第一章 海洋生物的分类与特征

第一章海洋生物的分类与特征能自由运动，不营光合作用，以植物或其它有机物为营养，并有限生产的凡有绿色叶片，可以进行光合作用，制造有机物根生于土中，不能自由运动，并能无限生长两界说植物界动物界18世纪瑞典自然科学家林奈生物的分类方法植物界动物界原核生物界德国生物学家赫克尔于1886年提出三界说包括简单的真核生物，多为单细胞生物，亦有部分是多细胞的，但不具备组织分化植物界动物界原核生物界生物的分类方法五界说原核生物界植物界原生生物界真菌界动物界1969年美国生物学家惠特克提出五界分类系统生物的分类方法生物的分类方法域门界纲目科属种生物的分类方法第一节原核生物原核生物：是没有成形的细胞核或线粒体的一类单细胞生物，是个体最小、结构最简单的生物。原核生物乃拥有细胞的基本构造并含有细胞质、细胞壁、细胞膜、以及鞭毛的细胞。所有的原核生物都有细胞壁，只有一个例外：原核生物中，除了支原体，其余的都有细胞壁。第一节原核生物原核生物的特点：核质与细胞质之间无核膜因而无成形的细胞核；遗传物质是一条不与组蛋白结合的环状双螺旋脱氧核糖核酸（DNA）丝，不构成染色体；以简单二分裂方式繁殖，无有丝分裂或减数分裂;没有性行为，有的种类有时有通过接合、转化或转导，将部分基因组从一个细胞传递到另一个细胞的准性行为（见细菌接合）；原核生物的特点没有由肌球、肌动蛋白构成的微纤维系统，故细胞质不能流动，也没有形成伪足、吞噬作用等现象；鞭毛仅由几条螺旋或平行的蛋白质丝构成；细胞质内仅有核糖体而没有线粒体、高尔基体、内质网、溶酶体、液泡和质体（植物）、中心粒(低等植物和动物)等细胞器；原核生物的特点细胞内的单位膜系统一般都由细胞膜内褶而成，其中有氧化磷酸化的电子传递链；在蛋白质合成过程中起重要作用的核糖体散在于细胞质内，核糖体的沉降系数为70S;大部分原核生物有成分和结构独特的细胞壁等等。原核生物的分类原核生物古菌域细菌域《伯杰氏系统细菌学手册》《伯杰氏系统细菌学手册》：一本有代表性的、参考价值极高、比较全面系统的细菌分类手册。由美国布瑞德（Breed）等人主编。一、古菌域基本情况在细胞结构和代谢上，很多方面接近其它原核生物。与大多数细菌不同，它们只有一层细胞膜而缺少肽聚糖细胞壁。呼吸类型：多为严格厌氧、兼性厌氧，繁殖速度较慢，进化也比细菌慢。生存环境：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。有的生存在很冷的环境或者高盐、强酸或强碱性的水中。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。形态单个古菌细胞直径在0.1到15微米之间，有一些种类形成细胞团簇或者纤维，长度可达200微米。它们可有各种形状，如球形、杆形、螺旋形、叶状或方形。古菌域的主要分类古菌域泉古菌门广古菌门初生古菌门热变形菌纲热变形菌目暖球形菌目硫还原球菌目硫化叶菌目泉古菌门泉古菌门特点极端嗜热、嗜酸，代谢元素硫，多数生活在陆地硫磺热泉或海底热液口。专性嗜热，生长温度范围为70-113℃，是目前已知的能够允许生物生长的最高温度。嗜酸，最低pH值为2.0，化能无机自养或异养，化能异养菌可进行硫呼吸。热变形菌目形态细胞呈杆状或丝状，直径为0.15-0.60µm，长度可达100µm，细胞末端通常形成膨大的球状体泉古菌门特点形态多样，包括杆状、球状和盘状细胞。革兰阴性广泛存在于海洋环境中。是深海水域中生命形式最多的古菌。泉古菌门的分类泉古菌门热变形菌纲热变形菌目暖球形菌目硫还原球菌目硫化叶菌目生长环境最适生长温度为75-100℃，中度嗜酸，生产的pH范围为4.5-7.0。分类包括2个科，5个属。各属间的区别主要是对氧的需求、生长温度和pH值。热变形菌属（Thermoproteus）化能无机营养时以二氧化碳为唯一碳源，从反应H2+S0→H2S中获得能量。