人民卫生微生物学第8版第七章 土壤微生物.ppt

卫生微生物学,第七章土壤微生物,黄正华中科技大学公共卫生学院,目录,01,02,03,04,05,第一节：土壤生境特征,第二节：土壤微生物的来源、种类、分布及其卫生学意义,第三节：土壤微生物的检测与卫生标准,第四节：土壤微生物污染的预防与控制,第五节:土壤微生物的应用及研究前景,重点难点,土壤“土著”微生物与外来微生物的内涵，土壤微生物主要类群、营养类型及功能。土壤病原微生物污染土壤的途径和危害。土壤大肠菌群值和产气荚膜梭菌检验的原理和卫生学意义。,第一节土壤生境特征,第一节土壤生境特征,土壤是地球生态系统的重要组成部分，是微生物生活、繁殖的大本营,土壤在自然界中的重要地位,（一）营养,1.有机质腐殖质(富里酸、胡敏酸和胡敏素)+非腐殖质(单糖、双糖、多糖、脂类、蛋白质等)。2.矿物质常量与微量元素(P、Mg、S、K、Na、Fe、Ca、Zn、Mn等)。3.作用为微生物生长提供碳、氮和能量来源，参与代谢、转化。,第一节土壤生境特征,第一节土壤生境特征,地域（热带、寒带）、季节等因素影响土壤温度。土壤具有一定保温性。多数土壤微生物为嗜中温类型(2045)。,土壤一般呈中性或弱碱性，pH为68。偏酸性土壤真菌活动较旺盛。微碱性土壤适于放线菌生长。,（二）温度,（三）酸碱度,多数微生物的适宜水活度在0.92以上，农业土壤水活度一般在0.91，适合大多数微生物。溶解大量矿物质和可溶性有机物，有利于微生物的利用。来源：大气（主要）+土壤生物化学过程（次要）。土壤CO2高于大气。通气良好的土壤利于好氧微生物，通气不良的土壤利于厌氧微生物。,（四）水分,（五）空气,第一节土壤生境特征,第一节土壤生境特征,根系分泌物根系分泌物是指植物在生长过程中由根系不同部位分泌产生的无机离子（如H+、K+、Na+、Ca2+、Mg2+、NH4+、NO3、SO42、HPO42、Cl等）或小分子有机物（如糖类、酶类、氨基酸、脂肪酸、有机酸、酚酸类、甾醇类、核苷酸和黄酮类、生长因子），为微生物提供营养。阳光阳光是光能营养型微生物的能量来源，使它们聚集于土壤浅表层。,（六）其他因素,第二节土壤微生物的来源、种类、分布及其卫生学意义,第二节土壤微生物的来源、种类、分布及其卫生学意义,（一）土壤微生物的来源,1.土著微生物土壤的形成阶段即伴随微生物的参与。生物风化，如微生物产生有机酸、无机酸可以腐蚀、甚至直接分解岩石（如硅藻对铝硅酸盐的分解），随着土壤的发育形成种类丰富、天然栖居的“土著”微生物类群。2.外来微生物来源包括人畜粪便排泄物、污水、污泥、垃圾等，在土壤中的生存时间与理化条件（阳光照射、pH、温度、水分、通气、有机质、抑菌物质等）和微生物拮抗等因素有关。,第二节土壤微生物的来源、种类、分布及其卫生学意义,（二）土壤微生物的种类,土著微生物包括细菌（古细菌、真细菌）、放线菌、真菌、藻类、原生动物和病毒（噬菌体）。种类极为丰富，仅就原核生物而言，1g土壤中约有2000至18000种。土著微生物之间存在互生、共生、竞争、拮抗、寄生、捕食等关系，形成功能丰富的微生物群落。外来微生物往往含有致病性细菌、病毒、放线菌、真菌、寄生虫卵等，是制定土壤卫生标准的重点关注对象。,第二节土壤微生物的来源、种类、分布及其卫生学意义,土壤微生物利用光能的，称为光能营养型(phototroph)，利用无机物或有机物氧化作用所产生的化学能，则称为化能营养型(chemotroph)。土壤微生物利用CO2为碳源的称为自养型(autotroph)，利用有机物为碳源的称为异养型(heterotroph)。结合碳素来源与能量来源，土壤微生物可分为四种营养类型：光能自养型、光能异养型、化能自养型、化能异养型。绝大多数土壤微生物为化能异养型。