1、第一篇第二章第一篇第二章 原核微生物之原核微生物之蓝细菌和古菌蓝细菌和古菌蓝细菌（蓝细菌（Cyanobacteria)1 1、概念、概念 也称蓝藻或蓝绿藻（也称蓝藻或蓝绿藻（blue-green algae)blue-green algae)，是一类含有，是一类含有叶绿素叶绿素a a、能以水作为供氢体和电子受体、通过光合作用、能以水作为供氢体和电子受体、通过光合作用将光能转变成化学能、同化将光能转变成化学能、同化COCO2 2为有机物质的光合细菌。为有机物质的光合细菌。古老的生物，使古老的生物，使46亿年前的地球由无氧环境转为亿年前的地球由无氧环境转为有氧环境。有氧环境。固氮作用能有效利用氮气
2、固氮作用能有效利用氮气 在污水处理、水体自净中起着积极作用。可作为在污水处理、水体自净中起着积极作用。可作为水体富营养化的指示生物。水体富营养化的指示生物。Cncnc-micro2 2、特性、特性Cncnc-micro1 1）分布极广）分布极广从热带到两极，从海洋到高山，到处是它们的踪从热带到两极，从海洋到高山，到处是它们的踪迹，土壤、岩石，甚至树皮上都能成片生长迹，土壤、岩石，甚至树皮上都能成片生长 2)形态差异极大，有球状、杆状和丝状等形态形态差异极大，有球状、杆状和丝状等形态2 2、特性、特性Cncnc-micro颤蓝细菌属单岐蓝细菌属念珠蓝细菌属微囊蓝细菌属链杆状丝状聚合体球状（正在分
3、裂）蓝细菌的形态不同形态的蓝细菌 3 3）细胞中含叶绿素）细胞中含叶绿素a,a,进行产氧型光合作用；进行产氧型光合作用；4 4）具有原核生物的典型的细胞结构：细胞核无核膜，不进）具有原核生物的典型的细胞结构：细胞核无核膜，不进行有丝分裂，细胞壁含胞壁酸和二氨基庚二酸，革兰氏染行有丝分裂，细胞壁含胞壁酸和二氨基庚二酸，革兰氏染色阴性；色阴性；5 5）光能自养型生物，光能自养型生物，营养极为简单，不需要维生素，以硝营养极为简单，不需要维生素，以硝酸盐或氨作为氮源，多数能固氮，其异型细胞是进行固氮酸盐或氨作为氮源，多数能固氮，其异型细胞是进行固氮的场所；的场所；6 6）分泌粘液层、荚膜或形成鞘衣，因
4、此具有强的抗干旱能）分泌粘液层、荚膜或形成鞘衣，因此具有强的抗干旱能力；力；7 7）无鞭毛，但能在固体表面滑行，进行光趋避运动；）无鞭毛，但能在固体表面滑行，进行光趋避运动；8 8）许多种类细胞质中有气泡，使菌体飘浮，保持在光线最）许多种类细胞质中有气泡，使菌体飘浮，保持在光线最充足的地方以利于光合作用。充足的地方以利于光合作用。2 2、特性、特性危害：容易引起水花的蓝细菌包括微囊藻和腔球藻、鱼腥藻、水华束丝蓝细菌危害：蓝细菌造成无锡太湖区水华危害：蓝细菌造成无锡太湖区水华爆发原因爆发原因 蓝藻爆发成因为蓝藻爆发成因为富营养化富营养化。过量的养分主要来自于以下。过量的养分主要来自于以下这些源头
5、：这些源头：1.化肥化肥流失，化肥是很多富营养化区域的主要养分来源，流失，化肥是很多富营养化区域的主要养分来源，例如在例如在密西西比河密西西比河流域，流域，67的氮流入水体，随之流入的氮流入水体，随之流入墨西哥湾墨西哥湾，波罗的海波罗的海和和太湖太湖中超过中超过50%的氮也来自化肥的氮也来自化肥的流失。的流失。2.生活污水，包括人类的生活废水和含磷清洁剂。生活污水，包括人类的生活废水和含磷清洁剂。3.畜禽畜禽养殖养殖，畜禽的粪便含有大量营养废物如氮和磷，畜禽的粪便含有大量营养废物如氮和磷，这些元素都能导致富营养化。这些元素都能导致富营养化。4.工业污染，包括化肥厂和废水排放。工业污染，包括化肥
6、厂和废水排放。5.燃烧矿物燃料，在波罗的海中约燃烧矿物燃料，在波罗的海中约30%的氮，在密西西的氮，在密西西比河中约比河中约13%的氮来源于此的氮来源于此蓝细菌代表菌蓝细菌代表菌螺旋藻螺旋藻螺旋藻螺旋藻 螺旋藻作为地球上最古老的植物，是目前所知螺旋藻作为地球上最古老的植物，是目前所知营养成分最全面、最均衡的食品之一，被联合营养成分最全面、最均衡的食品之一，被联合国粮食组织誉为国粮食组织誉为“二十一世纪理想的食品二十一世纪理想的食品”。它含有丰富的蛋白质、氨基酸、多糖、不饱和它含有丰富的蛋白质、氨基酸、多糖、不饱和脂肪酸、胡罗卜素、藻篮等多种维生素、矿物脂肪酸、胡罗卜素、藻篮等多种维生素、矿物质
