03环境微生物学第三章古菌
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
• 主要分布于含硫温泉、火山口、燃烧后的煤矿等 环境。
10
二、常见的古菌
• 在酸性温泉和有火山岩浆的热土壤中，广泛存在 一种兼性化能自养菌，即酸热硫化叶菌 （Sulfolobus acidocaldarius）
• 该细菌既能嗜热又能嗜酸，能利用元素硫做为能 源物质，能在pH0.5的条件下生长，最适生长温 度为70℃～75℃，最高生长温度达85-90℃。
• 利用无机碳源（CO2）生长时，可利用硫代硫酸盐和H2 作电子供体。
• 生长温度范围：60－95oC；pH范围：4.57.5 • 主要分布于深海海底、热泉和地层深部储油层。
8
二、常见的古菌
（三）极端嗜盐菌
• 生活在很高浓度甚至接近饱和浓度盐环境中的一类古菌 • 生长需要至少1.5mol/L的NaCl。许多菌种需在3.5－
4
一、古菌的特点与分类
（二）古菌的分类
古菌
泉古菌(Crenarchaeota) 广古菌(Euryarchaeota) 初古菌门(Korarchaeota) 纳古菌门(Nanoarchaeota)
产甲烷菌
环境中常 见的古菌
硫酸盐还原菌 极端嗜盐菌 极端嗜热菌
嗜热嗜酸菌
5
二、常见的古菌
（一）产甲烷菌
H2+CO2，甲醇，甲 胺等
H2+CO2，（在110℃ 生长）
H2+CO2，甲酸，乙 醇
7
二、常见的古菌
（二）硫酸盐还原菌
• 可利用有机物、或无机碳源生长（有的能利用两者）。 • 利用有机物(葡萄糖、乳酸盐、甲酸盐和蛋白质等)为碳
源生长时，可以将硫酸盐、亚硫酸盐、硫代硫酸盐等还 原（作为电子受体）生成H2S（可望用于含硫酸盐废水 的处理）。也可还原单质硫。
6
产甲烷古菌代表属的主要特征
属名
甲烷杆菌目 甲烷杆菌
（Methanobacterium） 甲烷嗜热菌
（Methanothermus） 甲烷球菌目
甲烷球菌 （Methanococcus） 甲烷微菌目
甲烷微菌 （Methanomicrobium） 甲烷八叠球菌 （Methanosarcina）
甲烷喜热菌 （Methanopyrus）
• 细胞膜的主要成分是带有甘露糖和葡萄糖的 四醚类脂的脂多糖化合物，嗜热、嗜酸。细 胞大小为0.2－1.5 m 。
12
• 产甲烷菌是一大类在严格厌氧条件下产生甲烷的菌 • 能利用的化合物包括H2/CO2、甲酸、甲醇、乙酸、
甲胺等，在污水生物处理中具有重要的地位 • 细胞形态：球形、杆形、螺旋形、长丝形、螺旋形、
八叠球形等 • 适宜温度：一般25～40oC；高温性细菌：50~60oC
之间。 • 适宜pH：6.8～7.2（对pH变化敏感）
crenarcaeoya
热变形菌属 thermoproteus
甲烷八叠球菌
粘菌类
methanosarcina
Slime
甲烷杆菌属
entanoebaemolds
methanobacteria 甲烷球菌属
嗜盐菌 halophiles
methanococcus
真菌 fungi
植物 plants
纤毛类
紫色硫细菌 purple bacteria 蓝细菌 cyanobacteria
甲烷粒菌 （Methancorpusculum）
形状
革兰氏 染色
长杆形 +或-
杆状
+
不规则球 形
短杆状
-
不规则球 + 形
链杆状
+
不规则球 形
DNA中的 GC含量/% （摩尔分
数） 29~61
33 29~34
45~49
41~43
60
48~52
产甲烷基质
H2+CO2，甲酸
H2+CO2，也能还原S0 H2+CO2，丙酮酸， 甲酸 H2+CO2，甲酸
2
基于16SrRNA碱基顺序的细菌、古菌与真核生物的系统发育树
(摘自T.D.Brlck. Biology of Microorganisms.1997)
细菌 bacteria
古菌 achaca
真核生物 cukarya
绿色非硫细菌
green non sulfur bacteria
动物 animal
G+菌 gram positives
4.0mol/L的NaCl中才能生长良好。 • 能利用有机物（化能异养型），故可望用于高含盐废水的
