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1、第八章 微生物的生态,一、微生物生态学的研究内容,1. 概念: 生态学是研究生命系统与环境系统相互作用及规律的科学。,2 . 微生物生态学研究内容： 微生物的群落结构；微生物与宏观、微观环 境系统间相互作用的规律及其应用。 微生物群体与其周围生物和非生物环境条件相互作用的规律。,第一节、微生物在自然界中的分布与菌种资源,一、微生物在自然界中的分布 （一）土壤中的微生物土壤是微生物的大本营,土壤环境适合微生物的生长： 营养、水分、空气、酸碱度、渗透压和温度条件都适于微生物的生活，是微生物的大本营、也是人类最丰富的“菌种资源库”。 种类： 细菌放线菌真菌藻类原生动物 108107106105104
2、103个/g 细菌多为异养类型；藻类为光能自养 作用：在物质循环中起重要作用，降解土 壤有机物。因此，土壤微生物是构成土壤肥力的 重要因素。,土壤中微生物的含量,土壤中微生物的含量与土壤有机质含量有直接关系。 表层耕作土中含量最高，耕作层厚度2030cm，地表土受阳光直接照射，其中微生物含量较低。 采取土样时一般要刮开表土23cm后采样。,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2,32761213 棕壤辽宁沈阳1,2843936 黄棕壤江苏南京1,4062716 红壤浙江杭州1,1031234 砖红壤广东徐闻5073911 磷质石灰土西沙群岛2,2291
3、,10515 黑土黑龙江哈尔滨2,1111,02419 黑钙土黑龙江安达1,0743192 棕钙土宁夏宁武140114 草甸土黑龙江亚沟7,8632923 嵝土陕西武功9511,0324 白浆土吉林皎河1,598553 滨海盐土江苏连云港466410.4,水环境：地球的70%左右由水覆盖，其中溶解 和悬浮有机、无机物，流动水有氧渗 入可供微生物生长。 自然界江河湖海等各种淡水与咸水水域中都生存着相应的微生物。 水域中微生物的种类和数量与水域的有机物、无机物的种类和含量，光照、酸碱度、渗透压、温度、含氧量和有毒物质的含量有密切关系,（二）水中的微生物,微生物在自然界中的分布,微生物种类： 水中有
4、机物含量多少决定微生物种类。 作用：在水生环境的食物链中起关键作用。,浮游生物,无脊椎动物,鱼类,光合细菌,水中的微生物,海水：,平均含盐量：3.5%，密度大、渗透压高、冰点低 微生物组成：多数为革兰氏阴性菌、多嗜盐、河口处有耐盐菌， 嗜盐菌：低嗜盐菌，适于生活在盐浓度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% 形 态：多有鞭毛，常见多形性、可变为球形、弧形、丝状及螺旋状，个体小； 生 理：兼性厌氧，生长慢，能在低营养下生活，常产色素，分解蛋白质能力强，解糖能力低，多嗜冷，对热敏感； 分 布：垂直分布明显： 透光区：多种微生物生长 无光区：25 m-
5、200 m，较多 深海区：200-600 m，极少 超深渊区：极少耐压菌生长 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： 数量：大量外来的腐生细菌，使腐败型水生
6、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 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,水的自净作用,污水中的微生物
7、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。其原因是多方面的，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。,饮用水标准,水源的饮用价值：良好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。更重要的是水中的微生物种类
8、，一般用大肠菌群数作为是否含有病原菌的指标。 1 mL自来水中细菌总数不可超过100个(37，培养24 h) 1000 mL自来水中大肠菌群数不能超过3个(37，培养48 h) 大肠菌群：指任何可能发酵乳糖产酸产气的G-、杆状、无芽孢、兼性厌氧的肠道细菌，包括产气肠杆菌、柠檬酸杆菌属和肺炎克氏杆菌等，典型代表E. coli,空气中的微生物,空气中的环境条件：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。空气中的尘埃颗粒数与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、产色素
9、细菌、真菌孢子,在医院，公共场所致病菌的数量多。 空气中微生物数量的测定：培养皿沉降法、液体阻留法 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，常用的过滤介质有棉花、纱布、石棉滤板、活性炭或超细玻璃纤维过滤纸等。,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,工业品类型：纤维制品、革制品、橡胶制品、油漆、卷烟、化妆品等，塑料、水性涂料等，光学镜头、棱镜、建筑泥浆、钢缆、地下管道、金属材料等，电讯器材、感光和录音录象材料、文物、书画等 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（m
10、ildew，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：工农业产品的劣化主要是霉变与腐烂，故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
11、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 Asperg
12、illus 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-chloron（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
13、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 coli、Staphylococcus aureus、Bacillus subtilis、 B. megaterium、 Salmonella、Proteus vulgaris、 Pseudomonas aeroginosa、Lactobacill
14、us、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 +
15、 （+） + （+） + 水产品 + + + + + + + 蔬菜食品 + + + + （+） 果品 + + + + + （+） （+） 软饮料 + + + + （+） 葡萄酒 + + 面包 + + 糖果糕点 + （+） + ,罐头食品的变质与微生物,罐头食品的种类： 酸性食品罐头：属于一般酸性食品（pH3.74.5）者，如番茄、梨、无花果、菠萝和其它水果罐头；属于高酸食品（pH5的食品称低酸食品，如多数肉类、海产品、牛奶、玉米和豌豆等；pH为4.55的食品则称中酸食品，如肉菜混合物、汤料和沙司等。 需要用较高的灭菌温度，特别是肉类罐头。 变质时，可检出Bacillus stearotherm
16、ophilus（嗜热脂肪芽孢杆菌）和B. coagulans（凝结芽孢杆菌）等“平酸菌”，还可分离到Clostridium thermosaccharolyticum（嗜热解糖梭菌）等成算产气菌以及分解蛋白质的C. sporogenes（生孢梭菌）、C. histolyticum（溶组织梭菌）和C. botulinun （肉毒梭菌）等厌氧梭状芽孢杆菌。除平酸菌外在生长过程中都会产生大量的CO2和H2，从而引起罐头膨胀（“胖听”）。其中的C. botulinum还会产生对人畜有剧毒的细菌外毒素肉毒毒素。,农产品上的微生物粮食和饲料上的微生物,主要菌种：以青霉属、曲霉属、镰孢霉属（Fusarium）等的一些种为主。 真菌毒素：目前已知的五万多种真菌中，至少有两百多个种能产生一百多种真菌毒素，其中有14种致癌，两种是剧毒致癌剂，其一为黄曲霉毒素（aflatoxin），另一种是由某些
