微生物教程yyd第九章 微生物的生态

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1、第九章 微生物的生态生态学：是生物科学的一个分 支，研究生命系统与其环境系统间相互 作用规律的科学。微生物生态学：是生态学的一个分 支，研究微生物群体与其周围生物和非 生物环境间相互作用的规律。l第一节 微生物在自然界中的分布l第二节 微生物与生物环境间的关系l第三节 微生物在自然界物质循环中的作 用第一节 微生物在自然界中的分 布 一、 微生物在自然界中的分布微生物种类繁多，代谢类型多样，繁殖 迅速，适应环境能力强，广泛分布于陆地 、水域、空气、动植物以及人体的外表和 某些内部器官，甚至极端环境中都有存在 。（一）土壤中的微生物l 土壤是微生物生活最适宜的环境，提 供了微生物生命生长发育所需

2、的营养、水 分、空气、酸碱度、渗透压和温度等条件 。因此说土壤是微生物的“天然培养基”。 土壤中微生物的数量最大，类型最多，是 人类最丰富的“菌种资源库”。土壤中微生物的分布：土壤中细菌（108）最多，放线菌（107 ，孢子 ）、霉菌（106 ，孢子 ）次之，酵母 菌（105）藻类（104）和原生动物（103）等 较少。土壤的营养状况、温度和PH等对微生物 的分布影响较大。土壤的不同深度微生物分布也不同。表 层少、520cm最多，靠近根系更多，自20 cm以下逐渐减少。土壤中微生物数量受季节变化、温度、 水分、有机残体等影响。（二） 水体中的微生物l 水是一种良好的溶剂，溶解或悬浮着 多种无机

3、和有机物质，供给微生物营养， 使其生长繁殖。水是微生物栖息的第二场 所。1 、不同水体中的微生物种类（1）淡水型水体的微生物清水型水生微生物：有机物少，化能自养、光能自养，如 硫细菌、铁细菌、蓝细菌等。少量异养微生物也可生长， 如贫营养细菌（寡养土壤单胞菌）。腐败型水生微生物：水中有大量有机物或腐生细 菌，引起 腐败型水生微生物和原生动物大量繁殖。垂直分布：1 沿岸区或浅水区好氧微生物2 深水区厌氧光合细菌、兼性厌氧菌3 湖底区厌氧菌（2）海水型水体微生物l 由于海水的含盐量高、渗透压大，海 水中的微生物主要是藻类和细菌。l 许多海洋细菌能发光，称为发光细菌 。在有氧存在时发光，对一些化学剂与

4、毒 物敏感，可用于环境监测。2 、水体的自净作用l 在快速流动、氧气充足的水体中，存 在着水体对有机或无机污染物的自净作用 。3 、饮用水的微生物标准l 细菌总数应500个/ml 时不 宜饮用.l 大肠杆菌是革兰氏阴性的无芽孢杆菌，能够 很快地使乳糖发酵，产生酸和气体，因此可以利 用这一特性，检测大肠杆菌数。根据一般规定， 每100毫升的水中，大肠杆菌不多于12个，是 可以作为饮用水的。而通常的自来水，大约每 1000毫升中只有12个大肠杆菌。 （三） 空气中的微生物l 空气中的微生物是短暂的可变的。因为 空气并不是微生物的繁殖场所。营养物质的 缺乏、紫外线的照射、干燥等都不便于微生 物的生命

5、活动。然而，空气中却含有相当数 量的微生物。空气中的微生物主要来自土壤 飞扬起来的灰尘、水面吹起的小水滴、人和 动物体表的干燥脱落物质和呼吸道的排泄物 等。这些微生物附着在灰尘颗粒以及短暂悬 浮于空气中的液滴内随气流在空气中传播。（四） 工农业产品上的微 生物l 霉腐微生物学：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。l 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。霉变：主要指由霉菌引起的劣化。腐朽：泛指在好氧条件下微生物酶解有 机质使其劣化的现象。腐烂：指由细菌或酵母菌引起的使物体 变软，发臭性的变化。腐蚀：指由硫酸盐还原细菌

