第九章 微生物与生态.ppt

1、第九章：微生物生态学，是生物成分和非生物成分在一定空间内通过物质循环和能量流动相互作用、相互依存而形成的生态功能单元。生态学：研究生物与其周围生活和非生物环境之间关系的科学。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的关系。各种环境中微生物的种类和分布；微生物与其他生物的关系；微生物和物质循环；第一节自然界中的微生物，微生物的特征：个体小，代谢营养类型多样，适应性强，微生物在自然界中分布广泛，微生物的分布、生境的特征和微生物的分布是生境中各种物理、化学和生物因素对微生物进行限制和选择的结果。在一些生境中，高度特异的微生物只存在于这个生境中，并成为特定生境的象征。1.空气中的微生物；1

2、.没有天然微生物群落；2)来源于土壤、水和人类生产生活活动；3)种类主要是真菌和细菌，一般与环境中的微生物种类有关；4)数量取决于灰尘的数量；5)停留时间与灰尘大小、空气速度、湿度、光线等因素有关。6)与人类的关系：传播疾病、造成食品污染、微生物学的基本技术：无菌操作技术、制备微生物气溶胶以实现群体免疫、无菌操作和洁净工作台；2.水中的微生物，(1)河流和水域，(1)数量和种类与接触的土壤密切相关；2)分布更多地吸附在水中悬浮的有机物和水底；(3)它们能更多地运动，有些具有异常形态(如柄状细菌)；4)城市附近或城市下游的水中有许多微生物，并且有许多对健康有害的细菌，因此不适合饮用；5)水体本身

3、具有自净作用：a)病原菌一般对营养要求严格，在一般水中只能存活2-3天；水表中的微生物会被辐射杀死；c)原生动物的吞噬作用；d)被固体吸附，然后沉积到水的底部；水中的病原微生物将对水质产生重要影响。饮用水微生物指标：细菌总数：100/毫升大肠杆菌：3/升。严重污染的水将通过食物链的生物放大作用危害人类健康。(2)海水，1)嗜盐的真正海洋细菌在没有氯化钠的情况下无法生长。2)在低温下生长，除热带海水表面外，其他海水中发现的优良细菌大多为嗜冷细菌。4)耐高压(尤其是生活在深海的细菌)。3)大多数海洋细菌是具有运动能力的革兰氏细菌。微球菌的最适生长条件为600个大气压。“科学家去海边！”1999年，

4、德国科学家舒尔茨和其他人在纳米比亚海岸外的海底沉积物中发现了一种硫细菌。它的大小可达0.75毫米硫珍珠纳米比亚，“纳米比亚硫珍珠”，从冻土冰层中分离微生物。南极东方湖冰芯样品中的微生物，(3)水体富营养化及“水花”和“赤潮”，水资源污染日益严重，(3)水体富营养化及“水花”和“赤潮”，水体中大量的有机或无机物质，特别是磷酸盐和无机氮化合物，水体富营养化，藻类过度生长等。产生大量的有机物质。厌氧菌开始大量生长和代谢，分解含硫化合物并产生H2S，导致水中难闻的气味，大量鱼类和需氧微生物死亡，大量沉积物和异常颜色出现在水中。上述过程也被称为富营养化，这是水污染及其自身正常生态失衡的结果。“水华”或“

5、水华”:藻类(主要是微藻)的增殖使水体出现颜色并变得浑浊，许多藻块漂浮在水面上形成。赤潮：在海洋中，一些甲藻可以繁殖并形成水雾，使海水呈现红色或棕色。藻类引起的富营养化不仅通过消耗水中的氧气危害水产养殖，还会产生各种毒素，使动物生病或死亡。因此，鱼类等死于富营养化的水产品不能食用。3.土壤中的微生物是由固体无机物(岩石和矿物)、有机物、水、空气和生物组成的化合物，是微生物的适宜栖息地。土壤微生物种类繁多，数量众多，代谢潜力巨大，是微生物的主要来源和微生物的大本营。土壤中的有机质为微生物提供了良好的碳源、氮源和能量。土壤中矿物元素的含量和浓度也非常适合微生物的生长。虽然土壤中的水分变化很大，但基

