第10章-微生物的生态.ppt

第一节自然界中的微生物第二节微生物与自然环境之间的关系第三节微生物与自然界物质循环第四节微生物与环境保护,第十章微生物生态学,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。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。,一、微生物在自然界中的分布（一）土壤中的微生物土壤中的微生物分布特点:1）土壤微生物的数量和分布主要受到营养物、含水量、氧、温度、pH等因子的影响；2）土壤中的微生物以细菌最多，其次为放线菌和霉菌。3）微生物的数量也与于土层的深度有关；4）土壤微生物的数量和分布受季节影响；,第一节自然界中的微生物,1.淡水1）数量和种类与接触的土壤有密切关系；2）垂直分带分布；3）多是吸附在悬浮的水中有机物上及水底；4）多能运动，有些具有很异常的形态；5）靠近城市或城市下游水中的微生物多，并且有很多对健康不利的细菌，不宜作为饮用水源；6）水体自身存在自我净化作用。,（二）水体中的微生物,2.海水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）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）大多数海洋细菌为G-细菌，并具有运动能力。4）耐高压（特别是生活在深海的细菌）。5）更明显的垂直分层分布（透光区、无光区、深海区、超深海区）,德国科学家H.N.Schulz等1999年在纳米比亚海岸的海底沉积物中发现的一种硫磺细菌（sulfurbacterium），其大小可达0.75mm，Thiomargaritanamibiensis，-“纳米比亚硫磺珍珠”,1）无原生的微生物区系，主要以气溶胶形式存在；2）来源于土壤、水体及人类的生产、生活活动；3）种类主要为真菌和细菌，一般与其所在环境的微生物种类有关；4）数量取决于尘埃数量；5）停留时间和尘埃大小、空气流速、湿度、光照等因素有关；6）与人类的关系：传播动、植物疾病造成食品及发酵生产中的污染。,（三）空气中的微生物,1微生物引起的工业产品的霉腐光学仪器上的镜头，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。,（四）工农业产品上的微生物,由于微生物的生长繁殖而腐烂、变质，不能食用；病原微生物进入人体的，引起传染性疾病；在食品、农产品上生长后会产生对人有害的毒素；,2食品、农副产品上的微生物,不利影响：,有利影响：,利用特定的微生物制备风味食品，如酱制品、米酒、腌酸菜等。,肉毒毒素、黄曲霉素等,1、嗜热微生物,（五）极端环境下的微生物,隐蔽热网菌（Pyrodictiumoccultum）,嗜酸热硫化叶菌（Sulfolobusacidocaldarius）,水生嗜热杆菌(Thermusaquaticus),嗜冷菌最适温度低于15，耐冷微生物为20-40。3、嗜酸微生物只能生活在pH4的条件下，耐酸微生物也可在中性环境中生长。4、嗜碱微生物专性生活在pH10-11的碱性条件下。5、嗜盐微生物在高盐浓度下才能生长6、嗜压微生物在高静水压环境中生长7、抗辐射微生物,2、嗜冷微生物,1.人体的正常菌群在正常人体皮肤、粘膜及外界相通的各种腔道（如口腔、鼻咽腔、肠道和泌尿道）等部位，存在着对人体无害的微生物群，包括细菌、真菌、螺旋体、支原体等。