6、、铁细菌或 硫细菌引起的金属材料的侵蚀、破坏性变化 。变质：指由各种生物非生物因素引起的 工农业产品质量下降的现象。（五）极端环境下的微生物l1、 嗜热菌 l2、 嗜冷菌l3、 嗜酸菌l4、 嗜碱菌l5、 嗜盐菌l6、 嗜压菌l7、 抗辐射的微生物（六）生物体内外的正常菌 群l 人体有五大微生态系统，包括消化道 、呼吸道、泌尿生殖道、口腔、皮肤。l 微生态制剂：是依据微生态学理论而 制成的含有有益菌的活菌制剂，其功能在 于维持宿主的微生态平衡，调整宿主的微 生态失调并兼有其他保健功能。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。条件致病菌：凡属正常菌群的微生

7、 物，由于机体防御性降低、生存部位的 改变或因数量剧增等情况而引起疾病者 ，称条件致病菌。无菌动物：凡在其体内外不存 在任何正常菌群的动物，称为无菌动物 。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。根际微生物：生活在根系附近 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。附生微生物：生活在植物地上部分 表面，主要借植物外渗物质或分泌物质 为营养的微生物。返回目录第二节 微生物与生物环境 间的关系l一、 互生l 两种可单独生活的生物，当它们在一 起时，通过各自的代谢活动而有利于对方 ，或偏利于一方的生活方式，称为

8、互生。l 土壤中纤维素分解菌与好氧性自生固 氮菌是互生关系，根际微生物与高等植物 之间也存在着互生关系，人体肠道正常菌 群与宿主之间的关系，主要是互生关系。二 、共生指两种生物共居在一起，相互分工 合作、相依为命，甚至达到难分难解、 合二为一的极其紧密的一种相互关系。（一）微生物间的共生地衣是微生物间共生的典型例子， 它是真菌和藻类的共生体。藻类进行光 合作用，为真菌提供有机养料，真菌分 解岩石，为藻类提供矿质元素。（二）微生物与植物之间的共生 1、 根瘤菌与植物间的共生根瘤菌固定大气中的氮气，为植物提供 氮素养料，而豆科植物根的分泌物能刺激根 瘤菌的生长。非豆科植物如杨梅属等可与弗 兰克氏菌

9、属的放线菌形成共生固氮。 2、 菌根菌与植物真菌在植物根上发育，菌丝体包围在跟 面或侵入根内形成菌根。对植物有改善营养 、调解代谢和增强抗病能力等功能。外生菌根：真菌在根外形成致密的鞘套 ，少量菌丝进入根皮层细胞的间隙中。内生菌根：菌丝主要存在于根的表皮中，很少在根外。 （三）微生物与动物间的共生1、 微生物与昆虫(白蚁)2、 瘤胃微生物与反刍动物反刍动物的瘤胃为微生物提供养料 、水分、温度、PH、厌氧环境，瘤胃 微生物可分解反刍动物不能分解的纤维 素，以有机酸供瘤胃吸收，同时产生大 量的菌体蛋白，通过皱胃的消化，被反 刍动物吸收和利用。三、 寄生一种小型生物生活在另一种较大型 生物的体内或体

10、表，从中夺取营养并进 行生长繁殖，同时使后者蒙受损害甚至 被杀死的一种相互关系。（一）微生物间的寄生蛭弧菌可寄生在假单胞菌、大肠杆 菌等细胞中。呈弧状，革兰氏阴性，一 根端生鞭毛，进入寄主细胞后在周质区 定居，鞭毛脱落，分泌多种消化酶，将 寄主细胞的原生质转化为自己的营养物 质，菌体伸长成螺旋状，分裂，形成多 个子细胞，长出鞭毛，最后裂解寄主细 胞，释放出子蛭弧菌。（二） 微生物与植物间的寄生微生物寄生于植物之中，常引起 植物病害。（三）微生物与动物间的寄生包括病毒、细菌、真菌和原生动物，引起寄主致病或死亡。四、 拮抗由某些生物所产生的特定代谢产物 可抑制他种生物的生长发育甚至杀死它 们的一种

11、相互关系。分为特异性拮抗关系和非特异性拮 抗关系。五、 捕食指一种大型的生物直接捕捉、吞食 另一种小型生物以满足其营养需要的相 互关系。原生动物对细菌的捕食，包括吞饮 和胞饮两种方式。返回目录第三节 微生物在自然界物质循环 中的作用l 生物地球化学循环：是指生物选中的 各种化学元素，经生物化学作用在生物圈 的转化和运动。 l 物质循环分为两方面：一是生物合成 作用，二是矿化作用和分解作用。一、 碳素循环自然界中碳及碳水化合物以多种形式存在。周转 最快的是大气中的 CO2、溶于水中的CO2 、 有机物 中的碳。碳素循环主要以CO2 为中心.二、 氮素循环氮元素在自然界中的存在形式有以下五种：氮

