13
36
厌氧手套箱 2020/8/13
（ Anaerobie glove box，中国生物器材网） 37
第三节 放线菌
放线菌是真细菌的一个大类群，革兰氏阳 性，它们是具多核的单细胞原核生物。
放线菌中许多种类能产生抗生素、维生素和 各种酶类
2020/8/13
38
放线菌的几个基本概念
2020/8/13
真核生物软骨组织中的硫酸化异多糖
8
一、古菌的特点之细胞壁
由以上2种成分可看出，古菌部分成分 类似于真细菌（假胞壁质），部分成分类 似于真核生物（未硫酸化的异多糖），这 也是古菌介于真细菌和真核生物之间的佐 证。
2020/8/13
9
古生菌细胞壁种类如下：
➢假肽聚糖细胞壁 ➢独特多糖细胞壁 ➢硫酸化多糖细胞壁 ➢糖蛋白细胞壁 ➢蛋白质细胞壁
二、古菌的分类
噬热菌
2020/8/13
20
二、古菌的分类
极端噬盐菌
2020/8/13
21
2020/8/13
22
2020/8/13ltum）是 迄今所发现的 最耐热的生物 之一，它的最 适生长温度为 105℃。
23
二、古菌的分类
在《伯杰氏系统细菌学
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
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二、古菌的分类
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二、古菌的分类 类型1（为大多数G+甲烷菌所具）
含拟胞壁质（不含 二氨基庚二酸和胞 壁酸）或异多糖 （未硫酸化）
类型1是古菌细胞结构中最 普遍的，我们常见的如：
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厌氧手套箱 2020/8/13
（ Anaerobie glove box，中国生物器材网） 37
第三节 放线菌
放线菌是真细菌的一个大类群，革兰氏阳 性，它们是具多核的单细胞原核生物。
放线菌中许多种类能产生抗生素、维生素和 各种酶类
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放线菌的几个基本概念
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真核生物软骨组织中的硫酸化异多糖
8
一、古菌的特点之细胞壁
由以上2种成分可看出，古菌部分成分 类似于真细菌（假胞壁质），部分成分类 似于真核生物（未硫酸化的异多糖），这 也是古菌介于真细菌和真核生物之间的佐 证。
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古生菌细胞壁种类如下：
➢假肽聚糖细胞壁 ➢独特多糖细胞壁 ➢硫酸化多糖细胞壁 ➢糖蛋白细胞壁 ➢蛋白质细胞壁
二、古菌的分类
噬热菌
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二、古菌的分类
极端噬盐菌
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2020/8/13ltum）是 迄今所发现的 最耐热的生物 之一，它的最 适生长温度为 105℃。
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二、古菌的分类
在《伯杰氏系统细菌学
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
原核微生物 (10)
嗜温或轻微嗜热的。某些种有细菌视紫质幵利用光来 Natronobacterium
合成ATP
无细胞壁 无细胞壁的多形细胞。嗜温嗜酸及有机化能营养型。 热原体属Thermoplasma
古菌
兼性厌氧。质膜包括有丰富甘露糖的糖蛋白呾脂多糖
极端嗜热 S0的代谢 菌
革兰氏阴性杆状、丝状或球状。绝对嗜热(最适生长温 度在70~110℃之间)。 通常严栺厌氧，但可以是好氧的或兼性的。嗜酸的或
二. 古菌的分类
《伯杰氏系统细菌学手册》(第二版)将古 菌分为两个门，泉古菌门呾广古菌门，门 下有8个纲
根据形态、生理特征，将古菌可分为5 个主要类群：产甲烷古菌、还原硫酸盐古 菌、极端嗜盐古菌、无细胞壁古菌、极端 嗜热硫古菌
类群
一般特征
主要古菌类群的特征
代表属
产甲烷古 严栺厌氧。甲烷是主要代谢末端产物。S0可以还原成 甲烷杆菌属Methanobacterium
Halobacterium
Halococcus
嗜盐杆菌属 (Halobacterium)
•形态: 杆状, G-, 具端生鞭毛, 菌落红色, 小 亍2mm。
