第五章 微生物的生态

1、第五章第五章 微生物的生态微生物的生态第一节第一节 微生物在自然界中的分布与菌种微生物在自然界中的分布与菌种资源的开发资源的开发 第二节第二节 微生物与生物环境间的关系微生物与生物环境间的关系 第三节第三节 微生物与环境保护微生物与环境保护微生物生态学微生物生态学（ microorganism ecology ）：是研）：是研究微生物群体究微生物群体微生物区系（微生物区系（microflora）或）或菌群（菌群（normal flora）对其周围的生物和非生物）对其周围的生物和非生物环境条件相互作用关系的科学。环境条件相互作用关系的科学。分子水平分子水平亚细胞水平亚细胞水平细胞水平细胞水平个体

2、水平个体水平种种 群群 水水 平平群群 落落 水水 平平生生 态态 系系 统统生生 物物 圈圈研究生态学的意义研究生态学的意义 生态学研究范围：生物圈（生态学研究范围：生物圈（biospherebiosphere）、生态系统）、生态系统（ecosystemecosystem）、群落（）、群落（communitycommunity）、种群）、种群（populationpopulation）。）。 研究意义：研究意义：1 1、在理论方面的意义：研究微生物与生物圈的关系、在理论方面的意义：研究微生物与生物圈的关系2 2、在实践方面的意义：为生态环境中的菌种资源开发、有害、在实践方面的意义：为生态环境

3、中的菌种资源开发、有害微生物的防治、微生物农药的开发、菌肥的开发提高土壤肥微生物的防治、微生物农药的开发、菌肥的开发提高土壤肥力、食品工业中的混菌发酵、生态农业，工业中探矿、冶金、力、食品工业中的混菌发酵、生态农业，工业中探矿、冶金、环保、以及开发生物能等。环保、以及开发生物能等。概念概念 生物圈：是指地球上的所有生物的总称。生物圈：是指地球上的所有生物的总称。 生态系统：生物群落与其环境相互结合、相互作用、生态系统：生物群落与其环境相互结合、相互作用、相调控而成的动态系统叫生态系统。相调控而成的动态系统叫生态系统。 群落：相同生长环境中两个以上种群的生物由于生活群落：相同生长环境中两个以上种

4、群的生物由于生活繁殖上的连锁而构成相互依赖、相互制约的生态学功繁殖上的连锁而构成相互依赖、相互制约的生态学功能单位叫群落。能单位叫群落。 种群：相同生长环境中的同种个体组成的能繁殖的同种群：相同生长环境中的同种个体组成的能繁殖的同种个体群，是组成群落的基本组分，与同种别地的种种个体群，是组成群落的基本组分，与同种别地的种群有隔离、有界限。群有隔离、有界限。生态学生态学是一门研究生命系统与其环境系统间相互作用规律的科学。是一门研究生命系统与其环境系统间相互作用规律的科学。微生物生态学微生物生态学是生态学的一个分支，它的研究对象是微生物群体是生态学的一个分支，它的研究对象是微生物群体与其周围生物和

5、非生物环境条件间相互作用规律的科学。与其周围生物和非生物环境条件间相互作用规律的科学。 本章所研究的是在自然的条件下微生物群体的生活状态及其生本章所研究的是在自然的条件下微生物群体的生活状态及其生命活动规律的科学，微生物的分布规律科学有利于发掘菌种资源，命活动规律的科学，微生物的分布规律科学有利于发掘菌种资源，推动进化、分类和应用，有利于食品工业中有目的地控制食品安全推动进化、分类和应用，有利于食品工业中有目的地控制食品安全性；研究微生物与他种生物间的相互关系，有利于开发新的微生物性；研究微生物与他种生物间的相互关系，有利于开发新的微生物农药、微生物肥料和微生态制剂，并为发展混菌发酵、生态农业

6、以农药、微生物肥料和微生态制剂，并为发展混菌发酵、生态农业以及动物、植物病虫害的防止提供理论依据；为治理环境污染、促进及动物、植物病虫害的防止提供理论依据；为治理环境污染、促进大自然的生态平衡提供科学基础。大自然的生态平衡提供科学基础。 第一节第一节 微生物在自然界中的分布与菌种微生物在自然界中的分布与菌种资源的开发资源的开发一一 微生物在自然界中的分布：微生物在自然界中的分布：1 土壤中的微生物：土壤中的微生物：土壤中具备了各种微生物生长发育所需要的营养、水分、空气、酸土壤中具备了各种微生物生长发育所需要的营养、水分、空气、酸土壤中的微生物土壤中的微生物碱度、渗透压和温度等条件，所以成了微生

