哈工大考研_污染控制微生物本科课堂讲义.ppt

污染控制微生物学 第八章微生物的生态 微生物与环境之间的关系极为密切 环境中的各种因子影响着微生物的生存和生长繁殖 而微生物通过新陈代谢等活动也对环境产生着影响 微生物的生态就是研究微生物以及与微生物相联系的物理 化学和生物等环境之间的相互关系 研究微生物的生态 掌握微生物与环境之间的相互关系 不但可以了解微生物在自然界和各种人工环境中的分布规律 还为人类利用微生物资源和控制微生物生存提供了理论依据 更重要的是可以根据微生物生态学原理 创造有利条件 开发新型的人工生态系统 以便提高水污染控制工程中人的主观能动性 达到预期目的 使水污染控制在更高层次上得以发展 土壤中的微生物 废气 废水 过度开发 化学品 土壤中的微生物 土壤中微生物的生态分布土壤是微生物生长繁殖及进行各种生命活动的良好环境 溶解性的有机物和无机物给生物提供所需的一切营养物质和能量来源 土壤中经常保持着适当的水分 酸碱度接近中性 土壤的孔隙和土壤水分的多少 直接影响土壤的通气条件 在水分饱和的土壤中 孔隙中充满水 排斥了空气 使土壤中基本上处于厌氧状态 有利于厌氧微生物的生长 在排水良好的土壤中 土壤孔隙中有水 也有空气 有利于好氧微生物的活动 土壤水不断变动 通气情况也随着变动 那么好氧微生物和厌氧微生物的相对数量也就随着变化 温度在一年四季中变化不大 适宜而稳定 并且在最 表层土几毫米以下 又可防止太阳紫外线对微生物的杀害 所以 土壤有 微生物天然培养基 的称号 土壤中微生物的数量最大 类型最多 是人类利用微生物资源的主要来源 也是微生物在自然界中最大的贮藏库 但土壤也经常受病原体等的污染 在传播疾病中起一定作用 一 土壤微生物的种类土壤中的微生物包括细菌 放线菌 真菌 螺旋体 藻类和病毒 还有原生动物 以细菌为最多 占土壤微生物总数量的70 90 放线菌 真菌次之 藻类和原生动物等的数量较小 绝大部分微生物对人类是有益的 它们有的能分解动植物尸体为简单的化合物 供植物吸收 有的能固定大气中的氮 使土壤肥沃 有利于植物生长 有的能产生各中抗菌素 也有一部分土壤微生物是动植物的病原体 1 土壤中细菌土壤中细菌按来源可分为三类 天然生活在土壤中的自养菌 这类细菌只需要简单的无机化合物作为养料来维持生命 随着动物尸体进人土壤的腐物寄生菌 是一类异养菌 这类细菌的合成能力较差 不能利用co2或碳酸盐作为碳源 需要复杂的化合物 其中有些可利用无机氮 有些则需有机氮作养料 并从分解有机物中获得能量 随着动植物尸体或其排泄物进人土壤的致病菌 由于营养要求严格 一般在土壤中容易死亡 只有能形成芽孢的细菌才能长期存在 2 土壤中放线菌放线菌的数量也很大 仅次于细菌 占土壤中微生物总数量的5 30 主要是通过形成无性孢子的方式进行繁殖 典型的放线菌细胞呈丝状分枝 菌丝体 长短不一 有些长达600 m以上 放线菌的一个丝状营养体的体积比一个细菌大几十倍至几百倍 因此 数量虽较少 但在土壤中的生物量 相近于细菌 放线菌多生长于耕作层土壤中 数量随着土壤深度增加而减少 土壤中的放线菌种类很多 常见的有链霉菌属 streptomyces 诺卡氏菌属 小单孢菌属 micromonospora 和高温放线菌属 thermo actinomyces 3 土壤中真菌真菌广泛生活在近地面的土层中 每克土壤有几万到几十万个 从数量上看 真菌是土壤微生物中第三大类 它们在土壤中以菌丝体和孢子形式存在 估计每克土壤中真菌菌丝的总长可达40m 平均直径为5 m 则土壤中含活真菌重量约0 6mg g 土壤中的真菌多属于藻菌纲 