第八章：微生物的生态

1、微微 生生 物物 的的 生生 态态 前言前言u生态学：生态学：研究研究生物生物与其周围与其周围生物生物和和非生物非生物环境之间相环境之间相 互关系的互关系的一门科学。一门科学。u研究内容：微生物群体研究内容：微生物群体微生物区系（微生物区系（microflora）或正常）或正常菌群（菌群（normal flora）对其周围生物和非生物环境条件的相互）对其周围生物和非生物环境条件的相互作用关系。作用关系。u生态学研究范围：生物圈（生态学研究范围：生物圈（biosphere）、生态系统）、生态系统（ecosystem）、群落（）、群落（community）、种群（）、种群（population）。

2、）。u研究意义：研究意义：u理论：地球进化和生物进化原因理论：地球进化和生物进化原因u实践：开发菌种资源、防治有害微生物、新的微生物农药、菌肥、实践：开发菌种资源、防治有害微生物、新的微生物农药、菌肥、医药、混菌发酵、生态农业，促进探矿、冶金、环保、提高土壤医药、混菌发酵、生态农业，促进探矿、冶金、环保、提高土壤肥力以及开发生物能等肥力以及开发生物能等几个概念几个概念v生物圈：地球上的所有生物。生物圈：地球上的所有生物。v生态系统：生物群落与其无机环境相结合、相作用、生态系统：生物群落与其无机环境相结合、相作用、相调控而成的动态系统。相调控而成的动态系统。v群落：同一环境中两个以上种群由于生活

3、繁殖上的群落：同一环境中两个以上种群由于生活繁殖上的连锁而构成相依赖、相制约的生物集团。连锁而构成相依赖、相制约的生物集团。v种群：生活在同一环境中的同种个体组成的能繁殖种群：生活在同一环境中的同种个体组成的能繁殖集团。与同种别地的种群有隔离、有界限。集团。与同种别地的种群有隔离、有界限。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研究微生物与其周围生物和非生物环境之间相互关系。互关系。v 各种环境中的微生物的种类、分布；各种环境中的微生物的种类、分布；v 微生物和其它生物的关系；微生物和其它生物的关系；v 微生物与物质循环。微生物与物质循环。本章内容本章内容v第一节第一节

4、 微生物在自然界中的分布与菌种资微生物在自然界中的分布与菌种资源的开发源的开发v第二节第二节 微生物与生物环境之间的关系微生物与生物环境之间的关系v第三节第三节 微生物与自然界物质循环微生物与自然界物质循环v第四节第四节 微生物与环境保护微生物与环境保护第一节第一节 微生物在自然界中的分布与微生物在自然界中的分布与菌种资源的开发菌种资源的开发微生物的特点：微生物的特点：个体微小，代谢营养类型多样，适应能力强个体微小，代谢营养类型多样，适应能力强微生物在自然界中分布广泛微生物在自然界中分布广泛一、微生物在自然界中的分布一、微生物在自然界中的分布（一）土壤中的微生物（一）土壤中的微生物（二）水体中

5、的微生物（二）水体中的微生物（三）空气中的微生物（三）空气中的微生物（四）工农业产品上的微生物（四）工农业产品上的微生物（五）极端环境下的微生物（自学）（五）极端环境下的微生物（自学）（六）生物体内外的正常菌群（六）生物体内外的正常菌群（一）土壤中的微生物（一）土壤中的微生物v土壤中的环境条件：营养、水分、空气、酸碱度、渗透压和土壤中的环境条件：营养、水分、空气、酸碱度、渗透压和温度条件都适于微生物的生活，是微生物的大本营、也是人温度条件都适于微生物的生活，是微生物的大本营、也是人类最丰富的类最丰富的“菌种资源库菌种资源库”。v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

6、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108 107 106 105 104 103个个/g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，计算，则所含细菌干重约为土壤有机质的则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，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。因此，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若按生物量计算则各种微生物的生物量基本相当生物量基本相当。土壤中的微

7、生物分布特点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、土壤微生物的数量和分布主要受到营养物、含水量、氧、温度、氧、温度、pH等因子的影响，并随土壤类型的不同等因子的影响，并随土壤类型的不同而有很大变化。而有很大变化。2.土壤微生物的数量和分布受季节影响；土壤微生物的数量和分布受季节影响；3.微生物的数量也与土层的深度有关，一般土壤表层微生物的数量也与土层的深度有关，一般土壤表层微生物最多，随着土层的加深，微生物的数量逐步微生物最多，随着土层的加深，微生物的数量逐步减少。减少。4.土壤中的微生物以细菌最多，其次为放线菌和霉菌。土壤中的微生物以细菌最多，其次为放线菌和

8、霉菌。（二）水体中的微生物（二）水体中的微生物(1)数量和种类与接触的土壤有密切关系；数量和种类与接触的土壤有密切关系；(2)垂直分带分布垂直分带分布(3)多是吸附在悬浮在水中的有机物上及水底；多是吸附在悬浮在水中的有机物上及水底； (4)多能运动，有些具有很异常的形态（例如多能运动，有些具有很异常的形态（例如柄细柄细菌菌）；）；(5)靠近城市或城市下游水中的微生物多，并且有很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，因此不宜作为饮用水源；多对健康不利的细菌，因此不宜作为饮用水源；(6)水体自身存在自我净化作用：水体自身存在自我净化作用：蓝细菌、藻、水生植物阳光阳光表层输入

9、表层输入(河流河流)产氧光合产氧光合动物、原生动物、好氧细菌动物、原生动物、好氧细菌嗜甲烷菌、无机化能细菌嗜甲烷菌、无机化能细菌不产氧光合不产氧光合发酵发酵厌氧呼吸菌厌氧呼吸菌产甲烷菌产甲烷菌沉积物沉积物厌厌 氧氧 层层好好 氧氧 层层表层输出表层输出层次化湖泊生态层次化湖泊生态Ecology of a Stratified lake 水体不同层次微生物分布水体不同层次微生物分布(1)嗜盐，真正的海洋细菌在缺少氯化钠的情况下是不嗜盐，真正的海洋细菌在缺少氯化钠的情况下是不能生长的。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