,第二节土壤微生物的来源、种类、分布及其卫生学意义,土壤中的细菌土著优势菌代表：节杆菌属(Arthrobacter)芽孢杆菌属(Bacillus)假单胞菌属(Pseudomonas)土壤杆菌属（Agrobacterium）产碱杆菌属(Alcaligenes)黄杆菌属(Xanthomonas),第二节土壤微生物的来源、种类、分布及其卫生学意义,外来致病菌代表：伤寒沙门菌（Salmonellatyphi）痢疾志贺菌（Shigelladysenteriae）霍乱弧菌（Vibriocholerae）大肠埃希菌O157:H7（EscherichiacoliO157:H7）结核分枝杆菌（Mycobacteriumtuberculosis）布氏杆菌（Bacteriumburgeri）土拉杆菌（Francisellatularensis）炭疽杆菌（Bacillusanthracis）破伤风梭菌（Clostridiumtetani）肉毒梭菌（Clostridiumbotulinum）产气荚膜梭菌（Clostridiumperfringens）,第二节土壤微生物的来源、种类、分布及其卫生学意义,福氏志贺菌(X2400)引自李凡，徐志凯主编医学微生物学第8版,伤寒沙门菌及周身鞭毛(X1900)引自李凡，刘晶星主编医学微生物学第7版,第二节土壤微生物的来源、种类、分布及其卫生学意义,土壤中的放线菌代表链霉菌属(Streptomyces)诺卡菌属(Nocardia)小单孢菌属(Micromonospora)放线菌属(Actinomyces)土壤中的真菌代表青霉属(Penicillium)曲霉属(Aspergillus)木霉属(Trichoderma)镰刀霉属（Fusarium）根霉属（Rhizopus）,镰刀霉大分生孢子(上，X400)、毛霉孢子囊及孢子囊孢子(下，X400)引自李凡，徐志凯主编医学微生物学第8版,第二节土壤微生物的来源、种类、分布及其卫生学意义,土壤中的藻类与原生动物绿藻：衣藻属（Chlamydomonas）、原球藻属（Protococcus）、小球藻属（Chlorella）等；硅藻：羽纹硅藻属（Pinnularia）、舟形藻属（Navicula）、菱形藻属（Nitzschia）等；蓝藻：又称蓝细菌，为原核微生物，包括鱼腥藻属(Anabaena)、念珠藻属(Nostoc)、颤藻属(Oscillatoria)等；鞭毛虫、肉足虫（阿米巴）和纤毛虫。,第二节土壤微生物的来源、种类、分布及其卫生学意义,土壤中的病毒植物病毒：如烟草花叶病毒、番茄花叶病毒等；微生物病毒：噬菌体；“外来”肠道病毒：脊髓灰质炎、柯萨奇、埃可病毒等。,噬菌体结构模式图(左)大肠埃希菌T2噬菌体(右，X40000)引自李凡，徐志凯主编医学微生物学第8版,第二节土壤微生物的来源、种类、分布及其卫生学意义,（三）土壤微生物的分布,第二节土壤微生物的来源、种类、分布及其卫生学意义,病原微生物污染土壤的途径和危害,人-土壤-人方式人体排出的病原微生物直接由施肥与污水灌溉等污染土壤，人直接接触土壤或生吃该土壤上种植的瓜果蔬菜而感染。,案例：1970年8月10月以色列首都耶路撒冷暴发霍乱。途径为污水-土壤-蔬菜-蔬菜沙拉-人。在该途径的每一个环节样本中分离出同一型霍乱弧菌。,霍乱弧菌(鞭毛染色)引自李凡，徐志凯主编.医学微生物学.第8版.北京:人民卫生出版社,（四）土壤中的病原微生物及其危害,第二节土壤微生物的来源、种类、分布及其卫生学意义,动物-土壤-人方式患病动物排出病原微生物污染土壤，人与污染土壤直接接触而感染发病。,钩端螺旋体病：我国乙类传染病，自然疫源性疾病主要以鼠类为主的传染源,，家畜疫源地主要以猪、犬、牛等为主要传染源。自皮肤微小伤口、黏膜等处侵入人体,发生钩端螺旋体败血症。,感染动物尿液(左，X1000)及培养基(右，X2000)中的钩端螺旋体引自李凡，徐志凯主编医学微生物学第8版,第二节土壤微生物的来源、种类、分布及其卫生学意义,炭疽病：我国乙类传染病,是一种人畜共患病。