第八章 - 淮海工学院凌风数字化网络教学平台

1、第八章 微生物生态,本章重点掌握： 1、微生物与生物的五种关系 2、微生物在自然界碳素循环和氮素循环中的作用 了解 1、各种环境中的微生物分布 2、微生物与环境保护的关系,生态学：研究生物系统与其环境条件间相互作用规律的一门科学。 微生物生态学：研究微生物群体对其周围的生物和非生物环境条件间相互作用关系的科学。,第一节 微生物在自然界的分布,一、土壤中的微生物 土壤 是M的“大本营”，人类的“菌种资源库”。 细菌（108）放线菌（107）霉菌（106）酵母（105）藻 类（104）原生动物（103） 据估计：每亩耕作层土壤中，有霉菌150Kg，细菌75Kg，原生动物15Kg，藻类7.5Kg，酵

2、母菌7.5Kg， 他们可改善土壤物理结构和肥力,二、水中的微生物,清水型水生M：主要为化能自养M和光能自养M。如硫细菌、铁细菌、衣细菌、蓝细菌和光合细菌等 腐败型水生M：污水中M107-108/ml，无芽孢G：变形杆菌属、产气肠杆菌等 饮用水：细菌100个/ml（37 ，24h），E.coli3个/L，致病菌不得检出,三、空气中的微生物,灰尘“M的飞行器”，H M 防止污染：消毒（UV、消毒剂） 过滤（棉花、纱布、石棉、 活性碳、超细玻璃纤维纸）,四、农产品中的微生物,作用：引起劣化霉变、腐朽、腐烂、腐蚀、变质 机理： 通过各种酶系分解产品组分纤维素酶、 蛋白酶、氧化酶、水解酶,代谢产物有腐蚀

3、性还原性物质、电解质、有机酸 微生物生长机件阻塞、引起病变 污染食品的M：霉菌曲霉、青霉、镰孢霉、拟青霉、根霉、毛霉等 细菌大肠杆菌、金-葡-菌、沙门氏菌、铜绿假单孢菌等 罐头“胖听”罐头中因未灭彻底的M生长产生大量CO2和H2膨胀 黄曲霉毒素致肝癌毒物，发霉饲料、花生、玉米最多,五、极端环境中的微生物,嗜热菌、嗜冷菌、嗜酸菌、嗜碱菌、嗜盐菌、嗜压菌、抗辐射菌。P252-256,六、生物体内外的正常菌群,人体的正常菌群：数量多、种类稳定且有益无害的微生物。 总数1014，消化道、呼吸道、泌尿生殖道、口腔、皮肤。胃、肠中M占人体总携带量的78.7 人体肠道：60-400种M，总数数百万亿个，粪便

4、干重1/3为细菌，99%为厌氧菌。,无菌动物：体内外无任何正常菌群的动物。 剖腹产的鼠兔猴猪羊或特孵鸡无菌培养而成 可排除干扰用于免疫、营养、代谢、疾病实验 3、悉生生物：人为接种已知微生物的无菌动物。 实验得知：无正常菌群，机体免疫低下 营养要求变得特殊，如需要VK 对非致病菌极敏感，易患病 原易患的阿米巴痢疾（原生动物）反不易患了。,4、根际微生物：植物根系向周围分泌糖、AA、V等，因此存在大量微生物。 种类：主要为无芽孢杆菌，如假单孢菌属、土壤杆菌属、无色杆菌属等 作用： 改善植物营养 分泌植物激素 分泌抗生素 有时对植物有害 5、附生微生物：植物表面（主要是叶）存在的微生物。 种类：主

5、要是细菌，少数酵母和霉菌，放线菌极少。 应用：乳酸杆菌 泡菜、酸菜、青贮饲料 酵母 葡萄酒 叶面M 固氮 有害：果蔬腐烂,常见细菌类群检索总图,第二节M间以及与其它生物间的关系,一、互生 1、互生关系：指两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 例如： 1）在动物皮肤上有一种小球菌，它靠皮肤分泌物生活，但它一般对动物并不产生危害； 2）在人的牙垢中有一种螺旋菌，它靠牙垢中的养料为生，但通常不影响人体的健康；,3）分解纤维素的细菌和固氮菌 固氮菌：需要不含氮的有机物作为碳源和能源，但不能直接利用土壤中的纤维素。,纤