处理 • 细胞形态：杆形、球形和三角形、多角形、盘形等 • 革兰氏阴性，极生鞭毛，运动或不运动 • 好氧或兼性厌氧；适宜温度：35－50oC；pH： 5.5－8.5 • 胞内含有类胡萝卜素，产红色、粉红色、橙色、紫色等各
• 该细菌在酸性温泉中还能把Fe2+氧化为Fe3+，并利 用CO2为碳源。
• 这种细菌不仅抗酸，耐高温，而且还能氧化无机 和有机硫化物，可用于细菌浸矿和处理石油和煤 中的含硫化合物，近年来备受关注。
11
二、常见的古菌
（五）嗜热嗜酸菌
• 该类古菌的最大特点是细胞无细胞壁，仅由 厚度为0－7nm的细胞膜包裹。
• 细胞壁：具有与细菌功能相似的细胞壁。但细胞壁中 不含肽聚糖，含有类似肽聚糖结构的假肽聚糖。
• 细胞膜：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，而古菌细胞膜中的脂类由甘油醚 构成。
• 细胞大小：直径0.11.5μm。有一些种类形成细胞团 簇或者纤维，长度可达2Βιβλιοθήκη Baidu0m
• 细胞形状：多样
种不同色素。
9
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。
第三章 古菌
一、古菌的特点与分类 二、常见的古菌
• 产甲烷菌 • 硫酸盐还原菌 • 极端嗜盐菌 • 极端嗜热菌 • 嗜热嗜酸菌
1
一、古菌的特点与分类
（一）古菌的特点
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。在细胞结构和代谢上与细 菌接近，但细胞壁、细胞膜、16S rRNA 中核苷酸 顺序等都与细菌不同，也与真核生物不同。但在基 因转录和翻译这两个分子生物学的中心过程上，接 近于真核生物。
黄杆菌属 flavobacteria
热网菌属 pyrodictum
热球菌属 thermococctus
korarchaeota
ciliates
鞭毛类 三fl分ag体ellates trichononds 微担孢体 microsporidia
themotogales
二分体 diplononods 3
一、古菌的特点与分类
10
二、常见的古菌
• 在酸性温泉和有火山岩浆的热土壤中，广泛存在 一种兼性化能自养菌，即酸热硫化叶菌 （Sulfolobus acidocaldarius）
• 该细菌既能嗜热又能嗜酸，能利用元素硫做为能 源物质，能在pH0.5的条件下生长，最适生长温 度为70℃～75℃，最高生长温度达85-90℃。
• 利用无机碳源（CO2）生长时，可利用硫代硫酸盐和H2 作电子供体。
• 生长温度范围：60－95oC；pH范围：4.57.5 • 主要分布于深海海底、热泉和地层深部储油层。
8
二、常见的古菌
（三）极端嗜盐菌
• 生活在很高浓度甚至接近饱和浓度盐环境中的一类古菌 • 生长需要至少1.5mol/L的NaCl。许多菌种需在3.5－
4
一、古菌的特点与分类
（二）古菌的分类
古菌
泉古菌(Crenarchaeota) 广古菌(Euryarchaeota) 初古菌门(Korarchaeota) 纳古菌门(Nanoarchaeota)
产甲烷菌
环境中常 见的古菌
硫酸盐还原菌 极端嗜盐菌 极端嗜热菌
嗜热嗜酸菌
5
二、常见的古菌
（一）产甲烷菌
H2+CO2，甲醇，甲 胺等
H2+CO2，（在110℃ 生长）
H2+CO2，甲酸，乙 醇
7
二、常见的古菌
（二）硫酸盐还原菌
• 可利用有机物、或无机碳源生长（有的能利用两者）。 • 利用有机物(葡萄糖、乳酸盐、甲酸盐和蛋白质等)为碳
源生长时，可以将硫酸盐、亚硫酸盐、硫代硫酸盐等还 原（作为电子受体）生成H2S（可望用于含硫酸盐废水 的处理）。也可还原单质硫。
6
产甲烷古菌代表属的主要特征
属名
甲烷杆菌目 甲烷杆菌
（Methanobacterium） 甲烷嗜热菌
（Methanothermus） 甲烷球菌目
甲烷球菌 （Methanococcus） 甲烷微菌目
甲烷微菌 （Methanomicrobium） 甲烷八叠球菌 （Methanosarcina）
甲烷喜热菌 （Methanopyrus）
