微生物在自然界中的分布与作用.ppt

第 四 章微 生 物 在自然界中的分布与作用,微生物与环境间有着极为密切的关系，微生物的生命活动依赖于环境，同时也影响着环境，研究微生物与环境之间的关系，了解它们在自然界的分布，可为人们开发微生物资源提供理论依据，以使人们利用微生物在自然界中的作用来改造自然，保护自然。微生物之间，微生物与其他微生物之间，也存在着相互依存，相互制约的关系，研究它们之间的关系，使人类更好地利用微生物，为防治人和动植物疾病，为工农业生产服务。,生态系统：在一定的空间内生物的成分和非生物的成分通过物质循环和能量流动互相作用、互相依存而构成的一个生态学功能单位。生态学：研究生物与其周围生物和非生物环境之间相 互关系的一门科学。微生物生态学：研究微生物与其周围生物和非生物环境之间相互关系。各种环境中的微生物的种类、分布；微生物和其它生物的关系；微生物与物质循环；,第一节 自然界中的微生物,微生物的特点：个体微小，代谢营养类型多样，适应能力强,微生物在自然界中分布广泛,一、微生物在自然界中的分布（一）土壤中的微生物土壤是固体无机物(岩石和矿物质)、有机物、水、空气和生物组成的复合物，是微生物的合适生境。是微生物的大本营。土壤微生物种类多、数量多、代谢潜力巨大，是主要的微生物源。,1）土壤微生物的数量和分布主要受到营养物、含水量、氧、温度、pH等因子的影响，并随土壤类型的不同而有很大变化。2）土壤微生物的数量和分布受季节影响；3）微生物的数量也与于土层的深度有关，一般土壤表层微生物最多，随着土层的加深，微生物的数量逐步减少。4）土壤中的微生物以细菌最多，其次位放线菌和霉菌。,土壤中的微生物分布特点,（二）水体中的微生物,1）数量和种类与接触的土壤有密切关系；2）垂直分带分布3）多是吸附在悬浮在水中的有机物上及水底；4）多能运动，有些具有很异常的形态（例如柄细菌）；5）靠近城市或城市下游水中的微生物多，并且有很多对健康不利的细菌，因此不宜作为饮用水源；6）水体自身存在自我净化作用：,在自然界中，河水虽然在一些地方(如城镇地区)受到污染，但在继续流动的过程中，由于日光的照射，使浮在水面上的微生物（细菌）死亡，水中原生动物的吞噬和微生物之间的拮抗作用，使细菌增殖受到抑制，水中有机质不断地被分解，使水中徽生物得不到营养物质，而水中悬浮颗粒沉淀时又将附着在悬浮颗粒表面的细菌沉淀到水底，再加上 水流的振动和氧化作用，清净支流的冲淡等等综合因素的作用结果，使水中微生物大量地减少。称为水的自洁作用。水的自洁作用在卫生学上具有重要的意义。,水的自洁作用,五、水中的病原微生物及其传播,医院、兽医院、屠宰场、皮毛加工厂等所排出的含有病原微生物污水，一旦侵入水源，可通过大、小河川而广泛传播出去，或透过土壤侵入地下水，这样就可能引起传染病传播。借水传播的传染病常见的有伤寒、痢疾、霍乱、钩端螺旋体病、马鼻疽、布氏杆菌病、土拉伦斯菌病、炭疽病、猪丹毒、马腺疫、口蹄疫、猪瘟及其他传染病等。病原徽生物在水中由于营养条件、生长环境以及水的自洁作用不适宜其生长发育，因而生存时间缩短。