第二章原核微生物古菌.

2019/12/191第一节细菌第二节古菌第三节放线菌第四节蓝细菌第五节支原体、衣原体以及立克次氏体第二章原核微生物2019/12/192第二节古菌古菌和细菌、真核生物并列（见教材P7绪图-1）。古菌即分享有细菌和真核生物的结构特点，但又不同于细菌又不同于真核生物。尤其是用16SrRNA碱基顺序比较后,明显看到其不同于细菌和真核生物的特殊性。故自1977年后，人们将这类特殊菌与细菌彻底分开，另为一门。2019/12/193一、概念的提出1977年，美国学者Woese以16SrRNA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，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。原名：古细菌（Archaebacteria）；后改名：古菌（Archaea）2019/12/194一、古菌的特点二、古菌的分类我们今天主要讲以下两大内容：这里我们会重点讲一下产甲烷菌。1.古菌的形态2.古菌的细胞结构3.代谢4.呼吸类型5.繁殖方式6.生活习性2019/12/195一、古菌的特点1.古菌的形态古菌的细胞很薄,扁平。有的是精确的方角和垂直的边构成直角几何形态的细胞;2.古菌的细胞结构细胞壁：大多数古菌的细胞壁不含二氨基庚二酸和胞壁酸古菌的细胞壁化学成分被称作假胞壁质，或异多糖（未硫酸化）。2019/12/196（一）细胞壁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。β-1,3糖苷键不被溶菌酶水解2019/12/197对比：真细菌细胞壁肽聚糖结构：2019/12/198对比：真核生物的皮肤及软骨组织中的硫酸化异多糖：真核生物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。2019/12/199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。一、古菌的特点之细胞壁2019/12/1910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蛋白质细胞壁古生菌细胞壁种类如下：2019/12/1911古生菌的质膜在本质上也是由磷脂组成，但它比真细菌或真核生物具有更明显的多样性。亲水头（甘油）与疏水尾（烃链）间是通过醚键而不是酯键连接的；细胞膜的化学组分存在多样性；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，而真细菌或真核生物的细胞质膜都是双分子层。（二）细胞膜2019/12/1912细胞膜组分：主要是脂蛋白，蛋白质是酸性的，脂类主要成分是非皂化性的甘油二醚：皂化反应：是指脂类与碱的反应，脂类中含酯健。甘油三酯（脂类）的皂化反应2019/12/1913真细菌：细胞膜磷脂中含皂化性的甘油二酯（见右图A）古菌：含非皂化性的甘油二醚（见右图B）2019/12/1914（三）细胞质和内含物无复杂内膜的细胞器；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2019/12/1915（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2019/12/19163.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、F420、F430等。古菌因有五个类群,所以,他们的代谢呈多样性;4.呼吸类型它们多数为严格厌氧、兼性厌氧,还有专性好氧。一、古菌的特点2019/12/19175.繁殖速度古菌的繁殖速度较慢,进化速度也比细菌慢;所以叫古菌。6.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它特殊酶一、古菌的特点2019/12/1918二、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)。二、古菌的分类2019/12/1919二、古菌的分类产甲烷菌2019/12/1920二、古菌的分类噬热菌2019/12/1921二、古菌的分类极端噬盐菌2019/12/19222019/12/1923•隐蔽热网菌（Pyrodictiumoccultum）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℃。2019/12/1924在《伯杰氏系统细菌学手册》(第三卷）(BergeysManualofSystematicBacteriologyVolume3)中,将古菌分为五大群:二、古菌的分类2019/12/19251.产甲烷古菌(MethanogenicAr-chaeobacteria),2.古生硫酸盐还原菌(ArchaeobacterialSulfateReducers),3.极端嗜盐菌(ExtremelyHalophilicArchaeobacteria),4.无细胞壁古生菌(CellWall-lessArchaeoba-cteria)，5.极端嗜热硫代谢菌(ExtremelyThemophilicS-Metabo-lizers),2019/12/1926二、古菌的分类下面重点讲一下产甲烷菌。2019/12/1927(一)产甲烷菌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。深层地表中的产甲烷菌二、古菌的分类之产甲烷菌2019/12/19281974年《伯杰氏细菌鉴定手册》(第八版)中将产甲烷菌归属为1科、3属、9种。1979年Balch(贝尔奇)依据16SrRNA碱基顺序间同源性SAB(associationcoefficient)的大小,将产甲烷菌分为3目、4科、7属、13种。