7、物生活的良好环境。土壤是微生物碱度、渗透压和温度等条件，所以成了微生物生活的良好环境。土壤是微生物的的“大本营大本营”，是丰富的菌种资源库。土壤中微生物的数量和种类较多，每，是丰富的菌种资源库。土壤中微生物的数量和种类较多，每克土壤含菌量有一个大致的规律：克土壤含菌量有一个大致的规律：土壤中微生物的数量：按种类递减土壤中微生物的数量：按种类递减 细菌细菌放线菌放线菌霉菌霉菌酵母菌酵母菌藻类藻类原生动物原生动物 108107106105104103个个/g细菌（细菌（108）放线菌（放线菌（107孢子）孢子）霉菌（霉菌（106孢子）孢子）酵母菌（酵母菌（105）藻藻类（类（104） 原生动物（原

8、生动物（103） 耕作土壤中，细菌湿重约耕作土壤中，细菌湿重约90 225kg；以土壤有机质含量为；以土壤有机质含量为2%计算，则计算，则所含细菌干重约为土壤有机质的所含细菌干重约为土壤有机质的1%左右。左右。 土壤微生物的代谢活动，可改变土壤的理化性质，进行物质转化，因此，土壤微生物的代谢活动，可改变土壤的理化性质，进行物质转化，因此，土壤微生物是构成土壤肥力的重要因素。土壤微生物是构成土壤肥力的重要因素。 若按生物量计算则各种微生物的生物量基本相当。若按生物量计算则各种微生物的生物量基本相当。肉毒梭状芽孢杆菌肉毒梭状芽孢杆菌A型和型和B型的天然生存环境是土壤，型的天然生存环境是土壤，导致罐

9、头腐败变质的平酸菌嗜热脂肪芽孢杆菌和凝导致罐头腐败变质的平酸菌嗜热脂肪芽孢杆菌和凝结芽孢杆菌在土壤中也存在。结芽孢杆菌在土壤中也存在。土壤中的微生物对食品原料的污染：土壤中的微生物对食品原料的污染：2 水体中的微生物：水体中的微生物：（1）地面水：地面水的含菌量与土壤密切相关，含菌量比地下水多，有细菌、）地面水：地面水的含菌量与土壤密切相关，含菌量比地下水多，有细菌、病毒、真菌、藻类、钩端螺旋体、原虫。细菌的种类几乎涉及所有的纲目。清水病毒、真菌、藻类、钩端螺旋体、原虫。细菌的种类几乎涉及所有的纲目。清水中化能自养微生物为主，如硫细菌、铁细菌和含光合色素的蓝细菌、绿硫细菌和中化能自养微生物为主

10、，如硫细菌、铁细菌和含光合色素的蓝细菌、绿硫细菌和紫细菌等，如水体中含有生活污水，以腐生型的微生物较多，如变形杆菌属、产紫细菌等，如水体中含有生活污水，以腐生型的微生物较多，如变形杆菌属、产气肠杆菌、产碱杆菌属、芽孢杆菌属、弧菌属、螺菌属等，同时有致病菌如志贺气肠杆菌、产碱杆菌属、芽孢杆菌属、弧菌属、螺菌属等，同时有致病菌如志贺氏菌属、大肠埃希菌、沙门氏菌、霍乱弧菌、副溶血性弧菌、结核杆菌、空肠弯氏菌属、大肠埃希菌、沙门氏菌、霍乱弧菌、副溶血性弧菌、结核杆菌、空肠弯曲杆菌、钩端螺旋体等。曲杆菌、钩端螺旋体等。（2）地下水：地下水由于土壤的过滤作用，营养成分相对较少，细菌比地面水）地下水：地下水

11、由于土壤的过滤作用，营养成分相对较少，细菌比地面水少，主要是少，主要是G-的无芽孢杆菌，特别是无色杆菌和黄杆菌属，少数的无芽孢杆菌，特别是无色杆菌和黄杆菌属，少数G+杆菌、微球杆菌、微球菌、棒状杆菌、分枝杆菌等。菌、棒状杆菌、分枝杆菌等。（3）高温的温泉：泉水中含有铁细菌，高温的温泉分布有耐热的微生物。）高温的温泉：泉水中含有铁细菌，高温的温泉分布有耐热的微生物。（4）海水中：海水中平均含盐量在）海水中：海水中平均含盐量在35%，因此海水中的主要微生物是嗜盐菌和，因此海水中的主要微生物是嗜盐菌和嗜冷菌，大部分海洋菌多属兼性厌氧、具有鞭毛，对蛋白分解能力强，对糖的分嗜冷菌，大部分海洋菌多属兼性厌