在长期进化过程中，微生物群的内部及其与宿主之间互相依存、互相制约，形成一个能进行物质、能量等交流的动态平衡的微生态系统，常称之为正常菌群。,（六）生物体内外的正常菌群,口腔：链球菌（甲型或乙型）、乳酸杆菌、螺旋体、梭形杆菌、白色念球菌（真菌）、表皮葡萄球菌、肺炎球菌、奈氏球菌、类白喉杆菌等胃：正常一般无菌肠道：类杆菌、双歧杆菌、大肠杆菌、厌氧性链球菌、粪链球菌、葡萄球菌、白色念球菌、乳酸杆菌、变形杆菌、破伤风杆菌、产气荚膜杆菌等鼻咽腔：甲型链球菌、奈氏球菌、肺炎球菌、流感杆菌、乙型链球菌、葡萄球菌、绿脓杆菌、大肠杆菌、变形杆菌等,人体各部位常见的正常菌群,皮肤：表皮葡萄球菌、类白喉杆菌、绿脓杆菌、耻垢杆菌等眼结膜：皮表葡萄球菌、结膜干燥杆菌、类白喉杆菌等阴道：乳酸杆菌、白色念球菌、类白喉杆菌、大肠杆菌等尿道：表皮葡萄球菌、类白喉杆菌、耻垢杆菌等,（1）生物拮抗作用生物屏障。（2）刺激免疫应答非特异免疫功能组成部分。（3）合成维生素核黄素、生物素、叶酸、吡哆醇及维生素K等（4）降解食物残渣,正常菌群的生理作用,人体的正常微生物菌群一旦进入非正常聚居部位，或生态结构发生改变而引起人类疾病的微生物。（1）由于机体的防卫功能减弱,引起自身感染。（2）由于正常菌群寄居部位的改变，发生了定位转移，也可引起疾病。,条件致病菌,如果生态平衡失调，以至机体某一部位的正常菌群中各细菌的比例关系发生数量和质量上的变化，称为菌群失调。常见诱因主要是使用抗生素、同位素、激素、患有慢性消耗性疾病时肠道、呼吸道、泌尿生殖道的功能失常也是重要原因。,菌群失调,（1）耐药性葡萄球菌繁殖成优势菌而发生腹泻，偶尔发生致死性葡萄球菌脓毒血症；（2）变形杆菌和假单胞菌生长旺盛并侵入组织发生肾炎或膀胱炎；（3）白色念珠菌大量繁殖，引起肠道、肛门或阴道感染，也可发展成全身感染；（4）难辨梭菌在结肠内大量繁殖，并产生一种肠毒素及细菌毒素，导致假膜性肠炎。,常见的菌群失调症有,根际微生物：生活在植物根系周围土壤中的微生物，为正常菌群，多为G-细菌附生微生物：生活在植物地上部分表面的微生物,2、根际微生物和附生微生物,一、互生两种生物可以独立生活。也可以形成相互的联合，对一方有利，或双方都有利。（一）微生物间的互生关系（二）微生物与人及动物间的互生关系（三）微生物与高等植物之间的互生关系,第二节微生物与生物环境之间的关系,两种微生物紧密地生活在一起，彼此依赖，相互为对方创造有利的生存条件特点：在生理上相互分工，互换代谢活动的产物；在组织上形成了新的结构，一旦彼此分离，各自就不能很好地生活。,二、共生,地衣：真菌（子囊菌，担子菌）、单细胞藻类（绿藻，蓝藻）,（一）微生物间的共生,根瘤：豆科植物与固氮菌共生、非豆科植物与放线菌共生,（二）微生物与植物间的共生体,微生物与昆虫的共生：外共生：白蚁与其肠道内的微生物之间的共生内共生：昆虫与其细胞内的共生性细菌细菌能为宿主提供B族维生素。瘤胃微生物,（三）微生物与动物共生,一种生物侵入另一种生物体内吸取自己所需要的营养物质进行生长繁殖，在一定的条件下对后者造成损害或死亡的现象专性寄生（寄生物离开寄主不能生活）兼性寄生（寄生物可离开寄主营腐生生活）细胞内寄生、细胞外寄生,三、寄生,1、噬菌细菌2、真菌间：一种真菌寄生在另一种真菌间较普遍。（二）微生物对植物的寄生（三）微生物对人与动物的寄生,（一）微生物间的寄生关系,1.非特异拮抗关系如乳酸菌能产生乳酸，能抑制腐败菌的生长。2.