6、本上可以满足微生物的需要。土壤的酸碱度在5.5至8.5之间，适合大多数微生物的生长。土壤的渗透压大多不超过微生物的渗透压。土壤空隙充满了空气和水。它为好氧和厌氧微生物的生长提供了良好的环境。土壤具有隔热性，昼夜温差和季节温差变化不大。土壤是微生物的“大本营”。1)土壤微生物的数量和分布主要受养分、含水量、氧气、温度、酸碱度等因素的影响，并随土壤类型的不同而有很大差异。2)土壤微生物的数量和分布受季节影响；3)微生物数量也与土层深度有关。一般来说，土壤表层的微生物数量最高，随着土层的加深，微生物数量逐渐减少。在20世纪80年代，美国能源部深层地下科学计划，地下微生物可以到达陆地4千米深处(温度每

7、千米上升20度)和海底7千米深处(温度每千米上升15度)。目前已知微生物的最高生长温度为113(海底火山口)，目前采样深度为2.8公里。2.土壤微生物是主要的微生物来源，种类齐全，数量多，代谢潜力大。3.土壤微生物的作用土壤微生物参与了土壤中几乎所有的生化变化。异养微生物分解有机物，而自养微生物转化矿物质营养的存在状态。工农业产品中的微生物，由微生物引起的工业产品的霉变，大量的工业产品是由动植物产品制成的，如纤维产品、木制品、皮革产品、橡胶产品、油漆、香烟、化妆品等。一些工业产品，如塑料、建筑涂料等。也有许多可以分解和利用的微生物。光学仪器上的透镜、建筑泥浆、钢缆、地下管道、金属材料等。微生物

8、在各种工业产品上的生长造成的产品霉变给人类造成了巨大的损失！另一方面，我们有时试图开发和推广可被微生物降解的产品，或利用微生物的降解特性。生物降解塑料、纤维素(能源、饲料)的开发利用、苎麻脱胶、食品和农产品上的微生物，许多微生物在食品和农产品上生长后会产生对人体有害的毒素；肉毒杆菌毒素、黄曲霉毒素等。具有不利影响：由于微生物的生长和繁殖，它们会腐烂和变质，不能再食用或使用；致病微生物进入人体的重要途径，引起传染病；可以使用多种方法来防止微生物对食物等的损害。食品和农副产品上的微生物利用特定的微生物制备风味食品，如酱制品、米酒、泡菜等。有益效果：5。生物体内外的正常菌群，1。人体正常菌群-有益效

9、果2。植物的附生微生物和根际附近土壤中的根际微生物，6。极端环境中的微生物，1。嗜热微生物，2。嗜冷微生物，3。嗜酸微生物，4。嗜碱微生物，5。嗜盐微生物，6。(2)为微生物生理学、遗传学和分类学的研究以及生命科学和相关学科的许多领域提供新的课题和材料，如功能基因组学和生物电子设备；(3)为研究生物进化和生命起源提供了新的材料。嗜热微生物根据其耐热温度分为五类，即耐热细菌(最高温度为4555，可在30以下存活)；兼性嗜热菌(最高温度为5565，可在30以下存活)；特种嗜热菌(最好的是6570，最低的是42)；极端嗜热细菌(最高70，最好65，最低40)；超嗜温细菌(最高113，最好80110，

10、最低55)。前四种主要是真细菌，过热细菌主要是古细菌。嗜冷微生物：是一种最适生长温度低于15，最高生长温度低于20，最低生长温度低于0的微生物。主要分布在极地、深海、高山、冰库和冷库。低温下嗜冷微生物的生长会破坏低温下储存的食物。嗜冷微生物活性酶的研究和开发在工业和日常生活中具有应用价值。如用于洗涤的蛋白酶。嗜盐微生物：这些微生物必须在高盐度下生长。青海湖、大盐湖(美国)、死海(黎巴嫩)和里海(俄罗斯)，以及盐场、盐矿和盐腌食品。嗜盐微生物嗜盐机理的研究具有理论意义和实践前景。正压微生物：只能在高压下生长良好的微生物。大多数正压微生物生活在深海区域，少数生活在油井深处。深海和海底沉积物的平均水

11、压超过400标准大气压(4.05107帕)。嗜酸微生物：生活在pH 34以下，不能在中性条件下生长的微生物。能够在高酸性条件下生长，但其最适酸碱度接近中性的微生物称为耐酸微生物。嗜酸细菌广泛应用于微生物冶金和生物脱硫。嗜碱微生物：一种只能在pH1011的碱性条件下生存但不能在中性条件下生存的微生物。中国的碱性环境是青海湖(这里主要是碳酸盐)等。嗜碱微生物产生大量碱性酶，包括蛋白酶(pH10.512)、淀粉酶(pH4.511)、果胶酶(pH10.0)、支链淀粉酶(pH9.0)、纤维素酶(pH611)和木聚糖酶(pH5.510)，它们用于工业产品如洗涤剂。抗辐射微生物：指对辐射有抵抗力或耐受性的微

