微生物的生态

1、第一节第一节 概概 述述 生态学：研究生物系统与其环境条件间 相互作用规律的一门科学。 微生物生态学：研究微生物群体对其周 围的生物和非生物环境条件间相互作用 关系的科学。 一、微生物在生态系统中的作用 生态系统（ecosystem）：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 生态平衡： 生态系统中生物的作用： a. 生产者：植物为主体，从无机物合成有机物 b. 消费者：动物为主体，利用有机物进行生活，一般不能 将有机物直接分解成有机物 c. 分解者：微生物为主体，分解有机物成无机物 微生物主要作为分解者而在生态系统中起重要作

2、用微生物主要作为分解者而在生态系统中起重要作用 微生物在生态系统中的作用： a. 微生物是有机物的主要分解者 b. 微生物是物质循环中的重要成员 c. 微生物是生态系统中的初级生产者：光能、化能 d. 微生物是物质和能量的储存者 e. 微生物是地球生物演化中的先锋种类 二、微生物与自然界物质循环 1）碳循环（carbon cycle）：最重要最重要 微生物分解的特点：可不需氧；但太多可致温室效应微生物分解的特点：可不需氧；但太多可致温室效应 2）氮循环（ nitrogen cycle）： 1、生物固氮 2、硝化作用 3、反硝化作用 4、氨化作用 1、固氮作用： 通过生物固氮，每年可为植物提供大

3、量的可利用 的氮素肥料。据估计，地面每年固定的氮素约有 2.4108吨，而85是由微生物进行固氮的。 分自生固氮菌（如海洋中的固氮菌） 共生固氮菌（如根瘤菌） 联合固氮菌（如动物肠道中的克雷伯菌） 2、硝化作用（硝化细菌，化能自养型） 硝化作用分两步进行： 第一步:氨氧化为亚硝酸，由亚硝化细菌所引起。 亚硝化单孢菌属 第二步:亚硝酸氧化为硝酸，由硝化细菌所引起。 硝化杆菌属 硝酸盐比铵盐水溶性强，极易被雨水带走而降低肥效。硝酸盐比铵盐水溶性强，极易被雨水带走而降低肥效。 水体富营养化水体富营养化“赤潮赤潮” 3、反硝化作用 4、氨化作用 生物体排泄物中都会有各种有机氨化合物，经氨化作 用后，转

4、变为氨态氮而积累于土壤中，供植物吸收。供植物吸收。 蛋白质和氨基酸的氨化作用，可增加土壤中的肥力可增加土壤中的肥力 。 但是具有氨化作用的细菌，则是食品工业的大敌，它 能使肉类、蛋品、乳品等食品发生腐败。食品发生腐败。 一些气单胞菌、芽孢杆菌、肠杆菌 3）硫循环（sulfur cycle） 硫杆菌属、光合厌氧菌 脱硫单胞菌属 4）磷循环（phosphorus cycle） 5）铁循环 铁细菌 6）其它元素的循环 锰、钙、硅 细菌冶金：细菌冶金： 氧化硫硫杆菌和蚀固硫杆菌能把矿石中的硫氧化成硫酸； 氧化亚铁硫杆菌能把硫酸亚铁氧化成硫酸铁； 硫酸铁可将矿石中的铁或铜等转变为可溶性化合物而从矿石中溶

5、解出来。 三、生物之间的相互关系三、生物之间的相互关系 1、偏利共生： 2、互利共生： 根瘤菌与豆科植物，瘤胃微生物与反刍动物 3、拮抗： 霉菌抑制细菌生长；抗生素的产生 4、竞争： 优势菌 5、寄生： 病毒、大肠杆菌 6、捕食： 金黄色葡萄球菌的生长为本来在平板上不能生长的嗜血流感菌金黄色葡萄球菌的生长为本来在平板上不能生长的嗜血流感菌 提供生长因子，后者在其菌苔周围形成卫星菌落。提供生长因子，后者在其菌苔周围形成卫星菌落。 本来不能在含青本来不能在含青 霉素的平板上生霉素的平板上生 长的受体菌在转长的受体菌在转 化子化子（含有含有Ampr 质粒质粒）周围形成周围形成 卫星菌落（卫星菌落（b

6、 b-内内 酰胺酶分泌到胞酰胺酶分泌到胞 外所致外所致） 根瘤菌与豆科植物间的共生根瘤菌与豆科植物间的共生 -形成根瘤共生体形成根瘤共生体 t根瘤菌固定大气中的气态氮为植物提供根瘤菌固定大气中的气态氮为植物提供 氮素养料氮素养料 t豆科植物的根的分泌物能刺激根瘤菌的豆科植物的根的分泌物能刺激根瘤菌的 生长，同时，还为根瘤菌提供保护和稳定生长，同时，还为根瘤菌提供保护和稳定 的生长条件。的生长条件。 瘤胃微生物瘤胃微生物 定居在反刍动物瘤胃中，并能分解纤维素等复杂有机 物的特定微生物群落。所有这些微生物都是专性厌氧 菌；瘤胃细菌主要有纤维素分解菌，果胶分解菌，淀 粉分解菌等，可将复杂的有机物分解

