课件：第章微生物的生态总结.ppt

第8章 微生物生态,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的一门科学。 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；,2019,-,1,学习要求:,1. 掌握微生物在自然界的分布的规律； 2. 掌握利用微生物与其他生物之间的复杂关系 3. 了解学习微生物生态学的意义。,2019,-,2,生境中微生物可分为：,土著微生物（Antochthonous Microorganism） 外来微生物（Allochthonous Microorganism）,2019,-,3,第1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,2019,-,4,微生物在自然界中分布,（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 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. 土壤是微生物的天然培养基； 大本营。,2019,-,5,土壤是微生物生活的良好环境 岩石风化，释放出大量矿质元素和微量元素: 适合多数自养型微生物的生长需要。 土壤中动植物残体及其分解产物： 为异养微生物提供良好的碳、氮、能源。 土壤的pH值：多在 5.58.5之间 适合大多数微生物。 土温变化小： 大大低于气温的变化，是微生物的温床。 土壤结构： 肥沃土壤的团粒结构，既能保持一定水份，又能通气，团粒内部还有厌气部分，可同时满足好氧与厌氧不同类群的需要。 屏障作用： 避免日光曝晒。,2019,-,6,2019,-,7,影响土壤微生物的数量和分布的因素,1）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）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。,2019,-,8,1 细菌 是土壤微生物中数量最大、种类最多、功能多样、最活跃的类群。总菌数可达106109/g土，生物量可超过土壤微生物总量的1/4. 以异养型为主，无芽胞细菌占优势。 2 放线菌 数量可达105108/g土，仅次于细菌，由于放线菌分枝，生物量与细菌相当。 在有机质丰富的中性至微碱性土壤中较多. 常见的种类：链霉菌属、诺卡氏菌属、小单孢菌属、放线菌属。,2019,-,9,3 蓝细菌 该类群光能自养，需要一定的湿度和光照，分布在表土中，在中性至碱性土壤中较多，其中的固氮类群在土壤形成早期有积累有机质和氮素的作用。,2019,-,10,4 真菌 丝状真菌是好氧异养菌, 主要分布在土壤表面的枯枝落叶层和表土层中。 在通气良好的土壤中多，103105/g土。许多类群可分解纤维素、木质素等难分解的有机质，对士壤形成和肥力提高有重要作用。 以半知菌和担子菌为主，常见类群有曲霉、青霉、地霉、木霉、根霉、毛霉、腐霉、镰刀菌等。 真菌的休眠体： 各种有性孢子、厚垣孢子、菌核等 酵母：也存在于大多数土壤中，但数量不多。,2019,-,11,5 藻类 主要分布在表土层和表层积水。数量可高达106/g土。 在适宜季节形成绿、红斑点。 藻类增加土壤有机质、改善土壤通气条件。 藻类残体是土壤其他微生物重要营养来源。 常见种类有:衣藻、小球藻、绿藻属、丝藻等,2019,-,12,6 原生动物 原生动物数量在104105/g土，多集中在有机质和微生物丰富的表层土壤中. 主要受水分、温度和通气性的影响。 优势种类是鞭毛虫，其次是肉足虫和纤毛虫。以有机质残体、各种微生物及其孢子为食物，对土壤微生物尤其是细菌的种类和数量起着调节作用.,2019,-,13,二 水体中的微生物,水体的营养状态: 理化条件: 有机物 光照 无机物 酸碱度 氧 温度 毒物 水压,2019,-,14,（一）淡水型水体中的微生物,淡水环境的特点:,1. 营养成分浓度低;,2. 不同水层环境不同：,受光照程度不同；,温度不同；,氧含量不同;,营养成分不同。,2019,-,15,淡水中微生物的特点：,1. 