1、1,第八章微生物生態(tài)學(xué),2,第一節(jié)微生物在生態(tài)系統(tǒng)中的作用 第二節(jié)生態(tài)環(huán)境中的微生物 第三節(jié)人體微生物及病原微生物的傳播 第四節(jié)微生物與環(huán)境保護(hù),第八章微生物生態(tài)學(xué),3,第一節(jié)、微生物在生態(tài)系統(tǒng)中的作用,微生物在生態(tài)系統(tǒng)中的角色,微生物與生物地球化學(xué)循環(huán),碳循環(huán),氮循環(huán),硫循環(huán),其他元素的微生物轉(zhuǎn)化,磷循環(huán),鐵循環(huán),4,微生物在生態(tài)系統(tǒng)中的角色,微生物是有機(jī)物的主要分解者,微生物是物質(zhì)循環(huán)中的重要成員,微生物是生態(tài)系統(tǒng)中的初級(jí)生產(chǎn)者,微生物是物質(zhì)和能量的貯存者,微生物是地球生物演化中的先行者,5,碳循環(huán),碳在生物圈中的總體循環(huán),微生物在碳循環(huán)中的作用,6,CO2+H2O,CO2+CH2O,醇有

2、機(jī)酸 CO2+H2,CH4,光合作用,發(fā)酵作用,呼吸作用,化石燃料,碳在生物圈中的總體循環(huán),7,氮循環(huán),自然界中的氮素循環(huán),微生物在氮素循環(huán)中的作用,固氮,氨化作用,硝化作用,硝酸鹽還原和反硝化作用,8,生物體有機(jī)酸,NO3-,NH4+,NO2-,NO,N2O,大氣 N2,同化作用,氨化作用,硝化作用,硝化作用,反硝化作用,生物固氮,同化作用,還原作用,自然界中的氮素循環(huán),9,生物固氮：據(jù)70年代中期的統(tǒng)計(jì)全球生物圈每年生物固氮達(dá)1.7108噸，其中草原3.5 107噸，林地4.0 108噸，海洋3.6 108噸，其它土壤0.6 108噸。根瘤菌屬每年可為每公頃土地固氮達(dá)250Kg。,硝化作用

3、（nitrification）,定義：土壤或水體中的氨態(tài)氮經(jīng)化能自養(yǎng)菌的氧化而成為硝酸態(tài)氮的過(guò)程。 過(guò)程：兩階段（1）由亞硝化細(xì)菌參與，銨亞硝酸；（2）由硝化細(xì)菌參與，亞硝酸硝酸。 意義：是自然界氮素循環(huán)中不可缺少的一環(huán)，對(duì)農(nóng)業(yè)無(wú)益。,10,氨化作用（ammonnification）,定義：含氮有機(jī)物經(jīng)微生物的分解產(chǎn)生氨的作用。 含氮有機(jī)物的種類：蛋白質(zhì)、尿素、尿酸、幾丁質(zhì)等。 分解蛋白質(zhì)的微生物種類：Proteus vulgaris（普通變形桿菌），Bacillus megaterium（巨大芽孢桿菌），Clostridium putrificum（腐敗梭菌）。 分解尿素的細(xì)菌：Sporos

4、arcina ureae（脲芽孢八疊球菌）和Bacillus pasteurii（巴氏芽孢桿菌）。 分解幾丁質(zhì)的細(xì)菌：Bacterium chitinophilum（嗜幾丁桿菌）等。 意義：含氮有機(jī)物必須經(jīng)過(guò)微生物降解才能被植物利用。,11,反硝化作用,定義：由硝酸鹽還原成NO2并進(jìn)一步還原成N2的過(guò)程（廣義）。狹義的反硝化作用僅指由亞硝酸還原成N2的過(guò)程。 條件：厭氧（淹水的土壤或死水塘中）。 菌種：少數(shù)異養(yǎng)和化能自養(yǎng)菌。如：Pseudomonas aeruginosa（銅綠假單胞菌）、Ps. stutzeri（施氏假單胞菌）、Thiobacillus denitrificans（脫氮硫桿菌