12、氧、具有鞭毛，对蛋白分解能力强，对糖的分解能力低。细菌分布与海水的深度成反比，解能力低。细菌分布与海水的深度成反比，5-50米的细菌数量最多。米的细菌数量最多。（5）特殊水体中：如医院污水、实验室污水，尤其是没有污水处理的小的医院，）特殊水体中：如医院污水、实验室污水，尤其是没有污水处理的小的医院，在污水中分离到伤寒、副伤寒、其他沙门氏菌、霍乱弧菌、痢疾杆菌等。在污水中分离到伤寒、副伤寒、其他沙门氏菌、霍乱弧菌、痢疾杆菌等。水对食品的污染：水污染食品和食品原料是导致人类胃水对食品的污染：水污染食品和食品原料是导致人类胃肠炎疾病的主要来源。肠炎疾病的主要来源。水的卫生程度直接关系到食品的安全性。

13、水的卫生程度直接关系到食品的安全性。空气中的微生物空气中的微生物空气的自然条件：无营养和水分、紫外线直射空气的自然条件：无营养和水分、紫外线直射1 1 微生物存在方式：漂浮，短暂停留，吸附在尘埃微粒上。空气微生物存在方式：漂浮，短暂停留，吸附在尘埃微粒上。空气中的尘埃颗粒数量与微生物数量呈正相关。中的尘埃颗粒数量与微生物数量呈正相关。2 2 分布：接近越地面空气中含菌量越高，目前能够检测到微生物分布：接近越地面空气中含菌量越高，目前能够检测到微生物存在最高处为存在最高处为85km85km的空间高度。的空间高度。3 3 种类：细菌、真菌孢子种类：细菌、真菌孢子4 4 空气中微生物数量的测定方法：

14、培养皿沉降法、液体阻留法空气中微生物数量的测定方法：培养皿沉降法、液体阻留法5 5 空气中的微生物除去方法：紫外线照射、甲醛熏蒸、药物喷雾、空气中的微生物除去方法：紫外线照射、甲醛熏蒸、药物喷雾、过滤除菌等，常用的过滤介质有棉花、纱布、石棉滤板、活性过滤除菌等，常用的过滤介质有棉花、纱布、石棉滤板、活性炭或超细玻璃纤维过滤纸等。炭或超细玻璃纤维过滤纸等。5 生物体内外的微生物：带有大量的微生物，有的甚至带有致病菌，生物体内外的微生物：带有大量的微生物，有的甚至带有致病菌，如鼠类、蟑螂、昆虫等带有各种腐败菌和致病菌；人体内外均有各如鼠类、蟑螂、昆虫等带有各种腐败菌和致病菌；人体内外均有各种微生物

15、，皮肤、口腔、鼻腔、消化道等存在大量的微生物，因此种微生物，皮肤、口腔、鼻腔、消化道等存在大量的微生物，因此要注意在食品加工环节防止污染；健康牛的乳房存在的微生物很少，要注意在食品加工环节防止污染；健康牛的乳房存在的微生物很少，疾病期间带军菌多；如葡萄球菌和大肠杆菌等，鲜蛋基本上是无菌疾病期间带军菌多；如葡萄球菌和大肠杆菌等，鲜蛋基本上是无菌的，极少数细菌和病毒侵入卵内。的，极少数细菌和病毒侵入卵内。6 极端环境中的微生物：极端环境中的微生物：（1）嗜热微生物）嗜热微生物（2）嗜冷微生物）嗜冷微生物（3）嗜酸微生物）嗜酸微生物（4）嗜碱微生物）嗜碱微生物（5）嗜盐微生物）嗜盐微生物（6）嗜压微

16、生物：存在深海区；（）嗜压微生物：存在深海区；（7）抗辐射的微生物）抗辐射的微生物植物表面也存在大量的微生物，因种类不同而异，植物表面也存在大量的微生物，因种类不同而异，粮食类带芽孢菌多；粮食类带芽孢菌多；蔬菜类带细菌多，普遍存在乳酸菌、假单胞菌和大肠杆菌；蔬菜类带细菌多，普遍存在乳酸菌、假单胞菌和大肠杆菌；水果的花上有多种酵母菌；水果的花上有多种酵母菌；水果的表面带酵母菌等微生物；水果的表面带酵母菌等微生物；第二节第二节 微生物与生物环境的关系微生物与生物环境的关系一一 互生互生-两种可单独生活的生物，当他们在一起时，各自的代两种可单独生活的生物，当他们在一起时，各自的代谢活动有利于对方，或