特异拮抗关系抗生菌和敏感菌，拮抗性物质称抗生素。,四、拮抗,一种大型的生物直接捕捉、吞食其他小型生物来满足生存需要的现象1.原生动物：捕食水体和土壤中的细菌，放线菌，真菌的孢子及单细胞藻类为食。2.捕食性真菌：捕食线虫。,五、捕食,无机物,有机物,光合作用,分解作用,生产者：从无机物合成有机物，如植物、微生物消费者：利用有机物进行生活，如动物分解者：分解有机物成无机物，如微生物,第三节微生物与自然界物质循环,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特征，即可直接利用太阳能、无机物的化学能作为能量来源，另一方面其积累下来的能量又可以在食物链、食物网中流动。,4、微生物是物质和能量的贮存者；,微生物和动物、植物一样也是由物质组成和由能量维持的生命有机体。在土壤、水体中有大量的微生物生物量，贮存着大量的物质和能量。,5、微生物在地球生物演化中的作用；,微生物是最早出现的生物体，并进化成后来的动、植物。藻类的产氧作用，改变大气圈中的化学组成，为后来动、植物出现打下基础。,微生物在生态系统中的地位,1.碳素循环2.氮素循环3.硫素循环4.磷素循环,微生物在自然界物质循环中的作用,碳素循环包括CO2的固定:绿色植物和微生物通过光合作用固定自然界中的CO2，合成有机物碳化物CO2的再生:动物、植物和微生物进行呼吸作用获得能量，同时放出了CO2动、植物和微生物尸体等有机碳化物被微生物分解时，产生大量CO2,1.固氮作用分子态氮被还原成氨和其他氮化物的过程称为固氮作用。生物固氮是只有微生物或有微生物参与的生化作用。2.氨化作用微生物分解有机氮化物产生氨的过程称为氨化作用。很多细菌、真菌和放线菌都能分解蛋白质及其含氮衍生物，氨化作用产生的氨，一部分供微生物，植物同化，一部分被转变成硝酸盐。,微生物在氮素循环中的作用,3.硝化作用微生物将3氧化成硝酸盐的过程称为硝化作用；整个过程由两类细菌分两个阶段进行。第一阶段是3被氧化为亚硝酸盐，靠亚硝酸细菌完成，第二阶段是亚硝酸盐被氧化为硝酸盐，靠硝酸盐细菌完成。硝化作用形成的硝酸盐，在有氧环境中，被植物微生物同化，但缺氧环境中，则被还原成分子态氮，从环境中消失。,.反硝化作用微生物还原硝酸盐，释放出分子态氮和的过程称为反硝化作用,参与这一作用的细菌称为反硝化作用细菌。,硫是生物的重要的营养元素，它是一些必需氨基酸、某些维生素、辅酶等的成份。在自然界，硫素以元素，2，硫酸盐和有机态硫的形式存在，而植物一般只能以无机盐类作为养料。因此，S素各种形式的循环转化，对植物营养非常重要。（一）自然界中的硫素循环,硫素循环可划分为分解作用，同化作用，无机硫的氧化作用和无机硫的还原作用。微生物参与素循环的全过程，并起很重要作用。,硫素循环,有机硫化物,硫酸盐,元素,分解作用,分解作用,同化作用,同化作用,无机硫的氧化作用,无机硫的氧化作用,无机硫的还原作用,1.分解作用：动、植物和微生物尸体中的有机硫化物，被微生物降解成无机物（硫酸盐、等）的过程称为分解作用。2.同化作用微生物利用硫酸盐和，组成本身细胞物质的过程称为同化作用，细菌、放线菌、真菌中都有能利用硫酸盐作为硫源的种类。仅少数微生物同化。,3.无机硫的氧化作用无机硫的氧化作用是微生物氧化硫化氢、元素或e等生成硫酸盐的过程。主要是硫细菌。4.无机硫的还原作用无机硫化物的还原作用是在厌氧条件下微生物将硫酸盐还原成的过程。参与此过程的微生物是硫酸盐还原细菌。（脱硫弧菌属、脱硫肠