10、多为嗜冷菌。发现的细菌多为嗜冷菌。(3)大多数海洋细菌为大多数海洋细菌为G细菌，并具有运动能力。细菌，并具有运动能力。 (4)耐高压（特别是生活在深海的细菌）。耐高压（特别是生活在深海的细菌）。(5)更明显的垂直分更明显的垂直分层分布（透光区、层分布（透光区、无光区、深海区、无光区、深海区、超深渊海区）超深渊海区）德国科学家德国科学家H. N. SchulzH. N. Schulz等等19991999年在纳米比年在纳米比亚海岸的海底沉积物中发现的一种硫磺细菌亚海岸的海底沉积物中发现的一种硫磺细菌（sulfur bacteriumsulfur bacterium），其大小可达），其大小可达0.7

11、5 0.75 mmmm，Thiomargarita namibiensisThiomargarita namibiensis，-“纳纳米比亚硫磺珍珠米比亚硫磺珍珠”1、海水、海水2、清水、清水v洁净湖泊和水库，微生物数量少（洁净湖泊和水库，微生物数量少（10103/ml），以），以化能自养型和光能自养型化能自养型和光能自养型微生物为主，部分腐生细微生物为主，部分腐生细菌，如色杆菌、无色杆菌和微球菌等；霉菌中如水菌，如色杆菌、无色杆菌和微球菌等；霉菌中如水霉、绵霉等的一些种；以及单细胞和丝状的藻类和霉、绵霉等的一些种；以及单细胞和丝状的藻类和一些原生动物常在水面生长，数量较少。以上微生一些原生动

12、物常在水面生长，数量较少。以上微生物种类可以认为是水中的物种类可以认为是水中的“土著土著”菌群。菌群。v根据微生物对水生环境中的营养要求，将其分为三根据微生物对水生环境中的营养要求，将其分为三类：贫营养细菌（类：贫营养细菌（115mgC/L）、兼性贫营养细菌）、兼性贫营养细菌（指一些在富营养培养基中经反复培养后也能适应（指一些在富营养培养基中经反复培养后也能适应并生长的贫营养细菌）、富营养细菌（并生长的贫营养细菌）、富营养细菌（10gC/L）v贫营养指数（贫营养指数（O.I）：某水样中贫营养细菌占总菌数）：某水样中贫营养细菌占总菌数的百分比的百分比3 3、腐败型水生微生物、腐败型水生微生物v类

13、型：流经城市的河水、港口附近的海水、滞留的池水、阴类型：流经城市的河水、港口附近的海水、滞留的池水、阴沟水沟水v环境情况：流入了大量的人畜排泄物、生活污物和工业废水环境情况：流入了大量的人畜排泄物、生活污物和工业废水等，有机物含量大增等，有机物含量大增v微生物数量和类群：微生物数量和类群：数量：大量外来的腐生细菌，使腐败型水生微生物尤其是细菌和原数量：大量外来的腐生细菌，使腐败型水生微生物尤其是细菌和原生动物大量繁殖，每毫升污水的微生物含量达到生动物大量繁殖，每毫升污水的微生物含量达到107108个。个。类群：类群：v革兰氏阴性无芽孢杆菌，如革兰氏阴性无芽孢杆菌，如Proteus、E. col

14、i、Enterobacter aerogenes和和Alcaligenes等，等，v各种各种Bacillus、Vibrio和和Spirillum等的一些种等的一些种v纤毛虫类、鞭毛虫类和根足虫类等原生动物纤毛虫类、鞭毛虫类和根足虫类等原生动物v还有一些随人畜排泄物和病体污物进入水体的动植物致病菌还有一些随人畜排泄物和病体污物进入水体的动植物致病菌v繁殖及后果：通常因水体环境中的营养等条件不能满足其生繁殖及后果：通常因水体环境中的营养等条件不能满足其生长繁殖的要求，加上周围其它微生物的竞争和拮抗关系，一长繁殖的要求，加上周围其它微生物的竞争和拮抗关系，一般难以长期生存，但由于水体的流动，也会造成

15、病原菌的传般难以长期生存，但由于水体的流动，也会造成病原菌的传播甚至疾病的流行。播甚至疾病的流行。（三）空气中的微生物（三）空气中的微生物1.无原生的微生物区系，主要以气溶胶形式存在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；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；物种类有关；4.数量取决于尘埃数量；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、光照等因停留时间和尘埃大小、空气流速、湿度、光照等因素有关；素有关；6.与人类的关系：与人类的

16、关系： 传播动、植物疾病；传播动、植物疾病； 造成食品及发酵生产中的污染造成食品及发酵生产中的污染（四）工农业产品上的微生物（四）工农业产品上的微生物1、工业产品的霉腐、工业产品的霉腐2、食品上的微生物、食品上的微生物3、农产品上的微生物、农产品上的微生物1、工业产品的霉腐、工业产品的霉腐v工业品类型：纤维制品、革制品、橡胶制品、油漆、卷烟、工业品类型：纤维制品、革制品、橡胶制品、油漆、卷烟、化妆品等，塑料、水性涂料等，光学镜头、棱镜、建筑泥浆、化妆品等，塑料、水性涂料等，光学镜头、棱镜、建筑泥浆、钢缆、地下管道、金属材料等，电讯器材、感光和录音录象钢缆、地下管道、金属材料等，电讯器材、感光和

17、录音录象材料、文物、书画等材料、文物、书画等v材料劣化材料劣化：工农业产品因受气候、物理、化学或生物因素的：工农业产品因受气候、物理、化学或生物因素的作用而被破坏的现象作用而被破坏的现象v微生物引起的劣化种类：微生物引起的劣化种类：霉变（霉变（mildew，mouldness）：由霉菌引起的劣化）：由霉菌引起的劣化腐朽（腐朽（decay）泛指在好氧条件下微生物酶解有机质使其劣化的现象，）泛指在好氧条件下微生物酶解有机质使其劣化的现象，常见的如由担子菌引起的木材或木制品的腐朽现象常见的如由担子菌引起的木材或木制品的腐朽现象腐烂（或腐败，腐烂（或腐败，Putrefection，rot）主要指由细菌

