《环境工程微生物学》课程教学课件（环境微生物学，讲稿）古生菌（古菌）

古菌第三章、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 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

一、古菌的特点与分类()古菌的特点①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。①看上去象细菌，但是有些基因和代谢途径和真核细胞更接近，具有独特的细胞壁和细胞膜成分。①大量存在，在碳和氮的循环中起到重要作用，能够生活在一些很极端的环境中。火山温泉

2 一、古菌的特点与分类 Ø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。 Ø看上去象细菌，但是有些基因和代谢途径和真核 细胞更接近，具有独特的细胞壁和细胞膜成分。 Ø大量存在，在碳和氮的循环中起到重要作用，能 够生活在一些很极端的环境中。 （一）古菌的特点 火山温泉

古菌的细胞膜酯键Ester脂肪酸侧链Fattyacid side chainCH,OHO古菌的细胞膜与其它所有生物的细AHC-O-C-CH2-(CH2)13-CH3胞膜有四个不同CH,OH细菌、真核生物1.成分为甘油醚，能抗强酸强碱Bacteria,Eukarya植烷基侧链2.化学旋光性不同，合成酶也不同Phytanyl side chain醚键EtherHHHHCH2OH3.脂链为类异戊二烯，可耐高温HC-O—C-CH2—C—(CH2)3—C-(CH2)3—C—(CH2)3-C-CH34.脂链可融合成单层膜，刚性提高CH3CH3CH3CH3CH2OHArchaea支链结构，不易变形苦生菌Figure11.18 Lipids in Bacteria, Eukarya,and Archaea. InEukarya,lipids containfatty acids (palmitic acid is shown)Ether linkagePhytany植烷基侧链Figure 4.19Major lipids of Archaea and the structure of aster linkages to glycerol.In Archaea,the side chains arechaeal membranes, (a) Glycerol diethers. (b) Diglycerol tetraethersCHNote that in both cases, the hydrocarbon is attached to the glycerol byH,C-O-Crocarbons(phytanyl,C2o,isshown)bondedbyetherlinkagesether linkages. Hydrocarbon in (a) phytanyt (Cao) and (b) dibiphytanyHC-O-C(Cao), (c, d) Membrane structure in Archaea. (c) Lipid bilayer. (d) Lipidytanyl issynthesizedfromisoprene (opoFigure4.18c)monolayer.H,COPO,2磷酸基CH, group(a) Gtycurol dietherBiphytanyl双植烷基侧链HOCHH,C-O-CC-O-CHHC-0-0C-O-CH,H,COPO,2磷酸基(b) Diglycerof 醇tefraethePhosphateGlyceralPhytanylBiphytanylraneproteir(c) Lipid bilayer超嘴热古生菌(d) Lipid monolayer

古菌的细胞膜 Ø 古菌的细胞膜与其它所有生物的细 胞膜有四个不同 1.成分为甘油醚，能抗强酸强碱 2.化学旋光性不同，合成酶也不同 3.脂链为类异戊二烯，可耐高温 4.脂链可融合成单层膜，刚性提高 细菌、真核生物 酯键 醚键 古生菌 脂肪酸侧链 植烷基侧链 支链结构，不易变形 醇 磷酸基 磷酸基 植烷基侧链 双植烷基侧链 超嗜热古生菌

OH2CPO11OOC-HCHzOC3O=C-OCH2HO=C-OC1川HC?O.WWWwWWW

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古菌的细胞壁①古菌的细胞壁也很特殊1.S-layer：由蛋白二维阵列形成2.假肽聚糖一无D-型氨基酸和N-乙酰胞壁酸蛋白LysozyrNAC000O00oCCoS-layerCH,OH无外膜革兰氏阴性CytoplasmicNADNATmembraneALPeoficPorossHlin复杂多聚体GuS-layerPseudomureinNATNAG伪肽聚糖革兰氏阳性a S-laverTigure 4.33Pseudepeptidoglyeas and s-layers.lue Sinucture of peutopetidoglyoan, the oel wall potymer ct Methanobacterus specissCytoplasmicBote the reseanoe to the astucture ot peptidegiycsm showm im figire 4.28,pecislly the pepode cmoss-lislu, in tis case bohwoen X-atstyl-membraneacacd (NAnsmkadteduesNN-Aceamie.(hTanesectronmisogragh otaperot an B-layer shonume ct this ceil wall laryec.Shows as thesS-iayertromthe prokaryoteAquaupinilumnevpemr itmembet atngeepatarystathe Bocericg: teis S-layer disptays htxagenial rymnetry as do maty ot the S-layers found in Aachaa

古菌的细胞壁 Ø 古菌的细胞壁也很特殊 1.S-layer：由蛋白二维阵列形成 2.假肽聚糖—无D-型氨基酸和 N-乙酰胞壁酸 革兰氏阴性 革兰氏阳性 无外膜 蛋 白 复杂多聚体