草食动物最为敏感，摄食污染的牧草、塘水而感染。患病动物的血液、分泌物、粪尿等污染牧场、水源、粪肥和饲料。芽孢在土壤中存活数十年仍有感染力。炭疽芽孢杆菌可从损伤的皮肤、胃肠道及呼吸道粘膜进入人体，人类炭疽病有3种类型（皮肤炭疽、肺炭疽、肠炭疽）。,炭疽芽胞杆菌(X1000)引自李凡，徐志凯主编医学微生物学第8版,第二节土壤微生物的来源、种类、分布及其卫生学意义,土壤-人方式自然土壤中存在致病菌，人与污染土壤接触而得病。破伤风：破伤风梭菌芽孢在土壤中可存活数年。经伤口侵入人体后，在局部繁殖，释放外毒素，作用于神经系统，局部或全身肌肉呈强直性与阵发性痉挛。,破伤风梭菌(X1500)引自李凡，刘晶星主编医学微生物学第7版,第二节土壤微生物的来源、种类、分布及其卫生学意义,肉毒中毒：是由肉毒梭菌引起的一种严重的中毒性疾病。肉毒梭菌在土壤和动物粪便中存在，从而污染食物。产嗜神经毒素，抑制神经递质乙酰胆碱的释放，阻断胆碱能神经传导，导致肌肉松弛麻痹。1g毒素即可致人死亡。,肉毒梭菌(X1000)引自李凡，刘晶星主编医学微生物学第7版,第二节土壤微生物的来源、种类、分布及其卫生学意义,原发性阿米巴脑膜脑炎：侵袭性耐格里原虫(Naegleriainvadens)福氏耐格里原虫（Naegleriafowleri）可由土壤迁移至水中,通过游泳、河水洗头脸经鼻腔黏膜侵入，沿嗅神经入脑。棘阿米巴属(Acanthamoeba)可通过扬尘吸入，导致原发性阿米巴脑膜脑炎。,耐格里原阿米巴(左)、棘阿米巴模式图(右)。引自诸欣平，苏川主编人体寄生虫学第8版,第二节土壤微生物的来源、种类、分布及其卫生学意义,溪谷热：由粗球孢子菌(Coccidioidesimmitis)引起的真菌性疾病。土建、耕作等扰动土壤，节孢子进入空气，人们因吸入孢子而感染。1970年夏天103名纽约市立大学与加利福尼亚州立大学师生参与一次印第安遗址考古挖掘活动，发生粗球孢子菌感染。粗球孢子菌素皮肤试验、血清学实验确证的病例达27人。组织胞浆菌病：由荚膜组织胞浆菌（Histoplasmacapsulatum）引起的真菌性疾病。该菌生长于土壤和受到禽鸟粪便污染的物料中，孢子被吸入而感染。,荚膜组织胞浆菌(X400)引自倪语星，尚红主编临床微生物学与检验第4版,与土壤相关联的其他微生物的危害土壤中的曲霉、毛霉、根霉等是条件致病菌。免疫功能低下时可经破损皮肤或呼吸道进入人体，引起慢性鼻窦炎，增加哮喘发病率，引起肺部感染，严重者可血行播散到全身各个脏器。卡氏枝孢霉经伤口感染皮下组织，导致着色芽生菌病。,着色芽生菌病引自张学军主编皮肤性病学第8版,卡氏枝孢霉的分生孢子(X400)引自李凡，刘晶星主编医学微生物学第7版,第二节土壤微生物的来源、种类、分布及其卫生学意义,第二节土壤微生物的来源、种类、分布及其卫生学意义,废水灌溉(wastewaterirrigation)将未经处理或经过一定处理后的生活或工业废水排放至土壤，灌溉农田、草地和森林，通过土壤中理化与生物作用，使废水得以净化，已有150年历史。我国始于1957年，20世纪90年代废水灌溉面积达到了360万hm2。以废水除氮为例：亚硝化细菌：2NH3+3O22HNO2+2H2O+能量硝化细菌：2HNO2+O22HNO3+能量异养反硝化细菌：C6H12O6+4NO3-6H2O+6CO2+2N2+能量,（五）土壤微生物对环境污染物的降解,农药和其他农用合成物的转化与降解2013年我国农药(杀虫剂、除草剂、杀菌剂等)使用总量达180.19万吨，农药施用强度达10.95公斤/公顷，是世界平均水平的2.5倍。土壤微生物的代谢、转化是农药降解的关键因素。