7、成小分子有机酸 ，如甲酸、乙酸、乳酸、丁酸等，并可进一步降解。 瘤胃中还存在大量甲烷细菌，可利用甲酸、乙酸、氢 和二氧化碳等，产生甲烷。 图： B.subtilis(A)和B.cereus(B)对水稻白叶枯病菌的拮抗拮抗作用 微生物肥料：微生物肥料：由一种或数种有益微生物、培养基质和添加 物（载体）培制而成的生物性肥料，通称菌肥或菌剂，是 一种间接性的无公害肥料。 猪笼草猪笼草 叶在延长的卷须上 部扩大成一瓶状体 （捕虫袋），上面 还有半开的盖子， 在瓶口附近及盖上 生有蜜腺，用来引 诱昆虫，使它们跌 入“陷阱”； 捕食植物：捕食植物： 捕食微生物： 原生动物捕食细菌和藻类（水体净化） 真菌捕

8、食土壤线虫（生物防治） 第二节第二节 微生物在自然界中的分布微生物在自然界中的分布 一、土壤中的微生物一、土壤中的微生物 土壤是M的“大本营”，人类的“菌种资源库”。 细菌（细菌（108）放线菌（107）霉菌（106） 酵母（105）藻 类（104）原生动物（103） 据估计：每亩耕作层土壤中，有霉菌150Kg，细菌 75Kg，原生动物15Kg，藻类7.5Kg，酵母菌7.5Kg， 可 改善土壤物理结构和肥力。 1. 种类 极其丰富 （1）自养菌：碳化菌、硝化菌、硫化菌、铁细菌 （2）异养菌：腐生菌、固氮菌、氨化菌 （3）致病（芽孢）菌： （4）放线菌：抗生素的重要来源 （5）真菌：以菌丝体和孢

9、子的形式存在 （6）藻类：硅藻、绿藻 （7）病毒：肠道病毒为主，还有噬菌体 2. 作用：作为分解者参与物质循环 3. 来源 （1）动物排泄物及尸体 （2）污水：灌溉、渗入 （3）固体废弃物 4. 分布特点 （1）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）受季节影响 （3）与土层的深度有关，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。 土壤微生物的总土壤微生物的总DNA提取提取 二、水中的微生物 1. 来源 （1）土壤：主要 （2）空气：经雨雪 （3）水生生物： 2. 种类 需氧菌、噬盐菌（海洋）、厌氧菌（底部）、 肠道病毒、藻

10、类 清水型水生M：主要为化能自养M和光能 自养M。如硫细菌、铁细菌、衣细菌、 蓝细菌和光合细菌等。 腐败型水生M：污水中M107-108/ml，无 芽孢G：变形杆菌属、产气肠杆菌等 3. 影响存活的因素 （1）pH （2）无机盐浓度：渗透压 （3）有机物：水的富营养化 （4）浊度 （5）氧气 （6）温度 4. 评价指标 （1）大肠菌群数：是微生物污染的指标 埃希杆菌属、柠檬酸杆菌属、肠杆菌属、克雷伯杆菌属 需氧或兼性厌氧的、革兰阴性无芽孢杆菌 在动物粪便中普遍存在且数量甚多；在水中的存活时间长但不繁殖； 对外界的抵抗力与致病菌相似；检测方法比较简便 饮用水中，大肠菌群数饮用水中，大肠菌群数3/

11、升水升水 （2）粪链球菌数：是人及温血动物肠道内的正常菌群， 是粪便污染的指标 饮用水中不得检出饮用水中不得检出 细菌总数细菌总数100/毫升水毫升水 三、空气中的微生物三、空气中的微生物 1. 种类：细菌、真菌孢子、呼吸道病毒、支原体、衣原体 、立克次体、尘螨等 2. 来源：主要是动物的活动，真菌孢子可直接释放， 水、土壤 3. 存活：和尘埃大小、空气流速、湿度、光照等因素有关 4. 危害：可以说是有百害而无一利可以说是有百害而无一利 （1）引起呼吸道传染病 （2）污染食品，使其发霉、腐败变质、产生毒素 （3）引起过敏反应 （4）引起真菌病 注意无菌操作！注意无菌操作！ 喷嚏和咳嗽所产生的飞