18、或酵母菌引起的使）主要指由细菌或酵母菌引起的使物体变软、发臭性的劣化物体变软、发臭性的劣化腐蚀（腐蚀（corrosion）主要指由硫酸盐还原细菌、铁细菌或硫细菌引起的）主要指由硫酸盐还原细菌、铁细菌或硫细菌引起的金属材料的侵蚀、破坏性劣化金属材料的侵蚀、破坏性劣化变质（变质（deterioration）指由各种生物或非生物因素引起的工农业产品）指由各种生物或非生物因素引起的工农业产品质量下降的现象质量下降的现象霉腐微生物的控制霉腐微生物的控制v控制其温度、湿度、氧气和养料控制其温度、湿度、氧气和养料v采用有效的化学抑菌剂、杀菌剂或物理杀菌剂采用有效的化学抑菌剂、杀菌剂或物理杀菌剂v在工业产品加

19、工、包装过程中，尽量保持环境卫生并严防在工业产品加工、包装过程中，尽量保持环境卫生并严防杂菌污染杂菌污染工业防霉剂筛选防霉剂筛选的试验菌种及其特性 菌 名 破 坏 性 能Aspergillus niger（黑曲霉）在许多材料上广泛生长，抗铜盐Asp. terreus（土曲霉）侵蚀多种材料Aureobacidium pullulans（出芽短梗霉） 侵蚀涂漆与喷漆Paecilomyces varioti（宛氏拟青霉）侵蚀塑料和皮革Penicillium funiculosum（绳状青霉）侵蚀织物及多种材料P. ochro-chloron（赭绿青霉）侵蚀塑料与织物，抗铜盐Scopularriops

20、is brevicaulis（短柄帚霉） 侵蚀橡胶Tricoderma viride（绿色木霉）侵蚀纤维织物与塑料2、食品上的微生物、食品上的微生物v食品的基质条件：含有丰富的营养物质和适宜的环境食品的基质条件：含有丰富的营养物质和适宜的环境v食品上微生物的来源：食品原料的采收、运输、加工和包装食品上微生物的来源：食品原料的采收、运输、加工和包装过程中被微生物污染，食品原料在土壤中生长所正常带有的过程中被微生物污染，食品原料在土壤中生长所正常带有的微生物微生物v污染食品的微生物种类：污染食品的微生物种类：Aspergillus、Penicillium、Fusarium、 Alternaria、

21、Paecilomyces、Rhizopus、Mucor、Trichoderma、 Phoma、 Escherichia coli、Staphylococcus aureus、Bacillus subtilis、 B. megaterium、 Salmonella、Proteus vulgaris、 Pseudomonas aeroginosa、Lactobacillus、Streptococcus lactis、Clostridium、Sacchromyces cerevisiae等。等。v微生物污染的危害：除引起食品变质外，还可能含有各种致微生物污染的危害：除引起食品变质外，还可能含有各种致

22、病菌和毒素等有害代谢产物，会引起人类的各种严重疾病病菌和毒素等有害代谢产物，会引起人类的各种严重疾病防止霉腐的方法防止霉腐的方法v在加工、制造、包装过程中必须特别注在加工、制造、包装过程中必须特别注意清洁卫生意清洁卫生v控制保藏条件控制保藏条件采用低温、干燥、密采用低温、干燥、密封等措施封等措施v添加少量无毒的化学防腐剂添加少量无毒的化学防腐剂如苯甲如苯甲酸、山梨酸、脱氢醋酸、维生素酸、山梨酸、脱氢醋酸、维生素K、丙酸、丙酸、二甲基延胡索酸等二甲基延胡索酸等农产品上的微生物农产品上的微生物粮食和饲料上的微生物粮食和饲料上的微生物v主要菌种：以青霉属、曲霉属、镰孢霉属（主要菌种：以青霉属、曲霉属

23、、镰孢霉属（Fusarium）等）等的一些种为主。的一些种为主。v真菌毒素：目前已知的五万多种真菌中，至少有两百多个种真菌毒素：目前已知的五万多种真菌中，至少有两百多个种能产生一百多种真菌毒素，其中有能产生一百多种真菌毒素，其中有14种致癌，两种是剧毒致种致癌，两种是剧毒致癌剂，其一为黄曲霉毒素（癌剂，其一为黄曲霉毒素（aflatoxin），另一种是由某些镰），另一种是由某些镰孢菌产生的单端孢烯族毒素孢菌产生的单端孢烯族毒素T2。凡是被霉菌严重污染的粮食。凡是被霉菌严重污染的粮食一般都含有多种真菌毒素，因此，一般都含有多种真菌毒素，因此，“”。一份。一份“黄变米黄变米”试样中试样中70%米粒污

24、染有产毒真菌，并都含有真菌米粒污染有产毒真菌，并都含有真菌毒素；北京空气中飘浮的真菌中毒素；北京空气中飘浮的真菌中11.5%是产毒真菌。是产毒真菌。v主要真菌毒素：黄曲霉毒素、赭曲霉素、杂色曲霉素、岛青主要真菌毒素：黄曲霉毒素、赭曲霉素、杂色曲霉素、岛青霉素、黄天精、环氯素、展青霉素、桔青霉素、皱褶青霉素、霉素、黄天精、环氯素、展青霉素、桔青霉素、皱褶青霉素、黄绿青霉素、青霉酸、圆弧青霉素、偶氮酸、单端孢烯族毒黄绿青霉素、青霉酸、圆弧青霉素、偶氮酸、单端孢烯族毒素、二氢雪腐镰刀菌烯酮和素、二氢雪腐镰刀菌烯酮和T2毒素等。毒素等。(六）生物体内外的正常菌群六）生物体内外的正常菌群1、人体的正常菌