如毛霉属 根霉属 子囊菌纲 如酵母菌 半知菌纲 如青霉属 曲霉属 镰刀菌属 木霉属 轮枝霉属 verticilliun 头孢霉属 cephalosporium 念珠霉属 monilia 等 4 土壤中其他微生物土壤中有许多藻类 大多数是单细胞的硅藻和绿藻 数量远较上述各类菌少 不到土壤微生物总数量的1 但因形体较大 生物量约为细菌的1 10的 它们与某些真菌营共生生活 土壤中的原生动物 包括纤毛虫 鞭毛虫和肉足虫 sarcodina 等类 它们都是单细胞的 并能运动的微生物 形体大小差异很大 通常以分裂方式进行无性繁殖 它们吞食有机物的残渣 也捕食细菌 真菌及其他微生物 因此 原生动物的数量与土壤细菌之间常表现相反的关系 即土壤中的原生动物愈多 则细菌愈少 原生动物对土壤有机物的分解 有着一定作用 土壤中有噬菌体 能裂解相应的细菌 在某种情况下 由于噬菌体对根瘤菌的作用 致使豆科植物不能形成根瘤 土壤中也有肠道病毒 在传播肠道疾病上有一定的流行病学意义 二 土壤微生物的分布土壤微生物的分布与土壤的结构 有机物和无机物的成分 含水量及土壤理化特性 颜色 吸附情况 酸碱度 盐分及co2浓度等 不同而有差异 我国土壤研究所的调查 国内不同地区土壤中微生物的数量有很大的差别 例如 在我国 西北黑炉土每克细菌总数为2050万 放线菌710万 真菌0 7万 而粤南红壤 每克细菌总数为62万 放线菌60 6万 真菌6 7万 其差别主要与不同地区土质有关 总之 不同的土壤类型 不同季节 以及土壤中水分 温度等的变化 对土壤中微生物的数量 种类及分布有很大的影响 因此 在检测土壤微生物做出卫生评价时 必须全面考虑 土壤中的微生物 土壤微生物的分离和计数 一 培养基的制备土壤中微生物的种类繁多 各类微生物所需的营养物质也不尽相同 培养基就是按照微生物生长繁殖所需要的各种营养物质 人工配制而成的营养基质 培养基的配制要适合微生物的营养特点 注意各种营养比例 同时要控制好培养条件 分离和计数土壤中常见微生物的培养基参见有关手册 二 一般土壤微生物的分离与计数l 稀释平板法这个方法操作简便 而且同时从土壤中分离出较多种类的微生物 稀释平板法是测定土壤中活的微生物数量最常用的一种方法 本方法的操作步骤如下 用1 100天秤称取10g土样 加入盛有100ml无菌水的500ml三瓶中 同时称取待测土样10 11g 经105 烘干8h 置于干燥器中 待冷却后称重 按下列公式计算土壤含水量的百分数 将盛有10g土样和100ml无菌水的三角瓶放在振荡机上振荡10min 使土样均匀地散在稀释液中成为土壤悬液 土壤分散后 吸取lml土壤悬液到9ml稀释液中 依次按倍比稀释法 稀释到10 6 所用吸取悬液的吸管均需在稀释中反复吹洗几次才可使用 根据各类微生物在土壤中的数量多少选择适当稀释度 如细菌为10 4 10 6各重复4次 土壤悬液的接种方法 混菌法吸取lml悬液于直径9cm的无菌培养皿中 然后倾注已熔化并冷却至45 的选择性培养基约15ml与培养皿中的土悬液充分混匀 待凝固倒置保温培养 涂布法是在事先倾注好的选择性固体培养基表面 用lml无菌吸管于琼脂表面加1滴相当于0 05ml一定稀释度的土壤悬液 然后立即用玻璃刮刀将悬液均匀地涂抹于琼脂表面 接种的培养皿 待培养基凝固后倒置于28 30 恒温箱中培养 细菌培养3 5d 真菌培养5 7d 放线菌培养10 14d 然后取出 细菌和放线菌选取出现菌落数为在20 200个的培养皿 真菌选取菌落数为10 100个的培养皿 结果计算分为以下两种情况 用混菌法接种的计算方法如下 