低营养型，能在低营养物浓度的条件下生长。,2. 具有运动功能。,3. 表面积/体积之比大，吸收功能强， 如淡水 中生存的柄细菌的特异形态。,2019,-,16,主要为细菌和藻类，还有一些原生动物，而真菌多属于外来微生物。,2019,-,17,淡水中的微生物分布特点,以湖泊为例 :,水表层: 自养细菌、光合细菌和蓝细菌。,深 处: 光能自养细菌、绿菌科、红硫菌 科和红藻菌科的细菌。,底层和沉积泥: 以厌氧细菌为主如脱硫弧 菌、产甲烷细菌和梭状芽 孢杆菌。,2019,-,18,（2）海水型水体微生物,海水环境的特点:,1. 含高浓度NaCl (2-4%)， 适合于海洋微生物生长的最适浓度为3-3.5%；,2. 温度较低， 90-95%的海水低于5,3. 海洋深处压力高往往大于一个大气压。,2019,-,19,海水微生物的特点,1）嗜盐，真正的海洋细菌在缺少氯化钠的情况下是不能生长的。 2）耐冷, 低温生长，除了在热带海水表面外，在其它海水中发现的细菌多为嗜冷菌。 3）具运动能力, 大多数海洋细菌为G细菌4）耐高压（特别是生活在深海的细菌）。,2019,-,20,主要的微生物群落,细菌：如假单胞菌、弧菌，还有黄杆菌、螺旋菌、产碱杆菌、生丝微菌、嗜纤维菌属、微环菌属和放线菌。在海洋沉积泥还有厌氧脱硫弧菌、产甲烷细菌。化能自养细菌如硝化细菌和亚硝化细菌。,放线菌：链霉菌、游动放线菌等,真菌：如霉菌和酵母菌等。,藻类和原生动物。,2019,-,21,水体的自净作用,天然水体污染后，无人为干涉，水体自身能力使污染物消除，主要是细菌对有机物降解造成。,2019,-,22,水的微生物检查： 饮用水的微生物学检测： 总菌不大于100/L，500不易饮用。 大肠杆菌值不大于12/100ml，自来水中，一般只12/L。,2019,-,23,三 空气中微生物的种类和数量 一般规律是：陆地上空海洋， 城市上空农村; 近地空气高空， 动物密集地区上空原野地区， 畜厩、街道、医院的上空含有较多的微生物，而海洋、高山、森林、空旷的空气较为清新。 北极： 0/m3； 畜厩：106/m3 海洋： 12/m3； 市区公园：200/m3； 街道： 5000/m3； 森林：15/m3；,2019,-,24,常见的类群:,真菌：青、曲属、木霉、根霉、毛霉等， 细菌：芽胞杆菌，微球菌属、葡萄球菌属及一些G的无芽胞杆菌等。 空气中还存在病原菌。 空气中的微生物种类和数量是大气污染程度的指标之一。,2019,-,25,四、工农业产品上的微生物,1微生物引起的工业产品的霉腐 很多微生物可以分解、利用工业产品 1)来源于动植物产品制造纤维制品、木制品、革制品、橡胶制品、油漆、卷烟、化妆品等 2)有些工业产品如塑料、建筑涂料等 3)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、文物、书画等也可被多种特殊微生物所破坏。,2019,-,26,微生物在各类工业产品上的生长所造成的产品 的霉腐给人类造成了巨大的损失!,而另一方面，有时也努力想开发并推广使用可被 微生物降解的产品，或利用微生物的降解特性。,-生物可降解塑料,-开发、利用纤维素（能源、饲料）,-苎麻脱胶,2019,-,27,3.农产品上的微生物 种子表面附生的正常微生物区系: 不损害种子，并可拮抗其它污染的微生物，起保护作用，如草生假单胞菌。 污染微生物: 在种子收获、加工、贮存过程污染种子，条件适宜时迅速生长会使粮食变质。常见约有:曲霉属、青霉属、假单胞菌居、黄单胞菌居，重要的有黄曲霉。,2019,-,28,2. 食品上的微生物,不利影响： 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,2019,-,29,2019,-,30,五 极端自然环境中的微生物,极端自然环境（Extreme Natural Environments） 是具有特定的物理和化学条件以及与其相适应的特有微生物的自然环境。,如火山、温泉、深海、地球的南北极、冰川、高空。,高温（最高1000）（7080） 低温（零下） 高压高盐,2019,-,31,1 高温环境中的微生物 高温环境:火山口、地热、温泉、堆肥、热水器等。 