化能有机营养时从反应：有机物（碳源）+S0→H2S+CO2获得能量，生活于硫黄热泉和海底喷泉。硫还原球菌目形态细胞呈不规则的类球体状，直径为0.3-2.5µm生长环境超嗜热，最适生长温度均高于85℃；中度嗜酸，生产的pH范围为4.5-7.0。分类包括硫还原球菌科和热网菌科2个科。海洋硫还原球菌科分类海洋硫还原球菌科气热火菌属火球菌属葡萄嗜热菌属斯提特菌属热盘菌属热网菌属火叶菌属火球菌属（Ignicoccus）是化能无机营养的硫酸盐还原菌，其结构独特，细胞有一层外膜松散的包围，形成很大的周质空间，其中含有小囊，可能具有运输功能。葡萄嗜热菌属（Staphylothermus）形成球状聚集体，进行化能有机营养，可发酵生成二氧化碳，氢气和脂肪酸，广泛分布在近海和深海热液系统，是有机物质的主要降解者，它是已知最大的古菌成员，通常其直径为1µm。热网菌属（Pyrodictium）的细胞是圆盘状的，层叠成菌丝状，借助于很细的中空管道连到硫晶体上。火叶菌属分离自热液区，最适生长温度为106℃。最近一株分离自太平洋海面以下2400m的深海热泉口附近的嗜热菌，在121℃仍有繁殖能力。细胞是叶球状，细胞壁由蛋白质组成。它专性好氧，行化能无机营养，所需能量来自反应：4H2+NO3-+H+→NH4++2H2O+OH-(a)5H2+S2O3→2H2S+3H2O(b)古菌域泉古菌门广古菌门初生古菌门热变形菌纲热变形菌目暖球形菌目硫还原球菌目硫化叶菌目广古菌门广古菌门（Euryarchaeota）共有8个纲。1能在动物肠道中发现的产甲烷菌2在极高盐浓度下生活的盐杆菌3一些超嗜热的好氧和厌氧菌产甲烷菌产甲烷菌是一类能够利用一碳或二碳化合物产生甲烷的古菌，不能代谢比乙酸更复杂的有机物。产甲烷菌是一群迄今为止所知的最严格厌氧的化能自养或化能异养的古菌群。产甲烷菌广泛存在于海洋等水域底部。甲烷杆菌纲甲烷火菌纲甲烷球菌纲甲烷微菌纲甲烷球菌纲甲烷球菌纲包括1个目2个科。甲烷球菌目（Methanococcales）：细胞呈球杆状，生长于海洋中，利用氢气和二氧化碳或甲酸盐产生甲烷；细胞壁具有硫层；在无菌醇的质膜中含有N-乙酰葡萄糖胺和羟基古菌醇，卡克醇或古菌醇。甲烷火菌纲甲烷火菌纲目前仅1目1科1属1种。甲烷火菌目（Methanopyrales）：细胞呈杆状，超嗜热，是目前发现的生长温度最高的甲烷菌；细胞壁含有假胞壁酸；质膜中无卡克醇和环化的古菌醇。热球菌纲热球菌纲包括1目1科3属。热球菌属（Thermococci）：为快速形成高度能动的球形细胞，直径约为0.8µm，属于厌氧化能有机营养型，利用复杂的底物，如蛋白质、碳水化合物等，以硫作为电子受体。生长温度范围为50-100℃，最适温度为80℃。大多数种是海洋种，多发现于海洋热液口，其生活压力为200atm以上。最佳生长NaCl浓度为3%，在中性pH值条件下生长，并具有很强的抗辐射能力。古球菌纲古球菌纲（Archaeoglobi）包括1目1科1属。细胞一般为不规则球形、三角形，直径为0.4-2.0µm，单个或成对，单极多生鞭毛，革兰阴性。菌落略呈绿黑色，严格厌氧，化能自养，氧化氢气，还原硫酸盐，产生硫化氢，并产少量甲烷。极端嗜热，最适合生长温度为80℃，分布于深海海底、热泉和地层深部储油层。盐杆菌纲盐杆菌纲（Halobacteria）包括1目1科18属为极端嗜盐菌，最适生长NaCl浓度为2-4M。细胞壁缺少肽聚糖，含有醚质以及典型的古菌RNA聚合酶结构。多数嗜盐古菌不运动，少数以鞭毛运动。多数嗜盐古菌利用氨基酸和有机酸为能量和碳源。初生古菌门古菌域泉古菌门广古菌门初生古菌门热变形菌纲热变形菌目暖球形菌目硫还原球菌目硫化叶菌目从海底热泉中分离到一种目前已知最小的古菌，其细胞直径只有400nm；唯一一个寄生的古菌原核生物古菌域细菌域《伯杰氏系统细菌学手册》细菌域特点：细胞形态多样；细胞壁多含肽聚糖和胞壁酸，结构和化学组成多样；细胞膜所含脂类为磷酸类脂，具有双层膜；遗传物质为DNA分子，对氯霉素和卡那霉素敏感。