【教学课件】第八章微生物的生态.ppt
第八章 微生物的生态,第一节 微生物在自然界中的分布与 菌种资源的开发第二节 微生物与生物环境间的关系第三节 微生物与自然界物质循环第四节 微生物与环境保护,生态学：研究生命系统与其环境系统间的相互作用规律的科学。研究内容：微生物群体微生物区系（microflora）或正常菌群（normal flora）对其周围生物和非生物环境条件的相互作用关系。研究范围：生物圈（biosphere）、生态系统（ecosystem）、群落（community）、种群（population）。（1）生物圈：地球表面有生命的地带被称为“生物圈”。它包 括地球上一切生命有机体（植物、动物和微生物）及其赖以 生存和发展的环境（空气、水、岩石、土壤等）。（2）生态系统：生物群落与环境之间以及生物群落内部通过能 量流动和物质循环形成的一个统一整体。,（3）群落：同一环境中两个以上种群由于生活繁殖上的连锁而构成相互依赖、相互制约的生物集团。（4）种群：生活在同一环境中的同种个体组成的能繁殖的集团。与同种别地的种群有隔离、有界限。,研究意义：理论：地球进化和生物进化原因实践：开发菌种资源、防治有害微生物、新的微生物农药、菌肥、医药、混菌发酵、生态农业，促进探矿、冶金、环保、提高土壤肥力以及开发生物能等,本节内容：微生物在自然界的分布菌种资源的开发,第一节微生物在自然界中的分布 与菌种资源的开发,一、微生物在自然界中的分布,(一)土壤中的微生物（二）水中的微生物（三）空气中的微生物（四）工农业产品上的微生物（五）极端环境中的微生物,(一)土壤中的微生物,土壤中微生物的数量：按种类递减细菌放线菌霉菌酵母菌藻类原生动物108 107 106 105 10 103个/g土壤微生物的代谢活动，可改变土壤的理化性质，进行物 质转化，因此，土壤微生物是构成土壤肥力的重要因素。,土壤中微生物的含量与土壤有机质含量有直接关系。表层耕作土中含量最高，耕作层厚度2030cm，地表土受阳光直接照射，其中微生物含量较低。采取土样时一般要刮开表土23cm后采样。,我国各主要土壤的含菌量（万/每克干土）,土壤微生物的作用,（1）参与土壤中几乎所有的生物化学变化，异养微生物分解有机质，自养微生物转化矿质养分存在状态。（2）微生物是合成土壤腐殖质的主要成员，因此成为土壤肥力和土壤结构的决定者之一。（3）光合微生物能增加某些环境中有机碳素的含量，尤其在无植被的环境中，藻类是土壤形成或恢复的先行者。,（二）水中的微生物,（1）淡水水体中微生物分布状况,地面水中微生物的种类和数量较多，一般与其所处的环境条件有关。清洁的湖泊、池塘和水库中微生物较少，有机质丰富的湖泊中，微生物也较多。停滞的塘水、污染的江河水以及下水道的沟水中，微生物较多地下水因经过深厚的土层过滤，几乎大部分微生物被阻留在土壤中,1不同水体中的微生物种类,清水型水生微生物,洁净湖泊和水库以化能自养型和光能自养型微生物为主，如硫细菌、铁细菌、衣细菌、蓝细菌和光合细菌。根据微生物对水生环境中的营养要求，将其分为三类：贫营养细菌（115mgC/L）、兼性贫营养细菌（指一些在富营养培养基中经反复培养后也能适应并生长的贫营养细菌）、富营养细菌（10gC/L）贫营养指数（O.I）：某水样中贫营养细菌占总菌数的百分比,流经城市的河水、港口附近的海水、滞留的池水、阴沟水流入了大量的人畜排泄物、生活污物和工业废水等，有机物含量大增。每毫升污水的微生物含量达到107108个。微生物类群：革兰氏阴性无芽孢杆菌，如Proteus、E.coli、Enterobacter aerogenes和Alcaligenes等，各种Bacillus、Vibrio和Spirillum等的一些种纤毛虫类、鞭毛虫类和根足虫类等原生动物；还有一些随人畜排泄物和病体污物进入水体的动植物致病菌繁殖及后果：通常因水体环境中的营养等条件不能满足其生长繁殖的要求，加上周围其它微生物的竞争和拮抗关系，一般难以长期生存，但由于水体的流动，也会造成病原菌的传播甚至疾病的流行。,腐败型水生微生物,（2）海水微生物的分布和种类,海水中的微生物除来源于河水、雨水及污水等环境中临时种类外，绝大多数是嗜盐菌，并耐高渗透压。