12、气、铵盐、亚硝酸盐、硝酸盐和有机含氮物。氮气 是最先存在于大气中的，其他形式的含氮化合物均 是由氮气转化而来的。氮素循环包括固氮作用、氨化作用 、硝化作用、异化性硝酸盐还原作用以及同 化作用。1、 生物固氮自然界的固氮有两种方式，一是非生物 固氮，通过雷电、火山爆发、高温、高压下 的化学固氮。二是生物固氮，包括共生固氮 （根瘤菌与豆科植物），自生固氮（蓝细菌 ），联合固氮。2、 硝化作用氨态氮经硝化细菌的氧化，转变成 硝酸态氮的过程。( NH4+ NO2- NO3-)硝化作用分为两个阶段：1 氨氧化 成亚硝酸，由化能自养菌亚硝化细菌引 起；2 亚硝酸氧化为硝酸，由化能自养 菌硝化细菌引起。 3

13、、 同化性硝酸盐还原作用指硝酸盐被生物体还原成铵盐并进一步 合成各种含氮有机物的过程。（NO3 - NH4+ 含氮有机物） 4、 氨化作用指含氮有机物经微生物的分解而产生氨 的作用。5、 铵盐同化作用以铵盐作营养，合成氨基酸、蛋白质和 核酸等有机含氮物的作用。( NH4+ 含 氮有机物） 6、 异化性硝酸盐还原作用指硝酸离子充作呼吸链末端的电子受体 而被还原为亚硝酸的作用。( NO3- NO2-)7、 反硝化作用指硝酸盐转化为气态氮化物的作用。(NO3- N2)8、 亚硝酸氨化作用指亚硝酸通过异化性还原经羟氨转化成 氨的作用。 (NO2- NH2OH NH4+)三、硫素循环与细菌沥滤（一）硫素

14、循环自然界中的硫和硫化氢经微生物氧化形 成SO42-，SO42- 被植物和微生物同化还原成 有机硫化物；动物食用植物和微生物，将其 转变成动物有机硫化物；当动植物和微生物 尸体中的有机硫化物，被微生物分解时，以 H2S和S形式返回自然界。另外，SO42- 在缺 氧环境中可被微生物还原成H2S。1、 同化性硫酸盐还原作用由植物和微生物完成，把硫酸盐转变成 还原态的硫化物，然后再固定到蛋白质等成 分中。2、 脱硫作用指在无氧条件下，通过一些腐败微生物 的作用，把生物体中蛋白质等含硫有机物中 的硫分解成H2S等含硫气体的作用。3、 硫化作用在好氧条件下，H2S、硫元素或硫化亚铁 等在微生物的作用下，

15、被氧化生成硫酸的过 程。在厌氧条件下，H2S可被光合细菌的一 些种氧化成硫或硫酸。4、 异化性硫酸盐还原作用厌氧条件下，硫酸可通过脱硫弧菌属等 还原成H2S。5、 异化性硫还原作用硫通过脱硫单胞菌属等一些菌种还原成 H2S的过程。（二）细菌沥滤利用化能自养菌的硫化菌对矿物 中的硫或硫化物的氧化作用，让其不 断制造和再生酸性浸矿剂，使所需要 的铜等金属不断从低品位的矿石中溶 解出来，成为硫酸铜等金属盐类的溶 液，然后再通过电动序较低的铁等金 属加以置换，也可用离子交换等方法 ，以取得其中铜等有色金属或其他稀 有金属。一、水体的污染富营养化富营养化：指水体中因氮、磷等元素含 量过高而引起水体表层的蓝细菌和藻类过度 生长繁殖的现象。水华：指发生在淡水水体中的富营养化 现象。赤潮：指发生在河口、港湾或浅海等咸 水水体中的富营养化现象。第四节第四节 微生物与环境保护微生物与环境保护BOD：即生化需氧量，是水中有 机物含量的一个间接指标。一般指在1L污 水或待测水样中所含的一部分易氧化的有机 物，当微生物对其氧化、分解时，所消耗的 水中溶解氧毫克数。COD：即化学需氧量，是表示水体中 有机物含量的一个间接指标，指1L污水中 所含的有机物在用强氧化剂将它氧化后，所 消耗氧的毫克数。TOD：即总需氧量，指污水中能被氧化 的物质在高温下燃烧变成稳定氧化物时所需 的氧量。DO：