12、沫大小喷嚏和咳嗽所产生的飞沫大小 颗粒的直径 （ m） 颗粒 喷嚏 数量 咳嗽 180000066000 168600021300 21010002800 416000700 815160038 总数160460090838 四、食品中的微生物四、食品中的微生物 1、食品中常见的细菌属： 沙门氏菌的菌落 粘质沙雷氏菌的菌落 铜绿假单孢菌的菌落 弗氏志贺氏菌的菌落 各种曲霉的菌落 青霉的菌落 2、食品中常见的霉菌属： 3、食品中常见的酵母菌属： 各种酵母菌的菌落 红酵母的菌落 啤酒酵母的菌落 4、食品中常见的病原微生物 沙门氏菌在沙门氏菌在SS琼脂上典型特征琼脂上典型特征 金黄色葡萄球菌（金黄色

13、葡萄球菌（溶血）溶血） E. coli O157:H7 黄曲霉毒素中毒黄曲霉毒素中毒 黄曲霉毒素是黄曲霉和寄生 曲霉产生的一类结构类似的 代谢混合产物，有 17 种之 多。 稳定、耐热，在熔点（ 200 300 ）之下不会分解， 且其毒性非常强，主要损伤 肝脏，使肝细胞坏死、出血 及胆管增生，有明显的致癌 作用。 产生黄曲霉毒素的霉菌主要 污染粮食及其制品，花生、 花生油、大米、棉籽等，奶 、咸鱼等也有污染。 黄变米中毒黄变米中毒 受霉菌代谢产物污染后米粒变黄，称为黄变米。 根据污染霉菌的不同，黄变米可分为三种， 1、黄绿青霉黄变米，其受黄绿青霉产生的黄绿青霉素污 染，这种毒素毒性强烈，侵害神

14、经，可导致死亡。 2、桔青霉黄变米，其受桔青霉的毒素桔青毒素污染，此 毒素主要损害肾脏，引起实质性病变。 3、岛青霉黄变米，其受岛青霉产生的黄天精和岛青霉毒 素两毒害肝脏的毒素所污染。 五、极端环境下的微生物五、极端环境下的微生物 从一般嗜到极端嗜不等 1. 嗜热微生物：如PCR用Taq酶 2. 嗜冷微生物：可引起冰箱冷藏食品变质 3. 嗜酸微生物：常同时嗜热，多用于微生物冶炼 4. 嗜碱微生物：可用于洗涤剂 5. 嗜盐微生物：海洋、盐湖 6. 嗜压微生物：洋底、地心，均为厌氧菌 南极发现与世隔绝存活南极发现与世隔绝存活 上百万年微生物群落上百万年微生物群落 西班牙力拓河覆盖的含铁岩石西班牙力

15、拓河覆盖的含铁岩石 保留着保留着2亿年前微生物化石亿年前微生物化石 火山口火山口 深海热泉（黑烟囱）深海热泉（黑烟囱） 六、生物体内外的正常菌群六、生物体内外的正常菌群 人体的正常菌群：数量多、种类稳定且有益无 害的微生物。 总数1014，消化道消化道、呼吸道、泌尿生殖道、口腔 、皮肤。胃、肠中M占人体总携带量的78.7 人体肠道：60400种M，总数数百万亿个，粪 便干重1/3为细菌，99%为厌氧菌为厌氧菌。 细菌冶金：细菌冶金： 氧化硫硫杆菌和蚀固硫杆菌能把矿石中的硫氧化成硫酸； 氧化亚铁硫杆菌能把硫酸亚铁氧化成硫酸铁； 硫酸铁可将矿石中的铁或铜等转变为可溶性化合物而从矿石中溶解出来。 瘤

16、胃微生物瘤胃微生物 定居在反刍动物瘤胃中，并能分解纤维素等复杂有机 物的特定微生物群落。所有这些微生物都是专性厌氧 菌；瘤胃细菌主要有纤维素分解菌，果胶分解菌，淀 粉分解菌等，可将复杂的有机物分解成小分子有机酸 ，如甲酸、乙酸、乳酸、丁酸等，并可进一步降解。 瘤胃中还存在大量甲烷细菌，可利用甲酸、乙酸、氢 和二氧化碳等，产生甲烷。 猪笼草猪笼草 叶在延长的卷须上 部扩大成一瓶状体 （捕虫袋），上面 还有半开的盖子， 在瓶口附近及盖上 生有蜜腺，用来引 诱昆虫，使它们跌 入“陷阱”； 捕食植物：捕食植物： 二、水中的微生物 1. 来源 （1）土壤：主要 （2）空气：经雨雪 （3）水生生物： 2. 种类 需氧菌、噬盐菌（海洋）、厌氧菌（底部）、 肠道病毒、藻类 喷嚏和咳嗽所产生的飞沫大小喷嚏和咳嗽所产生的飞沫大小 颗粒的直径 （ m） 颗粒 喷嚏 数量 咳嗽 180000066000 168600021300 21010002800 416000700 815160038 总数160460090838 3、食品中常见的酵母菌属： 各种酵