用刮刀法接种的计算方法如下 2 稀释法对具有特殊生理功能的细菌 如硝化 反硝化 固氮 硫化 反硫化和纤维素分解菌等 常采用稀释法计数 也称最大概率数法 即mpn法 它是根据统计学原理 用于估算悬液中活体微生物 一般为细菌 浓度的方法 其操作规程如下 制备土壤悬液 见稀释平板法 根据各类群微生物在土壤中的大概数量 选择5个相连的稀释度 将不同稀释度悬液分别接种至不同培养基的试管中 每管接悬液1ml 每一稀释度均有5管重复 于28 培养7 14d 根据各生理群微生物在其培养基上的生长或反应 分别记录结果 根据各稀释系列试管中有无待测微生物或其生理反应的正或负得出数量指标 并根据重复数量不同从相应的稀释法测数统计表中查出细菌近似值 应用稀释法计数时 在稀释系列中 必须最后一个稀释度所有重复间都没有微生物生长 确定数量指标系取稀释系列中所有重复都有生长 或呈正反应 的最高稀释度为数量指标的第一位数字 例如 稀释度10 110 210 310 410 5生长情况 55420 数量指标为542 由表查得细菌近似值为25 如果在所有重复试管内都有微生物生长的稀释度之后仍有三个数字 则将最后一个数宇加在前一个数字上 例如 10 110 210 310 410 554220则数量指标为544 计算结果时 可采用以下公式 设样品含水量为20 则干土为80 土壤的卫生微生物学检测 一 主要检查项目1 细菌总数的测定土壤中微生物种类很多 它们的生物学特性各不相同 对于培养条件及营养要求也各不相同 因而细菌培养法显然不能确切的代表土壤中的微生物状态 而只能大致说明细菌污染程度 2 大肠菌群值的测定大肠菌群在自然界中存活时间与肠道致病菌近似 因此 大肠菌群值的测定 在确定土壤被粪便污染上有较现实的意义 大肠菌群值的概念 是指可检出大肠菌群的最小被检样品重 通常用克来表示 3 产气荚膜杆菌的测定测定产气荚膜杆菌数量 在判断粪便污染土壤的时间上有辅助的意义 因为产气荚膜杆菌存活时间较久 发现大量产气荚膜杆菌而大肠埃希氏菌很少时 则表示土壤非新近的粪便污染 反之 则表示新近的污染 4 嗜热菌的测定嗜热菌主要存在于温血动物肠道内 也大量存在于有机垃圾中 检出嗜热菌可作为污染的标志 嗜热菌为需氧芽孢杆菌 发现大量嗜热菌及少量大肠埃希氏菌 说明土壤已被粪便污染很久 反之 为新近污染 5 芽孢菌和非芽孢菌的比值测定芽孢菌对于外界环境抵抗力强 生存时间较久 因而发现大量芽孢菌而非芽孢菌少时 说明污染的时间较久 反之 则为新近污染 二 检验方法1 样品的采集与处理先用灭菌的刀或铲除去土壤的表层 再用烧灼的勺有采取土壤200 300g 置于无菌磨口玻璃瓶内 标明采取地点 深度 日期和时间 将土壤置乳钵中研磨均匀 称取50g 加入盛有450ml灭菌自来水的广口瓶中 充分振摇混匀 制成10 1的稀释液 然后以此为检验材料 进行细菌总数及大肠菌群等检测 2 细菌总数测定方法与水的细菌总数测定相同 3 大肠菌群值的测定测定方法如下 由稀释倍数高的开始 顺序吸取10 3 10 2及10 l稀释液各lml 分别加人10ml单 倍乳糖培养基内 另取10 l稀释液10ml 加人10ml双倍乳糖培养液中 置37 温箱经过24h培养 以下操作按大肠菌群的常规测定方法进行 4 产气荚膜杆菌值的测定按下列步骤进行 将土壤稀释液置80 水浴加热15min 以杀灭其中的繁殖体 分别接种10 1 10 4各稀释液lml于已融化并冷至45 左右的亚硫酸钠深层培养基内 混合均匀 迅速将试管置水中冷却 置44 培养18 24h 观察结果 若有产气荚膜杆菌生长 