古菌及极端微生物(高教课堂)

古生菌的生理生态特点董怡萱（食品科学与工程2班生命科学学院黑龙江大学哈尔滨 150080）摘要：很多古菌是生存在极端环境中的。

一些生存在极高的温度（经常100℃以上）下，比如间歇泉或者海底黑烟囱中。

还有的生存在很冷的环境或者高盐、强酸或强碱性的水中。

然而也有些古菌是嗜中性的，能够在沼泽、废水和土壤中被发现。

很多产甲烷的古菌生存在动物的消化道中，如反刍动物、白蚁或者人类。

古菌通常对其它生物无害，且未知有致病古菌。

关键词：古生菌、微生物、极端环境Ancient lives the fungus the physiological ecology characteristicDong Yixuan（The 2th Food science and engineering, College of Life Science, Heilongjiang University,Harbin, 150080）Abstract：Many Archaea are the survival in the extreme environment. Some survivals in extremely high temperature (frequently 100℃above), for instance geyser or in seabed black chimney. Also some survivals in very cold environment or Gao Yan, strong acid or in alkalinity water. However also some Archaea are neutrophil, can in the bog, the waste water and the soil was discovered. Very prolificacy methane Archaea survival in animal's digestive tract, like ruminant, termite or humanity. The Archaea is usually harmless to other living thing, and unknown has the pathogenesis Archaea.Key words：Ancient lives the fungus, the microorganism, the extreme environment1977年，Carl Woese以16S和18S rRNA的寡核苷酸序列比较为依据，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。

