第十一章微生物的形态

第十一章微生物生态生命科学学院馬匯泉1/44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互关系。

各种环境中微生物种类、分布；

微生物和其它生物关系；

微生物与物质循环；2/44第一节微生物在生态系统中地位与作用一、微生物在生态系统中地位生态系统：生物群落所生活非生物环境物质循环能量流动生产者：从无机物合成有机物消费者：利用有机物进行生活，普通不能将有机物直接分解成有机物分解者：分解有机物成无机物3/44微生物在多个方面但主要作为分解者而在生态系统中起主要作用4/44一、微生物在生态系统中作用1、微生物是有机物主要分解者；2、微生物是物质循环中主要组员；3、微生物是生态系统中初级生产者；4、微生物是物质和能量贮存者；5、微生物是地球生物演化中先锋；5/44二、微生物与生物地球化学循环1、碳循环2、氮循环3、硫循环4、磷循环5、铁循环6、其它元素循环6/44第二节环境中微生物微生物特点：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分布生境特征在一些生境中，高度专一性微生物存在并仅限于这种生境中，并成为特定生境标志。7/44一、微生物群落1、种群相互作用8/44微生物生态研究特点：以微生物群体，即种群作为主要研究单位。生态系统中生物之间相互关系：

有利关系：一个生物生长和代谢对另一个生物生长产生有利影响，或相互有利；

有害关系：一个生物生长对另一个生物生长产生有害影响，或相互有害；

中性关系：二种生物生活在一起时，彼此对对方生长代谢无显著有利或有害影响；9/44主要介绍微生物间及微生物与其它生物间最常见几个相互关系：一、互生二种能够单独生活生物，当它们生活在一起时，经过各自代谢活动而有利于对方，或偏利于一方一个生活方式。“可分可合，合比分好”一）微生物间互生关系10/44一）微生物间互生关系纤维素分解细菌固氮菌11/44一）微生物间互生关系金黄色葡萄球菌生长为原来在平板上不能生长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。12/44一）微生物间互生关系原来不能在含青霉素平板上生长受体菌在转化子（含有Ampr质粒）周围形成卫星菌落（b-内酰胺酶分泌到胞外所致）13/44二）人体肠道正常菌群互生关系（正常情况）寄生关系（一些特殊条件下）人肠道内菌群：60-400种不一样微生物，占粪便干重1/3是细菌，其中厌氧菌占了绝大多数。

正常菌群经过肠道获取营养；

经过排阻、抑制外来致病菌；提供许多人体所必不可少维生素、氨基酸等营养物对人体作出贡献；14/44环境条件改变或着生部位改变：正常菌群致病菌

滥用抗生素；

人身体虚弱抵抗力下降；

吃了不洁净食物；肠道中正常菌群，大肠杆菌，一旦进入泌尿系统，引发尿路感染。人体表面正常菌群，一旦它们进入伤口也会引发感染。条件致病菌：人体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发人类疾病微生物。15/44能够经过口服一些活微生物制剂来治疗因为正常菌群失调而造成腹泻，比如，含蜡状芽孢杆菌（Bcereus）“促菌生”，含地衣芽孢杆菌“整肠生”等，它们都是经过芽孢杆菌生长，为肠道重新创造良好厌氧环境，促使肠道内正常厌氧菌生长繁殖，这类活微生物制剂又称微生态制剂。微生态制剂普通用于恢复肠道内正常生态环境，若肠道功效正常，普通不需要服用！16/44二、共生二种生物共居在一起，相互分工协作、相依为命，甚至形成在生理上表现出一定分工，在组织和形态上产生了新结构特殊共生体。互惠共生：二者均得利偏利共生：一方得利，但另一方并不受害一）微生物间共生关系17/44地衣-----藻类和真菌共生体形成有固定形态叶状结构：真菌无规则地缠绕藻类细胞，或二者组成一定层次排列。地衣繁殖时，在表面上生出球状粉芽，粉芽中含有少许藻类细胞和真菌菌丝，粉芽脱离母体散布到适宜环境中，发育成新地衣结构上共生：生理上共生：共生菌从基质中吸收水分和无机养料；共生藻进行光合作用，合成有机物；使地衣能在十分贫瘠环境中生存。18/44一）微生物间共生关系细菌与原生动物间共生关系：细菌栖息于原生动物细胞内，取得营养和保护环境，而且这些细菌在原生动物细胞外都不能生长；原生动物经过共生菌取得生长所需要维生素及其它生长因子19/443、深海火山口细菌与蠕虫共生关系20/443、深海火山口细菌与蠕虫共生关系21/44三、寄生一个小型生物生活在另一个相对较大型生物体内或体表，从中取得营养和进行生长繁殖，同时使后者蒙受损害甚至被杀死现象。寄生物（parasite）宿主（host）22/44一）微生物间寄生

噬菌体—细菌

蛭弧菌—细菌

真菌—真菌

真菌、细菌—原生动物23/44二）微生物与动植物间寄生关系各种各样致病菌多是行寄生生活悉生生物（Gnotobiote）：------------整个个体不携带或只携带已知微生物生物干扰原因少，操作易控制，既可进行定性分析，也可进行定量分析，试验结果准确、可靠，对于了解微生物与宿主之间复杂关系及其机理含有十分主要作用。

用于科学研究：24/44四、拮抗某种生物产生代谢产物可抑制它种生物生长发育甚至将后者杀死。

微生物间“化学战术”抗生菌产生能抑制其它生物生长发育抗生素；

微生物间生长抑制因某种微生物生长而引发其它条件改变，从而抑制它种生物生长25/44五、竞争两个种群因需要相同生长基质或其它环境因子，致使增加率和种群密度受到限制时发生相互作用，其结果对两种种群都是不利。六、捕食一个种群被另一个种群完全吞食，捕食者种群从被食者种群得到营养，而对被食者种群产生不利影响。26/44微生物间捕食现象：