,饮用水的微生物指标：总菌数：100个/ml大肠菌群数：3 个/L,大肠菌群:是指一群以大肠埃希氏菌为主的好氧或兼性厌氧的杆菌,无芽孢,革兰氏阴性,能发酵乳糖产酸产气.,六、水的微生物学检查,（三）空气中的微生物,1）空气干燥，不利于微生物生命活动不是微生物生长繁殖的场所但却飘浮着相当数量的微生物，来自地面、动植物、尘土。2）城市街道，医院、畜舍等公共场所空气中含量高，森林，海洋、高纬度地带的空气中微生物含量很少3）种类主要为真菌和细菌，一般与其所在环境的微生物种类有关；4）微生物在空气中只能短时间停留，就要落地，大部分死亡，包括一些人体病原菌，但结核、白喉，炭疽等杆菌和肺炎双球菌、葡萄球菌、流感病毒、脊髓灰质炎病毒抗性比较强。能传染疾病。5）停留时间和尘埃大小、空气流速、湿度、光照等因素有关；6）微生物在空气传播的距离是无限的，因而其分布是世界性的。空气中的微生物的数量是大气污染程度的标志之一,第二节正常动物体微生物,动物的体表皮肤、粘膜，以及与外界沟通的孔道，由于经常与外界接触，都有微生物存在。过路菌：动物由于接触土壤、空气环境中污染的微生物而暂时带菌。常住菌：长期生活在动物体表或体内的共生的或寄生的微生物。常住菌是在动物长期进化中形成的，它们在动物体内的某个特定的栖居所长期适应，定居留殖。它们的菌类和数量基本上是稳定的，这些微生物的生命活动与其宿主的生理生理以及动物的健康都有着密切的关系。,一、体表的微生物 动物皮肤和皮毛上的微生物，多数是从土壤和空气中污染的，不洁的畜体还往往沾染着大量粪便中的微生物。皮毛上常见的微生物以球菌为主；杆菌中主要有大肠杆、绿脓杆菌、棒状杆菌及枯草杆菌等。在皮肤表层、汗腺和皮脂腺内，常发现有白色葡萄球菌、金黄色葡萄球菌和化脓链球菌等，它们是引起外伤化脓的主要原由。某些患有传染病的家畜皮毛上，还往往带有该种疾病的病原，如炭疽杆菌芽胞、结核分支杆菌和口蹄疫病毒、痘病毒等，这些病原徽生物常可通过皮毛而传播，在处理皮革和皮毛时应加注意。,二、消化道的微生物,(一)消化道微生物的分布 初生幼畜的消化道是无菌的，数小时后随着吮乳、采食等过程，在消化道内即出现了微生物，其中如大肠杆菌，便从此在动物肠道内与寄主共处终生。消化道中微生物的分布因部位不同而异。口腔内含有大量微生物，食道中没有食物停留，因此微生物很少。,禽类的嗉囊囊则不同，其中存在着很多随着食物进入的微生物。此外还有一类乳酸杆菌为嗉囊的正常栖居菌，它们对大肠杆菌和一些腐败菌有抑制作用，对嗉囊中正常微生物群的保持有重要作用。肠胃道中的微生物有的来自食物、饮水，但它们进入肠胃道后不一定都能生存，往往只是暂时性的，它们不断送入，也不断地被消灭；另外还有一些微生物由于长期演化适应的结果，能在肠胃道内定居成为土著胃肠道微生物。,胃肠道微生物的组成是很复杂的；它们的数量和种类随家畜种类、年龄和饲料的差异而转移，在同一动物胃肠道的不同部位也有着不同的微生物群。胃内因受胃酸的限制，除乳酸杆离和胃八叠球菌等少量耐酸的细菌外，一般不存在士著微生物，但反刍动物的瘤胃和瓣胃则例外。,在小肠部位，特别是十二指扬，由于各种消化液的杀菌作用，细菌较少，进入大肠后消化液的杀菌作用减弱或消失，且经常有大量的残余食物滞留，营养丰富，条件适宜，故菌数显著增加，并且大多为定居在肠道的土著微生物。