微生物生态资料.ppt

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1、第九章微生物生态,微生物生态学,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:是一门研究生物系统间及与环境系统相互作用规律的科学。微生物生态学:是一门研究微生物与环境系统间相互作用规律的科学。即,生物系统,环境系统,作 用,反作用,生态学研究层次,生物圈生态系统群落种群biosphere ecosystem community population 个体 器官 组织 细胞 细胞器individual organ tissue cell organelle 生物大分子 基因 核苷酸 密码子 碱基 biomacromol

2、ecile gene,目录：,第一节 微生物在自然界中的分布第二节 微生物的生物环境第三节 微生物在自然界物质循环中的作用第四节 人体微生及病原微生物的传播第五节 微生物与环境保护,第一节 生态环境中的微生物,一 微生物的群落二 陆生生境的微生物三 水生生境的微生物四 大气生境的微生物五 极端环境的微生物六 动物体中的微生物七 植物体中的微生物,自然环境中的微生物存在个体、种群、群落和生态系统从低到高的组织层次，与动物、植物相比，微生物具有更强的群体性。生态系统表现出来的生态功能取决于群落的功能。,一 微生物群落,群落：一定区域内或一定生境中各种微生物种群相互松散 结合的一种结构单位群落。任何

3、微生物群落由一定的微生物种群组成。种群的个体有一定的形态和大小。个体在群落中处 于不同地位和起着不同的作用。种的多样性、垂直结构、水平结构和优势种群是表 征群落结构的重要参数。,微环境（紧密围绕微生物细胞的环境）一块土壤，一段根面,稳定性 高度多样性的群落能在一定程度上应付环境条件的变化,适应性 微生物以改变群体的结构来适应新环境。,微生物群落的特点：,二 陆生生境的微生物土壤中,（一）土壤的环境条件,（二）土壤中微生物的种类和数量,微生物生活的最好环境,（一）土壤的环境条件,1 提供养分,2 通气、保水,肥沃土具有良好的团粒结构团聚体microaggregates微环境,团聚体间为大孔隙透水

4、通气。,内部为毛细孔隙具有良好的蓄水保水能力,3 渗透压 土壤溶液的渗透压为0.55.0个大气压。一般细菌的渗透压多为36个大气压,4 pH值,多 数 土 壤 pH值5.58.5多数细菌、藻类、原生动物 pH值 6.57.5放 线 菌 pH值 7.58真 菌 pH值 56,5 保温性,昼夜温差、季节温差变化小。,1 种类,（1）细菌 数量最多。种类最多、功能多样。形态：杆菌球菌螺旋状菌。氧气需要：好氧菌厌氧菌营养类型：有机营养型无机营养型。优势菌：节杆菌、好气芽孢杆菌、梭状芽孢 杆菌、固氮菌、硝化细菌、反硝 化细菌纤维粘菌。,（二）土壤中微生物的种类和数量,（2）放线菌,特 点：菌丝不发达，多

5、以孢子存在。干旱、荒漠土放线菌比例升高。,产生的抗生素在农业生产中有使用价值的约数十种。重视对它们的研究。,重要属：链霉菌属7090 诺卡氏菌属1030 小单胞菌属115,（3）真菌,特 点：一般农田土：半知菌亚门霉菌多；森林、草地：担子菌亚门菌多；果园土：酵母菌多。,筛选有益真菌：是某些植物病菌的藏身地。因此，对土壤真菌生态调查和应用研究在农业生产上有重要的意义。,（4）藻类与原生动物,常见藻类：蓝绿藻、鞭毛藻、硅藻。喜水，分布在湿润土表面、浸水层中,常见原生动物：纤毛虫、鞭毛虫、肉足虫。富含有机物的土、污泥中，尤其 污水。,2 数量,每克土壤的含菌量大体上有一个十倍系列的递减规律：细菌（1

6、08）放线菌（107）霉菌（106）酵母菌（105）藻类（104）原生动物（103）,以每亩耕作层土重30万斤计，细菌的活重为180450斤。,三 水生生境的微生物,分类：自然水质（江、河、湖、海等各 种淡水和咸水等）人工水域（水库、井水、自来水等）分布：任何水质中都生存着相应的微生物水生微生物的区系可分为：清水型水生微生物 腐败型水生微生物,淡水水生微生物区系 清水型微生物区系特点 有机物少，无机物多。自养菌。包括硫细菌、铁细菌、蓝细菌、绿硫细菌、水霉、绵霉 腐败型微生物区系特点 有机物多。异养菌。腐败细菌，原生动物,海水微生物区系 嗜盐菌，盐生盐杆菌。发光细菌,四 大气生境的微生物,缺少必