17、偏利于一方的生活方式，称为互生谢活动有利于对方，或偏利于一方的生活方式，称为互生（metabiosis）。）。1 微生物间的互生关系：微生物间的互生关系：（1）保加利亚乳杆菌和嗜热乳链球菌二者为良好的互生关系：）保加利亚乳杆菌和嗜热乳链球菌二者为良好的互生关系： 保加利亚乳杆菌保加利亚乳杆菌乳蛋白乳蛋白 缬氨酸、甘氨酸、组氨酸缬氨酸、甘氨酸、组氨酸 嗜热乳嗜热乳链球菌生长链球菌生长 甲酸甲酸（保加利亚乳杆菌）（保加利亚乳杆菌）土壤中好氧性自生固氮菌与纤维素分解菌生活在一起时，纤维素分土壤中好氧性自生固氮菌与纤维素分解菌生活在一起时，纤维素分解菌分解纤维素产生有机酸，可为自生固氮菌提供营养，自生

18、固解菌分解纤维素产生有机酸，可为自生固氮菌提供营养，自生固氮菌为纤维素分解菌提供氮素营养。氮菌为纤维素分解菌提供氮素营养。（2）需氧菌和厌氧菌的互生关系：）需氧菌和厌氧菌的互生关系：（3）互生现象与发酵工业中的混菌发酵：）互生现象与发酵工业中的混菌发酵：2 微生物与人体的互生关系：微生态制剂微生物与人体的互生关系：微生态制剂含有益菌的活菌制剂，含有益菌的活菌制剂，金黄色葡萄球菌的生长为本来在平板上不能生长的嗜血金黄色葡萄球菌的生长为本来在平板上不能生长的嗜血流感菌提供生长因子，后者在其菌苔周围形成卫星菌落。流感菌提供生长因子，后者在其菌苔周围形成卫星菌落。功能是维持宿主的微生态平衡、调整宿主的

19、微生态失调，并有保健功能是维持宿主的微生态平衡、调整宿主的微生态失调，并有保健功能，又叫益生菌剂。功能，又叫益生菌剂。二二 共生共生（symbiosis）：是指两种生物共居在一起，相互分工合作，）：是指两种生物共居在一起，相互分工合作，互相依赖、互相有利，单独难以生存，有生理整体的形成，这种方互相依赖、互相有利，单独难以生存，有生理整体的形成，这种方式称为共生。式称为共生。1 微生物间的共生关系：微生物间的共生关系：菌藻共生菌藻共生子囊菌与绿藻共生形成的地衣。子囊菌与绿藻共生形成的地衣。菌菌共生菌菌共生真菌与蓝细菌共生。真菌与蓝细菌共生。真菌产生有机酸分解岩石，为藻类或蓝细菌提供矿质元素。真菌

20、产生有机酸分解岩石，为藻类或蓝细菌提供矿质元素。2 微生物与植物间的共生关系：微生物与植物间的共生关系：（1）根瘤菌与植物的共生：如根瘤菌与豆科植物、非豆科植物）根瘤菌与植物的共生：如根瘤菌与豆科植物、非豆科植物（杨梅属、美洲茶属等）和与放线菌共生等。（杨梅属、美洲茶属等）和与放线菌共生等。（2）菌根菌与植物的共生：）菌根菌与植物的共生：3 微生物与动物的共生：在白蚁、蟑螂等昆虫肠道中有大量的微生物与动物的共生：在白蚁、蟑螂等昆虫肠道中有大量的微生物与植物的共生关系t豆科植物根部的分泌物能豆科植物根部的分泌物能刺激根瘤菌的生长，同时，刺激根瘤菌的生长，同时，还为根瘤菌提供营养条件。还为根瘤菌提

21、供营养条件。t根瘤菌固定空气中的分子根瘤菌固定空气中的分子态氮为植物提供态氮为植物提供 氮素营养；氮素营养；的细菌和原生动物共生，白蚁中至少有的细菌和原生动物共生，白蚁中至少有100种细菌与其共生，他们种细菌与其共生，他们在厌氧的条件下分解纤维素供白蚁营养，而微生物则可获得稳定的在厌氧的条件下分解纤维素供白蚁营养，而微生物则可获得稳定的生活条件。生活条件。 瘤胃微生物与反刍动物的共生关系：牛、羊、骆驼、鹿等反刍瘤胃微生物与反刍动物的共生关系：牛、羊、骆驼、鹿等反刍动物，它们的胃都由动物，它们的胃都由4部分组成（瘤胃、网胃、瓣胃和皱胃），通部分组成（瘤胃、网胃、瓣胃和皱胃），通过与微生物共生它们