6、维素分解菌：能够分解纤维素成葡萄糖、醇和各种有机酸。 这些物质累积过多，对它们本身生长不利，同时它们也需要 含氮化合物作为养料。,当这两种菌共同生活时，固氮菌可以利用纤维素分解细菌所生成的各种含碳有机物，作为良好的碳源和能源，因而能够大量繁殖，并进行固氮作用。而纤维素分解细菌既不因自己累积的代谢产物而中毒，又可以从固氮菌的固氮作用中得到氮素来源。,4）人体肠道正常菌群 a.概念 b.主要部位和种类 c.作用 d.微生态制剂 2、混菌培养与生产实践 二步发酵法生产Vc P260 山芋渣制饲料（查资料）,二、共生,共生关系：指两种生物生活在一起，相互分工协作、相依为命，甚至达到难分难解、合二为一的

7、极其紧密的一种相互关系。 1、M与M：地衣（真菌与绿藻、真菌与蓝细菌） 2、 M与植物： P262 根瘤菌与植物（豆科、非豆科） 菌根菌与植物 3、M与动物 M与昆虫（白蚁、蟑螂的肠道M） 胃瘤M与反刍动物（见下）,瘤胃微生物 P262,反刍动物：牛、羊、鹿和骆驼等 有着特殊的胃瘤胃、网胃、瓣胃和皱胃。 瘤胃天然的发酵器，里面充满着很多细菌（109-1013个）和原生动物（106个）。瘤胃是草料暂时贮存、分解加工的场所。 消化过程： 草料与唾液混合瘤胃 瘤胃M生长繁殖纤维素分解菌先将饲料中的纤维素及其它复杂含碳有机物分解成葡萄糖和纤维二糖，供其它微生物利用产生脂肪酸被瘤胃壁吸收入血液。未分解的

8、植物性物质和大量的微生物细胞进入后面两个胃后，被胃分泌的蛋白酶消化分解，生成简单的氨基酸和维生素，被反刍动物吸收利用，合成本身需要的物质。,共生关系: 1、瘤胃为微生物的生长繁殖提供了合适的条件： 含碳的纤维素草料； 唾液具有良好的缓冲性，使胃内pH在5.8-6.8之间； 反刍动物的体温稳定； 瘤胃内充满CO2和CH4等气体，创造了厌氧环境。 2、瘤胃微生物为反刍动物 分解了本身不能分解的纤维素； 脂肪酸代替糖类成为主要的能源基质； M细胞本身也都贡献给反刍动物作为食物，在后面两个胃中被分解，提供了反刍动物需要的简单含氮化合物和维生素。,三、寄生,寄生关系：一种生物生活在另一种生物体内，从中摄

9、取营养而进行生长和繁殖，并且在一定的条件下使后者受到损害，或被杀死，这种关系称为寄生关系。 营寄生生活的生物称为寄生物，被寄生的生物称为寄主或宿主。 1、M之间：噬菌体与其宿主菌，小型细菌（蛭弧菌）寄生在大型细菌中P263 2、M与植物：引起植物发病的病原微生物都是寄生物，真菌和病毒居多。 3、M与动物：寄生于人、其他高等动物，昆虫（杀虫剂、虫草）,四、拮抗,1、拮抗关系：指某种生物所产生的特定代谢产物可抑制他种生物的生长发育甚至杀死他们的这种关系 2、种类： 1）非特异性拮抗关系：表现在对其它生物没有选择性， 例如：在酸菜、泡菜、酸奶制品和青贮饲料的制作过程中，乳酸细菌旺盛繁殖，发酵糖类产生

10、大量乳酸，使周围环境中的pH值急剧下降，以致于大多数不耐酸的腐败细菌无法生存而趋向死亡。 又如酵母菌在厌氧条件下，发酵葡萄糖生成酒精和CO2。当大量的酒精累积时，其它杂菌就被抑制。,2）特异性拮抗关系 许多微生物在其生命活动过程中，能够产生具有特异性的代谢产物，即抗生素。它有选择性地抑制或杀死某类微生物。 能产生抗生素的微生物称为抗生菌。抗生菌的种类很多，但以放线菌最为突出。在目前已经发现的抗生素中，70是来自放线菌。,五、捕食（猎食）,某一生物以其它生物为食，这种关系称为捕食关系。 原生动物捕食细菌和藻类（水体净化），真菌捕食土壤线虫（生物防治）。,第三节 M与自然界中的物质循环,在生物圈内