25、群、人体的正常菌群2、无菌动物和悉生生物、无菌动物和悉生生物3、根际微生物和附生微生物、根际微生物和附生微生物1、人体的正常菌群、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，包括对人体无害的微生物群，包括细菌、真菌、螺旋细菌、真菌、螺旋体、支原体体、支原体等。等。 在长期进化过程中，微生物群的内部及其与宿主在长期进化过程中，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、之间互相依存、互相制约，形成一个能进行物

26、质、能量等交流的能量等交流的动态平衡的微生态系统，动态平衡的微生态系统，常称之为常称之为正常菌群。正常菌群。（1）正常菌群的生理作用）正常菌群的生理作用生物拮抗作用。生物拮抗作用。正常菌群通过粘附和繁殖正常菌群通过粘附和繁殖能形成一层自然菌膜，这是一种非特异性能形成一层自然菌膜，这是一种非特异性的保护膜的保护膜,可促机体抵抗致病微生物的侵可促机体抵抗致病微生物的侵袭及定植袭及定植,从而对宿主起到一定程度的保从而对宿主起到一定程度的保护作用。正常菌群除与病原菌争夺营养物护作用。正常菌群除与病原菌争夺营养物质和空间位置外，还可以通过其代谢产物质和空间位置外，还可以通过其代谢产物以及产生抗生素、细菌

27、素等起作用。可以以及产生抗生素、细菌素等起作用。可以说正常菌群是人体防止外袭菌侵入的生物说正常菌群是人体防止外袭菌侵入的生物屏障。屏障。刺激免疫应答。刺激免疫应答。正常菌群释放的内毒素等物质可刺正常菌群释放的内毒素等物质可刺激机体免疫系统保持活跃状态，是非特异免疫功能激机体免疫系统保持活跃状态，是非特异免疫功能的一个不可缺少的组成部分。的一个不可缺少的组成部分。合成维生素。合成维生素。有些微生物能合成维生素，如核黄素、有些微生物能合成维生素，如核黄素、生物素、叶酸、吡哆醇及维生素生物素、叶酸、吡哆醇及维生素K等，供人体吸收等，供人体吸收利用。利用。降解食物残渣。降解食物残渣。肠道中正常菌群可互

28、相配合，降解肠道中正常菌群可互相配合，降解末被人体消化食物残渣，便于机体进一步吸收。末被人体消化食物残渣，便于机体进一步吸收。正常菌群的生理作用（续）正常菌群的生理作用（续）（2）条件致病菌）条件致病菌在一定条件下，正常菌群中的细菌也能使人患病：在一定条件下，正常菌群中的细菌也能使人患病：由于机体的防卫功能减弱由于机体的防卫功能减弱,引起自身感染。引起自身感染。例如皮肤粘膜受伤（特别是大面积烧伤）、身体受凉、过度疲例如皮肤粘膜受伤（特别是大面积烧伤）、身体受凉、过度疲劳、长期消耗性疾病等，可导致正常菌群的自身感染；劳、长期消耗性疾病等，可导致正常菌群的自身感染；由于正常菌群寄居部位的改变，发生

29、了定位转移，也可引起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。疾病。例如大肠杆菌进入腹腔或泌尿道，可引起腹膜炎、泌尿道感染。例如大肠杆菌进入腹腔或泌尿道，可引起腹膜炎、泌尿道感染。人体表面的正常菌群，一旦它们进入伤口也会引起感染。人体表面的正常菌群，一旦它们进入伤口也会引起感染。条件致病菌：条件致病菌：人体的正常微生物菌群一旦进入非正常聚居部位，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。或生态结构发生改变而引起人类疾病的微生物。 （3）菌群失调及其常见诱因）菌群失调及其常见诱因在正常情况下，人体和正常菌群之间以及正常菌群中在正常情况下

30、，人体和正常菌群之间以及正常菌群中各细菌之间，保持一定的生态平衡。各细菌之间，保持一定的生态平衡。 如果生态平衡失调，以至机体某一部位的正常菌群如果生态平衡失调，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位置上的变化，称中各细菌的比例关系发生数量和位置上的变化，称为为菌群失调菌群失调。主要是使用抗生素、同位素、激素，患有慢性消耗性主要是使用抗生素、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疾病时肠道、呼吸道、泌尿生殖道的功能失常也是重要原因。去除诱因后一般可使菌群复常，也有长重要原因。去除诱因后一般可使菌群复常，也有长期失调难于逆转的情况。期失调难于逆

31、转的情况。菌群失调应对措施菌群失调应对措施可以通过口服某些活的微生物制剂来治疗由于正常菌可以通过口服某些活的微生物制剂来治疗由于正常菌群失调而导致的腹泻，例如，含蜡状芽孢杆菌（群失调而导致的腹泻，例如，含蜡状芽孢杆菌（B cereus）的）的“促菌生促菌生”，含地衣芽孢杆菌的，含地衣芽孢杆菌的“整肠整肠生生”等，它们都是通过芽孢杆菌的生长，为肠道重等，它们都是通过芽孢杆菌的生长，为肠道重新创造良好的厌氧环境，促使肠道内正常的厌氧菌新创造良好的厌氧环境，促使肠道内正常的厌氧菌的生长繁殖，这类活微生物制剂又称的生长繁殖，这类活微生物制剂又称微生态制剂微生态制剂。微生态制剂一般用于恢复肠道内的正常生