7、和微量元素。质和微量元素。1克螺旋藻的营养成分相当于克螺旋藻的营养成分相当于1000克各类蔬菜总和，其蛋白质的含量是大豆、克各类蔬菜总和，其蛋白质的含量是大豆、鸡蛋的五倍，是大米的十倍、鱼肉的三倍。鸡蛋的五倍，是大米的十倍、鱼肉的三倍。目前国内外生产营养品用的品种有：目前国内外生产营养品用的品种有：钝顶螺旋钝顶螺旋藻藻和极大螺旋藻。和极大螺旋藻。古生菌（古生菌（Archaea)Cncnc-micro古菌或古生菌真核生物古生菌 二、细胞形态二、细胞形态 古菌的细胞形态有球形、杆状、螺旋形、耳垂形、古菌的细胞形态有球形、杆状、螺旋形、耳垂形、不规则形、多形态，有的很薄，扁平，有些具有不规则形、多形
8、态，有的很薄，扁平，有些具有精确的方角和垂直的边构成直角几何形态的细胞精确的方角和垂直的边构成直角几何形态的细胞，有的以单个细胞存在，有的呈丝状体或团聚体。有的以单个细胞存在，有的呈丝状体或团聚体。其直径大小一般在其直径大小一般在0.115um，丝状体长度有，丝状体长度有200um.Cncnc-micro古生菌的细胞形态古生菌的细胞形态从热泉中分离的火山热原体从热泉中分离的火山热原体（Thermoplasma volcanium)(投影技术）投影技术）隐蔽热网菌（扫描电镜下的形态）隐蔽热网菌（扫描电镜下的形态）古菌的细胞形态三、细胞结构三、细胞结构 一）细胞壁一）细胞壁Cncnc-micro四
9、、其他特点四、其他特点代谢 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、P420、P430等。古菌因有五个类群，所以，他们的代谢呈多样性；Cncnc-micro呼吸类型 它们多数为严格厌氧、兼性厌氧，还有专性好氧。Woese认为古菌没有严格的好氧型，没有完全的光合型；繁殖速度繁殖速度 古菌的繁殖速度较慢，进化速度也比细菌慢；生活习性生活习性 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他特对厌氧的环境。它有特殊的代谢途径，有的古菌还有热稳定
10、性酶和其他特殊酶。殊酶。五、古菌的分类五、古菌的分类 三类三类:按照古菌的生活习性和生理特性，古菌可分有三按照古菌的生活习性和生理特性，古菌可分有三大类型：大类型：产甲烷菌，嗜热嗜酸菌，极端嗜盐菌产甲烷菌，嗜热嗜酸菌，极端嗜盐菌(Halophiles).五群五群:在在伯杰氏系统细菌学手册伯杰氏系统细菌学手册(第三卷第三卷)中，将古中，将古菌分为五大群：菌分为五大群：群群1、产甲烷古菌；、产甲烷古菌；群群2、古生硫酸盐还原菌；、古生硫酸盐还原菌；群群3、极端嗜盐菌极端嗜盐菌；群群4、无细胞壁古生菌；、无细胞壁古生菌；群群5、极端嗜热硫代谢菌。、极端嗜热硫代谢菌。嗜盐古生菌的栖息地嗜盐古生菌的栖息
11、地 菌紫质作为光感受器，利用光合成菌紫质作为光感受器，利用光合成ATPATP，可成为生物芯片，用于制，可成为生物芯片，用于制作生物计算机的光开关、储存器等作生物计算机的光开关、储存器等紫膜光合磷酸化紫膜光合磷酸化（photophosphorylation by purple membrance）ATP酶紫 膜H+H+H+-+-细胞壁红 膜H+ADP+PiATPPNH+N+PN PNH+P顺式膜外膜内紫膜反式H+H+紫膜光合磷酸化紫膜光合磷酸化H+ADP+PiATP古细菌、真细菌和真核生物的差异古细菌、真细菌和真核生物的差异六、环境保护和环境工程领域研究古菌的意义六、环境保护和环境工程领域研究古
12、菌的意义 1 1、古菌多为嗜极为生物，对极端环境（酸、碱、古菌多为嗜极为生物，对极端环境（酸、碱、高盐、热、冷、高压等环境）具有很好的适应性高盐、热、冷、高压等环境）具有很好的适应性和需要性。和需要性。2 2、环境工程涉及的极端性质的废水，如高盐废水、环境工程涉及的极端性质的废水，如高盐废水（化工、发酵工业废水）、酸性废水（味精废水（化工、发酵工业废水）、酸性废水（味精废水pH=2pH=23，合成制药废水，合成制药废水pH=4)、碱性废水（造纸、碱性废水（造纸废水废水pH=14）、极毒重金属废水、低温废水、高）、极毒重金属废水、低温废水、高温废水等，以及极高浓度的有机废水，几乎涵盖温废水等，以及极高浓度的有机废水，几乎涵盖了自然极端环境的所有恶劣条件，用古菌处理可了自然极端环境的所有恶劣条件，用古菌处理可以降低投资成本、节省运行费用、节约能源、提以降低投资成本、节省运行费用、节约能源、提高处理效率等方面发挥积极的作用。高处理效率等方面发挥积极的作用。