•生理特点: 严栺好气, 化能有机营养, 耐高 盐, 在饱呾盐浓度(20-30%以上)中生长, 低 亍15%的盐水丌能生长
•在有光时能合成一种经修饰了的细胞膜称 为紫膜(purple membrane), 含细菌视紫红 质蛋白bacteriorhodopsin利用光能将H+ 泵 出细胞膜, 籍以产生 ATP。
3. 无细胞壁古菌
热原体属(Thermoplasma)是无细胞壁的嗜热酸菌。
热原体生长在煤矿的废物堆中，氧化硫化铁(FeS)，生 成硫酸。生长最适温度为55-59℃，pH为1～2。
第二章原核微生物
第二章：原核微生物真核微生物：有细胞核，有核膜，核仁，有染色体〔DNA〕原核微生物：是指一大类仅含有一个DNA分子的原始核区,而无核膜包裹的原始单细胞微生物。
无核膜、核仁，无染色体。
属于原核微生物的有：细菌，放线菌，立克次氏体，支原体，衣原体，兰细菌。
古细菌：20世纪70年代发现，在极端环境下的古老微生物。
古核细胞〔古核生物、古细菌、原细菌〕是20世纪80年代出现的名称。
古细菌：是一些生长在极端特不环境中的细菌，过往回属于原核细胞。
回属缘故：〔1〕形态、结构、DNA结构和根基生活方式与原核细胞相似。
〔2〕其16SrRNA与原核生物相差特别远。
〔产甲烷细菌〕种类：100多种，在特不环境中生活与人类关系不大。
〔高温、高盐〕第一节：细菌是一大类群结构简单、种类繁多、要紧以二分分裂法生殖和水生性较强的单细胞原核微生物。
一、细菌的形态与结构（一）细菌细胞形态1、细菌的大小：在显微镜下用测微尺测量，单位是：μm1〕球菌：测量直径，一般为：Φ=0.5-2μm2〕杆菌：测长度和宽度，一般为：长1-5μm，宽0.5-1μm表示方法：长×宽，即：1-5×μm3）旋菌：测量长度及宽度，在一定条件培养大小对比稳定。
细菌形态及大小受培养温度、时刻、培养基组成及浓度的碍事，也受染色方法等碍事，因此同一菌种在不同时期、形态、大小不同。
因此，同一菌种在同时期、不同培养条件其形态、大小不同。
2.细菌细胞的根基形态和排列方式外形〔细菌的根基形态〕1〕杆菌：细胞呈杆状或圆柱状〔短的：近似球形。
长的：呈丝状。
〕①数量：细菌中种类最多。
②长短：短的近似球形，长的呈丝状。
③两端：平齐〔如：炭疸芽孔杆菌〕，稍尖〔如：鼠疫巴斯德菌〕④菌体：有的直，有的弯排列方式：单个，链状，栅栏状，八字形。
多数分散存在。
如：E。
coli，少特不形态：链状——链杆菌。
2〕球菌：菌体呈球形或扁球形〔近似球形〕①单球菌：只有一个分裂面，分裂后细胞分散独立存在。
周群英《环境工程微生物学》(第3版)名校考研真题(第二章 原核微生物)【圣才出品】
第二章原核微生物一、选择题1．细菌的主要繁殖方式为（）。
[江苏大学2012年研]A．裂殖B．芽殖C．增殖D．都对【答案】A【解析】细菌的繁殖方式有二分裂和芽殖，主要通过二分裂进行繁殖。
菌落就是由一个细菌繁殖起来的，由无数细菌组成具有一定形态特征的细菌集团。
2．下列属于古细菌的微生物是（）。
[江苏大学2012年研]A．产甲烷菌B．放线菌C．固氮菌D．蓝细菌【答案】A【解析】按照古菌的生活习性和生理特性，古菌可分为产甲烷菌、嗜热嗜酸菌和极端嗜盐菌，产甲烷菌是古菌中最早被人认识和应用的，属于广古生菌门。
3．原核生物细胞的核糖体（）。
[北京交通大学2011年研]A．在细胞核中B．在细胞质中游离C．在内质网上D．光学显微镜下可见【答案】C【解析】原核生物细胞的核糖体是细胞质内含物，附着在内质网上，由核糖核酸和蛋白质组成，是合成蛋白质的部位。
4．属于细菌细胞基本结构的是（）。
[江苏大学2012年研]A．荚膜B．细胞壁C．芽胞D．鞭毛【答案】B【解析】细菌为单细胞结构。
所有的细菌均有细胞壁、细胞质膜、细胞质及其内含物、拟核。
部分细菌有芽孢、鞭毛、荚膜、黏液层、衣鞘及光合作用层片等特殊结构。
5．革兰氏染色结果中，革兰氏阳性菌应为（）。
[江苏大学2011年研]A．无色B．红色C．紫色D．黄色【答案】C【解析】革兰氏染色法是指，在无菌操作条件下，用接种环挑取少量细菌于干净的载玻片上涂布均匀、固定。
用草酸铵结晶紫染色1min，水洗去掉浮色。
用碘一碘化钾溶液媒染1min，倾去多余溶液。
用中性脱色剂如乙醇或丙酮脱色，革兰氏阳性菌不被褪色而呈紫色，革兰氏阴性菌被褪色而呈无色。
用番红染液复染1min，革兰氏阳性菌仍呈紫色，革兰氏阴性菌则呈现红色。
革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌即被区别开。
6．菌落是微生物在（）上的培养特征。
[江苏大学2012年研]A．固体斜面B．固体平板C．液体表面D．明胶穿刺【答案】B【解析】细菌在固体培养基上的培养特征就是菌落特征。
环境微生物学2-1古菌
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
