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1、第第 9 章章微生物生态微生物生态 在一定的空间内生物的成分和非生物的成分在一定的空间内生物的成分和非生物的成分通过通过物质循环物质循环和和能量流动能量流动互相作用、互相依存而互相作用、互相依存而构成的一个生态学功能单位。构成的一个生态学功能单位。生态系统：生态系统：生态学：生态学： 研究研究生物生物与其周围与其周围生物生物和和非生物非生物环境之环境之间相互关系的一门科学。间相互关系的一门科学。（参见（参见P296）生物群落生物群落所生活的非生物环境所生活的非生物环境物质循环物质循环能量流动能量流动微生物生态学：微生物生态学：研究微生物与其周围生物和非生物环境之间相互关系。研究微生物与其周围生
2、物和非生物环境之间相互关系。t 各种环境中的微生物的种类、分布；各种环境中的微生物的种类、分布；t 微生物和其它生物的关系；微生物和其它生物的关系；t 微生物与物质循环。微生物与物质循环。（参见（参见P296）第一节第一节 自然界中的微生物自然界中的微生物微生物的特点：微生物的特点： 个体微小，个体微小，代谢营养类型多样代谢营养类型多样，适应能力强适应能力强微生物在自然界中分布广泛微生物在自然界中分布广泛微生物的分布微生物的分布生境的特征生境的特征微生物的分布是生境各种物理、化学、生物微生物的分布是生境各种物理、化学、生物因素对微生物的限制、选择的结果。因素对微生物的限制、选择的结果。在某些生
3、境中，高度专一性的微生物存在并仅限在某些生境中，高度专一性的微生物存在并仅限于这种生境中，并成为特定生境的标志。于这种生境中，并成为特定生境的标志。（参见（参见P302）一、空气中的微生物一、空气中的微生物1）无原生的微生物区系；）无原生的微生物区系；2）来源：来源：土壤、水体及人类的生产、生活活动；土壤、水体及人类的生产、生活活动；3）种类：）种类：主要为霉菌和细菌，一般与其所在环境的主要为霉菌和细菌，一般与其所在环境的微生物种类有关；微生物种类有关；4）数量：）数量：取决于尘埃数量；取决于尘埃数量；5）停留时间：）停留时间：与尘埃大小、空气流速、湿度、与尘埃大小、空气流速、湿度、光照等因素
4、有关；光照等因素有关；6）与人类的关系：）与人类的关系：传播疾病、传播疾病、造成食品等的污染造成食品等的污染微生物学的基本技术：微生物学的基本技术：无菌操作技术制备微生物气溶胶实现群体免疫制备微生物气溶胶实现群体免疫无菌操作及超净工作台无菌操作及超净工作台二、水体中的微生物（一）江河水（一）江河水1）数量和种类：与接触的土壤有密切关系；数量和种类：与接触的土壤有密切关系；2）分布：大多吸附在悬浮在水中的有机物上及水底；分布：大多吸附在悬浮在水中的有机物上及水底；3）多能）多能运动，有些具有很异常的形态（例如运动，有些具有很异常的形态（例如柄细菌柄细菌）；）；4）靠近城市或城市下游水中的微生物多
5、，并且有靠近城市或城市下游水中的微生物多，并且有很多对健康不利的细菌，因此不宜作为饮用水源；很多对健康不利的细菌，因此不宜作为饮用水源；水中的病原微生物会对水质产生重要影响水中的病原微生物会对水质产生重要影响饮用水的微生物指标：饮用水的微生物指标：总菌数：总菌数： 100个个/mL大肠杆菌：大肠杆菌： 3 个个/L二、水体中的微生物（一）江河水（一）江河水5）水体自身存在自我净化作用：）水体自身存在自我净化作用：a）自然死亡：自然死亡：致病菌一般对营养要求苛刻，因此在致病菌一般对营养要求苛刻，因此在一般的水中只能存活一般的水中只能存活2-3天；天；b）辐射：辐射：水表微生物会受辐射等作用而被杀
