第三章微生物類群與形態(tài)結(jié)構(gòu)四藍(lán)細(xì)菌和古菌

第三章微生物類群和形態(tài)結(jié)構(gòu)

——原核微生物之藍(lán)細(xì)菌和古菌廣東工業(yè)大學(xué)賓麗英藍(lán)細(xì)菌（Cyanobacteria)1、概念也稱藍(lán)藻或藍(lán)綠藻（blue-greenalgae)，是一類含有葉綠素a、能以水作為供氫體和電子受體、通過光合作用將光能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能、同化CO2為有機(jī)物質(zhì)的光合細(xì)菌。古老的生物，使46億年前的地球由無氧環(huán)境轉(zhuǎn)為有氧環(huán)境。固氮作用能有效利用氮?dú)庠谖鬯幚?、水體自凈中起著積極作用?？勺鳛樗w富營養(yǎng)化的指示生物。c-micro2、特性c-micro1）分布極廣從熱帶到兩極，從海洋到高山，到處是它們的蹤跡，土壤、巖石，甚至樹皮上都能成片生長2)形態(tài)差異極大，有球狀、桿狀和絲狀等形態(tài)2、特性顫藍(lán)細(xì)菌屬單岐藍(lán)細(xì)菌屬念珠藍(lán)細(xì)菌屬微囊藍(lán)細(xì)菌屬水華束絲藻鏈桿狀絲狀聚合體球狀（正在分裂）藍(lán)細(xì)菌的形態(tài)魚腥藻的形態(tài)異形胞腔球藻（生境：池塘湖泊河溪稻田及其他大小靜止水體。浮游生活，有時(shí)形成水花）3）細(xì)胞中含葉綠素a,進(jìn)行產(chǎn)氧型光合作用；4）具有原核生物的典型的細(xì)胞結(jié)構(gòu)：細(xì)胞核無核膜，不進(jìn)行有絲分裂，細(xì)胞壁含胞壁酸和二氨基庚二酸，革蘭氏染色陰性；5）光能自養(yǎng)型生物，營養(yǎng)極為簡單，不需要維生素，以硝酸鹽或氨作為氮源，多數(shù)能固氮，其異型細(xì)胞是進(jìn)行固氮的場所；6）分泌粘液層、莢膜或形成鞘衣，因此具有強(qiáng)的抗干旱能力；7）無鞭毛，但能在固體表面滑行，進(jìn)行光趨避運(yùn)動(dòng)；8）許多種類細(xì)胞質(zhì)中有氣泡，使菌體飄浮，保持在光線最充足的地方以利于光合作用。2、特性c-micro藍(lán)細(xì)菌的氣泡藍(lán)藻危害藍(lán)藻在水體中過量增殖，往往形成“水華”。形成水華的藍(lán)藻主要有：微囊藻、魚腥藻、色球藻、螺旋藻、擬項(xiàng)圈藻、腔球藻、尖頭藻、顫藻、裂面藻、膠鞘藻、節(jié)球藻、束毛藻等十多個(gè)屬。其中微囊藻水華極為常見，它是水體富營養(yǎng)化的標(biāo)志，在海洋沿岸帶可形成束毛藻等藍(lán)藻赤潮。城市的池塘、湖泊、水溝中，含有較多的營養(yǎng)物質(zhì)，特別是氮、磷，導(dǎo)致藍(lán)藻的大量增殖，使水色藍(lán)綠而濃濁；死亡分解時(shí)，散發(fā)出腐臭、腥臭氣味，使水質(zhì)變壞。有一些藍(lán)藻水華的突變種甚至含有毒物質(zhì)，如銅綠微囊藻的有毒突變種含有微囊藻毒素(microcystin)；水華魚腥藻的有毒突變種含有魚腥藻毒素(anabaenin)；水華束絲藻的有毒突變種含有束絲藻毒素(aphanizomenin)。人畜飲用大量繁殖這些藍(lán)藻的水時(shí)，往往中毒，導(dǎo)致痙攣等，甚至死亡。有一些海產(chǎn)席藻，接觸皮膚時(shí)，會(huì)引起皮炎。危害：容易引起水花的藍(lán)細(xì)菌包括微囊藻和腔球藻、魚腥藻、水華束絲藍(lán)細(xì)菌束毛藻引起的海洋赤潮束毛藻，藍(lán)藻門，顫藻目（oseillatoriales）、顫藻科水華束絲藻的形態(tài)發(fā)生束絲藻水華時(shí)，束絲藻水華懸浮在水體中，像“豆腐花”。危害：藍(lán)細(xì)菌（水華束絲藻）造成無錫太湖區(qū)水華水華束絲藻引起的太湖水華微囊藻引起的水庫水華現(xiàn)象微囊藻魚腥藻引起的水華魚腥藻爆發(fā)原因藍(lán)藻爆發(fā)成因?yàn)楦粻I養(yǎng)化。過量的養(yǎng)分主要來自于以下這些源頭：

1.化肥流失，化肥是很多富營養(yǎng)化區(qū)域的主要養(yǎng)分來源，例如在密西西比河流域，67％的氮流入水體，隨之流入墨西哥灣，波羅的海和太湖中超過50%的氮也來自化肥的流失。