22、才能消化纤维素，反刍动物为微生物提供纤维过与微生物共生它们才能消化纤维素，反刍动物为微生物提供纤维素和无机盐等养料、水分、合适的温度和酸碱度和厌氧环境，而微素和无机盐等养料、水分、合适的温度和酸碱度和厌氧环境，而微生物则协助消化纤维素成有机酸供瘤胃吸收。生物则协助消化纤维素成有机酸供瘤胃吸收。三三 拮抗拮抗：指某种微生物在生命活动的过程中，产生的代谢产物可：指某种微生物在生命活动的过程中，产生的代谢产物可抑制他种生物的生长发育甚至杀死它们的一种相互关系叫拮抗。抑制他种生物的生长发育甚至杀死它们的一种相互关系叫拮抗。根据拮抗有无选择性分：根据拮抗有无选择性分： 特异性拮抗：特异性拮抗：拮抗拮抗

23、非特异性拮抗：非特异性拮抗：微生物的共生关系微生物的共生关系形成有固定形态的叶状结形成有固定形态的叶状结构：构：真菌无规则地缠绕藻类细真菌无规则地缠绕藻类细胞，或二者组成一定的胞，或二者组成一定的层次排列。层次排列。地衣繁殖时，在表面上生地衣繁殖时，在表面上生出球状粉芽，粉芽中含出球状粉芽，粉芽中含有少量的藻类细胞有少量的藻类细胞和真菌菌丝，粉芽脱离母和真菌菌丝，粉芽脱离母体散布到适宜的环境中，体散布到适宜的环境中，发育成新的地衣发育成新的地衣共生藻进行光合作用，共生藻进行光合作用，合成有机物；合成有机物；四四 寄生寄生： 指一种生物必须从另一种生物中获得营养物质，并对后指一种生物必须从另一种

24、生物中获得营养物质，并对后者有毒害作用，称为寄生。者有毒害作用，称为寄生。1 微生物间的寄生：典型的寄生关系是噬菌体，也有细菌微生物间的寄生：典型的寄生关系是噬菌体，也有细菌寄生在真菌引起菌丝溶解的。寄生在真菌引起菌丝溶解的。2 微生物与植物间的寄生：寄生在植物中微生物以真菌和微生物与植物间的寄生：寄生在植物中微生物以真菌和病毒居多，细菌相对较少。病毒居多，细菌相对较少。3 微生物与动物间的寄生：微生物杀虫剂（苏云微生物与动物间的寄生：微生物杀虫剂（苏云 金杆金杆菌、）、生物农药的开发菌、）、生物农药的开发。第三节第三节 微生物与环境保护微生物与环境保护 一一 水体污染：水体污染： 水体富营养

25、化水体富营养化是指水体中的氮、磷等元素含是指水体中的氮、磷等元素含量过高而引起水体表层的蓝细菌和藻类过度生长量过高而引起水体表层的蓝细菌和藻类过度生长繁殖的现象。结果导致下层水体缺光、缺氧，大繁殖的现象。结果导致下层水体缺光、缺氧，大量的死藻因细菌的分解而进一步造成厌氧和有毒量的死藻因细菌的分解而进一步造成厌氧和有毒的环境。水华的环境。水华发生在淡水水体的富营养化称发生在淡水水体的富营养化称水华。水华。 赤潮赤潮发生在海水水体的富营养化称赤潮。发生在海水水体的富营养化称赤潮。二二 用微生物治理污染：用微生物治理污染：1 污水的微生物处理：污水的微生物处理：生活污水：生活污水：农牧业污水：屠宰、发酵工厂、淀粉加工等农牧业污水：屠宰、发酵工厂、淀粉加工等工业污水：石油、化工、电镀、制革及工业有毒污水如农药、炸药、工业污水：石油、化工、电镀、制革及工业有毒污水如农药、炸药、多氯联苯、酚、氰、丙烯腈和重金属等有毒污染物。多氯联苯、酚、氰、丙烯腈和重金属等有毒污染物。BOD（biochemical oxygen demand）生化需氧量或生化耗生化需氧量或生化耗氧量，又称生物需氧量。指在一升污水或待测水样中所含的一部分氧量，又称生物需氧量。指在一升污水或待测水样中所含的一部分易氧化的有机物，当微生物对其氧化分解时所消耗的水中溶解氧毫易氧