5、）以及Spirillum（螺菌屬）和Moraxella（莫拉氏菌屬）等。 意義：土壤中氮元素流失的重要原因之一。水稻田中施用化學(xué)氮肥，有效利用率只有25%左右。另外可以利用水生性反硝化細(xì)菌去除污水中的硝酸鹽。,12,硫循環(huán),生物體 有機(jī)硫,SO42-,H2S,原素S,硫酸鹽還原,脫硫作用,硫氧化作用,硫氧化作用,同化作用,異化性硫酸鹽還原,13,微生物在硫素循環(huán)中的作用,硫的氧化,硫酸鹽還原,有機(jī)硫化物的礦化（硫化氫釋放）,14,其他元素的微生物轉(zhuǎn)化,有機(jī)質(zhì)的分解作用,無(wú)機(jī)離子的固定或同化作用,無(wú)機(jī)離子和化合物的氧化作用,氧化態(tài)還原態(tài)的還原作用,15,陸生生境的微生物,水生生境的微生物,大氣生

6、境的微生物,工農(nóng)業(yè)產(chǎn)品上的微生物及生物性酶腐的控制,第二節(jié)、生態(tài)環(huán)境中的微生物,極端環(huán)境下的微生物,生物體內(nèi)外的正常菌群,微生物群落,16,一、微生物群落,種群：具有相似特性和生活在一定空間內(nèi)的同種個(gè)體群，種群是組成群落的基本部分。群落：一定區(qū)域內(nèi)或一定生境中各種微生物種群相互松散結(jié)合的一種結(jié)構(gòu)和功能單位。,互生,共生,竟?fàn)?寄生,捕食,中立生活、偏利作用、偏害作用,種群的相互作用,17,互生,兩種生物可以獨(dú)立生活。也可以形成松散的聯(lián)合，對(duì)一方有利，或雙方都有利。,微生物間的互生關(guān)系,微生物與高等植物之間的互生關(guān)系,微生物與人及動(dòng)物間的互生關(guān)系,固氮菌,纖維素分解菌,固氮,碳源,18,微生物與

7、高等植物之間的互生關(guān)系,根際微生物與高等植物：高等植物為微生物提供所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，植物發(fā)達(dá)的根系改善了土壤結(jié)構(gòu)，水分和空氣條件，有利于微生物的生長(zhǎng)。,微生物與人及動(dòng)物間的互生關(guān)系,某些種類微生物在數(shù)量極少的情況下對(duì)人及動(dòng)物物體是有益的。一般不會(huì)致病。,19,共生,兩種微生物緊密生活在一起，彼此依賴，相互為對(duì)方創(chuàng)造有利條件，有的達(dá)到了難以分離的程度。生理上相互分工，組織上形成了新的結(jié)構(gòu)，彼此分離各自就不能很好地生活。,微生物間的共生,微生物與植物共生體菌根,微生物與動(dòng)物共生,20,微生物間的共生-,組成：真菌(子囊菌，擔(dān)子菌)單細(xì)胞藻類(綠藻，藍(lán)藻)共生組成一種植物體。,地衣,結(jié)構(gòu)：有些種地衣真

8、菌無(wú)規(guī)律地纏繞藻類細(xì)胞，另一些種地衣真菌與藻類形成一定層排列。當(dāng)?shù)匾路敝硶r(shí)，表面生出珠狀粉芽。其中含有少量藻細(xì)胞和真菌絲，粉芽脫離母體。,生理：地衣中的真菌和藻類已形成特殊形態(tài)的整體了，在生理上相互依存，真菌異養(yǎng)生活，藻類制造養(yǎng)料，真菌提供水分、無(wú)機(jī)鹽供藻類光合作用。,21,微生物與植物共生體菌根,侵入線,根瘤的形成過(guò)程,22,微生物與動(dòng)物共生,微生物和昆蟲的共生,瘤胃共生,發(fā)光細(xì)菌和海洋魚類共生,牛羊等反芻動(dòng)物，草是主要飼料，但它們本身沒(méi)有分解纖維素的能力，而是靠瘤胃微生物幫助分解，使纖維素變成能被牛羊吸收的糖類。,23,竟?fàn)?一種微生物生命活動(dòng)中，通過(guò)產(chǎn)生某些代謝產(chǎn)物或改變環(huán)境條件，能抑制

