第二章 原核微生物2

第二節(jié)古菌一、古菌的研究過去，由于研究手段技術(shù)原因，對(duì)古菌的了解很少，一直將它列入細(xì)菌范疇內(nèi)。從1977年起，人們改進(jìn)了研究方法，發(fā)現(xiàn)這類菌在細(xì)胞結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成及生存環(huán)境條件等方面的特殊性，所以將它從細(xì)菌中劃分出來，稱為古菌（而細(xì)菌則稱為真細(xì)菌）。現(xiàn)在已將古菌與細(xì)菌、真核生物并列（三域）。

二、古菌的特點(diǎn)

1、古菌的形態(tài)古菌的細(xì)胞形態(tài)有球形、螺旋形、板狀或桿狀，單細(xì)胞、絲狀體或團(tuán)聚體。單細(xì)胞的大小為0.1~15

m，絲狀體長(zhǎng)度可達(dá)200

m。細(xì)胞群體的顏色呈紅色、紫色、粉紅色、橙褐色、黃色、綠色、墨綠色、灰色和白色。

2、古菌的細(xì)胞結(jié)構(gòu)大多數(shù)古菌的細(xì)胞壁不含二氨基庚二酸和胞壁酸，其成分為假肽聚糖（甲烷桿菌屬），糖蛋白（甲烷葉菌屬、鹽桿菌屬和硫化葉菌屬）或蛋白質(zhì)（甲烷球菌屬、甲烷微菌屬、脫硫球菌屬）。

古菌的細(xì)胞膜脂質(zhì)是非皂化性甘油二醚的磷脂和糖脂的衍生物。由醚鍵將分支碳?xì)滏溑c甘油相連接，如植烷醇甘油二乙醚，二聯(lián)植烷醇甘油四乙醚。單層、雙層或單、雙層混合膜。

古菌的染色體與細(xì)菌類似，為一條環(huán)狀DNA分子，也有質(zhì)粒的存在。

3、代謝代謝呈多樣性。代謝過程中有特殊的輔酶，如產(chǎn)甲烷菌的CoM，F(xiàn)420，F(xiàn)430，H4MPT，MFR等。

4、呼吸類型對(duì)數(shù)為嚴(yán)格厭氧、兼性厭氧，少數(shù)為好氧。

5、古菌的繁殖二分裂、芽殖、收縮、斷裂，繁殖速度較慢。

6、古菌的分布古菌主要是陸生和水生微生物，多存在于極端環(huán)境和絕對(duì)厭氧環(huán)境，有的存在于動(dòng)物消化道內(nèi)。

三、古菌的分類按生活習(xí)性和生理特性，將古菌分為：厭氧產(chǎn)甲烷菌，嗜熱嗜酸菌和極端嗜鹽菌。

1、厭氧產(chǎn)甲烷菌產(chǎn)甲烷菌在自然界或糞便或污水處理廠剩余污泥的厭氧消化、有機(jī)固體廢物厭氧堆肥或填埋中可與水解菌和產(chǎn)酸菌等協(xié)同作用，將有機(jī)物降解成H2、CO2、乙酸，并甲烷化，產(chǎn)生有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的清潔燃料和生物能源-甲烷。（1）產(chǎn)甲烷菌的細(xì)胞結(jié)構(gòu)有細(xì)胞封套（包括細(xì)胞壁、表面層、鞘和莢膜）、細(xì)胞質(zhì)膜、原生質(zhì)和核質(zhì)。G+和G-產(chǎn)甲烷菌細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)和化學(xué)組分有所不同。細(xì)胞封套有四種：①大多數(shù)G+產(chǎn)甲烷菌細(xì)胞壁在結(jié)構(gòu)上與G+細(xì)菌相似，有1層和3層的，單層的厚10-20nm（甲烷桿菌屬），200nm（巴氏甲烷八疊球菌）?；瘜W(xué)組分是假胞壁質(zhì)或是未硫酸化的異多糖。3層（內(nèi)層、中層和外層）的厚20-30nm（瘤胃甲烷短桿菌）。②G+嗜熱高溫甲烷菌的細(xì)胞壁外有一層六角形的蛋白質(zhì)亞基即S層覆蓋。③G-產(chǎn)甲烷菌不具有球囊多聚物或外膜。只有一層六角形或四角形的，由蛋白質(zhì)亞基或糖蛋白亞基組成的S層。④甲烷螺菌的細(xì)胞質(zhì)膜外有一層由蛋白纖維組成的鞘包裹幾個(gè)細(xì)胞，其厚度10nm。（2）產(chǎn)甲烷菌的分類《伯杰氏系統(tǒng)細(xì)菌學(xué)手冊(cè)》第二版將產(chǎn)甲烷菌分為3綱、5目、10科、26屬。代表性的產(chǎn)甲烷菌圖

抽真空的培養(yǎng)法，在封閉培養(yǎng)管中加焦性沒食子酸和碳酸鉀去氧的培養(yǎng)方法，較好的方法：厭氧手套箱法。厭氧手套箱技術(shù)表（3）產(chǎn)甲烷菌的培養(yǎng)方法

