食品微生物 第九章 微生物生态学习资料

第九章微生物的生态微生物的生态第九章Cncnc-micro

微生物在生态系统中的作用生态环境中的微生物内容提要

微生物在生态系统中的作用微生物在生态系统中的角色微生物与生物地球化学循环Cncnc-micro微生物在生态系统中的角色Cncnc-micro微生物是有机物的主要分解者微生物是物质循环中的重要成员微生物是生态系统中的初级生产者微生物是物质和能量的贮存者微生物是地球生物演化中的先锋种类微生物与生物地球化学循环Cncnc-micro碳循环氮循环硫循环其他元素的微生物转化磷循环铁循环Cncnc-micro碳循环碳在生物圈中的总体循环微生物在碳循环中的作用降解作用呼吸作用发酵作用甲烷形成光合作用CO2+H2OCO2+CH2O醇有机酸

CO2+H2CH4光合作用发酵作用呼吸作用化石燃料碳在生物圈中的总体循环Cncnc-micro氮素循环自然界中的氮素循环微生物在氮素循环中的作用生物体有机酸NO3-NH4+NO2-NON2O大气N2同化作用氨化作用硝化作用硝化作用反硝化作用生物固氮同化作用还原作用氮循环Cncnc-micro微生物在氮循环中的作用固氮氨化作用硝化作用硝酸盐还原和反硝化作用硫循环生物体有机硫SO42-H2S原素S硫酸盐还原脱硫作用硫氧化作用硫氧化作用同化作用异化性硫酸盐还原Cncnc-micro微生物在硫素循环中的作用硫的氧化硫酸盐还原有机硫化物的矿化（硫化氢释放）Cncnc-micro其他元素的微生物转化有机质的分解作用无要离子的固定或同化作用无机离子和化合物的氧化作用氧化态还原态的还原作用Cncnc-micro陆生生境的微生物水生生境的微生物大气生境的微生物工农业产品中的微生物第一节生态环境中的微生物极端环境下的微生物生物体内外的正常菌群微生物与生物环境间的关系

水体微生物的分类清水型水生微生物指能生长在含有机物不丰富的清水中的化能自养型或光能自养型的微生物。如硫细菌、铁细菌、衣细菌，蓝细菌、绿硫细菌、紫细菌等。仅从水域中吸取无机物或少量有机物作营养发育量一般不大腐生型水生微生物指能利用进入水体的废物废水为作为营养的微生物。如变形杆菌、大肠杆菌、产气杆菌、产碱杆菌以及芽孢杆菌、弧菌和螺菌等。能利用腐败的有机残体、动物和人类排泄物，生活污水和工业有机废物废水发育量大三、空气中的微生物

空气不具备微生物生长所必需的营养物质和生活条件，因此空气并不是微生物生长繁殖的良好场所。但空气仍存在有细菌、病毒、放线菌、真菌、藻类、原生动物等各类微生物。它们来源于被风吹起的地面尘土和水面小水滴以及人、动物体表的干燥脱落物、呼吸道分泌物和排泄物等等。空气中微生物的地域分布地区空气含菌量(个/m3)畜舍宿舍城市街道公园海面上北极1000000～20000002000050002001～20～1四、极端环境中的微生物高温环境，低温环境、高酸环境、高碱环境、高压环境、高盐环境等，还有高卤环境、高辐射环境和厌氧环境等。一般生物难以生存而只有某些特殊生物或特殊微生物才能生存的环境称为极端环境。能在极端环境中生存的微生物称为极端环境微生物。1、高温环境中的微生物高温性微生物有微生物的各个类群，但它们对于高温的适应性很不一样。根据高温微生物的生长与温度之间的关系，可以分为三类：一类是极端嗜热菌，最适65～70℃，最低在40℃以上，最高在70℃以上，已分离到能在100℃以上生存的古细菌。第二类为兼性嗜热菌，最高为50～60℃，但在室温下仍有生长与繁殖能力第三类为耐热细菌，最高为45～50℃，在室温中生长较兼性嗜热细菌好。各类微生物群的生长上限温度(oC)类群上限温度类群上限温度真核微生物原核微生物原生动物56蓝细菌70~73藻类55~60光合细菌70~73真菌60~62

无机化能细菌>90异养细菌>90嗜热菌耐热机制的四种假说一是细胞膜化学组分的特异性：嗜热细菌细胞膜中类脂含量较中温细菌的高，且高溶点的长链脂肪酸比例增加，此外核酸中G+C比例也较中温菌高；二是嗜热菌中重要代谢物周围速率大大高于中温菌和嗜冷菌，如tRNA等蛋白质合成过程中的重要大分子物的合成速率很高；三是嗜热菌中酶蛋白等活性大分子具有较高的热稳定性；四是嗜热菌蛋白质合成系统失活所需的温度较中温菌为高。2、高盐环境中微生物