6、灭；水表微生物会受辐射等作用而被杀灭；c）吞噬：吞噬：原生动物等的吞噬作用；原生动物等的吞噬作用；d）沉淀：沉淀：由固形物吸附再沉积到水底；由固形物吸附再沉积到水底；严严重重污污染染的的水水会会通通过过食食物物链链的的生生物物放放大大作作用用危危害害人人类类健健康康（viable but nonculturable state , VBNC state）活的非可培养状态活的非可培养状态细菌处于不良环境条件下时产生的一种特殊细菌处于不良环境条件下时产生的一种特殊的生存方式或休眠状态。的生存方式或休眠状态。在常规培养条件下培养时不能生长繁殖，但仍在常规培养条件下培养时不能生长繁殖，但仍然是具有代谢
7、活性的活菌。然是具有代谢活性的活菌。一般表现为细胞保持完整，胞内酶维持活性，染色体及一般表现为细胞保持完整，胞内酶维持活性，染色体及质粒质粒DNA均保持稳定，而用显微镜观察，其细胞会表现均保持稳定，而用显微镜观察，其细胞会表现为缩小成球状，细胞表面产生皱折等。为缩小成球状，细胞表面产生皱折等。（viable but nonculturable state , VBNC state）活的非可培养状态活的非可培养状态 VBNC现象是我国青岛海洋研究所的现象是我国青岛海洋研究所的徐怀恕徐怀恕和美国和美国University of Maryland的的R R Colwell等等于于1982年通过对年通
8、过对霍乱弧菌霍乱弧菌和和大肠杆菌大肠杆菌在海洋与在海洋与河口环境中的存活规律进行研究后首次提出的，河口环境中的存活规律进行研究后首次提出的，近年来已成为微生物学研究的一个热点。近年来已成为微生物学研究的一个热点。例如在例如在Legionella pneumophila Philadelphia JR32的的VBNC细胞中加入细胞中加入Acanthamoeba castellanii可使可使前者复苏。前者复苏。1 ）在）在VBNC所处环境中所处环境中加入营养物质加入营养物质，但营养过于丰，但营养过于丰富并不利于富并不利于VBNC的复苏。的复苏。证明证明VBNC可以复苏的手段：可以复苏的手段：2）
9、 温度的改变温度的改变，在低温下进入，在低温下进入VBNC的细胞在的细胞在环境温度升高后可以复苏；环境温度升高后可以复苏；3 ）致病菌）致病菌在宿主体内在宿主体内复苏；复苏；4） 通过其它可培养的活菌的帮助而复苏；通过其它可培养的活菌的帮助而复苏；（二）海水（二）海水1）嗜盐：嗜盐：真正的海洋细菌在缺少氯化钠的情况下是不能生长的。真正的海洋细菌在缺少氯化钠的情况下是不能生长的。2）嗜冷：）嗜冷：低温生长，除了在热带海水表面外，在其它海水低温生长，除了在热带海水表面外，在其它海水 中发现细菌多为嗜冷菌。中发现细菌多为嗜冷菌。4）耐高压：）耐高压：（特别是生活在（特别是生活在深海的细菌）。深海的细
10、菌）。3） G：大多数海洋细菌为大多数海洋细菌为 G 细菌，并具有运动能力。细菌，并具有运动能力。如：如：Micrococcus aquivivus（水活微球菌）水活微球菌）最适生长条件最适生长条件： 600个大气压个大气压。科科学学家家们们下下海海去去！德国科学家德国科学家H. N. Schulz等等1999年在纳米比亚海岸的海年在纳米比亚海岸的海底沉积物中发现的一种硫磺细菌（底沉积物中发现的一种硫磺细菌（sulfur bacterium），），其大小可达其大小可达0.75 mm，Thiomargarita namibiensis，-“纳米比亚硫磺珍珠纳米比亚硫磺珍珠”从永冻冰层分离微生物从
11、永冻冰层分离微生物南极南极Vostok湖冰芯样品中的微生物湖冰芯样品中的微生物（三）水体的富营养化作用和（三）水体的富营养化作用和“水花水花”、“赤潮赤潮”水资源污染日益严重水资源污染日益严重（三）水体的富营养化作用和（三）水体的富营养化作用和“水花水花”、“赤潮赤潮”水资源污染日益严重水资源污染日益严重（三）水体的富营养化作用和（三）水体的富营养化作用和“水花水花”、“赤赤潮潮”水体大量的有机物或无机物，特别是水体大量的有机物或无机物，特别是磷酸盐和无机氮化合物磷酸盐和无机氮化合物水的富营养化水的富营养化藻类等过量生长，产生大量的有机物藻类等过量生长，产生大量的有机物异养微生物氧化这些有机物