9、其它微生物的生長(zhǎng)繁殖，或毒害殺死其它微生物的現(xiàn)象。,24,寄生,一種生物能侵入另一種生物體內(nèi)吸取自己所需要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)行生長(zhǎng)繁殖，在一定的條件下對(duì)后者造成損害或死亡的現(xiàn)象叫寄生。,微生物間的寄生關(guān)系,微生物對(duì)植物的寄生,微生物對(duì)人與動(dòng)物的寄生,25,微生物間的寄生關(guān)系,細(xì)菌間：一種細(xì)菌可以寄生在另一種細(xì)菌體內(nèi)，如食菌蛭弧菌能寄生在大腸桿菌等許多-菌體內(nèi)。,真菌間：一種真菌寄生在另一種真菌間較普遍。,寄生物先分泌毒素，引起寄主活力衰退，然后再纏繞致死。,有些寄生真菌不分泌毒素，由菌絲將寄主的菌絲緊緊地纏繞起來(lái)，再由接觸部位侵入寄主菌絲內(nèi)吸收營(yíng)養(yǎng)使之死亡。,還有些寄生真菌將菌絲或吸器伸到寄主真菌絲

10、內(nèi)或寄生菌絲與寄主菌絲接觸，溶解寄主細(xì)胞膜，吸取其營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)行生長(zhǎng)繁殖。,26,微生物對(duì)植物的寄生,微生物對(duì)植物的寄生很普遍，這是植物發(fā)生病害的重要原因。,能引起植物病害的微生物稱為植物病原微生物。,植物或染病微生物發(fā)病后，出現(xiàn)變色，組織壞死，萎蔫和畸形等癥狀。,能引起植物病害的有真菌、細(xì)菌、病毒等。,植物病害以真菌病害為主，占。細(xì)菌性植物病害占。,27,微生物對(duì)人與動(dòng)物的寄生,微生物在人體和動(dòng)物體內(nèi)寄生引起人與動(dòng)物的傳染病 常見的畜禽傳染：炭疽病，口蹄疫，豬瘟，雞瘟病等,病原微生物寄生在有益的動(dòng)植物體內(nèi)會(huì)給人們?cè)斐山?jīng)濟(jì)損失，寄生有害在動(dòng)物體內(nèi)，則對(duì)人類是有益的，可以加以利用。,28,獵食,原

11、生動(dòng)物以水體和土壤中的細(xì)菌，放線菌，真菌的孢子及單細(xì)胞藻類為食，這種關(guān)系即為獵食關(guān)系。,29,二、陸生生境的微生物,土壤是微生物良好的生活場(chǎng)所,土壤中的微生物,細(xì)菌,放線菌,真菌,藻類和原生動(dòng)物,微生物在土壤中的分布的影響因素,30,土壤是微生物良好的生活場(chǎng)所,1、為微生物提供了良好的源、源、能源。,2、為微生物提供有機(jī)物、無(wú)機(jī)鹽、微量元素。,4、土壤值范圍5.58.5之間。,5、溫度、季節(jié)與晝夜溫差不大。,6、土壤顆?？障堕g充滿著空氣和水分。,7、適宜的滲透壓。,3、滿足了微生物對(duì)水分的要求。,31,細(xì)菌,生物量：?jiǎn)挝惑w積內(nèi)活細(xì)胞的重量。,每克肥土可含億個(gè)細(xì)菌。,以每畝半尺深耕作層土壤重30

12、萬(wàn)計(jì)，細(xì)菌活重約100450斤。,放線菌,多分布在有機(jī)物較豐富的堿性土壤中。,(幾萬(wàn)-幾百萬(wàn))/克土壤,土壤中放線菌數(shù)量?jī)H次于細(xì)菌,由于菌體大，其生物量與細(xì)菌接近。,32,真菌,真菌主要分布在接近地面的土層中，以絲狀體和孢子體形式存在于土壤中，(幾千幾十萬(wàn)個(gè))/每克土壤。,由于菌體粗大，其生物量不低于細(xì)菌，放線菌，為0.6mgg土壤，菌絲最長(zhǎng)可達(dá)40米。如酵母在果園土壤里含量幾十萬(wàn)個(gè)g土壤。,藻類和原生動(dòng)物,藻 類 （萬(wàn)個(gè)克土） 原生動(dòng)物 （萬(wàn)個(gè)克土）,纖毛蟲，鞭毛蟲、肉足蟲等為主，它們以其它微生物和有機(jī)物碎片為食，對(duì)其它幾類微生物的數(shù)量起調(diào)節(jié)作用。,33,微生物在土壤中的分布的影響因素,土壤