则于深层培养基中出现裂解 混浊和变黑现象 挑选黑色菌落涂片染色 可见产气荚膜杆菌的典型形态 g 杆菌 芽孢多位于菌体的次极端 芽孢小于菌体 根据结果 查表即得产气荚膜杆菌值 5 嗜热菌数测定测定方法与细菌总数不同的是需放在较高温度培养 具体过程为 分别吸取已稀释成10 l 10 5的稀释液各1mi 注人平皿内 将已融化并冷至65 的琼脂倾入平皿中 混合均匀 待凝 置60 温箱培养24h 所获菌数即为嗜热菌数 6 芽孢菌与非芽孢菌比值测定按常规方法倾皿 在37 培养48h 记录土壤细菌总数 然后将土壤稀释液于80 水浴中加热15min以杀灭繁殖体后再行倾皿培养 所得菌数即为芽孢菌数 细菌总数减去芽孢菌数即为非芽孢菌数 居民区土壤的卫生评价之二 居民区土壤的卫生评价之三 居民区土壤的卫生评价之一 影响土壤中微生物分布的因素土壤颗粒的性质土壤的水分氧气ph温度营养状况另外 土壤中的微生物数量还会随着一年四季气候的变化而变化 一天中温度的不同也会对土壤中的微生物数量起某种程度的影晌 人类的生产活动如施肥 耕作等等对土壤中微生物种类和数量的变化也会有很大的影响 空气中微生物的生态分布 一 空气污染和微生物空气中缺乏微生物可直接利用的营养物质 微生物不能独立地在空气中生长繁殖 它不是微生物生长繁殖的天然环境 因此 空气中没有固定的微生物种群 它主要是通过土壤尘埃 水滴 人和动物体表的干燥脱落物 呼吸道的排泄物等方式被带入空气中 这些微生物附着在灰尘颗粒上 短暂悬浮于空气中的液滴内 随气流在空气中传播 空气中微生物的数量与人和动物密度及活动情况 植物数量 土壤与地表覆盖 气温 日照和气流等因素有关 空气中的微生物类群还随环境不同而异 空气中的微生物大部分为非致病性微生物 常见的有芽孢杆菌属 无色杆菌属以及一些放线菌 霉菌等 周大石等曾对沈阳市大气微生物区系分布进行了研究 根据沈阳市的自然条件和社会因素的特点 以及影响大气微生物分布的有关因素综合考虑 共选择了在生态环境和地理位置均具有代表性的采样点10个 并从中分离出细菌112株 霉菌57株 放线菌44株 经鉴定 细菌为14个属 放线菌5个属 细菌有芽孢杆菌属 bacillus 微球菌属 micrococcus 黄杆菌属 flarobacterium 葡萄球菌属 staphylococcus 纤维单孢菌属 cellulomonas 无色杆菌属 achromobacter 产碱杆菌属 alculigens 克雷伯氏菌属 klebsiellab 布鲁氏菌属 brucella 节细菌属 arthrobacter 奈瑟氏球菌属 neisseria 微杆菌属 microbacterium 拟杆菌属 bcateroides 短杆菌属 brtvibacterium 霉菌有青霉属 penicillum 毛霉属 mucor 曲霉属 aspergillus 根霉属 rhizopus 木霉属 trichooderma 交链胞霉属 alternaria 放线菌有链霉菌属 streptomyces 胞囊链霉菌属 streptosporangium 诺卡氏菌属 nocardia 钦氏菌属 chaina 小瓶菌属 ampullariella 另外 空气中也有一些微生物是致病性的 空气中的病原微生物 室内空气中的微生可随气流带入 但主要来源还是人 动物和植物 一个建筑物中空气微生物的组成 决定于动植物携带微生物的种类和数量 以及人和动物的机械性移动 如扫地 铺床 更衣 猫和狗的活动 尤其是人和动物从呼吸道排出微生物的数量有关 此外 室内空气的流动因建筑物的大小和形状 室内陈设 