原核生物及其多样性

原核生物及其多样性姓名：李丹丹学号：20090587班级：中药09-2摘要：原核生物是由原核细胞构成的生物。细胞中无膜围的核和其他细胞器。包括古核生物和细菌。本文将从原核生物的特点，呼吸方式，基因组成，细胞骨架等方面展开对原核生物的介绍。另外，将以菌类和藻类作为分类阐述原核生物的多样性。（1）关键词：原核生物古核生物细菌多样性1原核生物的特点1.1结构原核生物乃拥有细菌的基本构造并含有细胞质、细胞壁、细胞膜、以及鞭毛的细胞。细胞壁不包括所有的原核生物，原核生物有一个例外。原核生物中，除了支原体，其余的都有细胞壁。支原体是唯一不具有细胞壁的原核生物（2）。1.2习性:原核生物极小，用肉眼看不到，须在显微镜下观察。多数原核生物为水生，它们能在水下进行有氧呼吸，是地球上最初产生的单细胞动物。1.3特点：①核质与细胞质之间无核膜因而无成形的细胞核（拟核或类核）；　　②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（有的原核生物在其主基因组外还有更小的能进出细胞的质粒DNA）（3）；　　③以简单二分裂方式繁殖，无有丝分裂或减数分裂;　　④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）；　　⑤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；　　⑥鞭毛并非由微管构成，更无“9+2”的结构，仅由几条螺旋或平行的蛋白质丝构成（4）；　　⑦细胞质内仅有核糖体而没有线粒体、高尔基器、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； ⑧细胞内的单位膜系统除蓝细菌另有类囊体外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（蓝细菌在类囊体内进行光合作用，其他光合细菌在细胞膜内褶的膜系统上进行光合作用；化能营养细菌则在细胞膜系统上进行能量代谢）；　⑨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(5);⑩大部分原核生物有成分和结构独特的细胞壁等等。总之原核生物的细胞结构要比真核生物的细胞结构简单得多。2呼吸方式原核生物细胞能进行有氧呼吸。有的原核生物，如硝化细菌、根瘤菌，虽然没有线粒体，但却含有全套的与有氧呼吸有关的酶，这些酶分布在细胞质基质和细胞膜上，因此，这些细胞是可以进行有氧呼吸的（6）。有的原核生物如乳酸菌、产甲烷杆菌等，没有与有氧呼吸有关的酶，因此，只能进行无氧呼吸。总之，大多数原核生物能进行有氧呼吸。3基因组成原核生物基因分为编码区与非编码区。编码区与非编码区的定义及位置：　所谓的编码区就是能转录为相应的信使RNA，进而指导蛋白质的合成，也就是说能够编码蛋白质（7）。非编码区则相反，但是非编码区对遗传信息的表达是必不可少的，因为在非编码区上有调控遗传信息表达的核苷酸序列。非编码区位于编码区的上游及下游。在调控遗传信息表达的核苷酸序列中最重要的是位于编码区上游的RNA聚合酶结合位点。RNA聚合酶是催化DNA转录为RNA。，能识别调控序列中的结合位点，并与其结合。4细胞骨架长期以来，人们认为细胞骨架仅为真核生物所特有的结构，但近年来的研究发现它也存在于细菌等原核生物中。目前为止，人们已经在细菌中发现的FtsZ、MreB和CreS依次与真核细胞骨架蛋白中的微管蛋白、肌动蛋白丝及中间丝类似（8）。FtsZ能在细胞分裂位点装配形成Z环结构，并通过该结构参与细胞分裂的调控；MreB能形成螺旋丝状结构，其主要功能有维持细胞形态、调控染色体分离等； CreS存在于新月柄杆菌中，它在细胞凹面的细胞膜下面形成弯曲丝状或螺旋丝状结构，该结构对维持新月柄杆菌细胞的形态具有重要作用。5原核生物的多样性5.1从菌类的角度菌类中的原核生物有两种，分别是细菌和放线菌即古菌。细菌主要有细菌有球菌、杆菌、螺形菌（包括螺菌和弧菌）三种基本形态，根据细胞分裂后细胞的组成情况，可分为单球菌、双球菌、链球菌和葡萄球菌等几类。