在環(huán)境工程中，產(chǎn)甲烷菌具有特殊的意義。在厭氧條件下，產(chǎn)甲烷菌與其他菌（水解菌、產(chǎn)酸菌等）共同作用，將有機(jī)物轉(zhuǎn)化為甲烷，這就是所謂的“沼氣發(fā)酵”。2、嗜熱嗜酸菌包括古生硫酸鹽還原菌和極端嗜熱古菌。呈桿狀、絲狀或球狀，G-菌，專性嗜熱，最適生長(zhǎng)溫度70-105℃，好氧、兼性或嚴(yán)格厭氧，嗜酸性或嗜中性，自養(yǎng)或異養(yǎng)生長(zhǎng)。大多數(shù)種是硫代謝菌。3、極端嗜鹽菌通常需鹽下限1.5mol/L（約88g/L）的NaCl，大多數(shù)種需NaCl為2-4mol/L（約117-234g/L），有的種能在5.5mol/L（322g/L）的NaCl下生長(zhǎng)。

極端嗜鹽菌的細(xì)胞呈鏈狀、桿狀或球狀；G+或G-，細(xì)胞壁主要成分是脂蛋白，莢膜含20%類脂；胞內(nèi)積累大量鉀離子以維持滲透壓的平衡；菌體因含類胡蘿卜素，菌紅素而呈紅、紫、橘紅和黃色；好氧或兼性厭氧；化能有機(jī)營(yíng)養(yǎng)型，呼吸代謝，從不發(fā)酵；嗜中性或堿性，生長(zhǎng)pH5.5-8.0，最適生長(zhǎng)pH為7.2-7.4；嗜中溫或輕度嗜熱，生長(zhǎng)溫度范圍30-55℃，生長(zhǎng)最適生長(zhǎng)溫度37℃。

在《伯杰氏細(xì)菌鑒定手冊(cè)》第九版中根據(jù)16SrRNA劃為8屬，19種，見表2-4。

四、古菌在生物界的特殊地位

Woese的建議：將生物分為真細(xì)菌(Eubacteria)、古細(xì)菌(Archaebacteria)和真核生物(Eucaryote)。這種分類趨向于生物的自然分類體系。1990年，Woese提出將Bacteria，Archaea和Eukarya三大類生物稱為三個(gè)域(domain)，取代界而成為生物學(xué)的最高分類單元。

眾多證據(jù)表明：在早期生命進(jìn)化中古菌有獨(dú)立的起源，但它與真核生物的關(guān)系比原核生物與真核生物的關(guān)系要近?，F(xiàn)在人們認(rèn)為古菌和細(xì)菌大約是在40億年前從它們最近的共同祖先分叉進(jìn)化產(chǎn)生的，而現(xiàn)代的真核生物又是從古菌分叉進(jìn)化形成的。因此，古菌在進(jìn)化中的特殊地位受到人們的極大關(guān)注。古菌研究的重要意義在于使我們了解了生命的統(tǒng)一性。另外，古菌的特殊生活環(huán)境，也是人們一直關(guān)注的問題，具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

第三節(jié)放線菌一、放線菌的形態(tài)和大小放線菌菌體由菌絲組成，菌絲分枝，為單細(xì)胞，在營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)階段，菌絲內(nèi)無隔，故一般呈多核的單細(xì)胞狀態(tài)。

根據(jù)菌絲的形態(tài)和功能，可將菌絲分為基內(nèi)菌絲、氣生菌絲和孢子絲三種?；鶅?nèi)菌絲伸入固體培養(yǎng)基內(nèi)攝取營(yíng)養(yǎng)，菌絲直徑0.2~0.8m，通常不超過1.4m，長(zhǎng)度50~600m，有無色的，有產(chǎn)色素的，色素有脂溶性和水溶性的。

氣生菌絲是由基內(nèi)菌絲長(zhǎng)出培養(yǎng)基外，伸向空間的菌絲，比基內(nèi)菌絲粗。直徑1~1.4m，有的產(chǎn)色素。放線菌生長(zhǎng)發(fā)育到一定階段，在氣生菌絲的頂端分化出孢子絲。孢子絲的形狀和在氣生菌絲上的排列方式，隨菌種的不同而異，是種的特征，是分類鑒定的依據(jù)之一。

放線菌的孢子絲形態(tài)多樣，有直、波曲、鉤狀、螺旋狀，其著生方式可分為互生、叢生和輪生等。放線菌的孢子有球、橢圓、桿、圓柱或瓜子等各種形態(tài)，孢子的顏色十分豐富，且與其表面的紋飾有關(guān)。這些特征也是放線菌分類的依據(jù)。

鏈霉菌的一般形態(tài)和構(gòu)造

二、放線菌的菌落形態(tài)放線菌的菌落是由一個(gè)孢子或一段營(yíng)養(yǎng)菌絲生長(zhǎng)繁殖出許多菌絲，并互相纏繞而成的。有的質(zhì)地緊密，表面成絨狀或密實(shí)干燥多皺，如鏈霉菌屬，由于其菌絲潛入培養(yǎng)基，整個(gè)菌落像是嵌入培養(yǎng)基中，不易被挑取。有的菌落呈白色粉末狀，質(zhì)地松散，易被挑取，如諾卡氏菌屬。放線菌放線菌

三、放線菌的生活史和繁殖放線菌的生活史包括孢子的萌發(fā)、菌絲的生長(zhǎng)、發(fā)育及繁殖過程。放線菌繁殖方式：形成分生孢子（通過橫隔分裂方式）；形成孢囊孢子；p44圖3-19，3

基內(nèi)菌絲斷裂；任何菌絲片段。四、放線菌的主要類群

1、鏈霉菌屬（Streptomyces）

2、諾卡氏菌屬（Nocarda）營(yíng)養(yǎng)菌絲發(fā)達(dá)，無氣生菌絲或有極薄一層氣生菌絲。營(yíng)養(yǎng)菌絲成熟后，以橫隔分裂方式產(chǎn)生桿狀或類球狀的分生孢子。一些諾卡氏菌可用于分解石油和石蠟、