自然界中高盐环境主要是盐湖、死海、盐场和腌制品。能在这些高盐环境中生存繁殖的微生物称为嗜盐性微生物。嗜盐微生物的分类根据嗜盐性微生物对盐浓度的适应性和需要性，可以将它们分为不同的嗜盐类群。嗜盐微生物最适生长盐浓度例子非嗜盐微生物<0.2mol/LNaCl淡水微生物弱嗜盐微生物0.2～0.5mol/LNaCl大多数海洋微生物中等嗜盐微生物0.5～2.5mol/LNaCl某些细菌和藻类

极端嗜盐微生物2.5～5.2mol/LNaCl盐杆菌和盐球菌耐盐微生物耐受范围0.2～2.5mol/LNaCl金黄色葡萄球菌、耐盐酵母等嗜盐菌耐盐的三种机制具有对高盐浓度适应性的生理机能；嗜盐菌中的许多酶必需在高盐浓度下才显示活性；嗜盐菌具有异常的紫膜，在光合作用时紫膜具有H+泵作用，产生膜电位差，用于合成ATP，同时H+泵可以将胞内的盐(Na+)泵出体外，从而使菌体内维持一定的离子浓度而能在高盐浓度下生存。3、高酸环境中的微生物

高酸环境如某些含硫矿的矿尾水，酸性热泉，以及人为有机酸发酵等处，都有一些嗜酸性微生物存在，如氧化硫硫杆菌在氧化S2-为SO42-时可在5%H2SO4和pH1.0～1.5的环境中进行生命活动。4、高碱环境中的微生物高碱环境如某些碱性温泉，矿尾水等处，也有一些嗜碱的微生物生存。如环状芽孢杆菌可在pH高达11.0的环境中生活。尽管某些调节机能的机理还不很清楚，但分子遗传学的研究表明，嗜碱细菌的嗜碱性仅为少数基因所控制。5、高压环境中的微生物高压环境主要是海洋深处和深油井内等。在这些环境中，一般每深10m即可增加一个大气压(101.325kPa)，而且深油井环境中每深10m可提高温度0.14℃。但仍有少数微生物喜欢在此高压下生存，如专性嗜压菌一种假单胞菌即是在1000×(101.325kPa)处分离获得的。本实验室从200多米的石油深井中分离到的能利用氢和二氧化碳的产甲烷细菌嗜压菌的最大特点是生长极为缓慢。极端微生物的在食品工业中的应用B-半乳糖苷酶可用于降解奶制品中乳糖含量，使许多对乳糖敏感的人能饮用；在食品低温加工过程中的应用，如脂酶和蛋白酶，脂酶可应用于许多方面如作为食品的风味改良剂。低温细菌、酵母真菌及微藻中都聚集有大量的UFA（不饱和脂肪酸），其具有降血脂、降糖、防癌等生理功效，随着低温微生物脂质的产业化，为解决富含UFA的新油源提供了帮助。嗜热酶的应用在食品加工过程中,通常要经过脂肪的水解,蛋白质的消化及纤维素的水解等过程处理,由于常温条件下,这些反应容易造成食品的污染,所以,很难用普遍的中温酶来催化完成.嗜热性蛋白酶、淀粉酶及糖化酶已经在食品加工中发挥了重要作用。例如：用淀粉生产高果糖时，普通的葡萄糖异构酶在中温条件下催化果糖产量很少，而提高温度将催化果糖的生产。目前，已从嗜热的Thermologa中分离出一种超高温嗜热的木糖异构酶，这种酶也能把葡萄糖转化为果糖，这样，就能在高温的条件下进行果糖的生产，从而提高果糖的产量。碱性淀粉酶的应用嗜热芽孢杆菌含有在碱性条件下,能分解淀粉的碱性淀粉酶。分离得到的碱性淀粉酶大致可分为四类（Ａ）Ⅰ型作用ＰＨ为１０—１０.５；（Ｂ）Ⅱ型作用ＰＨ为４.５—５.０以及ＰＨ１０；（Ｃ）Ⅲ型作用ＰＨ在４.５—１０.０左右都具有分解淀粉的能力；（Ｄ）Ⅳ型作用最适合ＰＨ为４.５—１０.０。其中Ⅱ型、Ⅲ型以及Ⅳ型碱性淀粉酶分解淀粉得到环状糊精，特别是芽孢杆菌Ｎ０３８２菌种产生的碱性淀粉酶活性很高，作用ＰＨ广（ＰＨ５—９）环状糊精收率高达８０％。低温酶类的应用在低温酶类当中,脂酶和蛋白酶具有相当大的应用潜力,许多低温微生物都能产生这两种酶(Feller.Vazquez.et.al)在食品工业中,脂肪酶可用于乳制品和黄油的增香;生产可可脂,提高鱼油中多聚不饱和脂肪酸含量;蛋白酶在食品工业中更是大量应用，如啤酒的处理,发酵食品生产奶酪时催熟作用等。第二节微生物之间的相互关系RelationshipsamongMicroorganisms一、偏利共栖关系(commensalism)定义：这种现象是指在一个生态系统中的两个微生物群体共栖，一个群体得益而另一个群体无影响。这种偏利共栖的方式可能不一样，如：一个群体的生命活动为另一个群体创造适宜的生长环境；或是一个群体为另一个群体提供生长刺激物质；或是一个群体为另一个群体提供营养基质。二、互利共栖关系(mutualism)定义:这是两个微生物群体共栖时均为有利的现象。这种互利可能是由于:互相提供了营养物质互相提供了生长素物质共同改善了生长环境兼而有之三、共生关系(symbiosis)有些具有互利关系的两个微生物群体相互更为密切，甚至形成结构特殊的共生物体，两者绝对互利，分开后有的甚至难以单独生活，而且互相之间具有高度专一性，一般不能由其他种群取代共生体中的组成成员。例如原生动物与藻类的共生；由某些藻类或蓝细菌与真菌组成的地衣等。壳状地衣叶状地衣灌状地衣四、竞争关系(competition)定义：是指在一个自然环境中存在的两个或多个微生物群体共同依赖于同一营养基质或环境因素时，产生的一方或双方微生物群体在数量增殖速率和活性等方面受到限制的现象。微生物之间的竞争还表现在对于生存空间的占有上，在一个空间有限的环境中，生长发育繁殖快的微生物将优先抢占生存空间，而生长速率慢的微生物的生长受到遏制和空间限制。这种竞争现象普遍存在，结果造成了强者生存，弱者淘汰。同时环境条件的改变，会导致竞争结果的改变。四、竞争关系(competition)五、拮抗关系(antogonism)定义：由于一种微生物类群生长时所产生的某些代谢产物，抑制甚至毒害了同一生境中的另外微生物类群的生存，而其本身却不受影响或危害的现象。这种现象可以分为两种：非特异性拮抗：由于一类微生物的代谢活动改变了环境条件而使环境条件不适宜于其他微生物类群的生长和代谢。特异性拮抗：一类微生物产生某些能抑制，甚至杀死其他微生物类群的代谢产物。放线菌对细菌的拮抗作用非特异性的拮抗：酸杆菌产生大量乳酸，导致环境变酸，即pH值的下降，抑制了其它微生物的生长，特异性的拮抗：产生抗生素的微生物，则能够抑制甚至杀死其它微生物，例如青霉菌产生的青霉素能抑制一些革兰氏阳性细菌，链霉菌产生的制霉菌素能够抑制酵母菌和霉菌等，这些属于关系。六、寄生关系(parasitism)定义：指一种微生物通过直接接触或代谢接触，使另一种微生物寄主受害乃至个体死亡，而使它得益并赖以生存的现象。从寄生菌是否进入寄主体内来分，可以分为外寄生和内寄生。一般来说，寄生菌与寄主之间的专一性很强，寄生菌都限定于特定的寄主对象。蛭弧菌对细菌细胞的寄生蛭弧菌