水体中微生物的数量主要与有机质含量有关。微生物在海水中的垂直分布一般规律为：表层主要是好氧性异养菌，低层水体中，主要是厌氧腐生及硫酸还原菌，两层之间紫硫菌较多。在010米深的海水中，菌数较少，藻类和原生动物占较大比例，1050米的海水中，菌数逐渐增加，50米以下，菌数逐渐减少，200米以下，菌数更少，在海底沉积物上，存在大量的微生物,2 水体的自净作用,水源的饮用价值：良好的饮用水细菌含量应在100个/ml以下，当超过500个/ml时，即不适合作为饮用水。更重要的是水中的微生物种类，一般用大肠菌群数作为是否含有病原菌的指标。,3 饮用水的微生物标准,在自然水体尤其是快速流动的水中，存在着对有机或无机污染物的自净作用。其原因是多方面的，有稀释、沉降、吸附等物理作用，更重要的是各种生物学和生物化学作用，如好氧菌对有机物的分解作用、原生动物对细菌等的吞噬作用，噬菌体对宿主的裂解作用，以及微生物产生的凝胶物质对污染物的吸附、沉降作用等使水中有机物含量降低，这种作用称为水的自净作用。是流水不腐的原因。,（三）空气中的微生物,空气中的环境条件：无营养和水分、紫外线直射存在状态：漂浮，短暂停留，以吸附于尘埃微粒上的形式存在。空气中的尘埃颗粒数与微生物数量有直接关系。分布：越接近地面的空气含菌量越高，目前人类检测到微生物存在的最高处为85km的高空。种类：球菌、芽孢杆菌、产色素细菌、真菌孢子空气中微生物数量的测定：培养皿沉降法、液体阻留法空气中微生物的杀灭与去除：紫外线照射、甲醛熏蒸、药物喷雾、过滤除菌等，常用的过滤介质有棉花、纱布、石棉滤板、活性炭或超细玻璃纤维过滤纸等。,1.工业产品的霉腐,微生物引起的劣化种类：霉变（mildew，mouldness）：由霉菌引起的劣化腐朽（decay）泛指在好氧条件下微生物酶解有机质使其劣化的现象，常见的如由担子菌引起的木材或木制品的腐朽现象腐烂（或腐败，Putrefection，rot）主要指由细菌或酵母菌引起的使物体变软、发臭性的劣化腐蚀（corrosion）主要指由硫酸盐还原细菌、铁细菌或硫细菌引起的金属材料的侵蚀、破坏性劣化变质（deterioration）指由各种生物或非生物因素引起的工农业产品质量下降的现象,（四）工农业产品上的微生物,霉腐微生物的作用机理：通过微生物酶系分解工农业产品中的相应组分产生危害。在矿物油中生长，不仅因大量菌体阻塞机件，代谢产物会 腐蚀金属器件硫细菌、铁细菌和硫酸盐还原菌会对金属制品、管道和船 体外壳等产生腐蚀菌体和代谢物属于电解质，对电讯、电机器材等会危及其 电学性能有些霉菌分泌的有机酸能腐蚀玻璃以致严重降低光学仪器 的性能,霉腐微生物的控制,控制其温度、湿度、氧气和养料采用有效的化学抑菌剂、杀菌剂或物理杀菌剂在工业产品加工、包装过程中，尽量保持环境卫生并严防杂菌污染,2.食品上的微生物,污染食品的微生物种类：Paecilomyces青霉、Trichoderma木霉、Escherichia coli大肠杆菌、Staphylococcus aureus葡萄球菌、Bacillus subtilis枯草杆菌、Salmonella沙门氏菌、Proteus vulgaris变形杆菌、Pseudomonas aeroginosa绿脓假单孢菌、Lactobacillus乳酸杆菌、Streptococcus lactis乳链球菌、Sacchromyces cerevisiae酿酒酵母等。微生物污染的危害：除引起食品变质外，还可能含有各种致病菌和毒素等有害代谢产物，会引起人类的各种严重疾病防止霉腐的方法：（1）在加工、制造、包装过程中必须特别注意清洁卫生（2）控制保藏条件采用低温、干燥、密封等措施（3）添加少量无毒的化学防腐剂如苯甲酸、山梨酸、脱 氢醋酸、维生素K、丙酸、二甲基延胡索酸等,3.农产品上的微生物,主要菌种：以青霉属、曲霉属、镰孢霉属（Fusarium）等的一些种为主。真菌毒素：目前已知的五万多种真菌中，至少有两百多个种能产生一百多种真菌毒素，其中有14种致癌，两种是剧毒致癌剂，其一为黄曲霉毒素（aflatoxin），另一种是由某些 镰孢菌产生的单端孢烯族毒素T2。