7、需的营养物质、水分；存在紫外线。空气不是微生物的栖息场所。,1 来源：尘埃漂浮进入。多以孢子和其它休眠体形态存在。,2 分布：禽畜舍、公共场所、医院、厕所、宿舍、城市街道，微生物含量高；海洋、高山、森林、极地等微生物含量少；梅雨季节 霉菌含量高。,3 常见：霉菌、酵母菌、芽孢杆菌、产色素球菌、放线菌孢子。,五 极端环境的微生物,（一）研究极端环境微生物的重要意义（二）极端环境微生物的种类,（一）研究极端环境微生物的重要意义,1 开发利用新的微生物资源（基因资源）2 提供微生物生理、遗传、生命科学的新材料3 为生物进化、生命起源的研究提供新的材料。,（二）极端环境微生物的种类,1 极端嗜热微生物

8、（hyperthermophile）2 极端嗜冷微生物（psychrophilic microorganisms）3 极端嗜酸微生物（acidophilic microorganisms）4 极端嗜碱微生物（alkalitrophic microorganisms）5 极端嗜盐微生物（halophilic microorganisms）6 极端嗜压微生物（barophilic microorganisms）,1 极端嗜热微生物,（1）最适生长温度 大部分是古细菌。80110。,（2）分布 热泉、岩石表面、堆肥、厩肥、工厂冷却水。,（3）耐热机制 蛋白质、核酸、类脂 质粒的热抗性基因,（4）应用

9、 高温发酵 污水处理 耐高温DNA聚合酶,兼性嗜热菌,专性嗜热菌,极端嗜热菌,耐热菌,超嗜热菌,嗜热菌的类型：,嗜热微生物,2 极端嗜冷微生物,（1）生长温度 可以在低于0或5的环境下生活。多G-菌。,（2）分布 极地、深海、冷冻土壤、阴冷洞穴、低温保藏食品。,（4）应用 获得低温蛋白酶用于洗涤剂，节约能源。,（3）嗜冷机制 细胞膜脂含有大量的不饱和、低熔点脂肪酸。,3 极端嗜酸微生物,（1）生长pH值 生长pH为0.94.5。pH35.5较普遍。,（2）分布 泥炭土、酸性沼泽、酸热泉、火山湖、地热泉。,（3）耐酸机制 细胞壁、细胞膜排斥H+，对H+不渗透。,（4）应用 微生物冶金、生物脱硫（

10、污水处理）,4 极端嗜碱微生物,（1）生长pH值 10.511.0。一般pH9以上。碳酸盐是环境碱性的主 要来源。,（2）分布 碳酸盐湖、碳酸盐荒漠、极端碱性湖。盐嗜碱微生物和非盐嗜碱微生物,（3）应用 蛋白酶、果胶酶、纤维素酶、木聚糖酶用于洗涤剂,5 极端嗜盐微生物,（1）生长盐度 中度嗜盐菌盐浓度0.52.5mol/L；极端嗜盐菌盐浓度2.55.2mol/L（32%）。,（2）分布 盐湖、盐场、盐矿、盐腌制食品。,（3）嗜盐机制 正在研究。紫膜具有排盐作用。,（4）应用 紫膜的质子泵和排盐作用研究。生物能电池及海水淡化装置。,6 极端嗜压微生物,（1）生长压力 深海底部1.01108Pa(

11、1000大气压)油井深部4.05107Pa(400大气压),（2）应用 研究工作受到一定限制。,六 正常人体及动物体上的微生物,正常菌群：正常寄居在人体、动物体内或体表的 微生物菌群。是人和动物个体重要 的生理组分，对宿主必不可少。,特 点：生活在健康部位、数量大、种类稳定。以一定比例混合存在，并不对宿主 造成危害引起疾病。,1 动物体上,皮毛：葡萄球菌、链球菌、双球菌。肠道：拟杆菌、大肠杆菌、乳杆菌、粪链球菌、产气荚膜梭菌、腐败梭菌、纤维素分解菌。,2 人体上,在健康状况下，人体组织血液不含菌。,人体内的微生物以细菌为主，约有几十亿百万亿,身体的皮肤、黏膜以及一切与外界相通的腔道有许 多正常

