第九章微生物的生态

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1、第九章 微生物的生态,前 言,生态学：研究生物系统与其所处环境条件之间的相互作用规律性的科学。 研究内容：微生物群体微生物区系（microflora）或正常菌群（normal flora）对其周围生物和非生物环境条件的相互作用关系 生态学研究范围：生物圈（biosphere）、生态系统（ecosystem）、群落（community）、种群（population）。 研究意义： 理论：地球进化和生物进化原因 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、提高土壤肥力以及开发生物能等,几个概念,生物圈：地球上的所有生物。 生态系统：生物

2、群落与其无机环境相结合、相作用、相调控而成的动态系统。 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。 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。,第一节 微生物在自然界中的分布与菌种资源,本节内容： 一、微生物在自然界的分布 二、菌种资源的开发,一、微生物在自然界中的分布,生物体内外正常的菌群 土壤中的微生物 水中微生物 空气中微生物 工农业产品中的微生物 极端环境下的微生物,生物体内外的正常菌群 人体的正常微生物区系 正常菌群：生活在健康动物各部位，数量大、种类较稳定且一般是有益无害的微生物，称为正常菌群。 正常菌群

3、与人体的关系：一般能维持平衡，菌群内部的各种微生物之间，也是相互制约而维持相对稳定。 变化情况：正常菌群是相对的、可变的、有条件的。 机体防御机能减弱时，一部分正常菌群会成为病原微生物； 正常菌群在非正常部位时也可引起疾病； 由于外界因素的影响，破坏了各种微生物之间的相互制约关系，正常菌群也会引起疾病（菌群失调症）。,其它生物体,无菌动物（germ-free animal）：体内外检查不到任何正常菌群的动物 悉生生物（gnotobiotics）：已经人为接种某已知纯种微生物的无菌动物 根际微生物（rhizosphere microorganism）：植物根系经常向周围土壤分泌各种外渗物质，故根

4、际有大量微生物活动。种类组成受植物的种类和植物发育阶段影响。作用是改善植物营养、分泌生长刺激素及抗生素等；有时也有害，与植物争夺N、P等营养、分泌毒素等。 附生微生物（epibiotic microbe）：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。叶面微生物是主要的附生微生物。,土壤中的微生物,土壤是微生物生长和栖息的良好基地 土壤中微生物数量与分布,土壤是微生物良好的生活场所,1、为微生物提供了良好的 源、源、能源,2、为微生物提供有机物 无机盐 微量元素,4、土壤值范围5.58.5之间,5、温度 季节与昼夜温差不大,6、土壤颗粒空隙间充满着空气和水分,7、适宜的渗透压,

5、3、满足了微生物对水分的要求,土壤中微生物的数量：按种类递减 细菌放线菌霉菌酵母菌藻类原生动物 108 107 106 105 104 103个/g 按生物量计算： 霉菌细菌原生动物藻类酵母菌 150 75 15 7.5 7.5 kg/亩 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。,附中国不同土壤类型微生物数量,典型果园土壤不同深度每克土壤的 微生物菌落数,我国各主要土壤的含菌量(万/克干土),土类 地点 细菌 放线菌 真菌 暗棕壤 黑龙江呼玛 2,327 612 13 棕壤 辽宁沈阳 1,284 39 36 黄棕壤 江苏南京 1,40

6、6 271 6 红壤 浙江杭州 1,103 123 4 砖红壤 广东徐闻 507 39 11 磷质石灰土 西沙群岛 2,229 1,105 15 黑土 黑龙江哈尔滨 2,111 1,024 19 黑钙土 黑龙江安达 1,074 319 2 棕钙土 宁夏宁武140 11 4 草甸土 黑龙江亚沟 7,863 29 23 嵝土 陕西武功 951 1,032 4 白浆土 吉林皎河 1,598 55 3 滨海盐土 江苏连云港 466 41 0.4,水中的微生物,污水,地表水,海水：,特点：平均含盐量：3.5%，密度大、渗透压高、冰点低 微生物组成：多G-、多嗜盐、河口处有耐盐菌 嗜盐菌：低嗜盐菌，适于生

7、活在盐浓度25%； 中等嗜盐菌，适于生活在盐浓度520%； 高嗜盐菌：适于生活在盐浓度2030% 分 布：不均匀，垂直分布明显 025米透光区 25200米无光区 200-6000米深海区 6000米超深渊海区 常见菌种：假单孢菌、弧菌、螺菌、无色杆菌、黄杆菌,清水型水生微生物,洁净湖泊和水库：微生物数量少（10103/ml），以化能自养型和光能自养型微生物为主，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。以上微生物种类可以认为是水中的“土著”菌群。,类型：流经城市的河水、港口附近的海水、滞留的池水、阴沟

8、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 微生物数量和类群： 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。,腐败型水生微生物,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107108个。 类群： 革兰氏阴性无芽孢杆菌，如Proteus、E. coli、Enterobacter aerogenes和Alcaligenes等， 各种Bacillus、Vibrio和Spirillum