取暖和通风设施而大有变化 狭小的房间 器具堆积 门窗不常开启 室内空气经常是污浊的 气候的变化特别影响室内空气的流动 在寒冷的季节 通风不良 人群拥挤的场所 空气中微生物的数量与日俱增 通常所说的空气传染实际上是唾液传染 它为一种直接传染 不能传播很远 但是在某些情况下 污染空气确能使易感者得病 例如 空气中的绿脓杆菌能感染人体烧伤创面 引起化脓病变 对严重烧伤病人有致命危险 南京市各类空气含菌量的比较 由表可知 各区域内公共场所中空气含菌量最高 街道次之 公园 机关又次之 城市郊区 植物园最低 彼此相差几倍至几十倍 原因可能是与绿化和人们的活动有关 二 微生物对空气污染的监测1 对空气污染的指示作用许多微生物对空气污染是敏感的 实践中可利用这类敏感的微生物作为指示生物 或用于研究细胞学损伤 例如 大肠杆菌 e coli 对o3和碳氢化物的光合反应产生的烟雾是高度敏感的 这种混合污染物只要几个 g l的浓度就可以使大肠杆菌致命 纯的o3对于大肠杆菌也是有毒的 能使细胞表面发生氧化作用 造成内含物渗出细胞而被毁 发光细菌对于测定由空气污染物引起的细胞学损伤也是良好的工具 发光细菌在暗处生长 它们的生物发光又较易测定 已知由氧化氮和丁烯经光化学作用产生的烟雾能明显阻碍生物发光 发光细菌对pan也特别敏感 浓度小于2 g l时 就能抑制发光 而这样低的浓度还不会使人眼产生刺激作用 尽管这样 低的空气污染水平 也可能在高等生物中引起细微的生理学影响 但是人们却不易觉察它 在这方面 微生物可以成为我们很好的助手 2 利用微生物指示致癌物中的污染致癌物中的多环碳氢化合物 是空气中普遍存在的污染物 这类物质也能刺激细菌细胞产生畸变 例如 用致癌的污染物3 4 苯并 a 芘处理蜡状芽孢杆菌 能增加细菌的代谢活性 并引起细胞的畸形生长 苯并 a 还能影响巨大芽杆菌生长 使之形成大颗粒的细胞等等 因此可以利用这种现象 来研究引起细胞损伤的污染物水平 以及细胞受损害的性质 致癌物对巨大芽杆菌细胞形成的影响 据报道 紫外光可以加速苯并芘对微生物的损害 有人利用原生动物草履虫作为材料 用50种致癌的碳氢化合物和67种不致癌的碳氢化合物 来研究光动力反应和致癌物活性的联系 结果显示出致癌物质比不致癌物更加具有光动力学性质 就目前而言 有关微生物对大气污染的指示作用尚处于研究阶段 不具备实用性 还有待于实用化技术的开发应用 当细胞培养在含有3 4 苯并芘 a 的培养基中时 能形成不正常的巨大细胞 胞内充满着颗粒 三 空气微生物污染的评价标准评价空气微生物污染状况的指标是细菌总数和链球菌数 目前关于空气中微生物数量标准问题 还没有正式规定 这里仅介绍一些资料 供评价空气微生物污染时参考 室内外空气细菌和灰尘污染状况的卫生评价 cfu m3 室内空气的卫生细菌学粽准 沉降平板法 注 营养琼脂平板 开放5min 27 培养48h 检验空气中的病原微生物比较复杂 而且阳性率不高 只有在病人或带菌者周围采集样品 才能检出 故对日常卫生监测意义不大 因而在一般评价空气微生物污染状况时 常用细菌总数与绿色链球菌作为评价指标 空气中的细菌总数是指每立方米空气中各种细菌的总数 一般认为细菌总数达500 1000cfu m3时 可作为空气污染的指标 绿色链球菌一般作为空气污染的指标细菌 它经常存在人类呼吸道中 是人类鼻腔中的正常菌丛 在空气中的抵抗力较大 生存时间长 有代表一般致病菌抵抗力的意义 在拥挤的住房内 温度 相对湿度和co2含量超过卫生标准时 空气中的细菌数也大大增加 因此 细菌总数和链球菌数是测定空气卫生状况的敏感指标 它们可