32、态环境，微生态制剂一般用于恢复肠道内的正常生态环境，若肠道功能正常，一般不需要服用。若肠道功能正常，一般不需要服用。2、无菌动物和悉生生物、无菌动物和悉生生物种类种类饲养方法饲养方法说明说明附记附记无菌动物无菌动物隔离系统隔离系统以封闭的无菌技术取得，用现有以封闭的无菌技术取得，用现有方法方法不能检出任何微生物和寄生不能检出任何微生物和寄生虫虫的动物。的动物。悉生动物悉生动物隔离系统隔离系统确知所带的微生物丛确知所带的微生物丛（植物的和（植物的和动物的）经特殊饲养的动物。动物的）经特殊饲养的动物。确知所带有确知所带有的微生物的微生物无特定病原无特定病原体动物体动物屏障系统屏障系统没有没有指定的

33、致病性微生物和寄生指定的致病性微生物和寄生虫虫的动物。的动物。确知不带有确知不带有的微生物的微生物普通动物普通动物开放系统开放系统不明确不明确所带的微生物、寄生虫的所带的微生物、寄生虫的动物，称普通动物，但不得带有动物，称普通动物，但不得带有人畜共患的传染病病原体。人畜共患的传染病病原体。对微生物带对微生物带有情况不明有情况不明确确3、根际微生物和附生微生物、根际微生物和附生微生物根际微生物：生活在植物根系周围土壤中的微根际微生物：生活在植物根系周围土壤中的微生物，为正常菌群，多为生物，为正常菌群，多为G- 细菌细菌附生微生物：生活在植物地上部分表面的微生附生微生物：生活在植物地上部分表面的微

34、生物物第二节第二节 微生物微生物与生物环境之间的关系与生物环境之间的关系 在自然界中，各种微生物极在自然界中，各种微生物极少单独存在，总是较多地少单独存在，总是较多地聚在一起，也常常与其他聚在一起，也常常与其他生物出现在一个限定的空生物出现在一个限定的空间内，它们之间可能发生间内，它们之间可能发生相互作用，并由此构成微相互作用，并由此构成微生物以及微生物与其他生生物以及微生物与其他生物间物间非常复杂而多样化非常复杂而多样化的的关系。关系。 1.互生互生2.共生共生3.寄生寄生4.拮抗拮抗5.捕食捕食定义：两种可以单独生活的生物，当它们生活在一起时，通过定义：两种可以单独生活的生物，当它们生活在

35、一起时，通过各自的代谢活动而有利于对方，或偏利于一方的生活方式。各自的代谢活动而有利于对方，或偏利于一方的生活方式。：好氧性自生固氮菌与纤维分解菌好氧性自生固氮菌与纤维分解菌：排阻、抑制外来致病菌排阻、抑制外来致病菌提供若干种维生素：如提供若干种维生素：如VB1、B2、B6、B12、VK、烟酸、泛、烟酸、泛酸、生物素、叶酸等酸、生物素、叶酸等产生若干种酶类产生若干种酶类天然混菌培养天然混菌培养纯种混菌培养（人为的自觉的混合培养纯种混菌培养（人为的自觉的混合培养或混合发酵技术或混合发酵技术生态工程）生态工程）一、互生一、互生混合发酵举例混合发酵举例vArthrobacter simplex（简单

36、节杆菌）和（简单节杆菌）和Streptomyces roseochromogenes（玫瑰产色链霉菌）混合培养进行甾体转化（玫瑰产色链霉菌）混合培养进行甾体转化vPropionibacterium shermanii（谢氏丙酸杆菌）和（谢氏丙酸杆菌）和Bacillus mesentericus（马铃薯芽孢杆菌）或（马铃薯芽孢杆菌）或E. coli的混合培养可生产颉氨酸的混合培养可生产颉氨酸vCorynebacterium glutamicum（谷氨酸棒杆菌）和（谷氨酸棒杆菌）和E. coli的混合培养的混合培养可生产组氨酸可生产组氨酸vCellulomonas flavigena（产黄纤维单胞

37、菌）和（产黄纤维单胞菌）和Pseudomonas putida（恶臭假单胞菌）的混合培养可分解（恶臭假单胞菌）的混合培养可分解9798%的预处理稻草粉，以生产的预处理稻草粉，以生产单细胞蛋白单细胞蛋白vTrichoderma viride（绿色木霉）（绿色木霉）408.2和和Aspergillus oryzae（米曲霉）（米曲霉）3.042混合曲可以提高酱油产率混合曲可以提高酱油产率v将将Aspergillus niger（黑曲霉）和（黑曲霉）和Zymomonas mobilis（运动发酵单（运动发酵单胞菌）包埋在海藻酸钠小球中，可以直接将淀粉浆转化为乙醇胞菌）包埋在海藻酸钠小球中，可以直接将

38、淀粉浆转化为乙醇混菌发酵分为同时合作进行与序列发酵两种，是根据时间混菌发酵分为同时合作进行与序列发酵两种，是根据时间上的先后与否划分的。上的先后与否划分的。二、共生二、共生定义定义：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：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。条件。特点特点：在生理上相互分工，互换代谢活动的产物；：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。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。：地衣地衣产氢产乙酸菌株（产氢产乙酸菌株（S菌株）与产甲烷细菌（菌株）

39、与产甲烷细菌（MOH菌株）菌株）：根瘤菌与豆科植物根瘤菌与豆科植物放线菌、藻状菌、蓝细菌、分枝杆菌和克雷伯氏菌与一些非豆科植物之间放线菌、藻状菌、蓝细菌、分枝杆菌和克雷伯氏菌与一些非豆科植物之间的根瘤的根瘤菌根，特别多见于兰科、杜鹃科及其它森林树种菌根，特别多见于兰科、杜鹃科及其它森林树种：白蚁、蟑螂与其消化道中的原生动物及其它微生物（外共生生物）白蚁、蟑螂与其消化道中的原生动物及其它微生物（外共生生物）反刍动物与其瘤胃微生物反刍动物与其瘤胃微生物（一）微生物间的共生（一）微生物间的共生典型的例子是典型的例子是地衣地衣。地衣组成：真菌（子囊菌，担子菌）、单细胞藻类地衣组成：真菌（子囊菌，担子菌

