细菌学：第八章 微生物生态

1、第八章 微生物生态,一、基本概念 二、土壤微生物生态学 三、空气和水中的微生物生态学 四、动物微生态学 五、微生态平衡 六、微生态失调 七、分子生物学技术在微生物群落研究中的应用,一、基本概念,生态学概念：研究生物体与环境相互关系的科学。包括宏观、微观生态学。 微生态学：即细胞水平或分子水平的生态学，是研究机体内正常微生物群之间及其与其宿主相互关系的生命学科。 微生物生态学：为生态学一个分支，研究微生物与外界环境之间相互关系，尤其与非生命环境如水、空气、土壤等相互关系的一门学科。 正常微生物群：与其宿主共同组成正常生态系的微生物群称正常微生物群,二、土壤微生物生态学,2.1 土壤与微生物 有/

2、无机物 水分 天然培养基正常发育必需的 PH 种类繁多，以细菌为最多 表层挡遮阳光 温度 按50亿/克，每亩25厘米深的土层中含400斤活细菌 生命活动对土壤中有机物的转化，植物生长起决定作用 以10-20厘米处最多，如硝化细菌、纤维素分解菌、双气固氮菌,2.2 病原微生物 土壤是非病原微生物的长居之地，但病原微生物会随尸体、粪便、污水进入土壤，成为病原微生物的温床。 2.2.1 有些病原微生物可经土壤长期传播 土壤传染病 2.2.2 但大多数病原微生物不能在土壤中长期生长、繁殖。 营养不全 拮抗作用 物理化学因素的干扰（光、干燥、CO2、热） 噬菌体和原生动物作用，但有些非芽胞病原微生物可在

3、土 壤中存活几天,炭疽、气肿疽、恶性水肿 破伤风,三、空气和水中的微生物生态,3.1 水中微生物的分布 水第二天然培养基 以腐生菌（水生性微生物）为主 非水生菌 土壤、污物等 不同来源，微生物分布不一，有机物越多，微生物愈多 3.2 水中的病原微生物 被病原性微生物污染的水源在传染病的传播上有重要作用，大多数病原性微生物在水中不能长期存活，但少数可存活期相当时间，而为传染病的发源地,3.3 水的微生物学检查： 作为卫生评定的中心环节 水病源菌污染粪便大肠杆菌 卫生鉴定标准: 每毫升自来水中含菌总数不超过100。 水被粪便污染-间接测定病原菌存在大肠杆菌。 大肠杆菌指数每公斤水中含有的大肠杆菌数

4、。 4 大肠杆菌价含有一个大肠杆菌的最低水量。250ml 将不同接种量的水分别加入甘露醇肉汤培养基，43 、24h，发酵者用鉴别培养,3.4 空气中的微生物 3.4.1分布及组成 正常无微生物生存条件 主要由飞尘引起 3.4.2 空气中暂时存在的病原微生物 主要由病畜污染引起，飞沫、咳嗽、喷嚏、排泄物、分泌物的干燥引起，时间短暂。 3.4.3 空气消毒法： 外科手术生物药品制造，应保持周围空气中的无菌空气消毒 1消毒液喷雾 2熏蒸 KmnO4 福尔马林（40%甲醛,四、动物微生态学,4.1反刍动物微生态学 4.1.1 瘤胃：微生物占10%、纤毛虫、细菌各半1071012个/克瘤胃 4.1.2

5、瘤胃微生物种群的关系 1.瘤胃微生物与宿主 共生 2.瘤胃细菌间 协同 3.瘤胃细菌与纤毛虫间 协同/拮抗 4.1.3 正常微生物群的生理作用 1免疫 2营养（帮助消化、合成蛋白、合成维生素,4.2 正常动物体的微生物 4.2.1 体表 受空气、土壤、排泄物的污染，与所处环境相一致 试验表明，以球菌为主，杆（绿脓、枯草、肠杆菌等）。 为皮肤化脓感染的主要因素。 4.2.2 呼吸道中的微生物 以呼吸道前部、鼻粘液中为多，正常支气管末稍，肺泡无细菌 病原性以肺炎球菌、链球菌为主,4.3 消化道中的微生物 胚胎时无菌、出生后渐有，以肠道杆菌为主 肠道微生物的组成受饲料中的微生物，饲料的化学成分和肠段

6、位置的影响。 胃较少、胃液（稀盐酸、胃蛋白酶）杀灭作用。 十二指肠最少（胆汁作用）。 小肠大肠杆菌、肠球菌、土壤中的芽胞杆菌。 大肠、直肠最多，但种类有限，大肠杆菌、肠球菌多、食物残渣停留时间长,4.4 泌尿生殖器官中的微生物 研究消化道微生物与动物营养、免疫、肿瘤、病理等方面的问题。 GF无菌动物：指正常健康胎儿（或成熟鸡胚）经无菌手术取出后，饲养于特定无 任何微生物的环境中，这种不携带任何微生物的动物谓之。（相对概念） 正常健康胎儿无菌取出无菌饲喂、管理。 SPF：指不存在某些特定的具有病原性或潜在病原性微生物的动物,五 微生态平衡,5.1 微生态平衡的概念：是指在历史进化过程中，在一定的