2.生活污水，包括人類的生活廢水和含磷清潔劑。

3.畜禽養(yǎng)殖，畜禽的糞便含有大量營養(yǎng)廢物如氮和磷，這些元素都能導(dǎo)致富營養(yǎng)化。

4.工業(yè)污染，包括化肥廠和廢水排放。

5.燃燒礦物燃料，在波羅的海中約30%的氮，在密西西比河中約13%的氮來源于此

藍(lán)細(xì)菌應(yīng)用

代表菌——螺旋藻螺旋藻螺旋藻作為地球上最古老的植物，是目前所知營養(yǎng)成分最全面、最均衡的食品之一，被聯(lián)合國糧食組織譽(yù)為“二十一世紀(jì)理想的食品”。它含有豐富的蛋白質(zhì)、氨基酸、多糖、不飽和脂肪酸、胡羅卜素、藻籃等多種維生素、礦物質(zhì)和微量元素。1克螺旋藻的營養(yǎng)成分相當(dāng)于1000克各類蔬菜總和，其蛋白質(zhì)的含量是大豆、雞蛋的五倍，是大米的十倍、魚肉的三倍。目前國內(nèi)外生產(chǎn)營養(yǎng)品用的品種有：鈍頂螺旋藻和極大螺旋藻。增強(qiáng)活力，改善酸性體質(zhì)；補(bǔ)血造血；改善貧血；抗輻射！鈍頂螺旋藻螺旋藻生產(chǎn)基地葛仙米俗名珍珠菜，學(xué)名擬球形念珠藻，系淡水水生固氮藍(lán)藻，屬藍(lán)藻綱生物。晉朝名醫(yī)葛洪將其獻(xiàn)于皇上，因其特殊滋補(bǔ)功效，治愈了皇太子頑疾，皇帝賜葛醫(yī)生為“葛仙公”，珍珠菜為“葛仙米”。為歷代皇帝強(qiáng)身健體延年益壽比用之物。藍(lán)藻應(yīng)用：葛仙米葛仙米的功效神奇：明目益氣、提神健體、消除疲勞、延年益壽、抗感染、增強(qiáng)免疫力葛仙米的主要成分：蛋白質(zhì)52-56%，氨基酸15種（含8種人體必需氨基酸），磷、鍶、碘、鋅等微量元素15種。葛仙米的培養(yǎng)葛仙米培養(yǎng)一個(gè)月后鏡檢市售葛仙米古生菌（Archaea)（古菌）c-micro古菌或古生菌真核生物古生菌二、細(xì)胞形態(tài)古菌的細(xì)胞形態(tài)有球形、桿狀、螺旋形、耳垂形、不規(guī)則形、多形態(tài)，有的很薄，扁平，有些具有精確的方角和垂直的邊構(gòu)成直角幾何形態(tài)的細(xì)胞，有的以單個(gè)細(xì)胞存在，有的呈絲狀體或團(tuán)聚體。其直徑大小一般在0.1~15um，絲狀體長度有200um.c-micro古菌的細(xì)胞形態(tài)古菌的細(xì)胞形態(tài)從熱泉中分離的火山熱原體（Thermoplasmavolcanium)(投影技術(shù)）隱蔽熱網(wǎng)菌（掃描電鏡下的形態(tài)）古菌的細(xì)胞形態(tài)三、細(xì)胞結(jié)構(gòu)一）細(xì)胞壁c-micro四、其他特點(diǎn)代謝古菌在代謝過程中有許多特殊的輔酶，如絕對厭氧的產(chǎn)甲烷菌有輔酶M、P420、P430等。古菌因有五個(gè)類群，所以，他們的代謝呈多樣性；c-micro呼吸類型它們多數(shù)為嚴(yán)格厭氧、兼性厭氧，還有專性好氧。Woese認(rèn)為古菌沒有嚴(yán)格的好氧型，沒有完全的光合型；繁殖速度古菌的繁殖速度較慢，進(jìn)化速度也比細(xì)菌慢；生活習(xí)性大多數(shù)古菌生活在極端環(huán)境，如鹽分高的湖泊水中，極熱、極酸和絕對厭氧的環(huán)境。它有特殊的代謝途徑，有的古菌還有熱穩(wěn)定性酶和其他特殊酶。五、古菌的分類三類:按照古菌的生活習(xí)性和生理特性，古菌可分有三大類型：產(chǎn)甲烷菌，嗜熱嗜酸菌，極端嗜鹽菌(Halophiles).五群:在《伯杰氏系統(tǒng)細(xì)菌學(xué)手冊》(第三卷)中，將古菌分為五大群：群1、產(chǎn)甲烷古菌；群2、古生硫酸鹽還原菌；群3、極端嗜鹽菌；群4、無細(xì)胞壁古生菌；群5、極端嗜熱硫代謝菌。嗜鹽古生菌的棲息地菌紫質(zhì)作為光感受器，利用光合成ATP，可成為生物芯片，用于制作生物計(jì)算機(jī)的光開關(guān)、儲(chǔ)存器等生物計(jì)算機(jī)分子在酵母細(xì)胞中“運(yùn)行”紫膜光合磷酸化（photophosphorylationbypurplemembrance）ATP酶紫膜H+H+H+-++++---細(xì)胞壁紅膜H+ADP+PiATPPNH+N+PNPNH+P順式膜外膜內(nèi)紫膜反式H+H++++++++———————紫膜光合磷酸化H+ADP+PiATP古細(xì)菌、真細(xì)菌和真核生物的差異六、環(huán)境保護(hù)和環(huán)境工程領(lǐng)域研究古菌的意義1、古菌多為嗜極為生物，對極端環(huán)境（酸、堿、高鹽、熱、冷、高壓等環(huán)境）具有很好的適應(yīng)性和需要性。2、環(huán)境工程涉及的極