水處理生物學第三章3

水處理生物學第三章演示文稿2023/4/71現(xiàn)在是1頁\一共有37頁\編輯于星期三2023/4/72水處理生物學第三章現(xiàn)在是2頁\一共有37頁\編輯于星期三本章內容水處理生物學的研究對象和任務生物的分類和命名水處理相關的主要生物類別微生物種類微生物的特點其他水生生物簡介現(xiàn)在是3頁\一共有37頁\編輯于星期三三原界（三域）系統(tǒng)：沃斯，1978

根據(jù)生物的16SrRNA堿基序列，對生物進行劃分。真細菌古細菌真核生物現(xiàn)在是4頁\一共有37頁\編輯于星期三產甲烷菌極端嗜鹽菌極端嗜熱菌無細胞壁的古細菌美國黃石公園的間歇泉中漂流的彩色的古細菌現(xiàn)在是5頁\一共有37頁\編輯于星期三

古菌是最古老的生命體，如果將地球約46億年的年齡比作一年，那么古菌早在3月20日就出現(xiàn)了，而人類誕生不過是12月31日的事。

古菌常被發(fā)現(xiàn)生活于各種極端自然環(huán)境下，如大洋底部的高壓熱溢口、熱泉、鹽堿湖等。在我們這個星球上，古菌代表著生命的極限，確定了生物圈的范圍。如：熱網菌（Pyrodictium）能夠在高達113℃的溫度下生長。隱蔽熱網菌Pyrodictiumoccultum古菌還廣泛分布于各種自然環(huán)境中，土壤、海水、沼澤地中均生活著古菌。很多產甲烷的古菌生存在動物的消化道中，如反芻動物、白蟻或者人類。古菌通常對其它生物無害，且未知有致病古菌。現(xiàn)在是6頁\一共有37頁\編輯于星期三原核細胞的核糖體較小,沉降系數(shù)為70S（1S=10-13秒）由50S大亞基和30S小亞基50S大亞基含有34種不同的蛋白質和兩種RNA分子，相對分子質量大的rRNA的沉降系數(shù)為23S，相對分子質量小的rRNA為5S。30S小亞基含有21種蛋白質和一個16S的rRNA分子。真核細胞核糖體的沉降系數(shù)為80S，大亞基為60S，小亞基為40S。在大亞基中，有大約49種蛋白質，另外有三種rRNA∶28SrRNA、5SrRNA和5.8SrRNA。小亞基含有大約33種蛋白質，一種18S的rRNA

現(xiàn)在是7頁\一共有37頁\編輯于星期三古細菌概念1977年由CarlWoese和GeorgeFox提出的，原因是它們在16SrRNA的系統(tǒng)發(fā)生樹上和其它原核生物的區(qū)別。這兩組原核生物起初被定為古細菌(Archaebacteria)和真細菌(Eubacteria)兩個界或亞界。Woese認為它們是兩支根本不同的生物，于是重新命名其為古菌(Archaea)和細菌(Bacteria)，這兩支和真核生物(Eukarya)一起構成了生物的三域系統(tǒng)?，F(xiàn)在是8頁\一共有37頁\編輯于星期三

在細胞結構和代謝上，古菌在很多方面接近其它原核生物。然而在基因轉錄過程上，它們并不明顯表現(xiàn)出細菌的特征，反而非常接近真核生物。比如，古菌的轉譯使用真核的啟動和延伸因子，且轉譯過程需要真核生物中的TATA框結合蛋白和TFIIB(轉錄調節(jié)因子)。古菌還具有一些其它特征。與大多數(shù)細菌不同，它們的細胞壁缺少肽聚糖。（假肽聚糖，復雜多糖）而且，絕大多數(shù)細菌和真核生物的細胞膜中的脂類主要由甘油酯組成，而古菌的膜脂由甘油醚構成。這些區(qū)別也許是對超高溫環(huán)境的適應。古菌鞭毛的成分和形成過程也與細菌不同。單個古菌細胞直徑在0.1到15微米之間，有一些種類形成細胞團簇或者纖維，長度可達200微米。它們可有各種形狀，如球形、桿形、螺旋形、葉狀或方形等。它們具有多種代謝類型。值得注意的是，鹽桿菌可以利用光能制造ATP，盡管古菌不能像其他利用光能的生物一樣利用電子鏈傳導實現(xiàn)光合作用?，F(xiàn)在是9頁\一共有37頁\編輯于星期三古菌的分類按生活習性和生理特征分類三類：產甲烷菌，嗜熱嗜酸菌，極端嗜鹽菌《伯杰氏系統(tǒng)細菌學手冊》（第三卷），將古菌分為五大群。P32現(xiàn)在是10頁\一共有37頁\編輯于星期三進化和分類從rRNA進化樹上，古菌分為兩類：廣古菌(Euryarchaeota)泉古菌(Crenarchaeota)另外未確定的兩類分別是：初古菌門(Korarchaeota)納古菌(Nanoarchaeumequitans)現(xiàn)在是11頁\一共有37頁\編輯于星期三廣古菌門(Euryarchaeota)包含了古菌中的大多數(shù)種類，包括了經常能在動物腸道中發(fā)現(xiàn)的產甲烷菌、在極高鹽濃度下生活的鹽桿菌、一些超嗜熱的好氧和厭氧菌，也有海洋類群。在16SrRNA系統(tǒng)發(fā)育樹上，它們組成一個單系群?，F(xiàn)在是12頁\一共有37頁\編輯于星期三古菌域(Archaea)－廣古菌門鹽桿菌綱(Halobacteria)甲烷桿菌綱(Methanobacteria)甲烷球菌綱(Methanococci)甲烷微菌綱(Methanomicrobia)甲烷火菌綱(Methanopyri)古球狀菌綱(Archaeoglobi)熱原體綱(Thermoplasmata)熱球菌綱(Thermococci)