40、）、单细胞藻类（绿藻，蓝藻）（绿藻，蓝藻）地衣的结构：形成有固定形态的叶状结构，真菌无规地衣的结构：形成有固定形态的叶状结构，真菌无规则地缠绕藻类细胞，或二者组成一定的则地缠绕藻类细胞，或二者组成一定的层次排列层次排列。地衣的代谢：地衣中的真菌和藻类已形成特殊形态的地衣的代谢：地衣中的真菌和藻类已形成特殊形态的整体了，在生理上相互依存，真菌营异养生活，藻整体了，在生理上相互依存，真菌营异养生活，藻类制造养料，真菌提供水分、无机盐供藻类光合作类制造养料，真菌提供水分、无机盐供藻类光合作用。用。 （二）微生物与动物共生（二）微生物与动物共生1、微生物与昆虫的共生：、微生物与昆虫的共生：外共生：例如

41、白蚁与其肠道内的微生物之间的共外共生：例如白蚁与其肠道内的微生物之间的共生生食木质的白蚁自身并不能分解纤维素，必须依赖食木质的白蚁自身并不能分解纤维素，必须依赖肠道内共生的原生动物和细菌通过厌氧发酵过程肠道内共生的原生动物和细菌通过厌氧发酵过程来分解纤维素。来分解纤维素。内共生：昆虫与其细胞内的共生性细菌内共生：昆虫与其细胞内的共生性细菌这些细胞内的共生性细菌能为宿主提供这些细胞内的共生性细菌能为宿主提供B族维生素，族维生素，使昆虫能以缺乏维生素的植物为生。使昆虫能以缺乏维生素的植物为生。2、瘤胃微生物、瘤胃微生物 牛羊等反刍动物，草是主要饲料，但它们本身没有分牛羊等反刍动物，草是主要饲料，但

42、它们本身没有分解纤维素的能力，而是靠瘤胃微生物帮助分解，使纤解纤维素的能力，而是靠瘤胃微生物帮助分解，使纤维素变成能被牛羊吸收的糖类。维素变成能被牛羊吸收的糖类。 反刍动物有四个胃，前两个胃叫瘤胃和网胃，后两个反刍动物有四个胃，前两个胃叫瘤胃和网胃，后两个胃叫瓣胃和皱胃，瘤胃和网胃是草料暂时贮存、分解、胃叫瓣胃和皱胃，瘤胃和网胃是草料暂时贮存、分解、加工的场所，加工的场所，PH5.8-6.8之间，适宜微生物生长，有大之间，适宜微生物生长，有大量的纤维素、淀粉、脂肪分解菌。量的纤维素、淀粉、脂肪分解菌。 当草料到达瘤胃和网胃时，首先是当草料到达瘤胃和网胃时，首先是纤维素菌纤维素菌将纤维素将纤维素

43、分解为纤维二糖、葡萄糖被分解为纤维二糖、葡萄糖被其他微生物其他微生物吸收利用转化，吸收利用转化，产生乳酸，丁酸、脂肪酸等有机酸和产生乳酸，丁酸、脂肪酸等有机酸和CO2及及CH4等气等气体，前两个胃没有消化完的草料进入后两胃，由其分体，前两个胃没有消化完的草料进入后两胃，由其分泌蛋白酶消化分解产生氨基酸、维生素等。被泌蛋白酶消化分解产生氨基酸、维生素等。被动物动物体体吸收利用。吸收利用。（二）微生物与植物间的共生体（二）微生物与植物间的共生体1、根瘤根瘤：豆科植物与固氮菌共生、非豆科植物与放：豆科植物与固氮菌共生、非豆科植物与放线线 菌共生菌共生2、菌根菌和植物、菌根菌和植物菌根菌根：有些真菌能

44、够在一些植物的根上发育，菌丝体：有些真菌能够在一些植物的根上发育，菌丝体着生根的表面或侵入根内，形成两种生物的共生体着生根的表面或侵入根内，形成两种生物的共生体菌根。菌根。能够与植物共生形成菌根的真菌，称为能够与植物共生形成菌根的真菌，称为菌根菌菌根菌。菌根。菌根菌包括藻状菌，子囊菌和半知菌。以担子菌为最多。菌包括藻状菌，子囊菌和半知菌。以担子菌为最多。能与真菌共生的植物有能与真菌共生的植物有2000种种 。菌根的种类菌根的种类（1）外生菌根）外生菌根：主要分布于木本的乔、灌木；：主要分布于木本的乔、灌木；可形成可形成菌套菌套；或；或哈蒂氏网哈蒂氏网（2）内生菌根）内生菌根：菌丝体存在于根皮层

45、薄壁细：菌丝体存在于根皮层薄壁细胞之间，并且进入细胞内部，而在根系较少，胞之间，并且进入细胞内部，而在根系较少，因此具内生菌根的植物，一般都保留着根毛。因此具内生菌根的植物，一般都保留着根毛。 最常见和最重要的是最常见和最重要的是泡囊泡囊-丛枝状菌根丛枝状菌根菌根作用菌根作用 帮助植物吸收水分和养料；帮助植物吸收水分和养料； 调节植物代谢；调节植物代谢； 增强植物抗病能力增强植物抗病能力 三、寄生三、寄生定义定义：一种生物侵入另一种生物体内吸取自己所需要的营养物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质进行生长繁殖，在一定的条件下对后

46、者造成损害或死亡的现象现象：噬菌体与其宿主之间的关系噬菌体与其宿主之间的关系真菌对真菌的寄生真菌对真菌的寄生细菌或真菌寄生于原生动物细菌或真菌寄生于原生动物细菌寄生于细菌：蛭弧菌寄生于细菌寄生于细菌：蛭弧菌寄生于Pseudomonas phaseolicola（栖菜豆假单胞菌）（栖菜豆假单胞菌）：植物病原体植物病原体：各种病原微生物各种病原微生物昆虫病原菌昆虫病原菌生物农药生物农药冬虫夏草冬虫夏草植物病害植物病害1、植物病害中以真菌病害为主，占、植物病害中以真菌病害为主，占95%担子菌纲病原担子菌纲病原菌能引起小麦铁锈病和黑穗病。半知菌类可引起棉菌能引起小麦铁锈病和黑穗病。半知菌类可引起棉花炭