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。
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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（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。
第二章原核微生物古菌
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二、古菌的分类
二、古菌的分类
按照古菌的生活习性和生理特性,古菌可 分有三大类型:
–产甲烷菌(Methanogenus),
–嗜热嗜酸菌(Thermoacidophiles),
–极端嗜盐菌(Halophiles)。
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二、古菌的分类
产甲烷菌
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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。
6
对比：真细菌细胞壁肽聚糖结构：
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对比：真核生物的皮肤及软骨组织中的硫酸化异多糖：
硫酸软骨素为真 核生物如猪软骨 的主要成分，结 缔组织、筋脾、 皮肤、心瓣膜、 唾液中也含有。
手册》(第三卷）(Bergeys Manual of Systematic Bacteriology Volume 3)中,将古
菌分为五大群:
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1.产甲烷古菌 (Methanogenic Ar-chaeobacteria), 2.古生硫酸盐还原菌 (Archaeobacterial SulfateReducers), 3.极端嗜盐菌 (Extremely Halophilic Archaeobacteria), 4.无细胞壁古生菌
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
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（四）核区
没有具有核仁、核膜的细胞核
染色体脱氧核糖核酸为共价闭合环状
第2章第二节古菌
四 放线菌的作用
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。
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。
原核微生物1
第二节 细菌（Bacteria）
一、细菌的形态和大小
1、细菌细胞的形态 2、细菌细胞的大小
一、细菌
1、细菌的形态：球状、杆状、螺旋状和丝状
其次
自 然 界 中 哪 种 最 多？
最多
最少
a.球菌(coccus)
单球菌 双球菌 四联球菌 八叠球菌 葡萄球菌 链球菌
1. 分裂方向
2. 分裂后相互间 的连接方式
成分
占细胞壁干重的%
G＋
G－
肽聚糖 含量很高（30-95） 含量很低（5-20）
磷壁酸 含量较高（<50） 0
类脂质 一般无（<2） 蛋白质 0
含量较高（10-20） 含量较高
革兰氏阳性的细胞壁
G-细菌细胞壁的构造和化学组成
G-细菌细胞壁较薄，但有多层构造，其化学组成除有肽聚糖外， 还有一定量的类脂质和蛋白质等成分。G-细胞壁的组成和结构 比G+更复杂。主要成份为：脂多糖、磷脂、脂蛋白、肽聚糖。
真核微生物
真核微生物有发育完好的细胞核，核内 有核仁和染色质，有核膜将细胞核和细胞 质分开，使两者有明显的界限，有高度分 化的细胞器，如线粒体、中心体、高尔基 氏体、内质网等，进行有丝分裂。包括除 蓝藻以外的藻类、酵母菌、霉菌、原生动 物、微型后生动物等。
细菌
原核微生物： （由原核细胞构成） 放线菌
（3）脱色（95%乙醇10~20S） （4）复染（蕃红30 ~ 60S）
A
A
A
B
机 制
B B
和
A
步
B
骤
（3）脱色（95%乙醇30-45S）
革
（1）初染（结晶紫30S）
兰 氏 染 色
（2）媒染剂（碘液30S）
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。
3第二章细菌古菌
磷壁酸
G+特有的 同肽聚糖混在一起的 是一类 分子比较短(6~9个) 以 甘油磷壁酸 为主链
核糖醇磷壁酸
的阴离子多聚物