現(xiàn)在是13頁\一共有37頁\編輯于星期三主要類群1、產甲烷古菌2、極端嗜鹽古菌3、還原硫酸鹽古菌4、無細胞壁古菌——熱原體5、嗜熱嗜酸菌現(xiàn)在是14頁\一共有37頁\編輯于星期三1、產甲烷古菌產甲烷菌是一群迄今為止所知的最嚴格厭氧的、能形成甲烷的化能自養(yǎng)或化能異養(yǎng)的古菌群。產甲烷細菌是都能產生甲烷的一大類群，因此包括了球形、桿形、螺旋形、長絲狀等不同形態(tài)。細胞結構包括：細胞封套（細胞壁、表面層、鞘和莢膜）、細胞膜、細胞質和核質?，F(xiàn)在是15頁\一共有37頁\編輯于星期三產甲烷菌的培養(yǎng)方法專性厭氧，需要在特殊環(huán)境下操作；目前最好的是厭氧手套箱厭氧培養(yǎng)箱

可進行分裝厭氧培養(yǎng)基，倒制平板，離心厭氧微生物收集菌體，對氧敏感的酶的分離純化等現(xiàn)在是16頁\一共有37頁\編輯于星期三嗜熱自養(yǎng)甲烷桿菌

Methanobacteriumthermoautotrophicum0.2-1.0mmx1.2-120mmOptimumtemperaturerangesfrom35-70oCCellsstainGramnegative現(xiàn)在是17頁\一共有37頁\編輯于星期三亨氏甲烷螺菌

Methanospirillumhungatei

現(xiàn)在是18頁\一共有37頁\編輯于星期三大部分的甲烷短桿菌生長于反芻動物、人類和其它動物的腸道中,

或是腐朽的植物,

以及缺氧的廢水爛泥中。

M.smithii是唯一一種生長在人類腸道的甲烷短桿菌

(圖)。

甲烷短桿菌屬Methanobrevibacterspp.現(xiàn)在是19頁\一共有37頁\編輯于星期三

產甲烷古菌是一種極其古老的微生物，能在無氧、無陽光的條件下生存，借助化學反應的能量或地熱等進行新陳代謝，甲烷是其代謝產物。研究人員分析從格陵蘭島地下3千多米深處采集的冰芯樣本底部，發(fā)現(xiàn)其中甲烷濃度異常高，而周圍大致同一深度卻只有少量產甲烷古菌生存。研究人員認為，冰芯中的高濃度甲烷應該就是漫長年代中積累的產甲烷古菌的代謝產物，他們分析這些產甲烷古菌的代謝速率后發(fā)現(xiàn)古菌已在地下生存了10萬年之久，在地下3千多米的嚴酷環(huán)境下產甲烷古菌的代謝極其緩慢，它們產生的甲烷卻逐漸積累起來?，F(xiàn)在是20頁\一共有37頁\編輯于星期三2、極端嗜鹽古菌

這是一類生活在很高濃度甚至接近飽和濃度鹽環(huán)境中的古菌。細胞形態(tài)為桿形、球形和三角形、多角形、方形、盤形等多形態(tài)。革蘭氏陰性，極生鞭毛。好氧或兼性厭氧。胞內含有類胡蘿卜素（菌紅素），產紅色、粉紅色、橙色或紫色等各不同色素?；苡袡C營養(yǎng)型?，F(xiàn)在是21頁\一共有37頁\編輯于星期三鹽沼鹽桿菌Halobacteriumspp.細胞桿狀(0.5～1.2μm×1.0～6.0μm)。運動。有些菌株具有氣泡囊。革蘭氏陰性，好氧，化能異養(yǎng)型。生活在鹽湖、鹽場及腐敗的鹽制品等中性鹽環(huán)境中?，F(xiàn)在是22頁\一共有37頁\編輯于星期三Halobacteriumsp.