7、宏观环境条件下，正常微生物群之间及微生物群体与宿主之间形成的动态生理性组合。不同种属，不同年龄，不同发育阶段，不同外界环境条件下，微生态平衡的内涵是特定的,5.2 微生态平衡的标准：微生物方面： 1定位标准：生态空间、原著菌、外籍菌 2定性标准：微生物群的分离与鉴定。即种群成员的鉴定。 3定量标准：生境内的总菌数与各种群的活菌数的定量检查。 优势菌群 即对宿主体内微生态平衡起核心作用的菌群。厌氧菌（99%）大肠杆菌108个/克 5.3 影响微生态平衡的因素 宿主、微生物、环境,六 微生态失调,6.1 微生态失调的概念 在外界环境条件影响下，宿主体内正常微生物群之间及正常微生物群与宿主之间微生态

8、平衡被破环，由生理性组合转变为病理性组合的状态。 6.2 微生态失调的分类 菌群失调：指原藉菌在其生境内发生的定性或定量的异常变化。 1一度失调：组成数量上发生变化，临床上无或轻反应。 2二度失调：生理波动转为病理 ， 临床上有慢性病。 3三度失调：原籍菌大部分被抑制。临床上有急性病,6.3 定位转移：即易位： 1.横向：正常菌群由原定位向粘膜层表面的四周转移。 2.纵向：正常菌群由原定位经粘膜层表面向深层次的转移。 3.血行感染：细菌通过血液循环发生位置改变的易位方式。 菌血症：细菌(病毒）进入血流后仅通过血流转送到其它器官或组织 称为菌（病毒）血症。 败血症：细菌进入血流不仅存在血流中同时

9、大量繁殖并引起病理变化为败血症。 脓毒败血症：细菌进入血流后大量繁殖在形成败血症的基础上又转移到多数组织和器官并形成化脓性病灶。 毒血症：指毒素进入血流或淋巴液中使机体引起中毒,4易位病灶：正常微生物在其它诱因作用下，使远隔的组织或脏器发生病变形成病灶，称为易位病灶。与脓毒败血症同时发生。 6.4 影响微生态失调的因素 （一）抗生素的副作用 （二）耐药菌株的增加 6.5 微生态平衡的调整 1营养调整 发酸性腹泻 限碳水化合物 腐败性腹泻 限蛋白质化合物。 2抗菌措施 抑制过盛菌、间接扶植不足菌。 3菌群促进物质：乳糖大肠杆菌 叶酸肠球菌。 4活菌制剂,七、分子生物学技术在微生物群落研究中的应用

10、,1992年,生态学家Burke在Molecular Ecology的发刊词上将“分子生态学”定义为: 应用分子生物学方法为生态学和种群生物学领域提供革新见解的新兴学科 学科特征 精确的分子标记技术和分子检测技术,7.1 分子生态学概述,微生物分子生态学：是利用分子生物学的原理与方法在分子水平上研究自然界微生物与生物及非生物环境之间相互关系及其相互作用规律,7.2 基于16SrDNA的分子生态学方法,16s rDNA,微生物的16s rDNA，可分为保守区和可变区，保守区反应了生物之间的亲缘关系，可变区表明物种间的差异,27f,1391r,5,3,7.2.1 16S rDNA-克隆文库,限制性

11、内切酶酶切,内切酶图 谱分型,扩16SrDNA基因,连接，转化,蓝白筛选,阳性克隆鉴定,clone library method: Longer length（1200bp); Time and labor consuming Only one sample was analyzed by this method,27f,1391r,P3,P2,5,3,V3,7.2.2 变性梯度凝胶电泳,当双链DNA分子在含梯度变性剂(尿素、甲酰胺)聚丙烯酰胺凝胶中进行电泳时,部分解链的DNA分子的迁移速度随解链程度增大而减小,从而使具有不同序列的DNA片段滞留于凝胶的不同位置,结束电泳时,形成相互分开的带谱

12、,7.2.3 末端限制性片段长度多样性(T-RFLP,原理： 带有荧光标记的PCR引物 不同的微生物T-RFLP长度不同,末端限制性片段长度多样性(T-RFLP,物种丰度-图谱中显著峰的总数S Shannon-Weiner指数 物种均度,末端限制性片段长度多样性(T-RFLP,优势： (1) 序列数据库具有直接参考意义 (2) 核酸测序技术所依赖的电泳系统获得的结果更为可靠 (3) T-RFLP 的毛细管凝胶电泳分析更为快速,而且结果是以数据的形式输出,编码与微生物分解代谢途径相关的特定酶的基因 (Functional marker genes,高度保守，可以判断功能微生物,HOB： alkB

13、 NRB： nosZ，nirS SRB：dsrAB MPB：mcrA Rhamnolipid：RhlAB,7.3 基于功能基因,7.4基因芯片技术,在固相支持物上原位合成（in situ synthesis）寡核苷酸探针，或者直接将大量的DNA探针以显微打印的方式有序的固化于支持物表面，然后与标记的样品杂交，通过对杂交信号的检测分析即可得出样品的遗传信息,Functional analysis using Geochip 4,GeoChip4.0 含有120,054个探针，覆盖200,393编码序列,基因芯片技术,主要内容,分子生态学研究方法概述,基于16SrDNA,基因芯片技术,宏基因组,基于功能基因,7.5宏基因组 ( Metagenome,宏基因组 ( Metagenome)(也称微生物环境基因组 Micr