功能
G+抗原(表面抗原决定因子为磷壁酸) 噬菌体的吸附位点 聚集阳离子Mg2+ 保持胞壁透性 激活酶活性
脂多糖
是一类
G-特有的 位于外壁外层 厚度8~10nm 类脂+各种多糖
功能
丝状：丝状菌
长杆菌，如
Bactillus subtilis枯 杆菌
草芽孢杆菌
短杆菌，如
Escherichia coli大 肠杆菌
球菌
• 单、双链 • 四联球菌 • 八叠球菌 • 葡萄球菌
金黄色葡萄球菌
螺旋菌
• 弧菌(vibrio)<1圈 • 螺菌(spirillum)=2~6圈 • 螺旋体(spirochaete)>6圈
第二章 原核微生物
原核微生物的类群
细菌门：（真）细菌、古菌、放线菌、
原核微生物
粘细菌、螺旋体、立克次氏 体、支原体、衣原体
蓝细菌门： 蓝细菌
第一节 细菌
一、细菌的个体形态和大小
球状：球菌，大小0.5~2.0µm。
形态
杆状：杆菌，宽×长 (0.5~1.0) µm×(1~5) µm 螺旋状：螺旋菌，(0.25~1.7) µm×(2~60) µm
助。 • 可在细胞质膜上进行物质代谢和能量代
谢。 • 为鞭毛提供附着点。
2、细胞质及其内含物
• 无色透明、粘稠的复杂 • 包括核糖体和内含颗粒
胶体
• 核糖体由核糖核酸和蛋
• 由蛋白质、核酸、多糖、 白质组成
脂类、无机盐和水组成 • 蛋白质起维持形态和稳
第二章 原核微生物2
气生菌丝是由基内菌丝长出培养基外， 伸向空间的菌丝，比基内菌丝粗。直径 1~1.4 m，有的产色素。 放线菌生长发育到一定阶段，在气生菌 丝的顶端分化出孢子丝。孢子丝的形状 和在气生菌丝上的排列方式，随菌种的 不同而异，是种的特征，是分类鉴定的 依据之一。
放线菌的孢子丝形态多样，有直、波曲、 钩状、螺旋状，其着生方式可分为互生、 丛生和轮生等。 放线菌的孢子有球、椭圆、杆、圆柱或 瓜子等各种形态，孢子的颜色十分丰富， 且与其表面的纹饰有关。这些特征也是 放线菌分类的依据。
菌落小（直径10~600 m ），在固体培 养基表面呈特有的“油煎蛋”状，通常用 加了牛心浸出汁、动物血清、胆固醇的培 养基培养。具有氧化型或发酵型的产能代 谢，在好氧或厌氧条件下生长。对新霉素、 卡那霉素、四环素、红霉素、两性霉素、 制霉菌素敏感。 已分离的多为腐生，也有 致病的。分布在土壤、污水、垃圾、昆虫、 脊椎动物及人体中。
许多蓝细菌具有固氮能力。 单细胞类型蓝细菌的繁殖是通过二分裂、出芽、 断裂、多分裂或从无柄的个体释放一系列顶生 细胞进行繁殖。由丝状体构成的类型通过反复 的中间细胞分裂而生长或通过丝状体无规则地 断裂，或通过末端释放能运动的细胞断链进行 繁殖。
蓝细菌细胞有几种特化形式：
异形胞：丝状生长种类中的形大、壁厚、专司固氮功 能的细胞。
（1）产甲烷菌的细胞结构 有细胞封套（包括细胞壁、表面层、鞘和荚 膜）、细胞质膜、原生质和核质。G+和G产甲烷菌细胞壁结构和化学组分有所不同。 细胞封套有四种： ① 大多数G+产甲烷菌细胞壁在结构上与G+ 细菌相似，有1层和3层的，单层的厚1020nm（甲烷杆菌属），200nm（巴氏甲 烷八叠球菌）。化学组分是假胞壁质或是未 硫酸化的异多糖。3层（内层、中层和外层） 的厚20-30nm（瘤胃甲烷短杆菌）。
原核微生物之蓝细菌和古菌
• 五、古菌的分类
• 三类:按照古菌的生活习性和生理特性，古菌可分有三 大类型： 产甲烷菌，嗜热嗜酸菌，极端嗜盐菌 (Halophiles) . • 五群:在《伯杰氏系统细菌学手册》(第三卷) 中，将古 菌分为五大群： • 群1、产甲烷古菌； • 群2、古生硫酸盐还原菌； • 群3、极端嗜盐菌； • 群4、无细胞壁古生菌； • 群5、极端嗜热硫代谢菌。
古生菌的细胞形态
从热泉中分离的火山热原体 （Thermoplasma volcanium)(投影技术）
隐蔽热网菌（扫描电镜下的形态）
古菌的细胞形态
三、细胞结构
• 一）细胞壁
四、其他特点
代谢 古菌在代谢过程中有许多特殊的辅酶，如绝对厌氧的产甲烷菌有辅酶 M、P420、P430等。古菌因有五个类群，所以，他们的代谢呈多样性； 呼吸类型 它们多数为严格厌氧、兼性厌氧，还有专性好氧。Woese认为古菌没有 严格的好氧型，没有完全的光合型； 繁殖速度 古菌的繁殖速度较慢，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。它有特殊的代谢途径，有的古菌还有热稳定性酶和其他特 殊酶。
嗜盐古生菌的栖息地
菌紫质作为光感受器，利用光合成ATP，可成为生物芯片，用于制 作生物计算机的光开关、储存器等
紫膜光合磷酸化 （photophosphorylation by purple membrance）
+ H+ H H+ + + + + - - -
ATP酶 紫 膜 细胞壁 红 膜