正常动物大肠道内大约有100种以上的细菌，其总数每克粪便在1，000亿(1012)以上，其中：主要为厌氧菌，如拟杆菌、真杆菌及分叉杆菌等，占总数的9099；其次才是肠球菌、肠杆菌(大肠杆菌)及乳杆菌等其他菌等。过去认为大肠杆菌是肠道的优势菌，这是错误的。,(二)瘤胃微生物及其作用 瘤胃是反刍动物体内的饲料处理工厂，饲料中约有7085可消化物质和50粗纤维在瘤胃内消化。因此，瘤胃(包括网胃)消化在反刍动物整个消化过程中占有特别重要的地位。瘤胃内所进行的一系列复杂的消化代谢过程，微生物起着主导作用。,瘤胃是供厌氧性微生物繁殖的良好的天然“发酵罐”。，它具有下列恃点：1不断有食物和水分进入瘤胃，供给微生物所需的营养物质；2节律性的瘤胃运动，将微生物和食物充分搅拌混和；3温度在3840之间。由于微生物发酵作用产生大量的热，瘤胃内温度往往超过牛的体温，有时高达39-42。,4瘤胃具有高度厌氧条件。瘤胃背囊的气态，通常含CO25070，甲烷2045以及少量氮、氢、氧等。其中少量的氧迅即被需氧微生物所利用。这些气体由微生物发酵所产生，一昼夜达600-700升，除了一部分气体为微生物所利用外，大部分通过嗳气排出，当气体产生量超过排出量时，就形成臌气。,瘤胃微生物的区系十分复杂，且常因饲料种类、给饲时间、个体差异等因素而变化。瘤胃微生物包括厌氧性纤毛虫和细菌两大类，前者主要有：均毛虫科(Holotrichidae)的绒毛虫属(Dasytricha)以及头毛虫科(Ophryoscolecidae)的双毛虫属、内毛虫属。其中以内毛虫和双毛虫为最多，约占纤毛虫总数的8598。能分解纤维素的主要为双毛虫属。,瘤胃细菌的种类很多，其中能分解纤维素的主要有：产琥珀酸拟杆菌、小生纤维梭菌、黄色瘤胃球菌、白色瘤胃球菌、小瘤胃杆菌等；发酵淀粉和糖的主要有：牛链球菌、丁酸梭菌、丁酸弧菌属的一个种、反刍兽半月形单胞菌等；合成蛋白质的主要有：淀粉球菌、淀粉八叠球菌、淀粉螺旋菌和另外一些嗜碘微生物；合成维生素的主要有：维生瘤胃黄杆菌、丁酸梭菌等。一克瘤胃内容物中，约含细菌150250亿和纤毛虫60100万，其总容积约占瘤胃液的3.6，其中细菌和纤毛虫各约占50(按容积计)。但就代谢活动的强度和其作用的重要性来说，则细菌远远超过纤毛虫。,瘤胃内多种细菌之间和细菌与纤毛虫之间彼此共生，共同作用，组成微生物区系。在各类微生物的协同作用下，完成饲料营养物的分解和利用。例如，纤毛虫生长必需利用瘤胃细菌的代谢产物，另一方面纤毛虫所产生的刺激素能提高细菌分解纤维素的能力。瘤胃微生物的共生关系对粗纤维的分解甚为重要。据有关试验资料表明，瘤胃中纤维素微生物可在模拟的人工瘤胃培养基上继代培养35天以上，其分解纤维素的能力未见显著下降。,瘤胃微生物的主要作用如下：1纤维素的分解 动物没有纤维素酶，反刍动物饲料中的纤维素，主要依靠瘤胃内的纤维素分解细菌和一部分纤毛虫，最终产生挥发性脂肪酸，被牛体所吸收利用。牛瘤胃内一昼夜所产生的挥发性脂肪酸，占牛体所需能量的6070。2糖的分解与合成 瘤胃微生物分解淀粉、葡萄糖和其他糖类，产生低级脂肪酸、CO2和甲烷等；同时利用饲料分解产生的单糖和双糖合成糖原，储存于微生物体内，待微生物随食糜进入小肠被消化后，这种糖原又可被利用作为牛体的葡萄糖来源之一。