故凡“菌”字前带有“杆”、“球”、“螺旋”和“弧”字的都属于细菌，如大肠杆菌、枯草杆菌、肺炎双球菌、霍乱弧菌。乳酸菌呈杆形，本来叫乳酸杆菌，通常省略“杆”字，所以乳酸菌属于细菌。除此之外，固氮菌（根瘤菌）也属于细菌。而硫细菌、铁细菌、硝化细菌等，不用说，肯定是细菌。（一）细胞壁细胞壁厚度因细菌不同而异，一般为15-30nm。主要成分是肽聚糖，由N-乙酰葡糖胺和N-乙酰胞壁酸构成双糖单元，以β（1-4）糖苷键连接成大分子。N-乙酰胞壁酸分子上有四肽侧链，相邻聚糖纤维之间的短肽通过肽桥（革兰氏阳性菌）或肽键（革兰氏阴性菌）桥接起来，形成了肽聚糖片层。此外，外膜与细胞之间还有间隙（9）。肽聚糖是革兰阳性菌细胞壁的主要成分，凡能破坏肽聚糖结构或抑制其合成的物质，都有抑菌或杀菌作用。（二）细胞膜是典型的单位膜结构，厚约8~10nm，外侧紧贴细胞壁，某些革兰氏阴性菌还具有细胞外膜。通常不形成内膜系统，除核糖体外，没有其它类似真核细胞的细胞器，呼吸和光合作用的电子传递链位于细胞膜上。某些行光合作用的原核生物（蓝细菌和紫细菌），质膜内褶形成结合有色素的内膜（10），与捕光反应有关。某些革兰氏阳性细菌质膜内褶形成小管状结构，称为中膜体（mesosome）或间体，中膜体扩大了细胞膜的表面积，提高了代谢效率，有拟线粒体（Chondroid）之称，此外还可能与DNA的复制有关。（三）细胞质与核质体细菌和其它原核生物一样，没有核膜，DNA集中在细胞质中的低电子密度区，称核区或核质体（nuclearbody）。细菌一般具有1-4个核质体，多的可达20余个。核质体是环状的双链DNA分子，所含的遗传信息量可编码2000～3000种蛋白质，空间构建十分精简，没有内含子（11）。细菌 核区DNA以外的，可进行自主复制的遗传因子，称为质粒（plasmid）。质粒是裸露的环状双链DNA分子，所含遗传信息量为2~200个基因，能进行自我复制，有时能整合到核DNA中去。质粒DNA在遗传工程研究中很重要，常用作基因重组与基因转移的载体胞质颗粒是细胞质中的颗粒，起暂时贮存营养物质的作用，包括多糖、脂类、多磷酸盐等。（四）其他结构许多细菌的最外表还覆盖着一层多糖类物质，边界明显的称为荚膜，如肺炎球菌，边界不明显的称为粘液层（slimelayer），如葡萄球菌。荚膜对细菌的生存具有重要意义，细菌不仅可利用荚膜抵御不良环境；保护自身不受白细胞吞噬；而且能有选择地粘附到特定细胞的表面上，表现出对靶细胞的专一攻击能力。例如，伤寒沙门杆菌能专一性地侵犯肠道淋巴组织。细菌荚膜的纤丝还能把细菌分泌的消化酶贮存起来，以备攻击靶细胞之用。鞭毛是某些细菌的运动器官，由一种称为鞭毛蛋白（flagellin）的弹性蛋白构成，结构上不同于真核生物的鞭毛。细菌可以通过调整鞭毛旋转的方向（顺和逆时针）来改变运动状态。菌毛是菌体表面极其的蛋白纤细，须用电镜观察（12）。特点是：细、短、直、硬、多，菌毛与细菌运动无关，根据形态、结构和功能，可分为普通菌毛和性菌毛两类。前者与细菌吸附和侵染宿主有关，后者为中空管子，与传递遗传物质有关。（五）繁殖细菌一二分裂的方式繁殖，某些细菌处于不利的环境，或耗尽营养时，形成内生孢子，又称芽孢，是对不良环境有强抵抗力的休眠体，由于芽胞在细菌细胞内形成，故常称为内生孢子（13）。芽孢的生命力非常顽强，有些湖底沉积土中的芽抱杆茵经500-1000年后仍有活力，肉毒梭菌的芽孢在pH7.0时能耐受100℃煮沸5-9.5小时。芽孢由内及外有以下几部分组成：1．芽孢原生质（sporeprotoplast，核心core）：含浓缩的原生质。2．内膜（innermembrane）：由原来繁殖型细菌的细胞膜形成，包围芽孢原生质。3．芽孢壁（sporewall）：由繁殖型细菌的肽聚糖组成，包围内膜。发芽后成为细菌的细胞壁。4．皮质（cortex）：是芽孢包膜中最厚的一层，由肽聚糖组成，但结构不同于 细胞壁的肽聚糖，交联少，多糖支架中为胞壁酐而不是胞壁酸，四肽侧链由L-Ala组成。5．外膜（outermembrane）：也是由细菌细胞膜形成的。　　常见的放线菌有小金色链霉菌、龟裂链霉菌、红霉素链霉菌和小单孢菌等。