47、疽病，立枯病，黄萎病，水稻稻瘟病等。藻菌花炭疽病，立枯病，黄萎病，水稻稻瘟病等。藻菌纲可引起马铃薯与蕃茄晚疫病。子囊菌纲可引起大纲可引起马铃薯与蕃茄晚疫病。子囊菌纲可引起大麦和苹果白粉病等。麦和苹果白粉病等。2、细菌性植物病害占、细菌性植物病害占3%。大多为无芽孢，具鞭毛。大多为无芽孢，具鞭毛菌。如假单胞杆菌属，黄杆菌属，土壤杆菌属，棒菌。如假单胞杆菌属，黄杆菌属，土壤杆菌属，棒杆菌属和欧文氏菌属等，这些病原菌主要从植物气杆菌属和欧文氏菌属等，这些病原菌主要从植物气孔等自然孔口和伤口侵入植物体内，寄生在组织细孔等自然孔口和伤口侵入植物体内，寄生在组织细胞间或导管中，引起传染病害。胞间或导管中，

48、引起传染病害。 微生物对人与动物的寄生微生物对人与动物的寄生微生物在人体和动物体内寄生引起人与动物的传染病，微生物在人体和动物体内寄生引起人与动物的传染病，这些微生物称为这些微生物称为动物病原微生物动物病原微生物。常见的畜禽传染病。常见的畜禽传染病有炭疽病，口蹄疫，猪瘟，鸡瘟病等。病原微生物寄有炭疽病，口蹄疫，猪瘟，鸡瘟病等。病原微生物寄生在有益的动植物体内会给人们造成经济损失，寄生生在有益的动植物体内会给人们造成经济损失，寄生在有害动物体内，则对人类是有益的，可以加以利用。在有害动物体内，则对人类是有益的，可以加以利用。如微生物寄生在有害昆虫体内，引起害虫致病死亡，如微生物寄生在有害昆虫体内

49、，引起害虫致病死亡，对农产品发展是有利的，昆虫病原菌包括细菌真菌病对农产品发展是有利的，昆虫病原菌包括细菌真菌病毒等几类。毒等几类。 目前利用微生物消灭农业害虫已成为微生物防治的一目前利用微生物消灭农业害虫已成为微生物防治的一个重要方面。现被人们利用的微生物有苏云金杆菌等个重要方面。现被人们利用的微生物有苏云金杆菌等细菌、白僵菌等真菌及昆虫病毒等。细菌、白僵菌等真菌及昆虫病毒等。 冬虫夏草冬虫夏草四、拮抗四、拮抗定义定义：一种微生物生命活动中，通过产生某些代谢产：一种微生物生命活动中，通过产生某些代谢产物或改变环境条件，能抑制其它微生物的生长繁殖，物或改变环境条件，能抑制其它微生物的生长繁殖，

50、或毒害杀死其它微生物的现象。或毒害杀死其它微生物的现象。类型类型：1、非特异拮抗关系、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，酸菜泡如乳酸菌能产生乳酸，能抑制腐败菌的生长，酸菜泡菜不易烂就因如此。这种抑制作用没有特定专一性，菜不易烂就因如此。这种抑制作用没有特定专一性，对不耐酸的菌都有抑制作用。对不耐酸的菌都有抑制作用。 2、特异拮抗关系、特异拮抗关系一种微生物在生命活动中，能产生某种或某类特殊代一种微生物在生命活动中，能产生某种或某类特殊代谢产物，具有选择性地抑制或杀死其它种微生物。谢产物，具有选择性地抑制或杀死其它种微生物。前种菌称为抗生菌，后者称为敏感菌前种菌称为抗生菌，后

51、者称为敏感菌，拮抗性物质称，拮抗性物质称抗生素。抗生素。如青霉素产生菌如青霉素产生菌 与病原菌之间关系。与病原菌之间关系。定义定义：一种大型的生物直接捕捉、吞食其他：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。小型生物来满足生存需要的现象。类型：类型：1、原生动物：捕食水、原生动物：捕食水体和土壤中的细菌，体和土壤中的细菌，放线菌，真菌的孢子放线菌，真菌的孢子及单细胞藻类为食及单细胞藻类为食2、捕食性真菌：捕食、捕食性真菌：捕食线虫线虫五、捕食五、捕食v生物圈的繁荣发展，能量来源主要依赖于太阳，而生物圈的繁荣发展，能量来源主要依赖于太阳，而元素来源主要依赖于由微生物推动的物质

52、循环。元素来源主要依赖于由微生物推动的物质循环。v地球进化可分为：地球进化可分为：化学进化化学进化和和生物学进化生物学进化两个阶段。两个阶段。v原始地球大气的组成：氢化物气体、水、氨、甲烷、原始地球大气的组成：氢化物气体、水、氨、甲烷、硫化氢等。硫化氢等。v原始海洋汇集了地壳表面大量可溶性化合物，成为原始海洋汇集了地壳表面大量可溶性化合物，成为诞生原始生命的摇篮诞生原始生命的摇篮第三节第三节 微生物与自然界物质循环微生物与自然界物质循环地球的进化地球的进化v化学进化化学进化：由无机小分子生成有机小分子物质由无机小分子生成有机小分子物质由有机小分子物质形成生物大分子物质由有机小分子物质形成生物大

53、分子物质由生物大分子组成团聚体或微球体形式的多分子体系，并由生物大分子组成团聚体或微球体形式的多分子体系，并进一步演变为原始生命进一步演变为原始生命v生物进化生物进化单极生态系统：只存在单一营养类型（单极生态系统：只存在单一营养类型（异养分解者异养分解者）的生）的生态系统。态系统。双极生态系统：生态系统中具备了自养与异养（即合成和双极生态系统：生态系统中具备了自养与异养（即合成和分解）两个环节。自养者是蓝细菌。分解）两个环节。自养者是蓝细菌。三极生态系统：由于不同类型原核生物间发生内共生作用，三极生态系统：由于不同类型原核生物间发生内共生作用，出现了真核动物细胞和真核植物细胞，形成了三极生态系