乳牛吸收入血液的葡萄糖约有60被利用来合成牛乳。,3蛋白质的分解与合成 瘤胃微生物能利用简单的含氮物合成微生物蛋白质，估计一昼夜可合成300700克，约占瘤胃蛋白质的2030%。另一方面，饲料中的蛋白质，在瘤胃内可被分解为氨基酸、氨和酸类等，因此将饲料蛋白经甲醛处理后，使其不易被瘤胃微生物分解，待排入小肠后再被消化，可提高饲料蛋白的利用效率。4维生素合成 瘤胃微生物能合成维生素B族和维生素K等，所以日粮中缺乏此类维生素，并不影响牛体健康。,(三)大肠的微生物作用,单胃动物在胃和十二指肠部分，由于胃酸和胆汁的作用，微生物的活动受到抑制。当食糜进入小肠后段，特别是进入大肠后，微生物的活动极其频繁。在这里进行着十分复杂的微生物活动，这些活动有的是有利的，是动物消化代谢的重要组成部分，有些则是有害的。,1纤维素分解 食草的单胃动物如马，杂食动物如猪等均能消化利用饲料中的部分粗纤维。这些动物的纤维素分解活动主要在大肠内进行，特别是盲肠和结肠前段尤为强烈。猪盲肠内纤维素的分解，主要微生物为一种被碘染色的厌氧性大型球菌，与从马盲肠分离的球菌相似，此外尚有一类厌氧性的无芽胞杆菌。,2其他有机物的发酵 在小肠内未完全消化吸收的有机物，进入大肠后可引起剧烈发酵。逐渐发酵后形成乳酸、挥发性脂肪酸及 CO2、甲烷等气体。肠道内形成的有机酸可以被吸收利用，这是有利的一方面，过度发酵往往引起肠臌气；且降低了可消化营养的利用率，这就是有害的了；3大肠内的腐败作用 大肠内存在着多种能分解蛋白质和对氨基酸有脱氨基和脱羧基能力的微生物。当蛋白质及未完全吸收的氨基酸进入大肠后，可引起腐败作用。在脱氨基过程中生成胺类，包括腐胺、尸胺及组胺等，这些产物是有毒的，它们可刺激粘膜，引起急性或慢性肠炎，招致下痢。,4有机物的合成 肠道微生物活动后，可合成大量菌体蛋白。但与瘤胃内合成的菌体蛋白不同，它们不能再被消化利用，而是随着粪便排出体外。猪肠道细菌还可以合成高分子脂肪酸，这些脂肪酸也不能被利用而随粪便排出。此外，不少肠道细菌能合成维生素 B及K，可以被宿主吸收利用，以补充维生素不足。,(四)保持消化道微生物正常菌群的重要性,消化道微生物的正常菌群，对维持家畜的正常消化代谢有十分重要的意义。反刍动物采食含碳水化合物或蛋白质过多的饲料，或突然改变饲料后，常招致瘤胃微生物区系的改变，从而引起严重的消化紊乱。这就是反刍动物发生前胃疾病的主要病因。,反自动物口服磺胺类药和抗菌素后，往往引起消化不良也是这个缘故。在前胃疾病康复阶段，人工喂给健牛的瘤胃内容物(反刍时的食团)，以重建瘤胃微生物区系，对促进前胃疾病的早期康复有一定的实用价值。,初生犊牛瘤胃内是无菌的，在一般情况下，生后数周形成瘤胃细菌区系，34月龄时，瘤胃内出现纤毛虫区系，如用成年中瘤胃内容物喂犊牛，可使瘤胃纤毛虫区系的形成提早至36周龄。接种后的犊牛瘤胃内，挥发性脂肪酸和氨态氮浓度较高，生长也较未接种的犊牛迅速。,大肠中的正常菌群对动物是有利的 如突然改变饲料，或长期喂给单一的饲料等，会使肠道微生物的正常菌群受到破坏，往往促使某些潜在的致病菌繁殖而引起疾病。