9、等的一些种 纤毛虫类、鞭毛虫类和根足虫类等原生动物 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,水的自净作用,污水中的微生物在污水环境中大量繁殖，逐渐把水中的有机物分解成简单的无机物，同时它们的数量随之减少，污水也就逐步净化变清。 在自然水体尤其是快速流动的水中，存在着对有机或无机污染物的自净作用。原因：有稀释、沉降、吸附等物理作用，更重要的是各种生物学和生物化学作用，如好氧菌对有机物的分解作用、原生动物对细菌等的吞噬作用，噬菌体对宿主的裂解作用，以及微生物产生的凝胶物质对污染物的吸附、沉降作用等使水中有机物含量降低，这种作用称为水的自净作用。是流水不腐的原因。,水源的饮用价值：良好

10、的饮用水细菌含量应在100个/ml以下，当超过500个/ml时，即不适合作为饮用水。 更重要的是水中的致病微生物种类，一般用大肠菌群数作为是否含有病原菌的指标。,饮用水的微生物标准：,我国相关法规对饮用水微生物指标的规定,细菌总数不得超过 ：100个/毫升,大肠菌群指数不得超过 ：3个/升,附：饮用水消毒常用方法：加入液态氯或次氯酸盐,空气中的微生物,环境条件：无营养和水分、紫外线直射 存在状态：漂浮，短暂停留，以吸附于尘埃微粒上的形式存在。与空气中的尘埃颗粒数微生物数量有直接关系。 分布：越接近地面的空气含菌量越高，目前人类检测到微生物存在的最高处为85km的高空。 种类：球菌、芽孢杆菌、产

11、色素细菌、真菌孢子 空气中微生物的杀灭与去除：紫外线照射、甲醛熏蒸、药物喷雾、过滤除菌等,工农业产品上的微生物,工业品： 食品： 农产品：,微生物引起的工业产品的霉腐,材料劣化：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 微生物引起的劣化种类： 霉变（mildew，mouldness）：由霉菌引起的劣化 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，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，Putrefection，rot）主要指由细菌或酵母菌引起的使物体变软、发臭性的劣化 腐蚀（corrosion）主要指由硫酸盐还原细菌、铁细菌或硫细菌

12、引起的金属材料的侵蚀、破坏性劣化 变质（deterioration）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,霉腐微生物学,定义：研究危害各种工农业产品的微生物种类、分布、作用机理以及如何防治其危害的科学。 霉腐微生物的作用机理： 通过微生物酶系分解各种工农业产品中的相应组分产生危害。 在矿物油中生长，不仅因大量菌体阻塞机件，代谢产物会腐蚀金属器件 硫细菌、铁细菌和硫酸盐还原菌会对金属制品、管道和船体外壳等产生腐蚀 菌体和代谢物属于电解质，对电讯、电机器材等会危及其电学性能 有些霉菌分泌的有机酸能腐蚀玻璃以致严重降低光学仪器的性能 烟叶、中药材、化妆品建材、图书、文物、档案、艺术

13、品、生物标本,霉腐微生物的控制,控制其温度、湿度、氧气和养料 采用有效的化学抑菌剂、杀菌剂或物理杀菌剂 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,工业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-ch

14、loron（赭绿青霉） 侵蚀塑料与织物，抗铜盐 Scopularriopsis brevicaulis（短柄帚霉） 侵蚀橡胶 Tricoderma viride（绿色木霉） 侵蚀纤维织物与塑料,食品上的微生物,食品的基质条件：含有丰富的营养物质和适宜的环境 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微生物 污染食品的微生物种类：Aspergillus、Penicillium、Fusarium、 Alternaria、Paecilomyces、Rhizopus、Mucor、Trichoderma、 Phoma、 Escherichia

15、 coli、Staphylococcus aureus、Bacillus subtilis、 B. megaterium、 Salmonella、Proteus vulgaris、 Pseudomonas aeroginosa、Lactobacillus、Streptococcus lactis、Clostridium、Sacchromyces cerevisiae等。 微生物污染的危害：除引起食品变质外，还可能含有各种致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：,在加工、制造、包装过程中必须特别注意清洁卫生 控制保藏条件采用低温、干燥、密封等措施 添加少量无毒的化学防腐剂如苯甲酸、山梨酸、脱氢醋酸、维生素K、丙酸、二甲基延胡索酸等 主要食品中常见防腐剂的应用情况 食品名 硝酸盐 SO2 环六甲 甲酸 乙酸 丙酸 山梨酸 苯甲酸 对羟基 联苯 烟熏 亚硝酸盐 基胺 苯甲酸酯 干酪 （+） （+） + + （+） （+） + 肉制品 + （+） + （+） + 水产品 + + + + + + + 蔬菜食品 + + + + + （+） 果品 + + + + + （+） （+） 软饮料 + + + + （+） 葡萄酒 + +