54、出现了真核动物细胞和真核植物细胞，形成了三极生态系统。即出现了食物链。统。即出现了食物链。一、微生物在自然界物质循环中的作用一、微生物在自然界物质循环中的作用1、碳素循环碳素循环2、氮素循环氮素循环3、硫素循环硫素循环4、磷素循环磷素循环 第四节第四节 微生物与环境保护微生物与环境保护生物圈内的各种物质，都是处于不断地合成，生物圈内的各种物质，都是处于不断地合成，分解和转化的动态平衡状态之中。由此组成分解和转化的动态平衡状态之中。由此组成一个自我调节，自我维持的一个协调整体，一个自我调节，自我维持的一个协调整体，从而保证了地球上生命的延续。从而保证了地球上生命的延续。v但是当人们违背了自然界的

55、生态平衡规律，将粪便、但是当人们违背了自然界的生态平衡规律，将粪便、垃圾、污水等生活废弃物和工业生产所形成的垃圾、污水等生活废弃物和工业生产所形成的“三三废废”及农业生产中的使用的农药残留物等，大量排及农业生产中的使用的农药残留物等，大量排入环境中，这些物质超过了环境所能耐受的容纳量，入环境中，这些物质超过了环境所能耐受的容纳量，就破坏了自然界的生态平衡，其结果造成环境污染。就破坏了自然界的生态平衡，其结果造成环境污染。v 这样不仅危及国民经济，而且对人类健康有严重危这样不仅危及国民经济，而且对人类健康有严重危胁，甚至影响到子孙后代的繁衍昌盛。因此保护环胁，甚至影响到子孙后代的繁衍昌盛。因此保

56、护环境已成为人们日益关心的重大问题。境已成为人们日益关心的重大问题。一、水体的污染一、水体的污染水资源污染日益严重水资源污染日益严重富营养化富营养化水体中氮、磷等元素含量过高而引起水体表层的蓝细水体中氮、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繁殖。菌和藻类过度生长繁殖。水华：淡水水体中的富营养化水华：淡水水体中的富营养化赤潮：咸水水体中的富营养化赤潮：咸水水体中的富营养化二、用微生物处理污水二、用微生物处理污水几个基本概念：几个基本概念：BOD即生化需氧量，是水中有机物含量的一个指标。一般指即生化需氧量，是水中有机物含量的一个指标。一般指1L污水或待测水样中所含的一部分易氧化的有

57、机物，当微生物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，所消耗的水中的溶解氧的毫克数。常用对其氧化、分解时，所消耗的水中的溶解氧的毫克数。常用BOD5表示。表示。BOD5（biological oxygen demand）：五日生化需氧量。表示）：五日生化需氧量。表示水中有机物含量的间接指标。一般指在水中有机物含量的间接指标。一般指在20下，下，1L污水中所污水中所含的有机物（主要是有机碳源），在进行微生物氧化时，含的有机物（主要是有机碳源），在进行微生物氧化时，5日内所消耗的分子氧的毫克数（或日内所消耗的分子氧的毫克数（或ppm数）。数）。COD（chemical

58、 oxygen demand）：即化学需氧量。使用强氧）：即化学需氧量。使用强氧化剂使化剂使1L污水中的有机物质迅速进行化学氧化时所消耗氧的污水中的有机物质迅速进行化学氧化时所消耗氧的毫克数。实际上许多无机物也能被氧化而影响毫克数。实际上许多无机物也能被氧化而影响COD值。值。COD能在短时间内测得，有利于指导现场操作。常用的氧化能在短时间内测得，有利于指导现场操作。常用的氧化剂是剂是K2Cr2O7，测得为，测得为CODCr。厌氧发酵厌氧发酵1、微生物处理污水的原理、微生物处理污水的原理污水（高污水（高BOD)分层分层多种微生物群体多种微生物群体O2气体：气体：CO2,NH3,H2S,CH4,

59、H2,CO等等清水：含清水：含SO42-,NO3-,PO43-等无机等无机离子离子残渣残渣 沼气沼气废渣废渣2、污水处理的方法和装置、污水处理的方法和装置污水处理装置污水处理装置节能型节能型氧化塘法氧化塘法洒水滤床法洒水滤床法耗能型耗能型活性污泥法活性污泥法生物膜法生物膜法推流式曝气法推流式曝气法完全混合曝气法完全混合曝气法生物转盘法生物转盘法塔式滤池法塔式滤池法产能型：厌氧消化法（即沼气发酵）产能型：厌氧消化法（即沼气发酵）北京高碑店污水处理厂活性污泥法活性污泥法活性污泥：活性污泥：由细菌、微型动物为主的微生物与悬浮物由细菌、微型动物为主的微生物与悬浮物质、胶体物质混杂在一起形成的具有很强质

60、、胶体物质混杂在一起形成的具有很强吸附分解有机物的能力和良好的沉降性能吸附分解有机物的能力和良好的沉降性能的絮状体颗粒。的絮状体颗粒。 （活性污泥法）（活性污泥法）曝曝气池气池活性污泥的基本特性活性污泥的基本特性 组成：组成：有机和无机的固体有机和无机的固体好氧微生物好氧微生物兼性厌氧微生物兼性厌氧微生物专性厌氧微生物专性厌氧微生物絮状体或绒粒絮状体或绒粒曝曝气气法法性质：性质：含水率含水率99%99%具沉降性；具沉降性；具生物活性具生物活性絮体大小为絮体大小为0.02-0.2mm0.02-0.2mm具一定具一定pHpH缓冲能力缓冲能力生生物物转转盘盘法法 好氧菌的降解作用好氧菌的降解作用 原