12、生物。微生物的抗辐射能力明显高于高等动植物。对于x光来说，病毒比细菌高，细菌比藻类高，但是原生动物有更高的抵抗力。耐辐射球菌于1956年首次被分离出来，是最著名的抗辐射生物。由于抗辐射菌在研究生物辐射抗性和DNA修复机制中的重要性，人们非常重视对其全基因组序列的研究，该序列于1999年被破译(全长：3.28 Mb)。，7。未培养微生物，研究意义：生物多样性和系统发育多样性，微生物生态学的研究提出了新的要求，寻找新的病原微生物，从未培养微生物中寻找新的基因和新的蛋白质，据报道，目前，美国重组生物催化公司已经从未培养微生物中获得了约300种与工业生产相关的新蛋白质。第二部分是微生物与生物环境的关系

13、。一般来说，自然环境中的微生物并不是孤立存在的，个体、种群、群落和生态系统都是由低到高组织起来的。人口：具有相似特征并生活在某一空间的相同个体群体是社区的基本组成部分。群落：由某一地区或某一生态环境中的各种生物群组成的生态结构单元，群落中各种生物群之间存在着各种相互作用。生态系统：将生物群落与其生活的非生物环境结合在一起的整体，是生物圈的组成单位。生物圈：地球上所有生物和它们生活的非生物环境的总称。个人、群体、社区、非生物环境、生态系统、生物圈，任何相对完整的自然整体都可以被视为一个生态系统，如池塘、森林、污水处理池等。微生物生态学的研究特点：主要研究单位是微生物种群。生态系统中生物之间的关系

14、：有益关系：一种生物的生长和代谢对另一种生物的生长有有益的影响，或者是互利的；有害关系：一种生物的生长对另一种生物的生长有害，相互影响或有害；中性关系：当两种生物生活在一起时，它们对彼此的生长和代谢没有明显的有益或有害影响；本文主要介绍微生物之间以及微生物与其他生物之间最常见的相互关系：1。共生，两种可以单独生活的生物。当他们生活在一起时，他们通过新陈代谢活动或者一种偏向一方的生活方式相互受益。1)微生物、纤维素分解菌、固氮菌和金黄色葡萄球菌的生长为原本不能在平板上生长的流感嗜血杆菌提供了生长因子，后者在其苔藓周围形成卫星菌落。不能在含有青霉素的平板上生长的受体细菌在转化体(含有Ampr质粒)

15、(由细胞外分泌b-内酰胺酶引起)、人肠道正常菌群、共生关系(在正常条件下)、寄生关系(在某些特殊条件下)和人肠道菌群周围形成卫星菌落：60-400种不同的微生物，其中细菌占粪便干重的1/3。正常菌群通过肠道获得营养；通过排除和抑制外来致病菌；为人体提供许多必需的营养物质，如维生素和氨基酸；环境条件的变化或种植地点的变化：人们很虚弱，他们的抵抗力下降；吃不洁的食物；肠道中的正常菌群大肠杆菌一旦进入泌尿系统，就会引起尿路感染。人体表面的正常菌群一旦进入伤口就会引起感染。条件致病菌：人体正常菌群进入异常菌群或生态结构发生变化时引起人体疾病的微生物。正常菌群失调引起的腹泻可通过口服一些活的微生物制剂来

16、治疗，如蜡样芽孢杆菌的“促细菌生长”和地衣芽孢杆菌的“促肠道生长”，均通过芽孢杆菌的生长为肠道创造良好的厌氧环境，促进肠道内正常厌氧菌的生长和繁殖。这种活的微生物制剂也称为微生态制剂。微生态制剂通常用于恢复肠道的正常生态环境。如果肠道功能正常，一般没有必要服用！共生，两种生物一起生活，一起工作，互相依赖，甚至形成一个特殊的共生体，在生理上表现出一定的分工，在组织和形式上产生一个新的结构。互惠共生：两者都受益，但另一方并未受损。1)微生物之间的共生关系，地衣藻类和真菌的共生关系，形成一种具有固定形态的叶状结构：真菌不规则地缠绕藻类细胞，或者它们形成一定的等级排列。当地衣繁殖时，它在表面产生球形粉末芽，其中含有少量的藻类细胞和真菌菌丝。粉末芽脱离母体