生物课件-第六章 微生物生态.ppt

第六章微生物生态 本章内容 第一节微生物在自然界中的分布1 1土壤中的微生物1 2水体中的微生物1 3空气中的微生物1 4食品中的微生物1 5生物体内外的正常菌群1 6极端环境中的微生物第二节微生物与生物环境间的关系第三节微生物在生态系统中的作用和地位 学习目的与要求 了解微生物在自然界的分布 理解微生物在自然界物质循环中的作用 掌握微生物与环境间的相互关系 应用微生物生态学原理分析和设法解决与食品环境有关的微生物问题 生态学是研究生物系统与其环境条件间相互作用规律性的科学 微生物生态学就是研究微生物群体 微生物区系或正常菌群对其周围的生物和非生物环境条件相互作用关系的科学 研究微生物的生态有着重要的理论意义和实践价值 本节 我们仅介绍微生物生态学中一些基础知识及其应用 1微生物在自然界中的分布 1微生物在自然界中的分布 1 1土壤中的微生物 土壤颗粒表面的微生物 不同的团聚体微生物的分布不同 同一团聚体内外微生物的分布不同 1微生物在自然界中的分布 1 1土壤中的微生物每克土壤中含菌量大体上有一个10倍系列的递减规律 细菌 108 放线菌 107 霉菌 106 酵母菌 105 藻类 104 原生动物 103 表6 1我国各主要土壤每克干土中的含菌量 表6 2水田与旱地各层土壤每克干土中的含菌量 1 2水体中的微生物 水体是微生物栖息的第二个天然场所 习惯上把水体中的微生物分为淡水微生物和海洋微生物两大类 1 2水体中的微生物 淡水微生物的微生物及在水中的分布受水的类型 有机质含量等因素影响 海洋微生物包括细菌 真菌 藻类 原生动物及噬菌体等 绝大多数是需盐 嗜冷和耐高渗透压的微生物 水中微生物的区系又可以分为两类 清水型水生微生物 腐败型水生微生物 1 2 1清水型水生微生物 在洁净的湖泊和水库蓄水中 有机质含量比较低 微生物数量较少 典型的清水型微生物以化能自养和光能自养微生物为主 根据细菌对周围水生环境中营养物质浓度的要求 可分为3类 贫营养细菌 兼性贫营养细菌 富营养细菌 1 2 2腐败型水生微生物 水体中由于流入了大量人畜排泄物 生活污物和工业废水等 有机物含量大增 同时也夹入了大量外来的腐生细菌 使腐败型水生微生物尤其是细菌和原生动物大量繁殖 其中数量最多的是无芽孢革兰氏阴性细菌 原生动物有纤毛虫类 鞭毛虫类和根足虫类 这些微生物在污水环境中大量繁殖 逐渐把水中有机物分解成简单的无机物 同时它们的数量也随之减少 污水也就逐步净化变清 另外一类是随污染物进入水体的致病菌 通常它们会因为水体中营养等条件不能满足其生长繁殖的要求 再加上其他微生物的竞争和拮抗作用 一般难以长期生存 但由于水体的流动 也会造成病原菌的传播甚至疾病的流行 水中微生物含量对该水源的饮用价值影响很大 一般认为 良好的饮用水 其细菌含量因该在100个 mL以下 超过500个 mL即不适合作饮用水 对饮用水来说 更重要的指标是其中微生物的种类 因此 在饮用水的微生物检验中 不仅要检查其总菌数 还要检查其中所含的致病菌数 但水中的致病菌含量总是很少的 难以直接找到 所以一般就只能通过测定E coli来间接推断其他病原菌的存在概率 我国饮用水的标准规定 自来水中细菌总数不可超过100个 mL E coli数不能超过3 L 1 3空气中的微生物 空气本不是微生物生长繁殖的良好场所 但空气中还是含有一定数量的微生物 这是因为土壤 人和动植物体等物体上的微生物不断以微粒 尘埃等形式飘逸到空气中而造成的 凡是含尘埃越多的空气 微生物含量和种类也就越多 且越接近地面 含菌量越高 而微生物在高空中分布的记录却越来越高 85km的高空是目前知道的生物圈的上限 空气的气溶胶对动植物病原菌的传播 发酵工业中的污染以及工农业产品的霉腐等都有很重要的关系 因此 在发酵工厂中 在空气进入空气压缩机前有时要用粗过滤器过滤掉个体较大的微生物 表6 4粗过滤后空气中细菌或其芽孢的种类及大小 测定空气中微生物的数目可用培养基沉降或液体阻留等方法进行 凡是需要进行空气消毒的场所 如医院的手术室 病房 微生物接种室或培养室等可以用紫外线消毒 福尔马林等药物的熏蒸或喷雾消毒等方法进行 为防止空气中的杂菌对微生物培养物或发酵罐内的纯种培养物的污染 可用棉花 纱布 8层以上 石棉滤板 活性炭或超细玻璃纤维过滤纸进行空气过滤 1 4食品中微生物 1 4 1农产品上的微生物在各种农产品上存在着大量的微生物 粮食尤为突出 按其来源可分为原生性微生物区系和次生性微生物区系 原生性微生物区系是微生物与植物在长期相处的关系中形成的 它们以种子的分泌物为生 与植物的生活和代谢强度息息相关 次生性微生物区系 指的是那些存在于土壤 空气中 通过各种途径侵染粮食的微生物 