原生动物吞食细菌和藻类；

粘细菌吞食细菌和其它微生物；

真菌捕食线虫和其它原生动物；27/44捕虫菌目（Zoopagales）在长久自然进化中形成特化结构，特化菌丝组成巧妙网，能够捕捉小型原生动物或无脊椎动物，捕捉物死后，菌丝伸入体内吸收营养。28/442、群落结构自然环境中微生物普通都不是单独存在个体、种群、群落和生态系统从低到高组织层次群体（population）：含有相同特征和生活在一定空间内同种个体群，是组成群落基本组分。群落（community）：在一定区域或一定生态环境内，各种生物群体组成一个生态学结构单位，群落中各生物群体之间存在各种相互作用。29/44二、陆生生境中微生物土壤是固体无机物(岩石和矿物质)、有机物、水、空气和生物组成复合物，是微生物适当生境。土壤微生物种类多、数量多、代谢潜力巨大，是主要微生物源，是微生物大本营。30/441）土壤微生物数量和分布主要受到营养物、含水量、氧、温度、pH等因子影响，并随土壤类型不一样而有很大改变。2）土壤微生物数量和分布受季节影响；3）微生物数量也与于土层深度相关，普通土壤表层微生物最多，伴随土层加深，微生物数量逐步降低。31/4420世纪80年代，美国能源部-----地下科学计划（DeepSubsurtaceProgram）地下微生物在陆地可达4公里深（每下降1公里温度上升20℃），在海底则可深达7公里（每下降1公里温度上升15℃）。当前已知微生物最高生长温度：113℃（海底火山口）当前采样深度：2.8公里32/44三、水生生境微生物（一）江河水1）数量和种类与接触土壤有亲密关系；2）分布上更多是吸附在悬浮在水中有机物上及水底；3）多能运动，有些含有很异常形态（比如柄细菌）；4）靠近城市或城市下游水中微生物多，而且有很多对健康不利细菌，所以不宜作为饮用水源；5）水体本身存在自我净化作用：a）致病菌对营养要求苛刻，所以在普通水中只能存活2-3天；b）水表微生物会受辐射等作用而被杀灭；c）原生动物等吞噬作用；d）由固形物吸附再沉积到水底；饮用水微生物指标：总菌数：<100个/ml大肠杆菌：<3个/L33/44（三）水体富营养化作用和“水华”、“赤潮”水体大量有机物或无机物，尤其是磷酸盐和无机氮化合物水富营养化藻类等过量生长，产生大量有机物异养微生物氧化这些有机物，耗尽水中氧，使厌氧菌开始大量生长和代谢分解含硫化合物，产生H2S，从而造成水有难闻气味，鱼和好氧微生物大量死亡，水体出现大量沉淀物和异常颜色34/44上述过程又称富营养化作用，它是水体受到污染并使水体本身正常生态失去平衡结果。“水华”（waterbloom）：藻类（主要是微藻）大量繁殖使水体出现颜色，并变得浑浊，许多藻类团块漂浮在水面上形成。赤潮（redtides）：在海洋中，一些甲藻类大量繁殖也可也能够形成水华，从而使海水出现红色或褐色。引发水体富营养化藻类除经过消耗水中氧气危害养殖业外，很多藻类还能产生各种毒素，使动物得病或死亡，所以因为富营养化作用致死鱼等水产品不能食用35/44四、大气生境微生物1）无原生微生物区系；2）起源于土壤、水体及人类生产、生活活动；3）种类主要为真菌和细菌，与其所在环境微生物种类相关；4）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、光照等原因相关；6）与人类关系：传输疾病、造成食品等污染微生物学基本技术：无菌操作技术制备微生物气溶胶实现群体免疫36/44五、极端环境下微生物1、嗜热微生物（65-70℃）2、嗜冷微生物（0-5℃）3、嗜酸微生物（pH3-4）4、嗜碱微生物（pH≥9）5、嗜盐微生物（2.5mol/L）6、嗜压微生物（400大气压）37/44研究意义：(1)开发利用新微生物资源，包含特异性基因资源

(2)为微生物生理、遗传和分类乃至生命科学及相关学科许多领域，如：功效基因组学、生物电子器材等研究提供新课题和材料(3)为生物进化、生命起源研究提供新材料38/44六、动物体中微生物

反刍动物，如牛、羊、骆驼、长颈鹿等以植物纤维素为主要食物，它们在瘤胃中经微生物发酵变成有机酸和菌体蛋白再供动物吸收利用。

瘤胃也为里面居住微生物提供了必要营养和生长条件----食物和严格厌氧环境39/44七、植物体中微生物2、微生物和植物根相互关系------形成根瘤共生体

根瘤菌固定大气中气态氮为植物提供氮素养料；

豆科植物根分泌物能刺激根瘤菌生长，同时，还为根瘤菌提供保护和稳定生长条件。1、植物表面微生物与植物病害40/44八、工农业产品上微生物与生物性霉腐控制1．微生物引发工业产品霉腐大量工业制品都是用用动植物产品作原料来制造纤维制品、木制品、革制品、橡胶制品、油漆、卷烟、化装品等有些工业产品如塑料、建筑涂料等也有很多微生物能够分解、利用光学仪器上镜头，建筑泥浆、钢缆、地下管道、金属材料等，各种电讯器材、文物、书画等也可被各种特殊微生物所破坏。41/44微生物在各