凡是被霉菌严重污染的 粮食一般都含有多种真菌毒素，因此，“防癌必先防霉”。主要真菌毒素：黄曲霉毒素、赭曲霉素、杂色曲霉素、岛青霉素、黄天精、环氯素、展青霉素、桔青霉素、皱褶青霉素、黄绿青霉素、青霉酸、圆弧青霉素、偶氮酸、单端孢烯族毒素、二氢雪腐镰刀菌烯酮和T2毒素等。,（五）极端环境中的微生物,1.嗜热微生物（thermophiles）,2.嗜冷微生物（psychcophiles）又称嗜冷菌，指一类最适生长温度低于15、最高生长温度低于20和最低生长温度在0以下的细菌、真菌和藻类等微生物。耐冷微生物（psychrotolerant）:能在0下生长，但其最适生长温度为2040的微生物。,3.嗜酸微生物（acidophiles）只能生活在低pH（4）条件下，在中性pH下即死亡的微生物。耐酸微生物（acidtolerant）:生长在低pH下，但在中性pH下也能生活的微生物。,4.嗜碱微生物（alkalinophile）能专性生活在pH 1011的碱性条件下而不能生活在中性条件下的微生物。,5.嗜盐微生物（halophile）必须在高盐浓度下才能生长的微生物。低度嗜盐菌：0.20.5mol/L NaCl中度嗜盐菌：0.52.5mol/L NaCl极端嗜盐菌：2.55.2mol/L NaCl耐盐微生物（halotolerant）：既能在高盐度环境下生活，又能在低盐度下正常生活的微生物,6.嗜压微生物（barophiles）必须生长在高静水压环境中的微生物，都是原核微生物，也称嗜压菌。因采样、分离、研究等均需要在特制的高压容器中进行，研究进展缓慢。7.抗辐射微生物对辐射有抗性或耐受性。微生物的抗辐射能量明显高于高等动、植物。,正常菌群：生活在健康动物各部位，数量大、种类较稳定且一般是有益无害的微生物。正常菌群与人体的关系：一般能维持平衡，菌群内部的各种微生物之间，也是相互制约而维持相对稳定。变化情况：正常菌群是相对的、可变的、有条件的。,机体防御机能减弱时，一部分正常菌群会成为病原微生物；正常菌群在非正常部位时也可引起疾病；由于外界因素的影响，破坏了各种微生物之间的相互制约 关系，正常菌群也会引起疾病（菌群失调症）。,（六）生物体内外的正常菌群,1、正常菌群,2、其它生物体,无菌动物（germ-free animal）：体内外检查不到任何正常菌群的动物悉生生物（gnotobiotics）：已经人为接种某已知纯种微生物的无菌动物根际微生物（rhizosphere microorganism）：植物根系经常向周围土壤分泌各种外渗物质，故根际有大量微生物活动。种类组成受植物的种类和植物发育阶段影响。作用是改善植物营养、分泌生长刺激素及抗生素等；有时也有害，与植物争夺N、P等营养、分泌毒素等。附生微生物（epibiotic microbe）：指生活在植物体表面，主要借其外渗物质或分泌物质为营养的微生物。叶面微生物是主要的附生微生物。,二、菌种资源的开发,菌种筛选的一般原则和基本步骤：采集菌样：了解目标菌分布情况、首选样品是土壤富集培养：利用选择性培养基的原理，向所采土样中加入某些特殊营养物，并创造一些有利于待分离对象生长的条件，使样品中少量的能分解利用该营养物的微生物大量繁殖，以提高其在群体中的比例，使之便于分离。纯种分离（参见第六章）性能测定,采取土壤样品要考虑的几个问题,土质肥，微生物含量高，特别肥沃的土壤中细菌多，放线菌少；在植物残体枯枝落叶下的土壤中较多含有拮抗性真菌。离地面520cm处的土壤通气良好、不受阳光直射，含菌量最高。采土季节以春秋两季最好。采土方法：选择适当地点、铲除表土、取土样数十克，盛入事先准备的无菌防水纸袋中，其上记录采土时间、地点、植被情况等。多点采土、混合分离，可以代表每一地块上的微生物分布平均情况,土样的富集培养,含有目的菌较多的土样不需要富集培养如果原有样品中目的菌含量低，可以人为地添加相应的基质，培养使之以较其它微生物更快的速度生长繁殖，从而提高它们在样品中的比例，便于分离。富集培养的一般方法：采用有利于目的菌种而不利于无关微生物的营养和培养条件，以达到使目的菌种在群体中比例上升的目的。一些有特定物质产生能力的菌种，不容易富集，只有通过大量艰苦的工作筛选取得。,请多提宝贵意见,