下面就集中典型的细菌和放线菌作介绍　1、放线菌    目前国际上已经描述和发表的放线菌近60个属、2000多种，中国已对40个属中的一部分种进行过分类研究，现保藏有36个属，450种，1332个菌株；其中8个属是中国研究工作者描述和建立的，它们是类链霉菌属(Streptomycoides)、小链孢菌属(Microstreptospora)、异壁放线菌属(Actinoallotaichus)、三歧泡菌属(Trichotomous)、双孢放线菌属(Actinobispora)、游动四孢菌属(Planotetraspora)、动孢链霉菌(Streptoplanospora)和白黄孢囊菌属(Cathayosporangium)。它们具有科学和应用价值。　2、Frankia-共生固氮放线菌　　Frankia是一类能与许多木本植物共生的结瘤固氮的放线菌，与这类菌共生的寄主植物广泛分布于世界各地，1978年组织了多学科协作研究，开展了全国放线菌结瘤植物调查，查明中国有6个属44个种的树木与放线菌共生结瘤固氮，其中19种是国际上未报道的新记录种(表1)。　3、根瘤菌　　根瘤菌与豆科植物共生结瘤是陆生生态系统中最重要的供氮体系，它们在所有固氮体系中固氮作用最强，全世界估计有18000～9000种豆科植物，中国已记录了1500种。绝大多数豆科植物能与根瘤菌共生结瘤固氮。目前国际上已描述的根瘤菌有4属15种。根据全国根瘤菌资源调查，已纯化根瘤菌近2000株，并建立了一个新属中华根瘤菌(Sinorhizobium),包括两个新种。另外,在紫云英结瘤的根瘤菌已定名为华癸根瘤菌(Rhizobiumhuakuii),从新疆干旱地区发现一个新种定名为天山根瘤菌(Rhizobiumtianshanellse)。从大豆中分离出超慢速生 长的大豆根瘤菌定名为辽宁根瘤菌(Bradyrhizo-biumliaoningense)新种，中慢生根瘤菌属(Mesorhizobium)是在中国最近发现的参考文献：（1）原核生物百度百科1.(2)李阜棣胡正嘉2000微生物学第五版中国农业出版社2.(3)沈萍1999微生物学高等教育出版3.（4）周德庆2002微生物学教程第二版高等教育出版社4.（5）Lansing,M.Prescott;JohnP.Harley;andDonald,A.Klein.1990.Microbiology.Wm.C.BrownPublishers5.(6)Lansing,M.Prescott;John,P.Harley;andDonald,A.Klein.2002.Microbiology,5thed.McGraw-Hill6.(7)Michael,T.Madigan;John,M.Martinko;andJack,Parker.2000.Brock(8)BiologyofMicroorganisms,9th.Prentice-Hall7.Michael,T.Madigan;John,M.Martinko;andJack,Parker.2003.BrockBiologyofMicroorganisms,10th.Prentice-Hall8.J.Nicklin,K.Graeme-cook,T.Paget,andR.A.Killington.1999.InstanteNo（9）tesinMicrobiology.BIOS.ScientificPublishers9.（10）Larry,McKane;JudyKandel.1985.MicrobiologyEssentialsandApplications.McGraw-Hill10.（11）GerardJ.Tortora;BardellR.Funke;ChristineL.1998.Case.MicrobiologyAnIntroduction,6th.Benjamin/Cummings11.（12）Eugene,W.Nester;C.Evans,Roberts;Nancy,N.Pearsall;Denise,G.Andeeson;Martha,T.Nester.1998.MicrobiologyAHumanDerspective,2th.WCB/McGraw-Hill 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