古菌第三章一、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 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0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>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>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 ➢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。 ➢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。 ➢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
古菌的细胞膜和细胞壁>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VS-layer0oCOo0O革兰氏阴性Cytoplasmicmembrane>古菌的细胞壁也很特殊S-layer1.S-layer：由蛋白二维阵列形成Pseudomurein革兰氏阳性2.假肽聚糖一无D-型氨基酸和Cytoplasmicmembrane磷壁酸，多种糖类
3 古菌的细胞膜和细胞壁 ➢ 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 磷壁酸，多种糖类 ➢ 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 革兰氏阴性 革兰氏阳性
细菌、古菌和真核细胞的比较细菌比较项目古菌真核细胞细胞大小>2um0.5-5um0.1-1.5um单细胞细胞数目单细胞单或多细胞无无有细胞核有无无细胞器生殖方式裂生、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肽聚糖细胞壁成分假肽聚糖纤维素，几丁质细胞膜成分甘油磷酯甘油醚甘油磷酯无致病性有不少有的有问题：分类的依据是什么？
4 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 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 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 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.I997)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purple bacteria热网菌属蓝细菌flagellates三穷体pyrodictumcyanobacteriakorarchaeotatrichononds黄杆菌属微担孢体flavobacteriamicrosporidia二分体themotogalesdiplononods
5 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)
基于31个同源基因，191个种的细菌、古菌与真核生物的系统发育树(Science,2006,311:1283.)AnimalsFungiGram-positivesChlamydiaeSlime mouldsGreennonsulfurbacteriaPlantsActinobacteriaAlgaePlanctomycetesSpirochaetesProtozoaFusobacteriaCrenarchaeotaCyanobacteriaNanoarchaeota(blue-green algae)ThermophilicEuryarchaeotasulfate-reducersAcidobacteriaProteobacteria
6 基于31个同源基因，191个种的细菌、古菌与真核生物的系统 发育树 (Science, 2006, 311:1283.)
一、古菌的特点与分类()古菌的分类泉古菌（Crenarchaeota）广古菌（Euryarchaeota）古菌初古菌门(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
7 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) 初古菌门(Korarchaeota) 纳古菌门(Nanoarchaeota) 古菌 环境中常 见的古菌
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螺旋形细胞形态：球形、杆形、螺旋形、长丝形、虫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）
8 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
产甲烷的反应· CO,+H2· HCOOH: CO+H,O? CH,OH·CH,NH,CI+H,O: CH,OH+H: CH,COO+H,O产甲烷过程中获得什么？
9 产甲烷的反应 • CO2+H2 • HCOOH • CO+H2O • CH3OH • CH3NH3Cl+H2O • CH3OH+H2 • CH3COO-+H2O 产甲烷过程中获得什么？ CH4 + H2O CH4 + CO2 + H2O CH4 + CO2 CH4 + CO2 + H2O CH4 + CO2 + NH4Cl CH4 + H2O CH4 + HCO3 -
产甲烷古菌代表属的主要特征DNA中的革兰氏GC含量/%形状产甲烷基质属名染色（摩尔分数)+或甲烷杆菌目长杆形29~61H,+CO2，甲酸甲烷杆菌（Methanobacterium）杆状33甲烷嗜热菌+H,+CO2，也能还原So(Methanothermus）甲烷球菌目29~34不规则球丙酮酸，H,+CO2,形甲烷球菌甲酸(Methanococcus）甲烷微菌目短杆状45~49H,+CO2，甲酸甲烷微菌（Methanomicrobium）41~43甲烷八叠球菌不规则球+甲醇，甲H,+CO,,形(Methanosarcina)胺等60链杆状甲烷喜热菌+(在110℃H,+CO2,(Methanopyrus）生长)甲烷粒菌不规则球48~52甲酸，乙H,+CO,,形(Methancorpusculum)醇
10 属名 形状 革兰氏 染色 DNA中的 GC含量/% （摩尔分 数） 产甲烷基质 甲烷杆菌目 甲烷杆菌 （Methanobacterium） 长杆形 +或- 29~61 H2+CO2，甲酸 甲烷嗜热菌 （Methanothermus） 杆状 + 33 H2+CO2，也能还原S 0 甲烷球菌目 甲烷球菌 （Methanococcus） 不规则球 形 - 29~34 H2+CO2，丙酮酸， 甲酸 甲烷微菌目 甲烷微菌 （Methanomicrobium） 短杆状 - 45~49 H2+CO2，甲酸 甲烷八叠球菌 （Methanosarcina） 不规则球 形 + 41~43 H2+CO2，甲醇，甲 胺等 甲烷喜热菌 （Methanopyrus） 链杆状 + 60 H2+CO2，（在110℃ 生长） 甲烷粒菌 （Methancorpusculum） 不规则球 形 - 48~52 H2+CO2，甲酸，乙 醇 产甲烷古菌代表属的主要特征