如土壤中假单胞菌属、产碱杆菌属中的某些种对除草剂2,4-D的降解途径如下：,第二节土壤微生物的来源、种类、分布及其卫生学意义,第二节土壤微生物的来源、种类、分布及其卫生学意义,生物修复(bioremediation)利用生物尤其是微生物将存在于环境中的污染物降解转化，从而使污染的生态系统恢复为正常生态系统的过程。手段包括：生物刺激(biostimulation)，通过提供电子受体、供体、营养物质和通气，刺激微生物的生长、加速降解过程。优化微生物降解种群，通过筛选优化、诱导、接种参与降解环境污染物的微生物种群，提高微生物对污染物的降解能力与速度。,第二节土壤微生物的来源、种类、分布及其卫生学意义,土壤微生物是参与生物地球化学物质循环和能量流的主要成员，没有微生物土壤生态系统的平衡将会被打破，人类生命的延续将会受到威胁。为污染物的降解提供了丰富的菌种资源和代谢转化途径，使得各种有毒有害污染物的降解、转化成为可能，有助于保障人类的生存环境质量；而且土壤微生物是许多抗生素的菌种来源，对保障人类健康具有重大意义。,（六）土壤微生物的卫生学意义,土壤微生物的某些代谢产物可以对人体健康造成危害：产生过量的CO2和CH4进入大气，助长温室效应；产生大量的SO2、NxOy，增加酸雨来源；大量氮肥经微生物转化产生大量NO3进入水体，最终可使饮用水中NO3量达到致毒浓度；有些微生物代谢转化产物有毒(如各种毒素)。土壤中的一些土著微生物和外来微生物具有致病性，通过人-土壤-人、动物-土壤-人、土壤-人方式传播。,第二节土壤微生物的来源、种类、分布及其卫生学意义,第三节土壤微生物的检测与卫生标准,第三节土壤微生物的检测与卫生标准,样品采集监测单元的划分、监测点的布设、样品的采集参照HJ/T1662004土壤环境监测技术规范和NY/T3952012农田土壤环境质量监测技术规范进行，使用灭菌采样工具与容器，尽快送检。样品的稀释以四分法取样，一般进行10倍系列稀释。,（一）土壤卫生微生物检测,检测项目菌落总数大肠菌群大肠菌群数测定以多管发酵法较为多见。大肠菌群值指能检出一个大肠菌群的细菌所需的最少土样量，以g表示。,第三节土壤微生物的检测与卫生标准,第三节土壤微生物的检测与卫生标准,产气荚膜梭菌粗大的革兰阳性厌氧杆菌，可产生芽孢。在特定的选择性培养基（如TSC、SPS等培养基）上，细菌菌落生长呈现黑色，凝固酪蛋白，分解乳糖产酸产气、液化明胶，无动力，可还原硝酸盐。定量检测主要有平皿计数法、滤膜法、最可能数（MPN）法。发现大量产气荚膜梭菌而大肠菌群量很少时，表示土壤非新近被粪便污染；反之，则表示新近的污染。,产气荚膜梭菌(X1000)引自李凡，刘晶星主编医学微生物学第7版,第三节土壤微生物的检测与卫生标准,产气荚膜梭菌值也是指能检出一个产气荚膜梭菌的最少土样量，以g表示，产气荚膜梭菌值与产气荚膜梭菌数（CPU/1000g土壤，或MPN/1000g土壤）之间的关系如下：,土壤中致病菌和病毒的检测一般采取加大检样量、浓缩样品以及选择性增菌等措施，以提高检出的阳性率。具体方法可参考水、食品中致病菌和病毒的检验。在传统检测方法之外，目前快速检验方法、分子生物学技术越来越普遍地应用于土壤卫生微生物的检验。,前苏联曾提出以土壤大肠菌群值、产气荚膜梭菌值评价土壤卫生状况的标准。我国土壤环境质量标准GB156181995土壤环境质量标准HJ3332006温室蔬菜产地环境质量评价标准HJ3322006食用农产品产地环境质量评价标准HJ3502007展览会用地土壤环境质量评价标准（暂行）主要涉及土壤的物理、化学指标，如pH、重金属、农药、化学污染物等，缺乏生物学指标。,第三节土壤微生物的检测与卫生标准,（二）土壤微生物的卫生标准,第四节土壤微生物污染的预防与控制,第四节土壤微生物污染的预防与控制,减量化、无害化、资源化在减少废物产生的同时，排放前必须进行无害化处理、保障资源再利用时的安全性。城市粪便和生活污水直接由下水道进入化粪池或污水处理厂；农村人畜粪便经沼气发酵或高温堆肥处理；医院污水、污泥含有许多致病微生物