细菌细胞七、捕食关系(predation)定义：指一种微生物以另一种微生物为猎物进行呑食和消化的现象。在自然界中最典型和最大量的捕食关系是原生动物对细菌、酵母、放线菌和真菌孢子等的捕食。除此之外，还有藻类捕食其他细菌和藻，原生动物也捕食其他原生动物，真菌捕食线虫等。四膜虫和克氏杆菌共培养时的消长关系第三节

微生物与动物之间的关系

TheRelationshipbetweenMicroorganismsandAnimals一微生物与动物之间的一般关系根据微生物与动物之间的得益利害关系可以大致分为三种类型：一是微生物在动物上得以生存的同时，也有益于动物的互惠互利关系二是微生物在动物上得以生存的同时，导致动物病害的致病关系。三是微生物与动物都无明显影响的关系。二微生物与动物的互惠互利关系动物肠道微生物区系——牛羊等反刍动物，草是主要饲料，但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，使纤维素变成能被牛羊吸收的糖类。

微生物与动物之间形成免疫关系，防止疾病微生物产生某些生长刺激素促进动物生长，或抗生素抑制动物病原菌三微生物导致动物病害的致病关系导致动物各种疾病艾滋病SARS禽流感病毒溃疡发炎结核肺炎等等四微生物与动物都无明显影响的关系动物肠道微生物区系中的大多数微生物动物表皮微生物区系等等

第四节微生物与植物之间的关系

RelationshipbetweenMicroorganismsandPlants本章目录一、相互关系的三种类型根据微生物与植物之间得益利害关系可以大致分为三种类型：一是微生物在植物上得以生存的同时，也有益于动、植物的互惠互利关系二是微生物在植物上得