第八章 微生物的生态1

1、第九章 微生物的生态微生物生态学：是研究微生物群体与其周围生物和非生物环境条件间相互作用的规律的科学。在生命科学研究领域中，从宏观到微观一般可分10个层次： 生物圈( biosphere)、 生态系统( ecosystem)、 群落(community)、种群(population)、个体、器官、组织、细 胞、细胞器和分子，其中前4个客观层次都是生态学的研究 范围。第一节 微生物在自然界中的分布一、土壤中的微生物由于土壤具备了各种微生物生长发育所需要的营养、水分、空气、酸碱度、渗透压和温度等条件，所以成了微生物生活 的良好环境。可以说，土壤是微生物的“天然培养基”，也是 它们的“大本营”，对人

2、类来说，则是最丰富的菌种资源库。尽管土壤的类型众多，其中各种微生物的含量变化很大，但 一般来说，在每克耕作层土壤中，各种微生物含量之比大体有 一个10倍系列的递减规律。细菌（108）放线菌（107孢子）霉菌（106，孢子）酵母菌（105）藻类（104）原生动物（103）。二、水体中的微生物1水体中微生物的来源（l）水体中固有的微生物如荧光杆菌、产红色和产 紫色的灵杆菌、不产色的好氧芽孢杆菌、产色和不产 色的球菌、丝状硫细菌、球衣菌及铁细菌等，它们都 是水体的土著微生物。（2）来自土壤的微生物雨水对地表的冲刷，会将土壤中的微生物带人水体中。如枯草芽孢杆菌、巨大 芽孢杆菌、氨化细菌、硝化细菌、硫酸

3、还原菌、覃状 芽孢带杆菌、霉菌等。（3） 来自生产和生活的微生物各种工业废水、生活污水和牲畜的排泄物夹带各种微生物进人水体。这些微生物 有大肠杆菌群、肠球菌、产气荚膜杆菌、各种腐生性细 菌、厌氧梭状芽孢杆菌等，也包括一些病原微生物。（4） 来自空气的微生物雨雪降落时，会把空气中的微生 物带入水体。初雨尘埃多，微生物含量也多，而初雨之 后的降水微生物较少。雪花的表面积大，与尘埃接触面 大，故其微生物含量要比雨水多。另外，空气中尘埃的沉降，也会直接把空气中的微生物带人水体。2. 不同水体中的微生物种类（1）淡水型水体的微生物若按其中有机物含量的多寡及其与微生物的关系，还可 分为两类清水型水生微生物

4、：存在于有机物含量低的水体中，以 化能自养微生物和光能自养微生物为主，如硫细菌、铁细 菌、衣细菌、蓝细菌和光合细菌等。少量异养微生物也可 以生长，但都属于只在低浓度（115mgC/L）的有机质上就可正常生长的贫营养细菌。型水生微生物：在含有大量外来有机物的水体中生长，例如流经小城、镇的河水，下水道污水，富营养化的 湖水等。由于在注入大量外源有机物的同时还夹带入大量腐生细菌，所以引起型水生微生物和原生动物大量繁殖，含菌量可达到107108个/mL，它们中主要是各种肠道杆菌、芽孢杆菌、弧菌和螺菌等。（2）海水型水体的微生物海水含盐量高达3%左右，所以海洋土著微生物多为嗜 盐菌，并能耐受高渗透压，如

5、盐生盐杆菌、芽孢杆菌属、 弧菌属等。另外，在深海中的微生物还能耐受低温和很高的静水压。3. 水体的自净作用天然水体接纳了一定量的有机污染物后，在物理、化学和生物等因素的综合作用后得到净化，水质恢复到污染前 的水平和状态，称水体净化。但任何水体都有自净容量， 它是水体在正常生物循环中能够净化有机物的最大数量。 水体的自净包括沉淀、稀释、混合、挥发等物理过程， 氧化还原、分解化合、吸附凝聚、离子交换等化学和物理化学过程，以及厌氧和好氧微生物代谢的生物化学过程。4水体自净的基本原理（l）物理净化过程：废水或污染物排入水体后，可沉降性固体（包括病原菌、寄生虫卵）逐渐沉至水底形成底 泥。悬浮物、胶体和溶

6、解性污染物则在水体混合稀释作 用下，其浓度降低。（2）化学净化过程：化学自净过程取决于废水和水体的 具体状况，如在一定条件下，水体中难溶性硫化物可氧 化为易溶性的硫酸盐；可溶的Fe2十、Mn2可分别转化为不溶解的Fe3十、Mn4而沉淀下来。（3）生物净化过程：悬浮和溶解于水体中的有机污染物，在溶解氧的参与下，经需氧微生物作用氧化分解成 简单的无机物，如CO2、H2O、硝酸盐和磷酸盐等，使 水体得到净化。5 . 饮用水的微生物学指标我国门规定的饮用水标准是：自来水中的细菌总数 100个/1mL （37，培养24h）大肠菌群 3个/1L（37，培养48h）大肠菌群的测定通常可用滤膜培养法在选择性和

