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1、第九章 微生物的生态,一、微生物在自然界中的分布,二、微生物和自然界物质循环,三、微生物和污水处理,四、微生物的生物环境,主 要 内 容,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
2、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
3、。 正常菌群与人体的关系：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
4、渗物质，故根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,土壤中的环境条件：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”。 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 耕作土壤中，细菌湿重
5、约90 225kg；以土壤有机质含量为2%计算，则所含细菌干重约为土壤有机质的1%左右。 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。 若按生物量计算则各种微生物的生物量基本相当。,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 2,327 612 13 棕壤 辽宁沈阳 1,284 39 36 黄棕壤
6、 江苏南京 1,406 271 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,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
7、、酸碱度、渗透压、温度、含氧量和有毒物质的含量有密切关系。 各种水系：,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：不均匀，与水深成反比，010米少1050米呈上升变化50米以下数量减少海底沉积物上多 常见菌种：假单孢菌、弧菌、
8、螺菌、无色杆菌、黄杆菌,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。 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，一般用大肠菌群数作为是否含有病原菌的指标。 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
9、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。,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、产色素细菌、真菌孢子 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
10、品： 农产品：,极端环境中的微生物（自学）,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（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
11、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
12、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 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
13、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、P
14、aecilomyces、Rhizopus、Mucor、Trichoderma、 Phoma、 Escherichia 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
15、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 + + 面包 + + 糖果糕点
16、+ （+） + ,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），另一种是由某些镰孢菌产生的单端孢烯族毒素T2。凡是被霉菌严重污染的粮食一般都含有多种真菌毒素，因此，“防癌必先防霉”。一份“黄变米”试样中70%米粒污染有产毒真菌，并都含有真菌毒素；北京空气中飘浮的真菌中11.5是产毒真菌。 主要真菌毒素：黄曲霉毒素、赭曲霉素、杂色曲霉素、岛青霉素、黄天精、环氯素、展青霉素、桔青霉素、皱褶青霉素、黄绿青霉素、青霉酸、圆弧青霉素、偶氮酸、单端孢烯族毒素、二氢雪腐镰刀菌烯酮和T2毒素等。,