1 4 2食品上的微生物 食品是用营养丰富的动植物原料经过人工加工后的制成品 其种类繁多 在食品的加工 包装 运输和储藏等过程中 不可能进行严格的无菌操作 食物可能会被各种微生物污染 也包括病原菌 污染食品的微生物主要是曲霉属 青霉属 镰孢霉属 链格孢霉属 拟青霉属 根霉属 毛霉属 茎点霉属 木霉属 大肠杆菌 金黄色葡萄球菌 枯草杆菌 巨大芽孢杆菌 沙门氏菌属 普通变形杆菌 铜绿假单胞菌 乳杆菌属 乳链球菌 梭菌属和酿酒酵母等 罐头中的微生物 罐头食品 将食品原料充填于容器内 经脱气 密封 加热杀菌等过程而得以长期保存的制品 称为罐头食品 罐头食品种类很多 从使其变质腐败的微生物的角度来看 可以分为几类 1 酸性食品罐头 2 低酸或中酸食品罐头 一般酸性罐头pH3 7 4 5如番茄 梨 菠萝和其他水果罐头 高酸罐头pH值 3 7如泡菜 浆果 柠檬汁罐头等 低酸罐头pH值 5如多数肉类 海产品 牛奶 玉米和碗豆等 中酸罐头pH值4 5 5如肉菜混合物 汤料和沙司等 酸性食品罐头只要用较低的灭菌温度即可达到长期保藏的目的 当这类罐头变质时 从中可分离得到嗜热耐酸芽孢杆菌等 平酸菌 和产酸产气菌 低酸或中酸罐头的灭菌温度要高些 肉类罐头尤甚 当这类罐头变质时 可检出嗜热脂肪芽孢杆菌和凝结芽孢杆菌等 平酸菌 还可分离得到一些产酸产气菌以及分解蛋白质的厌氧梭状芽孢杆菌 1 4 3酿造食品中的微生物 发酵过程中 微生物的生长和作用是分阶段进行的 随着发酵系统中氧气 温度 水分 pH值 氧化还原值 渗透压 营养条件的不断变化 微生物区系及活力在不断变化 直到酿造过程结束 1 5生物体内外的正常菌群 1 5 1人体的正常微生物区系在正常生理状态下 人体体表和体腔中所存在的一定种类和数量的微生物 并不侵害人体 称为人体正常微生物群落 人体内外各部分的正常菌群分布情况如表6 6 应该指出的是 所谓正常菌群 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 一部分正常菌群会成为病原微生物 另一部分微生物由于其生长部位的改变 也可引起疾病 还有一些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 也能引起疾病 这种情况在长期服用抗生素后尤为突出 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引起疾病者 称为条件致病菌 而这类由条件致病菌引起的感染 称为内源感染 1 5 2无菌动物与悉生生物 无菌动物 凡是其体内外检查不到任何正常菌群的动物 称为无菌动物 悉生生物 凡是已经人为地接种上某已知纯种微生物地无菌动物或无菌植物 就称为悉生生物 意即 了解其微生物区系的生物 悉生生物学 研究悉生生物的科学 1 5 3根际微生物和附生微生物 与动物体表存在的大量正常菌群类似 在植物体表面也存在着正常微生物区系 最主要的有2类 根际微生物和附生微生物 根际微生物 植物根系向周围土壤分泌各种外渗物质 故在根际存在着大量的微生物 附生微生物 一般指生活在植物体表面 借植物外渗物质或分泌物质为营养的微生物 根际微生物 一般来说 根际微生物以无芽孢杆菌居多 根际微生物在植物根际的大量繁殖 会强烈地影响生物的生长发育 主要表现为 改善了植物的营养条件 分泌植物生长刺激物质 分泌抗生素类物质 以利于植物避免土居性病原菌的亲染 有时对植物的生长也会产生有害影响 附生微生物 主要的附生微生物是叶面微生物 叶面微生物对植物的生长发育和人类的实践有着一定的关系 如广泛存在于叶面的乳酸杆菌可以成为腌制泡菜 酸菜的天然接种剂 葡萄表面存在的酵母菌也是酿制葡萄酒时的天然接种剂 还有一些叶面微生物可以固氮 它们可以直接或间接地向植物供应氮素营养 1 6极端环境中的微生物 1 6 1嗜热菌1 6 2嗜冷菌1 6 3嗜酸菌1 6 4嗜碱菌1 6 5嗜盐菌1 6 6嗜压菌1 6 7抗辐射微生物 第二节微生物与生物环境间的关系 2 1互生2 2共生2 3寄生2 4拮抗2 5捕食 第三节微生物在生态系统中的地位 1 微生物是有机物的主要分解者 微生物最大的价值也在于其分解功能 它们分解生物圈内存在的动物和植物残体等复杂有机物质 并最后将其转化成最简单的无机物 再供初级生产者使用 2 微生物是物质循环中的重要成员 微生物参与所有的物质循环 大部分元素及其化合物都受到微生物的作用 在一些物质的循环中 微生物是主要的成员 起主要作用 而一些过程只有微生物才能进行 起独特作用 而有的是循环中的关键过程 起关键作用 3 微生物是生态系统中的初级生产者 光能营养和化能营养微生物是生态系统的初级生产者 它们具有初级生产者所具有的二个明显