代谢类型多样，严格厌氧，兼性厌氧，专性好氧，光能营养或化能营养。二、细菌域细菌域（23个门）产液菌门栖热袍菌门异常球菌-栖热菌门硝化螺菌门蓝细菌门绿细菌门变形杆菌门坚壁菌门放线菌门浮霉状菌门螺旋体门拟杆菌门《伯杰氏系统细菌学手册》常见的海洋细菌（一）产液菌门产液菌门（Aquificae）包括1纲1目1科1属。特征：嗜热，所有菌株最适生长温度在70℃或更高，发现与陆地或浅海温泉。最适生长pH值为6.0-8.0。运动或不运动的杆状，长为0.2-0.6µm。革兰阴性。不形成芽孢。可以利用氢气、氧气及二氧化碳进行化能无机营养、微好氧生长。（二）栖热袍菌门栖热袍菌门（Thermotogae）包括1纲1目1科6属。特点：嗜热，不形成芽孢，杆状细胞外面具有壳状包被；革兰阴性；严格厌氧发酵；广泛分布于世界各地，主要生长在低盐火山或高温环境，如浅海或深海热液系统及陆地油田。（三）异常球菌-栖热菌门异常球菌-栖热菌门是一群对环境逆性具有高度抗性的细菌，包括抗辐射的异常菌纲和抗热的栖热菌纲。异常菌纲：异常球菌属细胞球状，直径0.5～3.5μm，成对或四联，比其他球菌为大。革兰氏阳性，但细胞壁组成较复杂，有几层的结构。不运动，不产芽孢。好氧。菌落通常红色或橙色。具呼吸代谢的化能异养菌，对糖类趋不活跃倾向。接触酶阳性。高度抗γ-射线，含有大量的棕榈酸盐。最适温度30～37℃。栖热菌纲一种嗜热菌，细胞不运动，没有鞭毛，不产芽孢，革兰氏阴性，大多形成黄色，橙色，或红色菌落，这些颜色由类胡萝卜素所致。好氧，氧化酶和接触酶阳性。通常水解明胶，一般弱水解淀粉。常常还原硝酸盐到亚硝酸盐。嗜高温，最适温度70-75度。（三）异常球菌-栖热菌门硝化螺菌门（Nitrospirae）包括1纲1目1科。细胞呈蓬松螺旋状至弧状，宽0.3-0.4μm，长为0.8-1.0μm。无运动性，无胞质内膜，周质空间的厚度是其他革兰阴性菌的2倍。化能无机自养型。海水是生长必需的。（四）硝化螺菌门（五）绿细菌门绿细菌门（Chlorobi）包括1纲1目1科6属。严格厌氧、专性光合营养生长的细菌，革兰阴性；外形有球形、椭圆形直形和弯曲形的；通过光合作用利用简单有机物进行生长；多分布于水体沉积物、含硫泉水或海港水体中。五界说原核生物界植物界原生生物界真菌界动物界1969年美国生物学家惠特克提出五界分类系统原核生物古菌域细菌域《伯杰氏系统细菌学手册》古菌域的主要分类古菌域泉古菌门广古菌门初生古菌门热变形菌纲热变形菌目暖球形菌目硫还原球菌目硫化叶菌目细菌域细菌域（23个门）产液菌门栖热袍菌门异常球菌-栖热菌门硝化螺菌门蓝细菌门绿细菌门变形杆菌门坚壁菌门放线菌门浮霉状菌门螺旋体门拟杆菌门《伯杰氏系统细菌学手册》常见的海洋细菌（六）变形杆菌门变形杆菌门是细菌域最大的一个门，数量大，种类多，也是表型多样性最丰富的一个系统发育群。所有的变形杆菌均为革兰阴性，其外膜主要由脂多糖组成。很多种类利用鞭毛运动，或滑行运动。（六）变形杆菌门α-变形杆菌纲γ-变形杆菌纲δ-变形杆菌纲ε-变形杆菌纲包括5个纲，约460个属，1800多种，它们在形态、生理、生存环境上非常多样化变形杆菌门β-变形杆菌纲α-变形菌纲》》》》》》羊布鲁氏菌（六）变形杆菌门β-变形菌纲》》》》》》奈瑟氏淋病双球菌（六）变形杆菌门γ‐变形菌纲》》》》大肠杆菌（六）变形杆菌门大肠杆菌是人和许多动物肠道中最主要且数量最多的一种细菌，周身鞭毛，能运动，无芽孢。主要生活在大肠内。1、大肠杆菌是细菌，属于原核生物；具有由肽聚糖组成的细胞壁，只含有核糖体简单的细胞器，没有细胞核有拟核；细胞质中的质粒常用作基因工程中的运载体。2．大肠杆菌的代谢类型是异养兼性厌氧型。3．人体与大肠杆菌的关系：在不致病的情况下,可认为是互利共生;在致病的情况下，可认为是寄生。（六）变形杆菌门4．大肠杆菌在生物技术