细菌、古菌和真核细胞的比较比较项目细菌古菌真核细胞>2um细胞大小0.5-5um0.1-1.5um单细胞单细胞细胞数目单或多细胞无无有细胞核无无有细胞器肽聚糖细胞壁成分假肽聚糖纤维素，几丁质甘油磷酯甘油醚细胞膜成分甘油磷酯生殖方式裂生、出芽裂生、出芽、孢子无性和有性转录与翻译原核系统类真核系统真核系统无致病性有不少有的有问题：分类的依据是什么？

6 细菌、古菌和真核细胞的比较 比较项目 细菌 古菌 真核细胞 细胞大小 0.5-5um 0.1-1.5um >2um 细胞数目 单细胞 单细胞 单或多细胞 细胞核 无 无 有 细胞器 无 无 有 细胞壁成分 肽聚糖 假肽聚糖 纤维素，几丁质 细胞膜成分 甘油磷酯 甘油醚 甘油磷酯 生殖方式 裂生、出芽、孢子 裂生、出芽 无性和有性 转录与翻译 原核系统 类真核系统 真核系统 致病性 有不少 无 有的有 问题：分类的依据是什么？

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.BiologyofMicroorganisms.1997）真核生物细菌古菌eukaryotabacteriaarchaea绿色非硫细菌green non动物sulfur bacteriaanimal真菌G+菌甲烷八叠球菌粘菌类fungigramSlimemethanosarcinapositivesentanoebaemolds植物甲烷杆菌属crenarcaeoya嗜盐菌plantsmethanobacteria热变形菌属甲烷球菌属halophiles纤毛类thermoproteusmethanococcusciliates热球菌属紫色硫细菌thermococctus鞭毛类purplebacteria热网菌属蓝细菌flagellates三分体pyrodictumcyanobacteriakorarchaeotatrichononds黄杆菌属微担孢体flavobacteriamicrosporidia二分体themotogalesdiplononods

7 绿色非硫细菌 green non sulfur bacteria G+菌 gram positives 紫色硫细菌 purple bacteria 蓝细菌 cyanobacteria 黄杆菌属 flavobacteria themotogales korarchaeota 热网菌属 pyrodictum 热变形菌属 thermoproteus 热球菌属 thermococctus 甲烷球菌属 methanococcus 甲烷杆菌属 methanobacteria crenarcaeoya 甲烷八叠球菌 methanosarcina 嗜盐菌 halophiles entanoebae 粘菌类 Slime molds 动物 animal 真菌 fungi 植物 plants 纤毛类 ciliates 鞭毛类 flagellates 三分体 trichononds 微担孢体 microsporidia 二分体 diplononods 细菌 bacteria 古菌 archaea 真核生物 eukaryota 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)

一、古菌的特点与分类古菌的分类()泉古菌（Crenarchaeota）广古菌（Euryarchaeota）古菌古生古菌门（Korarchaeota）纳古菌门(Nanoarchaeota)产甲烷菌硫酸盐还原菌环境中常极端嗜盐菌见的古菌极端嗜热菌嗜热嗜酸菌

8 一、古菌的特点与分类 （二）古菌的分类 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 泉古菌(Crenarchaeota) 广古菌(Euryarchaeota) 古生古菌门(Korarchaeota) 纳古菌门(Nanoarchaeota) 古菌 环境中常 见的古菌

海洋广古生菌MarineEuryarchaeotaMarineCrenarchaeotaEuryarchaeotaHalobacterium广古生菌门ArchaeoglobusHalococcusExtremeNatronococcushalophilesMethanobacteriumMethanocaldococcus极端嗜盐菌CrenarchaeotaHalophilicmethanogenMethanothermus泉古生菌门嗜盐甲烷菌SulfolobusPyrodictiumMethanosarcinaThermococcus/PyrococcusMethanospiillumThermoproteusHyperthermophiles超嗜热菌ThermoplasmaMethanopyrusDesulfurococcusPicrophilusFerroplasma古生古生菌门KorarchaeotaExtremeacidophilesNanoarchaeota极端嗜酸菌纳米古生菌门Figure 13.1 Detailed phylogenetic tree of the Archaea based on 16S ribosomal RNA gene sequence comparisons,The marineEuryarchaeota and marineCrenarchaeota areknownthusfaronlyfromcommunitysampling(cooSection 11.7,18.5,and 18.6).NotallMethanobacteriumspeciesarehyperthermophiles.根据16SrRNA基因序列比对绘制的古生菌系统发育树

9 根据16S rRNA基因序列比对绘制的古生菌系统发育树 海洋广古生菌 广古生菌门 泉古生菌门 纳米古生菌门 古生古生菌门 极端嗜酸菌 超嗜热菌 极端嗜盐菌 嗜盐甲烷菌

二、常见的古菌（一）产甲烷菌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H,/CO,、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25～40C；高温性细菌：50~60℃之间。适宜pH：6.8～7.2（对pH变化敏感）

10 二、常见的古菌 • 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） （一）产甲烷菌