12、的菌群。,人消化道各部位的重要细菌,皮肤：表皮葡萄球菌、金黄色葡萄球菌。鼻腔：葡萄球菌、类白喉分支杆菌、肺炎球菌、流感嗜血菌口腔：球菌、乳杆菌属、拟杆菌属胃：酸性环境。少数耐酸菌。其它进入的菌都被杀死。肠：中性或碱性环境。适于微生物生长。拟杆菌、双歧杆菌、优杆菌、大肠杆菌、肠球菌。厌氧菌占99%，好氧菌占1%。,正常菌群的致病,人体正常菌群和人体是互生关系。但也是相对的、可变的和有条件的。,人体防御机能减弱：烧伤、黏膜受损、受凉、过度疲劳。正常菌群的易位：大肠菌群进入腹腔或泌尿生殖系统，引起腹膜炎、肾炎、膀胱炎。外伤和手术可导致易位。外因破坏了微生物之间的相互制约关系：长期服用广谱抗生素，对药

13、物敏感的细 菌被抑制，不敏感的白色假丝酵母、耐 药性的葡萄球菌大量繁殖，引起病变。,儿童的消化不良、成人的胃肠炎：好氧菌、肠杆菌数量增加，拟杆菌、双歧杆菌减少。痢疾病人：拟杆菌减少、肠杆菌增加，出现痢疾杆菌。,除使用药物抑制或杀死致病菌外，还须调整菌群恢复肠道正常菌群平衡。,七 植物体中的微生物,1 植物表面微生物2 微生物和植物根相互关系,1 植物表面的微生物,附生微生物定居于活植物茎、叶、果实表面的 微生物（地上部分）。（互生）,叶面的附生微生物以 细菌为主，其次是 酵母菌和少量丝状真菌，放线菌很少。多种微生物的孢子、芽孢。,天然的接种剂 乳酸杆菌腌制泡菜、酸菜和青储饲料。酵母菌葡萄酒的自

14、然发酵。引起病害主要是真菌病害。,2 微生物和植物根相互关系,（1）根际微生物（rhizosphere microorganisms）（2）菌根（mycorrhiza）（3）共生固氮,（1）根际微生物（与植物互生）,根际微生物：邻接植物根1-2mm的土壤区域根际（根圈）。根际中生活的微生物根际微生物。,根际是微生物生长的特殊微生态环境。植物渗出物（碳水化合物、有机酸、氨基酸）植物分泌物（维生素、核酸）植物黏液 溶胞产物（衰老的植物表皮细胞）。,根际内的微生物比根际外的多几倍几十倍,根际效应生活在根圈中的微生物，在数量、种类和活性上与根圈外的微生物相比，有一定的特异性。该现象称之。,离根越近，根

15、土比越大，根际效应越明显。农作物比林木大，豆科作物较非豆科大。,反应根际效应的指标：,根际微生物对植物生长的有益影响,分泌生长调节剂促进植物生长。维生素、氨基酸、生长刺激素。分泌抗菌素，避免土著性病原菌侵染。固氮增加N素营养。,根际微生物对植物的有害影响,引起作物病害 棉花的黄萎病轮枝霉 棉花的枯萎病镰刀霉竞争有限养分,（2）菌根（与植物共生）,菌根：真菌和植物根的共生联合体。,陆地上97%的植物具有菌根。,根据菌根的形态和结构分,菌根植物 裸子植物和被子植物的乔木和灌木。以森林树木为主。真菌类型 担子菌中的牛肝菌、鹅膏菌。子囊菌和藻状菌,外生菌根：菌根菌交织成菌套包在根系外。进入皮 层细胞的

16、间隙。并形成外延菌丝。森林树木。,内生菌根：菌丝体存在于根的皮层细胞间和细胞内。存在于草、林木和各种作物中。,如：泡囊丛枝菌根（VA菌根）,菌根的作用 扩大寄主植物的营养吸收面。产生生长刺激素。吲哚乙酸（松树、桦树）防御病菌侵染 机械屏障作用 产生萜烯和半萜烯类制霉物质。,菌根的应用,在木材生产中用客土法和人工接种法使幼 苗形成外生菌根。在木材生产中有重要经 济价值。豆科植物进行根瘤菌和V-A菌根的双接种。,（3）共生固氮,1）根瘤菌与豆科植物共生固氮根瘤2）弗兰克氏放线菌和非豆科木本植物共生固氮根瘤,1）根瘤菌与豆科植物共生固氮,根瘤菌能侵染豆科植物根部形成根瘤和固定大气中的氮气的细菌。人工