常见微生物:嗜热脂肪芽胞杆菌、酸热芽胞杆菌、嗜热硫杆菌、极端嗜热酸细菌等。 2 高盐环境中的微生物 高盐环境: 盐湖、盐池、盐矿、盐腌制品。 常见类群: 盐杆菌属、盐球菌居。 3 高压环境中的微生物 高压环境: 海水。 代表种 :耐压假单胞菌,极端环境中的微生物,2019,-,32,1. 人体的正常微生物区系 在人类的皮肤、粘膜以及一切与 环境相通的腔道，如口腔、鼻咽腔、消化道和泌尿生殖道中经常有大量的微生物存在。 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。,六 生物体内外的正常菌群,2019,-,33,在人不同部位的正常菌群分布情况：,皮肤、鼻和鼻咽： 表皮葡萄球菌、金黄葡萄球菌、疮疱丙酸杆菌、类白喉棒杆菌等。 口腔： 表皮葡萄球菌、链球菌、乳杆菌、衣氏放线菌、白色假丝酵母、口腔拟杆菌等等。 大肠：大肠杆菌、色杆菌、变形杆菌、链球菌、梭菌、螺旋体、乳杆菌； 泌尿道：乳杆菌、棒杆菌、葡萄球菌、链球菌。,2019,-,34,人肠道内的菌群：,人肠道内含有60-400种不同的微生物，占粪便干重1/3的是细菌，其中厌氧菌占了绝大多数。 作用: 正常菌群通过肠道获取营养； 通过排阻、抑制外来致病菌； 提供许多人体所必不可少的维生素、氨基酸等营养物对人体作出贡献；,2019,-,35,正常菌群实际上是相对的、可变的和有条件的。当机体防御机能减弱时，例如皮肤大面积烧伤、粘膜受损、机体着凉或过度疲劳时，一部分正常菌群会成为病原微生物。另一些正常菌群由于其生长部位的改变，也可引起疾病。 正常菌群由于某些外界因素的影响，使其中各种微生物间的相互制约关系破坏，引起疾病。这种情况在长期服用抗生素后尤为突出。,菌群失调,2019,-,36,条件致病菌： 凡属正常菌群的微生物，由于机体防御性降低、生存部位的改变或因数量剧增等情况而引起疾病者，成为 无菌动物： 凡在体内外检查不到任何正常菌群的动物，称为无菌动物。它是将剖腹产的鼠、兔、猴、猪、羊等或特殊孵育的鸡等实验动物，放在无菌培养装置中进行精心培养而成的。 悉生生物： 人为地接上某已知纯种微生物的无菌动物。,2019,-,37,微生态制剂,菌种: 1. 严格厌氧菌 2. 耐氧性厌氧菌 3. 兼性厌氧球菌,2019,-,38,第二节 微生物与生物环境间的关系,自然环境中的微生物一般都不是单独存在的.存在着由个体、种群、群落和生态系统从低到高的组织层次 群体（population）：具有相似特性和生活在一定空间内的同种个体群，是组成群落的基本组分。 群落（community）：在一定区域或一定生态环境内，各种生物群体构成的一个生态学结构单位，群落中各生物群体之间存在各种相互作用。,2019,-,39,第二节 微生物与生物环境间的关系,一、互生 二种可以单独生活的生物，当它们生活在一起时，通过各自的代谢活动而有利于对方，或偏利于一方的一种生活方式 “可分可合，合比分好”,2019,-,40,(一）微生物间的互生关系,纤维素分解细菌,固氮菌,2019,-,41,(二）人体肠道正常菌群,互生关系（正常情况） 寄生关系（某些特殊条件下）,2019,-,42,二、共生,二种生物共居在一起，相互分工协作、相依为命，甚至形成在生理上表现出一定的分工，在组织和形态上产生了新的结构的特殊的共生体。,2019,-,43,一）微生物间的共生关系,地衣,2019,-,44,地衣-藻类和真菌的共生体,形成有固定形态的叶状结构： 真菌无规则地缠绕藻类细胞，或二者组成一定的层次排列。 地衣繁殖时，在表面上生出球状粉芽，粉芽中含有少量的藻类细胞 和真菌菌丝，粉芽脱离母体散布到适宜的环境中，发育成新的地衣,结构上的共生：,生理上的共生：,共生菌从基质中吸收水分和无机养料； 共生藻进行光合作用，合成有机物；,使地衣能在十分贫瘠的环境中生存。,2019,-,45,二）微生物和植物间的共生关系,根瘤菌与豆科植物间的共生 -形成根瘤共生体 根瘤菌固定大气中的气态氮为植 物提供氮素养料； 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 提供保护和稳定的生长条件。