例如，大肠中的正常栖居者大肠杆菌，绝大多数是不致病的，它们有的能分泌肠菌素，能抑制其他致病性大肠杆菌生长。当肠道微生物菌群的生物学平衡受到破坏时，给此类致病性大肠杆菌以大量繁殖的条件，从而可引起猪的水肿病。仔猪黄痢也正是因为肠道正常菌群尚未建成前，给致病性的溶血性大肠杆菌以可乘之机所造成的。故人工喂给不致病的、定居性和竞争性强的大肠杆菌和乳酸杆菌，有利于正常菌群的形成，对控制仔猪黄痢有一定效果。,菌群失调症：由于肠道正常微生物群的生态平衡受到破坏而引起的病理过程。长期连续或短期大量口服抗菌药物，往往使草食兽(特别是马)肠道中大肠杆菌被抑制，引起菌群失调症，主要表现为维生素缺乏症和其他致病菌引起的肠炎。饲养管理不正常也可引起消化道菌群的比例失调；如慢性前胃疾病、腹泻等，严重的比例失调称为菌交替症，即正常菌群完全被抑制，而为外袭菌所替代，结果引起急性胃肠疾病，如耕牛偷吃黄豆或其他谷物而引起的急性酸中毒和食草动物口服广谱抗菌素引起的急性消化扰乱等。,三、其他器官系统的微生物,(一)呼吸道的诶生物 健康动物的呼吸系统中，支气管末梢和肺泡内是无菌的，但在上部呼吸道特别是鼻粘膜上，经常存在着随空气进入的微生物群，如葡萄球菌等。此外还有一定种类的微生物能在上呼吸道粘膜上长期寄居，特别是在扁桃体粘膜上，除葡萄球菌外，还有绿色链球菌、肺炎球菌、巴氏杆菌等，这些细菌在动物抵抗力减弱时，就可成为原发、并发或继发感染的病原体。,(二)泌尿生殖器官的微生物 公畜或母畜的尿道口，经常栖居着一些革兰氏阴性或阳性的球菌，以及若干不知名的杆菌。偶尔也有一些抗酸性杆菌(如耻垢杆菌)存在，这些抗酸菌并没有致病性，它所产生的酸，可使阴道保持酸性环境，从而抑制其他微生物生长，因而对动物是有利的。由于尿道口容易被粪便、土壤和皮垢所污染，因此也可能存在大肠杆菌、葡萄球菌等细菌。内部泌尿生殖道是无菌的，但在某种情况下，大肠杆菌等可逆行而上，进入膀胱、肾等引起上行性感染。,(三)其他组织器官的微生物 动物的组织器官内，在正常情况下是无菌的。但在特殊情况下也可能有菌，如某些传染病的隐性传染过程，或康复后的一定时期内，均可能带菌。有的细菌能从肠道经静脉进入肝脏，或由淋巴管进入淋巴结。特别是在动物临死前，抵抗力极度减弱时，某些非病原菌或条件性致病菌，都可由这些途径进入组织器官内。进些闯入的细菌往往造成细菌学检查的误诊。,四、无菌动物和无特定病原动物,无菌动物(Germ free anima1s，缩写为GF动物)：是指不含有任何微生物或寄生虫的动物。在其整个生活期内要采取切措施杜绝外界微生物与无菌动物接触。无菌动物可用于研究消化道微生物与动物营养的关系、免疫、肿瘤、病理及传染病等方面的问题。无特定病原动物(Special pathogen free anima1s，缩写为 SPF动物)是指没有某些特定的病原微生物及其抗体或寄生虫的动物(或禽胚胎)。各个国家根据控制疫病规定的标准对 SPF动物有不同的要求。利用 SPF动物可培育无慢性传染病的畜(禽)群，也可探讨病原微生物对机体致病作用和免疫发生的机理，提出疫病防制措施等。目前世界各国都十分重视建立SPF畜(禽)群，并在科研和生产实践中广泛应用。,