12、，耗尽水中异养微生物氧化这些有机物，耗尽水中的氧，使厌氧菌开始大量生长和代谢的氧，使厌氧菌开始大量生长和代谢分解含硫化合物，产生分解含硫化合物，产生H2S，从而导致水有难闻的气味，从而导致水有难闻的气味，鱼和好氧微生物大量死亡，水体出现大量沉淀物和异常颜色鱼和好氧微生物大量死亡，水体出现大量沉淀物和异常颜色上述过程又称富营养化作用，它是水体受到污染上述过程又称富营养化作用，它是水体受到污染并使水体自身的正常生态失去平衡的结果。并使水体自身的正常生态失去平衡的结果。“水花水花”或或“水华水华”（water bloom）：）：藻类的大量繁殖使水体出现颜色，并变得浑浊，藻类的大量繁殖使水体出现颜色，
13、并变得浑浊，许多藻类团块漂浮在水面上形成。许多藻类团块漂浮在水面上形成。赤潮或红潮（赤潮或红潮（red tides）：）：在海洋中，某些甲藻类大量繁殖也可形成水花，在海洋中，某些甲藻类大量繁殖也可形成水花，从而使海水出现红色或褐色。从而使海水出现红色或褐色。引起水体富营养化的藻类除通过消耗水中的氧气危害养殖引起水体富营养化的藻类除通过消耗水中的氧气危害养殖业外，很多藻类还能产生各种毒素，使动物得病或死亡，业外，很多藻类还能产生各种毒素，使动物得病或死亡，因此由于富营养化作用致死的鱼等水产品不能食用因此由于富营养化作用致死的鱼等水产品不能食用三、土壤中的微生物三、土壤中的微生物 土壤是固体无机物
14、土壤是固体无机物(岩石和矿物质岩石和矿物质)、有机物、水、有机物、水、空气和生物组成的复合物，是微生物的合适生境。空气和生物组成的复合物，是微生物的合适生境。土壤微生物土壤微生物种类多、数量多、代谢潜力巨大，种类多、数量多、代谢潜力巨大，是主要的微生物源，是是主要的微生物源，是微生物的大本营微生物的大本营。1）营养和环境条件等：）营养和环境条件等：土壤微生物的数量和分布土壤微生物的数量和分布主要受到营养物、含水量、氧、温度、主要受到营养物、含水量、氧、温度、 pH等因子等因子的影响，并随土壤类型的不同而有很大变化。的影响，并随土壤类型的不同而有很大变化。2）季节：）季节：土壤微生物的数量和分布
15、受季节影响；土壤微生物的数量和分布受季节影响；3）深度：）深度：微生物的数量也与于土层的深度有关，一微生物的数量也与于土层的深度有关，一般土壤表层微生物最多，般土壤表层微生物最多， 随着土层的加深，微生物的随着土层的加深，微生物的数量逐步减少。数量逐步减少。20世纪世纪80年代，美国能源部年代，美国能源部- 地下科学计划（地下科学计划（Deep Subsurtace Program）地下微生物在陆地可达地下微生物在陆地可达4公里深（每下降公里深（每下降1公里温度上升公里温度上升20），）， 在海底则可深达在海底则可深达7公里（每下降公里（每下降1公里温度上升公里温度上升15）。）。目前已知微生
16、物的最高生长温度：目前已知微生物的最高生长温度： 113 （海底火山口）（海底火山口）目前的采样深度：目前的采样深度：2.8公里公里四、工农业产品上的微生物四、工农业产品上的微生物1微生物引起的工业产品的霉腐微生物引起的工业产品的霉腐大量工业制品都是用动植物产品作原料来制造大量工业制品都是用动植物产品作原料来制造纤维制品、木制品、革制品、橡胶制品、油漆、卷烟、化妆品等纤维制品、木制品、革制品、橡胶制品、油漆、卷烟、化妆品等有些工业产品如塑料、建筑涂料等有些工业产品如塑料、建筑涂料等也有很多微生物可以分解、利用也有很多微生物可以分解、利用光学仪器上的镜头，建筑泥浆、钢缆、地下管光学仪器上的镜头，建筑泥浆、钢缆、地下管道、金属材料等，各种电讯器材、文物、书画道、金属材料等，各种电讯器材、文物、书画等也可被多种特殊微生物所破坏。等也可被多种特殊微生物所破坏。微生物在各类工业产品上的生长所造成的产品微生物在各类工业产品上的生长所造成的产品的霉腐给人类造成了巨大的损失的霉腐给人类造成了巨大的损失!而另一方面，有时也努力想开发并推广使用可被而另一方面，有时也努力想开发并推广使用可被微生物降解的产品