• 细胞膜的主要成分是带有甘露糖和葡萄糖的 四醚类脂的脂多糖化合物，嗜热、嗜酸。细 胞大小为0.2－1.5 m 。
12
• 产甲烷菌是一大类在严格厌氧条件下产生甲烷的菌 • 能利用的化合物包括H2/CO2、甲酸、甲醇、乙酸、
甲胺等，在污水生物处理中具有重要的地位 • 细胞形态：球形、杆形、螺旋形、长丝形、螺旋形、
八叠球形等 • 适宜温度：一般25～40oC；高温性细菌：50~60oC
之间。 • 适宜pH：6.8～7.2（对pH变化敏感）
crenarcaeoya
热变形菌属 thermoproteus
甲烷八叠球菌
粘菌类
methanosarcina
Slime
甲烷杆菌属
entanoebaemolds
methanobacteria 甲烷球菌属
嗜盐菌 halophiles
methanococcus
真菌 fungi
植物 plants
纤毛类
紫色硫细菌 purple bacteria 蓝细菌 cyanobacteria
甲烷粒菌 （Methancorpusculum）
形状
革兰氏 染色
长杆形 +或-
杆状
+
不规则球 形
短杆状
-
不规则球 + 形
链杆状
+
不规则球 形
DNA中的 GC含量/% （摩尔分
数） 29~61
33 29~34
45~49
41~43
60
48~52
产甲烷基质
H2+CO2，甲酸
H2+CO2，也能还原S0 H2+CO2，丙酮酸， 甲酸 H2+CO2，甲酸
2
基于16SrRNA碱基顺序的细菌、古菌与真核生物的系统发育树
(摘自T.D.Brlck. Biology of Microorganisms.1997)
细菌 bacteria
古菌 achaca
真核生物 cukarya
绿色非硫细菌
green non sulfur bacteria
动物 animal
G+菌 gram positives
4.0mol/L的NaCl中才能生长良好。 • 能利用有机物（化能异养型），故可望用于高含盐废水的
处理 • 细胞形态：杆形、球形和三角形、多角形、盘形等 • 革兰氏阴性，极生鞭毛，运动或不运动 • 好氧或兼性厌氧；适宜温度：35－50oC；pH： 5.5－8.5 • 胞内含有类胡萝卜素，产红色、粉红色、橙色、紫色等各
• 该细菌在酸性温泉中还能把Fe2+氧化为Fe3+，并利 用CO2为碳源。
• 这种细菌不仅抗酸，耐高温，而且还能氧化无机 和有机硫化物，可用于细菌浸矿和处理石油和煤 中的含硫化合物，近年来备受关注。
11
二、常见的古菌
（五）嗜热嗜酸菌
• 该类古菌的最大特点是细胞无细胞壁，仅由 厚度为0－7nm的细胞膜包裹。
• 细胞壁：具有与细菌功能相似的细胞壁。但细胞壁中 不含肽聚糖，含有类似肽聚糖结构的假肽聚糖。
• 细胞膜：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，而古菌细胞膜中的脂类由甘油醚 构成。
• 细胞大小：直径0.11.5μm。有一些种类形成细胞团 簇或者纤维，长度可达2Βιβλιοθήκη Baidu0m
• 细胞形状：多样
种不同色素。
9
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。
第三章 古菌
一、古菌的特点与分类 二、常见的古菌
• 产甲烷菌 • 硫酸盐还原菌 • 极端嗜盐菌 • 极端嗜热菌 • 嗜热嗜酸菌
1
一、古菌的特点与分类
（一）古菌的特点
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。在细胞结构和代谢上与细 菌接近，但细胞壁、细胞膜、16S rRNA 中核苷酸 顺序等都与细菌不同，也与真核生物不同。但在基 因转录和翻译这两个分子生物学的中心过程上，接 近于真核生物。
黄杆菌属 flavobacteria
热网菌属 pyrodictum
热球菌属 thermococctus
korarchaeota
ciliates
鞭毛类 三fl分ag体ellates trichononds 微担孢体 microsporidia
themotogales
二分体 diplononods 3
一、古菌的特点与分类