1989年《伯杰氏系统细菌学手册第三卷》(第一版)中将产甲烷菌分类为3目、6科、13属、43种。截至1992年已发展为3目、7科、19属、70种。二、古菌的分类之产甲烷菌人们对产甲烷菌的认识的发展：2019/12/1929产甲烷菌是专性厌氧菌,产甲烷菌的几种代表菌形态：可见产甲烷菌有球状、杆状、螺旋状、丝状4种主要形态。二、古菌的分类2019/12/19301.产甲烷菌的细胞结构二、古菌的分类产甲烷菌的细胞结构细胞封套细胞质膜原生质核质细胞壁表面层鞘或荚膜产甲烷菌有G+菌(革兰氏阳性菌)和G-菌(革兰氏阴性菌)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：2019/12/1931二、古菌的分类CW2019/12/1932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）甲烷杆菌属和甲烷短杆菌属（壁层为单层，厚度为10～20nm）巴氏甲烷八叠球菌（壁层只一层,厚200nm）瘤胃甲烷短杆菌（壁层分三层，厚20～30nm，有内层、中层和外层，外层在细胞分裂横隔形成时消失。）类型1是古菌细胞结构中最普遍的，我们常见的如：二、古菌的分类2019/12/1933坚硬的拟胞壁质层由蛋白质亚基排列而成的表层。二、古菌的分类类型Ⅱ（存在于G+嗜热高温甲烷菌中）2019/12/1934二、古菌的分类类型Ⅲ由蛋白质或糖蛋白亚基组成的亚表层此种细胞壁见于所有嗜热嗜酸菌、多数嗜盐古细菌与部分产甲烷细菌中。（典型G-古细菌的细胞壁）2019/12/1935二、古菌的分类类型Ⅳ致密的弹性层蛋白原纤维鞘（可包裹几个细胞）类型Ⅳ是结构最复杂的（见于甲烷螺菌属和甲烷丝菌属）2019/12/19362.产甲烷菌的培养方法产甲烷菌是专性厌氧菌,它的分离和培养等的操作均需要在特殊的环境和用特殊的技术进行，目前最好的是厌氧手套箱。厌氧手套箱由四部分组成:①附有手套的密闭透明薄膜箱。②附有两个可开启的可抽真空的金属空气隔离箱。③真空泵。④氢和高纯氮的供应系统。二、古菌的分类2019/12/1937厌氧手套箱（Anaerobieglovebox，中国生物器材网）2019/12/1938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2019/12/1939⑵放线菌的生存方式及分布：腐生菌共生菌寄生菌⑶放线菌的主要种类：1.诺卡氏菌属(Nocardia)2.链霉菌属(Streptomyces)⑷放线菌的营养类型：化能有机营养型放线菌的几个基本概念⑴放线菌的菌体：由菌丝组成,菌丝分支,为单细胞。在菌丝生长过程中,核物质不断复制分裂,然而细胞不形成横膈膜,也不分裂,而是无数分支的菌丝组成很细密的菌丝体。2019/12/1940我们接下来主要要讲的是：一、放线菌的形态构造（以链霉菌为例）二、放线菌的菌落形态三、放线菌的繁殖四、放线菌主要属类的特性及功用2019/12/1941一、放线菌的形态构造固体基质基内菌丝分生孢子孢子丝多细胞核气生菌丝放线菌的形态和构造模式图2019/12/1942（一）放线菌的菌丝营养菌丝（基内菌丝）潜入固体培养基内摄取营养,菌丝宽度为0.2～0.80μm,通常不超过1.4μm,长度为50～600μm之间,有无色的、有产色素的(黄、橙、红、紫、蓝、绿、褐、黑)。色素有水溶性的和脂溶性的。气生菌丝它由营养菌丝长出培养基外,伸向空间的菌丝为气生菌丝。比营养菌丝粗,直径为1～1.4μm。有呈弯曲状、直线状或螺旋状。有产色素的。一、放线菌的形态构造2019/12/1943孢子丝的形态多样；孢子的形态多样；孢子丝和孢子的形态是对放线菌进行分类、鉴定的重要指标孢子丝（繁殖菌丝）一、放线菌的形态构造2019/12/1944营养菌丝匍匐生长于培养基内，吸收营养营养菌丝发育到一定阶段，伸向空间形成气生菌丝气生菌丝发育到一定阶段，其上可分化出形成孢子的菌丝，即孢子丝2019/12/19452019/12/1946通过电镜观察表明：孢子丝形成方式：横隔分裂；★游动放线菌科的各属：形成孢子囊（长在气生菌丝或基内菌丝上）孢子囊内孢子：有的具鞭毛，可运动一、放线菌的形态构造（二）放线菌的孢子形成2019/12/1947放线菌菌丝比较位置大小生物功能其他基内菌丝培养基内宽度：0.2~0.80um长度：50~600um吸收营养气生菌丝空气中宽度：1~1.4um形成孢子丝孢子丝空气中如上释放孢子繁殖可产色素一、放线菌的形态构造2019/12/1948二、放线菌的菌落形态放线菌的菌落：是由一个分生孢子或一段营养菌丝生长繁殖引起许多菌丝互相缠绕而成。二、放线菌的菌落形态链霉菌的菌落形态早期菌落类似细菌，后期表面干燥、粉粒状、绒状并常有辐射皱折。菌落一般小，质地较密，不易挑起，常有各种不同的颜色。2019/12/1949菌落一般只有基质菌丝，没有气生菌丝或只有很薄一层气生菌丝，靠菌丝断裂进行繁殖。结构松散，粘着力差，易于挑起，也有特征性的颜色。。诺卡氏菌的菌落形态二、放线菌的菌落形态2019/12/1950放线菌在固体培养基上的菌落特征•在固体培养基表面，放线菌的细胞有基内菌丝和气生菌丝的分化，气生菌丝到成熟时会分化成孢子丝并产生成串的干粉壮孢子，这些气生菌丝或孢子丝伸展在空气中，菌丝间一般都不会存在毛细血管水。这就使放线菌获得其特有的与细菌不同的菌落特征：•干燥、不透明、表面呈致密的丝绒状，上有一层色彩鲜艳的干粉；菌落和培养基的连接紧密，难以挑取；菌落的正反面颜色常常不一致，以及菌落边缘培养基的平面有变形现象。2019/12/1951放线菌的菌落特征•A：诺尔斯氏链霉菌•B：皮疽诺卡氏菌•C：酒红指孢囊菌•D：游动放线菌；•E：小单胞菌；•F：皱双孢马杜拉放线菌2019/12/1952产抗菌素的放线