,2019,-,46,根瘤菌与豆科植物共生固氮,根瘤菌 经根毛进入根的皮层，刺激内皮层细胞分裂，形成根瘤。根瘤菌进入细胞内，内形成棒、杆、T、Y形类菌体，充满含菌细胞内，根瘤里有豆血红蛋白，可高流量低浓度提供的O2，以保护固氮酶。类菌体有固氮酶，固定氮气。植物提供碳水化合物，根瘤菌与豆科植物共生，具有明显特异性。,2019,-,47,根瘤菌高效固氮条件： 豆血红蛋白、能源物质、NH3转移系统,2019,-,48,蓝细菌与植物共生固氮,蓝细菌除与地衣共生固氮外，尚有以下几种共生固氮。 蓝细菌与苔藓植物，后者体腔里有固氮蓝细菌； 蓝细菌与红萍（鱼腥藻）； 念珠藻或鱼腥藻可与裸子植物苏铁； 念珠藻与被子植物根乃拉属（小二仙草科）。,2019,-,49,2.菌根菌与植物,（1）外生菌根 ectomycorrhizae 特点：真菌菌丝体紧密包围在根系外形成致密的鞘套，取代根毛并作用，部分菌丝侵入根的外皮层细胞间隙，形成特殊的网状结构，叫哈氏网。 微生物：一般为担子菌，专一性较弱。 植物： 3%的植物具有外生菌根，其中多为乔木、包括被子、裸子植物。,2019,-,50,外生菌根作用 1. 加强植物对水分及矿质元素的吸收； 2. 向植物提供生长因子、生长激素等类物质，促进植物生长，防止病菌侵染，提高抗逆性。 植物的作用： 1. 向真菌提供良好的生态环境； 2. 向真菌提供良好的有机养料。,2019,-,51,2019,-,52,(2) 丛枝状菌根,真菌菌丝体进入根的皮层细胞间和细胞内，植物仍保留根毛，这种共生状态叫丛枝状菌根。,2019,-,53,微生物：内囊霉目、内囊霉科、内囊霉属等6属的无隔真菌。 植物：大多数农作物等草本植物和一些木本植物的根部。 特点： 高度专一性，尚未获得纯培养。 作用：1.可提高植物对磷等矿质元素的吸收； 2.提高植物的生活力。,2019,-,54,（三）微生物与动物间的共生,1. 与昆虫的共生关系 外共生：例如白蚁与其肠道内的微生物之间的共生 食木质的白蚁自身并不能分解纤维素，必须依赖肠道中共生的原生动物和细菌通过厌氧发酵过程来分解纤维素。 内共生：昆虫与其细胞内的共生性细菌 这些细胞内的共生性细菌能为宿主提供B族维生素，使昆虫能以缺乏维生素的植物为生。,2019,-,55,2. 与反刍动物的共生关系,反刍动物，如牛、羊、骆驼、长颈鹿等以植物的纤维素为主要食物，它们在瘤胃中经微生物发酵变成有机酸和菌体蛋白再供动物吸收利用。 瘤胃也为里面居住的微生物提供了必要的营养和生长条件,2019,-,56,瘤胃微生物的作用,1）通过代谢活动将纤维素等大分子降解为低分子有机酸、CO2、CH4、H2、H2O。 2）有机酸可被动物血液吸收，作为养料，减轻对微生物抑制。 3）微生物还可合成维生素、氨基酸等营养物质，固定氮气。 4）微生物细胞也作为反刍动物的营养。,2019,-,57,三、寄生,一种小型生物生活在另一种相对较大型生物的体内或体表，从中取得营养和进行生长繁殖，同时使后者蒙受损害甚至被杀死的现象。 寄生物（parasite） 寄主或宿主（host）,2019,-,58,（一）微生物间的寄生,噬菌体细菌 蛭弧菌细菌 真菌真菌 真菌、细菌原生动物,2019,-,59,（二）微生物与植物间的寄生,植物病原微生物：能寄生于植物的病毒、细菌、真菌、原生动物都属于植物病原微生物，在轻微时，只引起植物生长失调，并降低植物的活性的竞争能力。严重时导致植物死亡，大幅度减产。 真菌是主要的植物病原菌，,2019,-,60,（三）微生物与动物间的寄生,条件致病菌：正常菌群进入不该去的环境会引发疾病，如E. Coli 进入尿道、阑尾。 机会致病菌：兼性寄生，一般在土壤、水体生活，遇到特定条件和时机才侵入寄主发病，如破伤风芽胞梭菌、产气荚膜梭菌。 专性寄生：病毒、衣原体、立克次氏体、孢子虫，大多数其他病原菌。,2019,-,61,四、拮抗,或称偏害作用 amensalism。这是一种微生物通过产生某种特殊的代谢产物或改变环境条件来抑制或杀死另一微生物种群的现象。,2019,-,62,1非特异性拮抗作用,一种微生物通过自身的代谢活动改变环境条件非特异性地抑制另一微生物的作用。 产酸：乳酸细菌产酸； 产乙醇：酵母菌或发酵假单胞就发酵葡萄糖