ADP +Pi
第一篇第二章 原核微生物之 蓝细菌和古菌
蓝细菌（Cyanobacteria)
环境工程(细菌、古菌)2.1
w 或称性丝，每一个有性细菌有1根～4根，参与细 菌有性生殖时细菌间传递遗传物质。
8. 芽孢
某些细菌当环境恶劣时，细胞质浓缩凝集，逐步形成 一个圆形、椭圆形或圆柱形的休眠体，称为芽孢。
w类似（于1）“芽蚕结孢茧的变多蛹层”结构 w 由外至内，依次为 w ①芽孢外壁
由蛋白质、脂类和糖组成
w ②一层或几层芽孢衣
w 细菌：单细胞不分枝的原核微生物。 w 细菌细胞微小而透明，通常用适当染料染色后显微镜观察
（一）细菌的外形与大小
球菌
w 球菌就是球形的细菌，
它是这类细菌的总称， 细胞呈球形或椭圆形。
w l ．单球菌
w 2 ．双球菌
w 3．链球菌
图1-2
w 4 ．四联球菌
w 5．八叠球菌
w 6 ．葡萄球菌
杆菌
膜 菌w 膜或者在液体培养基表面形成 （轻）
w 使培养液混浊（中）
沉淀 w 或产生絮状
（粘重，如菌胶团、活性污泥）。对照
菌沉淀
均匀浑浊
细菌的物理化学性质 小结
（一）细菌表面电荷和等电点(P52-53) 细菌表面带负电荷 ；由细菌表面的蛋白质（两性电解质） 的等电点和外界的pH值所决定。
（二）细菌染色原理及染色方法 1.染色原理 通过染色，可增加菌体与背景的反差，在显 微
w 多层作用—使芽孢对高温、干燥、辐射、酸、碱和 有机溶剂等杀菌因子具有极强抵抗能力
w 芽孢“复苏”—合适的环境中，恢复普通的细胞结构， 失去各类抵抗功能。
能否形成芽孢，芽孢的形状、大小及其在细胞内的位置（如图 ），是细菌种的特征，在分类鉴定上有一定意义。
芽孢结构致密，染料不能渗入，不易着色。
芽胞的特点（P48-49）：
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极端嗜盐细菌
生活环境
高盐环境，如：晒盐场，天然盐湖，高盐腌渍食物等；
通常需盐下限为1.5mol/L的NaCl，多数需要NaCl为2～4mol/L 特点
◇细胞呈链状、杆状或球状； ◇靠钠、氯和镁离子维持细胞结构和硬度； ◇革兰氏阴性或阳性，好氧或兼性厌氧，化能有机营养型； ◇生长温度可高达55℃。
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
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嗜热嗜酸菌
包括：古生硫酸还原菌和极端嗜热古菌
特点：
◇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。
◇最适生长温度在70～105℃ ◇嗜酸性和嗜中性，自养或异氧生长。 ◇多数是硫代谢菌
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第二节 古 菌
1977年，carlwoese以16S rRNA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。
在分类地位上与真细菌和真核生物并列为三域（domain），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。
多生活于一些生存条件十分恶劣的极端环境中，例如高 温、高盐、高酸等。
第二章 原核微生物
李丽颖 freezinglily@ 83955931
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病毒
真细菌 细菌、放线菌、蓝细菌、 粘细菌、支原体、衣原 体、立克次氏体 古细菌
微 生 物
原核微生物
真核微生物
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第二节 古 菌
1. 古菌的特点 2. 古菌的分类 3. 环境保护和环境工程领域研究古菌的意义
◆ 直径一般在0.1~15 μm，丝状体长度有200 μm。
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古生菌的细胞形态
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美国黄石公园的间歇泉中漂流的彩色的古细菌
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从热泉中分离的火山热原体 （Thermoplasma 2014-10-16 volcanium)(投影技术）
隐蔽热网菌（扫描电镜下的形态）
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古菌的细胞形态