11、的生态系统中，物质 不断循环，能量不断转换。它们从无 机态变为有机态，再由有机态变为无机态。植物利用光能，把无机物合成为植物性有机物。动物和微生物又是直接或间接地要依靠植物而生存。这样一来，自然界中的无机物将不断地减少，有机物却大大增加。如果不能及时地将有机物重新分解为无机物，回到自然界中去，那么，总有一天物质循环要发生中断，整个充满生命的地球要变成一个无生命的死球。,但是，事实并非如此，物质照样循环。人们不禁要问：是谁承担着分解有机物的重任而保证物质循环的呢？大量的实验证明，虽然一切生物都参与了这种转化作用，但把有机物分解为无机物的主导者是微生物。由此可见，微生物在自然界的物质循环中起着何等

12、重要的作用。,碳是构成生物体最重要的元素之一。在动植物组织中，碳约占干物质量的50%。 绿色植物能直接利用空气中的CO2，但空气中的CO2含量只有0. 032。如果不及时得到补充，那么空气中的CO2只需20年就被耗尽。,一、碳素循环,然而这种现象是不可能发生，其原因除了动、植物呼吸和燃烧产生CO2进入大气外，主要是由于微生物作用的结果。据估计，地球上有 90左右的CO2是靠微生物分解作用而形成的。 碳素循环：微生物利用多种含碳有机物，将大分子物质变为小分子物质，小分子物质被完全氧化后，产生CO2和水。CO2重新进入大气层，供绿色植物所用，从而保证了碳素不断循环，这个过程称碳素循环。,The C

13、arbon Cycle,Decomposition,藻类,蓝细菌,二、氮素循环,（一）氮在自然界中以3种形式存在： （1）作为游离分子态氮,以气体的形式存在于空气中 （2）以氨.硝酸盐或亚硝酸盐等无机化合态形式存在 （3）作为氨基酸或蛋白质的构成，以有机化合态存在。 虽然分子态氮是丰富的，但它是情性的，不为大多数生物所利用。植物只能利用简单的无机态氮化合物，动物则是利用有机态氮化合物。 而微生物，三种都能利用。 P266图8-6,Biogeochemical Cycles: Nitrogen,（二）氮素循环： 微生物既可以将有机态氮化合物分解为无机态氮化合物，又可以将空气中的分子态氮固定为化合

14、态氮，从而自然界中的氮素不断发生转化，这个过程称氮素循环。 1、固氮作用 通过生物固氮，每年可为植物提供大量的可利用的氮素肥料。据估计，地面每年固定的氮素约有2.4108吨，而85是由微生物进行固氮的。 生物固氮 见P136,2、硝化作用,氨或氨盐通过微生物的作用,经过亚硝酸的中间阶段,而被氧化成硝酸的过程,称为硝化作用。 能进行硝化作用的细菌，称为硝化细菌。它包括两类高度特化的、专性好氧的化能自养菌，亚硝化细菌和硝化细菌。 硝化作用分两步进行： 第一步:氨氧化为亚硝酸，由亚硝化细菌所引起。 亚硝化单孢菌属 第二步:亚硝酸氧化为硝酸，由硝化细菌所引起。硝化杆菌属 硝化作用对农业并无多大利益，因

15、为硝酸盐比铵盐水溶性强，极易被雨水带走而降低肥效。水体富营养化“赤潮”P270 硝化作用可用硝吡啉抑制,3、反硝化作用(脱氮作用),1）土壤中的硝酸盐经微生物的作用而被还原成亚硝酸盐，再进一步还原成分子态氮的过程，称为反硝化作用。 2）反硝化作用造成土壤中植物可利用的氮消失，这是不利的一面； 另一方面，如果没有反硝化作用，氮素就要失去平衡，物质循环无法进行，所以从这点上讲，反硝化作用又是必需的。另外，反硝化作用还能提高水的饮用性，因为含有高浓度的硝酸盐的水是有毒的。,4、氨化作用,微生物把复杂有机氮化物分解为氨的过程称为氨化作用。 它们的排泄物中都会有各种有机氨化合物，经氨化作用后，转变为氨态氮而积累于土壤中，供植物吸收。 蛋白质和氨基酸的