17、培养杆状。专性好氧。在根瘤中根瘤菌呈“T”、“Y”形的类菌体状。,根 瘤固氮微生物在植物根内形成的共生组织。圆形、枣状、瘤状等。有固氮作用。,根瘤菌,根毛,根内,显瘤,侵入线,内皮层,根分裂,2）弗兰克氏菌和非豆科木本植物共生固氮,7目，8科，24属放线菌结瘤植物。如 杨梅属、沙棘属、木麻黄属、野麻属等。与弗兰克氏菌形成放线菌根瘤共生固氮。,微生物引起的工业产品的霉腐,大量工业制品都是用用动植物产品作原料来制造的纤维制品、木制品、革制品、橡胶制品、油漆、卷烟、化妆品等有些工业产品如塑料、建筑涂料等也有很多微生物可以分解、利用光学仪器上的镜头，建筑泥浆、钢缆、地下管道、金属材料等，各种电讯器材、

18、文物、书画等也可被多种特殊微生物所破坏。,八、工农业产品上的微生物,霉变(mouldness):由霉菌在产品生长引起劣化腐朽(decay):好氧下微生物酶解有机物所致劣化腐烂(腐败,rot):由细菌或酵母所物质软化发臭性 劣化腐蚀(corrosion):由硫酸盐还原菌,铁细菌或硫细菌 所致金属材料的侵蚀等劣化现象变质(deterioration):由 生物或非生物 所致工农产 品质量下降的现象,霉腐微生物的危害方式,酶系:分解各产品中相应组分(纤维素酶分解棉、麻、竹、木等材料;蛋白酶分解革、毛、丝、裘等产品等等)菌体:本身属电解质,对电汛与电器的电学性能危泌的有机酸等代谢产物对光学仪器损害重大

19、等毒素:其危害更大,常常致人于死地害极大等产物:菌体分泌的有机酸等代谢产物对光学仪器损害重大等毒素:其危害更大,常常致人于死地等,“菌灾”预防,菌灾所致的损失是极其巨大又很难估计防治要点：阻断微生物赖以生长繁殖的外环境条件（温、湿、氧与营养等）采用理、化抑杀使产品劣化的微生物杜绝产品加工、包装等过程微生物的污染无菌措施等。,食品中微生物,霉菌属类：青、曲霉；根、毛与木霉；镰、链格孢霉；拟青霉与茎点霉等属细菌类：大肠杆菌、变形杆菌、枯草杆菌、巨大芽孢杆菌和铜绿假单胞菌；乳链球菌与金黄色葡萄球菌；沙门氏菌属、乳杆菌属和梭菌属等酿酒酵母菌等,由于微生物的生长繁殖而腐烂、变质，不能再食用或使用；病原微

20、生物进入人体的重要途径，引起传染性疾病；很多微生物在食品、农产品上生长后会产生对人有害的毒素；肉毒毒素、黄曲霉素等,利用特定的微生物制备风味食品，如酱制品、米酒、腌酸菜等；,有利影响：,不利影响：,罐头食品知识,发明：1804年前后，法国厨师N.Appert种类：酸性食品罐头（pH 5为低酸食品,如肉菜混合物)此类罐头常需稍高灭菌温度,粮食霉变的损失与危害,损失:收获期的损失达总产量的2%以上,保藏期 的霉烂和变质损失更大危害:由霉变产毒等所致人畜的健康等危害更 无法统计霉菌危害统计:目前所知5万种霉菌,产毒种达两百余和毒素百余种,其中14种致癌而两种为 剧毒致癌剂(黄曲霉毒素与镰孢霉T2毒素),防霉与防癌,防霉:食品霉变可能产毒,误食累积可致 癌,故“癌从口入”,防癌先防霉两种特效致癌霉毒黄曲霉黄曲霉毒素(flatoxin B1 B2 G1.G2.)分布于花生胚,玉米粉,自制酱等累积毒致肝癌(第三位)镰孢霉镰孢霉毒素(黄雨,T2)粘附于皮肤,粘膜等引起急慢性白细胞下降.100ppb 致死,