7、鉴别性培养基上进行，然后数出其上的菌落数。三、空气中的微生物空气中的微生物主要来自土壤、生物和水体，它是以尘埃、微粒等方式由气流带入的。空气中的微生物是动植物病害传播、发酵工业中污染及工农业产品霉腐等的重要根源。通过减少菌源、尘埃源及采用空气过滤、灭菌（如UV照射、药剂熏蒸）等措施，可降低空气中的微生物数量。1. 空气的生态条件空气中有较强的紫外辐射，而且干燥，温度变化大，同时缺乏生物生长所必需的各种营养物质，所以，空气不是微生物适宜的生长繁殖场所。虽然空气中微生物数量较多，但大多只是暂时停留。微生物在空气中停留时间的长短由风力、气流和雨、雪等气象条件所决定，但它最终要沉降到土壤、水中、建筑物

8、和植物上。2. 空气微生物的种类及分布空气微生物来源很多，如：尘土飞扬可将土壤微生物带至空中，小水滴飞溅将 水中微生物带至空中;人和动物身体的脱落物也会将微生物带人大气，呼 吸道、口腔内含微生物的分泌物通过咳嗽、打喷嚏等方 式飞溅到空气中；敞开的污水生物处理系统通过机械搅拌、鼓风曝气等可使污水中的微生物以气溶胶的形式飞溅到空气中。3. 空气微生物的卫生标准空气是人类与动植物赖以生存的重要环境要素之一，也是传播疾病的媒介。为了保证人类健康和饲养业的正 常生产，必须对空气中微生物的数量加以控制，防止疾 病传播。目前，还没有统一的空气细菌卫生标准，对于 室内环境，如果空气中的细菌总数达到500一10

9、00个m3 以上，即认为空气受到较为严重的污染，不适合人的停留。4. 空气微生物的检测要检测空气中微生物的种类和数量，需要特殊装置的采样器采样，然后将采得的空气样品通过培养基的培养 进行计数。影响微生物计数的因素很多，包括空气中微 生物的捕获方法、捕获过程中对微生物的杀灭作用以及 培养温度和培养基的选择等。空气微生物检验一般只计在37繁殖的微生物总数，而不计微生物种类。常用的检验方法有两种：(1)测菌落数，它代表了一定时间内从空中落到单位地面上的微生物个数；(2)测浮游细菌数，即单位面积空气中浮游着的微生物个数。进行菌落数检测时，首先把一定数量的琼脂平板，均匀地铺设在室内的地板上，打开平板，暴

10、露琼脂于空 气中若干小时，然后在37恒温箱内培养48h，计数每 个平板琼脂表面的菌落数。对浮游细菌数的检测实际上是检测试样的总菌数，根据收集细菌的方法不同，可以分为撞击法、过滤法和静电 沉降法等。常用的检测方法介绍如下。（1） 沉降平板法（2） 液体撞击法（3） 撞击平板法（4） 滤膜法四、工农业产品中的微生物1、工业产品的霉腐2、食品上的微生物3、农产品上的微生物五、环境中的微生物在自然界中，存在着一些绝大多数生物无法生存的环境，如高温、低温、高酸、高压、高盐等环境。凡依赖于这些境微生物。环境才能正常生长繁殖的微生物，称为环1、嗜热微生物嗜热菌广泛分布在草堆、厩肥、温泉、煤堆、地热区土 壤等

11、处。2、嗜冷微生物嗜冷菌分布于南北极地区、冰窖、高山、深海和土壤等的低温环境中。云南腾冲热海大滚锅温泉温度高达102Yellowstone National Park3、嗜酸微生物嗜酸菌仅分布于酸性矿水、酸性热泉和酸性土壤等处。4、嗜碱微生物一般存在于碱性盐湖和碳酸盐含量高的土壤中。5、嗜盐微生物嗜盐菌通常分布于晒盐场、腌制海产品、盐湖和著名的 死海等处。6、嗜压微生物嗜压微生物普遍生活在深海区，少数生活在油井深处。7、抗辐射微生物抗辐射微生物对辐射这一不良环境具有抗性或耐受性，而不是“嗜好”。六、正常人体及动物体上的微生物1、人体的正常菌群正常菌群：生活在健康动物各部位，数量大、种类较稳 定