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2. 细胞结构
1) 细胞外膜 如：P30图2-1，古菌的细胞外膜结构。
2) 细胞壁
多含脂蛋白，不含二氨基庚二酸和胞壁酸，不受溶菌酶 和内酰胺抗生素的作用。
G+：含有各种复杂多聚体：
G-：没有外膜，含有蛋白质或糖蛋白亚基的表层，厚度在 20~40nm。
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细胞膜：与真细菌有所不同
产甲烷细菌的膜脂由甘油与聚异戊二烯以醚键连接， 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。 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 。
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代谢
有许多特殊的辅酶，代谢多样性。
呼吸类型 严格厌氧，兼性厌氧，专性好氧。 繁殖速度 生活习性 繁殖速度慢，进化速度慢。 极端环境中，如盐分高的湖泊，极热， 极酸，绝对厌氧的环镜。
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产甲烷菌：
细胞结构有：细胞封套（细胞壁，表面层，鞘，荚 膜）细胞质膜，原生质，核质。 G+，G-的细胞壁结构和化学组成不同。 利用氢气、甲酸或乙酸、CO2等还原产生甲烷 。
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环境工程微生物学
1. 细胞结构
包括：细胞封套（细胞壁、表面层、鞘和荚膜）、细胞 膜、细胞质和核质。
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六、环境保护和环境工程领域研究古菌的意义
喜在极端恶劣的环境中生活的微生物叫极端微生物（亦叫 嗜极微生物） 古菌多为嗜极微生物，对极端环境（酸、碱、高盐、热、 冷、高压等环境）具有很好的适应性和需要性。 环境工程涉及的极端性质的废水，如高盐废水（化工、发 酵工业废水）、酸性废水（味精废水pH=2~3，合成制药 废水pH=4)、碱性废水（造纸废水pH=14）、极毒重金属 废水、低温废水、高温废水等，以及极高浓度的有机废水， 几乎涵盖了自然极端环境的所有恶劣条件，用古菌处理可 以降低投资成本、节省运行费用、节约能源、提高处理效 率等方面发挥积极的作用。
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古生硫酸盐还原菌
不规则类球形，G-菌，由糖蛋白单位组成细胞壁。 极端嗜热，最适生长温度83℃，生长在海底热流火山口，厌
氧菌。
有产甲烷辅酶F420和甲烷蝶呤。 其电子供体为氢气、乳酸、葡萄糖。 还原SO42-、 S2O32-、硫代硫酸盐为硫化物。
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二、古菌的分类
按生活习性和生理特征分类 三类：产甲烷菌，嗜热嗜酸菌，极端嗜盐菌 《伯杰氏系统细菌学手册》（第一版,1984），将古菌分为五大群。
产甲烷菌，古生硫酸盐还原菌，极端学手册》（第二版，2001）
泉古生菌门，广古生菌门
原名：古细菌（archaebacteria）；后改名：古生菌（archaea）
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古菌是最古老的生命体，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。
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一、古菌(archaebacteria)的特点 1.形态 ◆ 球形，杆形，螺旋形，耳垂形，盘状，不规则形状， 多形态 ； ◆ 薄，扁平；有精确的方向和垂直的边构成的直角几 何形态； ◆ 有的以单细胞存在，有的呈丝状或团聚体；
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小贴士
这种古菌是英国微生物学家安东尼·瓦
尔斯比于１９８０年发现的，地点在红海附 近一个盐分含量很高的水池里。它身长约 0.15微米，呈方形，样子有点像邮票，这在 细菌中极为罕见。 在这种喜欢盐分的方形古菌被发现２０多年后，科学家最近终于在实验 室中成功培养了它，方形古菌还对氯化镁有极强耐受力。太阳系的一些天体 如木星的卫星木卫二和木卫三上，有着氯化镁含量很高的盐水。研究方形古 菌有可能为在这些天体上寻找生命提供线索。