环境微生物学2-1古菌.ppt

在过去相当长时间里，由于研究微生物的技术和研究手段落后的原因，对古菌的了解甚少，一直将古菌隶属于细菌的范畴。1977年起，人们改进了研究方法，对细菌进行了深入研究。根据微生物的细胞结构、化学组成以及它们的特殊生活环境作了细致的比较，发现细菌中有一类比较特殊的微生物。因此为区分开这类特殊菌，将细菌划分为古细菌和真细菌，都属于原核微生物。 系统发育进化树（Phylogenetic trees） 系统学分类描述了不同生物之间的相关关系，通过系统学分类分析可以帮助人们了解所有生物的进化历史过程。 用一种类似树状分支的图形来概括各种（类）生物之间的亲缘关系。 通过比较生物大分子序列差异的数值构建的系统树称为分子系统树（molecular phylogenetic tree）。 系统发育进化树（Phylogenetic trees） 进化树由结点（node）和进化分支（branch）组成，每一结点表示一个分类学单元（属、种群、个体等），进化分支定义了分类单元（祖先与后代）之间的关系，一个分支只能连接连个相邻的结点。 进化树分支的图像称为进化的拓扑结构，其中分支长度表示该分枝进化过程中变化的程度，标有分枝长度的进化分支叫标度枝（scaled branch）。 系统发育进化树（Phylogenetic trees） 进化树可以是有根的(rooted)，也可以是无根的（unrooted），分为“有根树”和“无根树”两类。 在有根树中，有一个叫根（root）的特殊结点，用来表示共同的祖先，由该点通过唯一途径可产生其他结点；有根树是具有方向的树，包含唯一的节点，将其作为树中所有物种的最近共同祖先。 无根树只是指明了种属的相互关系，没有确认共同祖先或进化途径。 最常用的确定树根的方法是使用一个或多个无可争议的同源物种作为“外群”（英文outgroup），这个外群要足够近，以提供足够的信息，但又不能太近以致不能和树中的种类相混。 4.极端嗜热 S0 代谢菌 极端嗜热 S0 代谢菌有2属： 嗜热球菌属（Thermococcus） 热球菌属(Pyrococcus)， 极端嗜热，最适生长温度88～100℃， 严格厌氧，还原S0为硫化物。 5.硫酸盐还原菌 硫酸盐还原菌呈不规则类球形，G-菌，有糖蛋白亚单位组成细胞壁。极端嗜热，最适生长温度83℃，长在海底热流火山口，厌氧菌。有产甲烷辅酶F420和甲烷蝶呤。其电子供体为H2、乳酸、葡萄糖。还原SO42-、S2O32- 、硫代硫酸盐为硫化物。 6.嗜热嗜酸菌(Thermoacidophiles) 嗜热嗜酸菌包括有： 这类菌的特点：杆状、丝状或球状。革兰氏阴性、专性嗜热、有好氧、兼性厌氧、严格厌氧。 最适生长温度在70～105℃之间。 大多数种是硫代谢菌。嗜酸性，也有嗜中性，自养或异养生长。 酸双面菌属（Acidians） 生金球菌属（Metallosphaera） 硫还原叶菌属（Desulfurolobus） 硫化叶菌属 （Sulfolobus） 嗜热嗜酸菌 三、环境保护和环境工程领域 研究古菌的意义 嗜酸菌、嗜盐菌、嗜碱菌、嗜热菌、嗜冷菌及嗜压菌等古菌具有特殊的基因结构、特殊的生命过程及产物，对它们的研究有利于解决人类生命起源及演化；对其基因组的研究有助于从分子水平研究极限条件下微生物的适应性，加深对生命本质的认识。极端微生物有广阔的应用前景，已应用的有： 极端嗜碱微生物的碱性酶用于生产洗衣粉； 从嗜高温菌体内提取的 Taq DNA 酶应用于PCR（聚合酶链反应）技术中，使体外扩增DNA成为可能，使该技术得到发展。 目前处理状况 在环境工程领域：有极端性质的废水，如高盐分（化工、发酵工业废水等）、酸性废水(如味精废水pH=2～3、合成制药废水pH=4)、碱性废水(如造纸废水pH=14)、极毒重金属废水、低温废水、超高温废水等。还有CODCr高达1×104～10×104mg/L的化工、发酵工业、制药废水等。以上废水都涵盖了自然极端环境的所有恶劣条件。 目前处理这些废水时，都要事先将极端废水调整到合适的范围后再进行微生物处理。 盐分高、有机物浓度过高，用大量的水稀释； 水温过高要先冷却；水温过低要加温； 过酸用碱调节到中性；过碱用酸调节到中性。 工艺复杂，运行费用高，浪费资源。 利用产甲烷菌对粪便和高浓度有机废水进行厌氧消化处理的时间已久，但对其他极端环境的古菌研究较少，知之不多。 加强对古菌深入研究很有必要，最终目的获得各种有益古菌菌种，将它们应用于上述各种废水