12、且一般是有益无害的微生物。条件致病菌：当宿主的防御功能减弱、正常菌群生长部位 改变或长期服用抗生素等制菌药物后，就会引起正常菌群 失调，这时原先某些不致病的正常菌群成员就乘机转移或 大量繁殖，成了致病菌，这类特殊的致病菌称条件致病菌2、无菌动物与悉生生物无菌动物：在其体内外检查不到任何正常菌群的动物。悉生生物：凡已人为地接种上某种或某些已知纯种微生物 的无菌动物或植物，称为悉生生物。3、根际微生物和俯生微生物根际微生物：又称根圈微生物。生活在根系邻近土壤，依赖根系的分泌物、外渗物和脱落细胞而生长，一般对植物发 挥有益作用的正常菌群。多为G-细菌，如假单胞菌属、土 壤杆菌属、无色杆菌属和节杆菌属

13、等。附生微生物： 一般指生活在植物体表面，主要借其外渗物质或分泌物质为营养的微生物。第二节微生物的生物环境一、互生互生(metabiosis)：是指两种可以单独生活的生物，当它们生活在一起时，通过各自的代谢活动而有利于对方，或偏利于一方的一种生活方式。1、微生物间的互生好氧性自生固氮菌与纤维素分解菌属微生物间的互生关系，它们生活在一起时，纤维素分解菌分解纤维素产生的有机 酸可为自生固氮菌提供固氮时的营养，而自生固氮菌可以为纤维素分解菌提供氮素营养物。2、人体肠道正常菌群与人的互生人体肠道正常菌群对机体有排阻、抑制外来致病菌；提供 维生素；产生多种酶类；一定程度的固氮作用等；机体为 微生物提供营

14、养和生活环境。3、互生现象与发酵工业中的混菌培养二、共生共生(symbiosis)：两种生物间紧密结合在一起，相互分工合作、互惠互利，甚至具有共生的特殊形态结构和功能，达 到难分难解的程度。1、微生物间的共生微生物与微生物间共生的最典型的例子是菌、藻共生而形成的地衣，其中的藻类或蓝细菌进行光合作用，为真菌提 供有机营养，而真菌则可以其产生的有机酸去分解岩石中的某些成分，进一步为藻或蓝细菌提供所必需的矿质养料。2、微生物与植物间的共生：(1) 豆科植物与根瘤菌根瘤菌固氮为植物提供有机氮，植物为根瘤菌提供有机碳 和缺氧的环境条件。(2) 菌根菌与植物菌根具有改善植物营养、调节植物代谢和增强植物抗病

15、能 力等功能。菌套菌根分外生菌根内生菌根哈蒂氏网菌套：菌丝在宿主根表面生长繁殖，交织成致密的网状构造，以发挥类似根毛的作用称菌套。哈蒂氏网：菌套内层的一些菌丝可透过根的表皮进入皮层 组织，把外皮层细胞逐一包围起来，以增加两者间的接触 和物质交换面积，这种特殊的菌丝结构称哈蒂氏网。丛枝状菌根：真菌的菌丝体主要存在于根的皮层细胞间和 细胞内，菌丝在皮层细胞内连续发生双叉分枝，由此产生 的灌木状构造称丛枝状菌根。它是一种常见和最重要的内生菌根，在自然界80的陆生植物具有丛枝状菌根。3、微生物与动物间的共生：反刍动物与瘤胃微生物是微生物与动物间共生的典型。反刍动物为瘤胃微生物提供纤维素形式的养料、水份

16、、无 机元素、合适的温度和pH值，以及良好的搅拌条件和厌 氧环境，而瘤胃微生物则通过其分解纤维素的活动而产生 大量有机酸供瘤胃吸收，并将产生有大量菌体蛋白以单细 胞蛋白形式向反刍动物源源不断地提供养料。三、寄生寄生(parasitism)：一般指一种小型生物生活在另一种较大型生物的体内或体表，从中夺取营养并进行生长繁殖，同时使 后者蒙受损失甚至被杀死的一种相互关系。1、微生物间的寄生微生物间寄生的典型例子是噬菌体与其宿主菌的关系。蛭 弧菌与一些肠杆菌和假单胞菌间的寄生关系。2、微生物与植物间的寄生各种植物病原微生物（又称病原菌，pathogen）都是寄 生物，它们以真菌和病毒居多，细菌相对较少。如白粉菌 属、霜霉属真菌。3、微生物与动物间的寄生寄生于动物的微生物即为动物病原微生物，种类极多， 包括各种病毒、细菌、真菌和原生动物等。如副溶血弧菌、肺炎球菌等四、拮抗拮抗(antagonism)：指由某种生物所产生的某种代谢产物可抑制它种生物的生长发育甚至杀死它们的一种相互关系。在 一般情况下，拮抗多指微生物间的化学战术，但有时因某微 生物的生长而引起的其它条件改变抑制它种生物的现象也称拮抗。拮抗分为非特异性拮抗，如：乳酸细菌对菌的拮抗作用特异性拮抗，如：抗生素产生菌对抗生素敏感菌的作用微生物间的拮抗关系已被广泛