古菌的形态-概述说明以及解释1.引言1.1 概述古菌（Archaea）是一类广泛存在于地球上的微生物，其独特的形态和生态特征引起了科学界的广泛关注。

与细菌和真核生物不同，古菌形态多样，常常具有一些特殊的形态结构。

古菌最初被认为是细菌的一类，但随着对古菌的深入研究，人们逐渐认识到了古菌与细菌和真核生物的差异。

在形态上，古菌与细菌有相似之处，但也有许多独特的形态特征。

古菌的细胞壁通常由多聚糖和蛋白质复合物组成，这与细菌和真核生物的细胞壁组成不同。

古菌的形态结构包括球形（球菌）、杆状、盘状、螺旋状等多种形态，而且古菌在形态上的变化还可能随着环境的变化而发生。

古菌的形态多样性与其生活环境密切相关。

古菌广泛存在于各种极端环境中，如高温泉水、盐湖、沼泽等，这些环境对古菌的生长和繁殖提出了极高的要求，也促使了古菌形态的多样性产生。

例如，一些生活在高温环境中的古菌具有耐热的特点，它们通常具有球形或杆状的形态，以减少热量的散失。

而一些生活在酸性环境或高盐浓度环境中的古菌，则可能具有不同于前述的其他形态。

古菌的形态对其生存与适应具有重要意义。

形态特征可以帮助古菌适应不同的环境条件，比如通过控制细胞壁的渗透性、调节细胞内外物质的交换等方式来维持生命活动。

此外，古菌的形态还可能与其功能和生物学特性密切相关，如一些球形古菌常常形成聚集体，从而形成一定的社会行为。

因此，对古菌形态的深入研究不仅有助于加深对古菌生物学特性的理解，还可能为科学家们提供新的研究方向和思路。

总之，古菌的形态多样且与环境密切相关。

对古菌形态特征的研究有助于揭示其适应极端环境的机制，进一步深化对古菌生物学特性的认识。

在未来的研究中，我们有望通过深入挖掘古菌形态与其生活环境、生理功能的关系，为我们理解生命的多样性和适应能力提供更多的启示。

1.2文章结构文章结构部分的内容可以包括以下内容：正文部分包括古菌的基本特征和生活环境介绍。

在2.1节中，我们将介绍古菌的基本特征，包括其细胞结构、细胞壁组成、染色体特征等。

引言：古菌及极端微生物是一类独特的微生物，在极端环境下生存和繁殖。

它们在地球上存在的时间非常长，在生物多样性和生态系统功能中起着重要的作用。

本文将继续探讨古菌及极端微生物的特点、分布、适应机制和应用前景。

概述：古菌是一类与真菌和细菌有着显著的差异的生物群体，其细胞结构和组成都与真核生物类似。

而极端微生物则广泛存在于地球上各种极端环境中，如高温、高压、酸碱度极端等。

它们表现出了适应这些恶劣条件的独特特性，对于我们研究生物学和地球科学都有着重要的意义。

正文：一、古菌和极端微生物的特点1.古菌的细胞结构a.古菌细胞壁的组成和特点b.古菌细胞膜的特殊性质c.古菌细胞核的结构和功能d.古菌细胞质的特征2.极端微生物的生态学特点a.极端温度下的微生物b.高盐度环境中的微生物c.高压环境下的微生物d.酸碱度极端条件下的微生物二、古菌和极端微生物的分布1.古菌在地球上的分布情况a.古菌的发现历史b.古菌在极端环境中的分布c.古菌在非极端环境中的分布2.极端微生物的地理分布a.极端温度下的分布情况b.高盐度环境中的分布情况c.高压环境下的分布情况d.酸碱度极端条件下的分布情况三、古菌和极端微生物的适应机制1.古菌的热稳定酶及其他适应机制a.热稳定酶的特点和功能b.其他适应极端温度的机制2.极端微生物的适应机制a.高盐度环境下的适应机制b.高压环境下的适应机制c.酸碱度极端条件下的适应机制四、古菌和极端微生物的应用前景1.生物技术领域的应用a.古菌在酶工程中的应用b.极端微生物的生物催化剂应用2.能源开发利用的应用a.古菌在生物燃料领域的应用b.极端微生物在地热能开发利用中的应用五、总结：古菌及极端微生物作为一类特殊的微生物群体，具有独特的细胞结构、生态学特点和适应机制。

它们的分布广泛，发挥着重要的生态学和生物技术应用价值。

因此，进一步研究古菌及极端微生物的特性和机制，不仅可以加深我们对生命的认识，还能为生物技术的发展和环境资源的利用提供新的思路和方法。

三节古菌“古细菌”（archaebacteria ，现用archaea ）这一概念是沃斯（Woese ）及他的同事们对代表性细菌类群的16S rRNA 碱基序列进行研究比较后于1977 年提出来的。

沃斯（Woese ）等人认为，生物界的发育不是一个简单的由原核生物发育到更完全更复杂的真核生物的过程，而是明显地存在三个发育不同的基因系统：细菌、古菌和真核生物。

从发育的观点看，这三个类型中任何一类都不比其他两类出现得更古老。

一、古菌的一般特性和分类古菌与细菌和真核微生物之间的异同已在本章前面详细阐述。

可见古菌是一群具有独特基因结构或系统发育生物大分子序列的单细胞生物，大多生活在地球上如超高温、高酸碱度、高盐浓度、严格无氧状态等极端环境或生命出现初期的自然环境。

古菌是一大类形态各异、特殊生理功能绝然不同的微生物群，如产甲烷细菌，可在严格厌氧环境下利用简单二碳和一碳化合物或CO2生存和产甲烷；还原硫酸盐古菌可在极端高温、酸性条件下还原硫酸盐；极端嗜盐古菌可在极高盐浓度下生存，等等。

古菌可营自养或异养型生活。

古菌具有独特的细胞或亚细胞结构，如无细胞壁古细菌没有细胞壁，仅有细胞膜，而致细胞多形态。

即使有细胞壁，可能是由蛋白质亚单位组成或由假胞壁质组成，无胞壁酸。

细胞膜的化学组成上，古细菌含有异戊烯醚而不含脂肪酸酯，脂肪酸也为有分支的直链而不是无分支的直链。

16S rRNA 的碱基序列，tRNA 的特殊碱基的修饰，5S rRNA 的二级结构等均不同于细菌和真核微生物。

对于各种抗生素的敏感性上也与细菌有很大差异，如对于氯霉素、青霉素、利福平等抗生素不敏感，但细菌对此敏感；相反对于环己胺、茴香霉素等敏感而细菌却不敏感。

根据不同的生理特性，可将古菌分为5 大类群：产甲烷古菌群、还原硫酸盐古菌群、极端嗜盐古菌群、无细胞壁古菌群和极端嗜热和超嗜热代谢元素硫古菌群。

它们之间的系统发育关系如图1.30 所示。

图 1.30 古菌的系统发育树( Madigan et al., 2000)二、产甲烷古细菌群产甲烷菌是一群迄今为止所知的最严格厌氧的、能形成甲烷的化能自养或化能异养的古菌群。