現(xiàn)在是23頁\一共有37頁\編輯于星期三《齊民要術》里面描述了在海灘上的鹽田，發(fā)現(xiàn)到一定的時候，這個鹽池就會變紅。按現(xiàn)在我們的知識，就是我們現(xiàn)在認識的嗜鹽菌。

在我國西部地區(qū)有相當數(shù)量的大鹽湖。目前為止，在這些鹽湖中找到的3個新的屬，12個新的種?，F(xiàn)在是24頁\一共有37頁\編輯于星期三3、還原硫酸鹽古菌

這一類主要是指古生球菌archaeoglobales的古菌。細胞一般為不規(guī)則球形、三角形，直徑在0.4~2.0μm，單個或成對，革蘭氏陰性。菌落可略呈綠黑色，在420nm處可產藍綠色熒光，嚴格厭氧?，F(xiàn)在是25頁\一共有37頁\編輯于星期三閃爍古生球菌A.fulgidus分布于深海海底、熱泉和地層深部儲油層。化能自養(yǎng)，單極多生鞭毛，并產少量甲烷?，F(xiàn)在是26頁\一共有37頁\編輯于星期三4、無細胞壁古菌

－熱原體屬在古生菌中，有一類無細胞壁的原核生物很象無細胞壁的支原體，由于它們無細胞壁、嗜熱、嗜酸、行好氧化能有機營養(yǎng)，所以被稱為熱原體（Thermoplasma）。0.2μm到1-5μm。有的種具有多根鞭毛，能夠運動?，F(xiàn)在是27頁\一共有37頁\編輯于星期三熱原體能抵御外界滲透壓的變化、對抗外環(huán)境的低pH值和高熱極端環(huán)境，是因為它們雖然沒有堅韌的細胞壁，但發(fā)育出一種帶有甘露糖和葡萄糖單位的四醚類脂(tetratherlipid)的脂多糖化合物，作為質膜的主要成分。同時，質膜中也含有糖肽，但沒有固醇類化合物，這樣的質膜使熱原體表現(xiàn)出對滲透壓、酸、熱的穩(wěn)定性?，F(xiàn)在是28頁\一共有37頁\編輯于星期三目前已知的熱原體只有三個種：嗜酸熱原體(T.acidophilus)氧化硫熱原體(T.thiooxidans)火山熱原體(T.volcanium)?，F(xiàn)在是29頁\一共有37頁\編輯于星期三ThermoplasmaacidophilumThiobacillusthiooxidansMS-A-115株現(xiàn)在是30頁\一共有37頁\編輯于星期三泉古菌門(Crenarchaeota)是古菌的一個大分支，包括很多超嗜熱生物，但在某些海洋里的超微浮游生物中也占有相當比例（尚未成功培養(yǎng)），也有腸道中分離出的種類（餐古菌目）。它們和其它古菌主要區(qū)別在于16SrRNA的序列。從系統(tǒng)發(fā)育樹上看，泉古菌的分支相對較短，且非常接近古菌的基部。按照伯杰氏手冊，目前本門只分一個綱和四個目（未包含餐古菌）?，F(xiàn)在是31頁\一共有37頁\編輯于星期三古菌域(Archaea)

－泉古菌門綱：熱變形菌綱(Thermoprotei)

暖球形菌目(Caldisphaerales)

除硫球菌目(Desulfurococcales)

硫化葉菌目(Sulfolobales)

熱變形菌目(Thermoproteales)

餐古菌目(Cenarchaeales)*

海綿共生菌，生長在10℃?，F(xiàn)在是32頁\一共有37頁\編輯于星期三硫化葉菌是第一個分離鑒定的極端嗜熱古細菌(Brock等，1970)，生長在富硫的酸熱泉中，溫度達90℃以上，pH1～1．5。極端嗜熱古菌－硫化葉菌現(xiàn)在是33頁\一共有37頁\編輯于星期三極端嗜熱古菌極端嗜熱或超嗜熱，生長要求的溫度范圍為45℃~110℃，最適為70℃~105℃，且要求pH為1~3的高酸度環(huán)境。有化能自養(yǎng)、化能異養(yǎng)和兼性營養(yǎng)三種不同的營養(yǎng)類型。大多能代謝元素硫，能在好氧條件下將硫或H2S氧化為H2SO4，在厭氧條件下可還原元素硫為H2S。主要分布于含硫溫泉、火山口、燃燒后的煤礦等環(huán)境?，F(xiàn)在是34頁\一共有37頁\編輯于星期三火葉菌屬的延胡索酸火葉菌（Pyrolobusfumarii），一種生活在113℃大西洋熱液噴口的古菌?，F(xiàn)在是35頁\一共有37頁\編輯于星期三納古菌門(Nanoarchaeota)迄今只包括一個種，即由KarlStet