13、深度對(duì)微生物分布的影響,有機(jī)物含量對(duì)微生物分布的影響,碳源對(duì)微生物分布的影響,酸堿度影響微生物分布,34,土壤中微生物的數(shù)量：按種類遞減 細(xì)菌放線菌霉菌酵母菌藻類原生動(dòng)物 耕作土壤中，細(xì)菌濕重約90 225kg；以土壤有機(jī)質(zhì)含量為2%計(jì)算，則所含細(xì)菌干重約為土壤有機(jī)質(zhì)的1%左右。 土壤微生物的代謝活動(dòng)，可改變土壤的理化性質(zhì)，進(jìn)行物質(zhì)轉(zhuǎn)化，因此，土壤微生物是構(gòu)成土壤肥力的重要因素。 若按生物量計(jì)算則各種微生物的生物量基本相當(dāng)。,35,微生物的水域環(huán)境,水中無(wú)機(jī)鹽,水中有機(jī)物,值,溫度,光線,三、水生生境的微生物,淡水中的微生物,海水中的微生物,36,淡水中的微生物,細(xì)菌總數(shù)不得超過(guò)：100個(gè)/毫

14、升,飲用水消毒常用方法：,大腸菌群指數(shù)不得超過(guò)：3個(gè)/升,我國(guó)相關(guān)法規(guī)對(duì)飲用水微生物指標(biāo)的規(guī)定：,加入液態(tài)氯或次氯酸鹽,37,海水中的微生物,平均含鹽量：3.5%，密度大、滲透壓高、冰點(diǎn)低。 微生物組成：多數(shù)為革蘭氏陰性菌、多嗜鹽、河口處有耐鹽菌； 形態(tài)：多有鞭毛，常見多形性、可變?yōu)榍蛐巍⒒⌒?、絲狀及螺旋狀，個(gè)體?。?生理：兼性厭氧，生長(zhǎng)慢，能在低營(yíng)養(yǎng)下生活，常產(chǎn)色素，分解蛋白質(zhì)能力強(qiáng)，解糖能力低，多嗜冷，對(duì)熱敏感； 分布：不均勻，與水深成反比，010米少；1050米呈上升變化；50米以下數(shù)量減少；海底沉積物上多； 常見菌種：假單孢菌、弧菌、螺菌、無(wú)色桿菌、黃桿菌,38,清水型水生微生物,潔凈

15、湖泊和水庫(kù)，微生物數(shù)量少(10-103/ml)，以化能自養(yǎng)型和光能自養(yǎng)型微生物為主，部分腐生細(xì)菌，如色桿菌、無(wú)色桿菌和微球菌等；霉菌中如水霉、綿霉等的一些種；以及單細(xì)胞和絲狀的藻類和一些原生動(dòng)物常在水面生長(zhǎng)，數(shù)量較少。以上微生物種類可以認(rèn)為是水中的“土著”菌群。 根據(jù)微生物對(duì)水生環(huán)境中的營(yíng)養(yǎng)要求，將其分為三類：貧營(yíng)養(yǎng)細(xì)菌（1-15mgC/L）、兼性貧營(yíng)養(yǎng)細(xì)菌（指一些在富營(yíng)養(yǎng)培養(yǎng)基中經(jīng)反復(fù)培養(yǎng)后也能適應(yīng)并生長(zhǎng)的貧營(yíng)養(yǎng)細(xì)菌）、富營(yíng)養(yǎng)細(xì)菌（10gC/L）,39,類型及環(huán)境情況：流經(jīng)城市的河水、港口附近的海水、滯留的池水、陰溝水；流入了大量的人畜排泄物、生活污物和工業(yè)廢水等，有機(jī)物含量大增。 微生物數(shù)

16、量和類群：數(shù)量：大量外來(lái)的腐生細(xì)菌，使腐敗型水生微生物尤其是細(xì)菌和原生動(dòng)物大量繁殖，每毫升污水的微生物含量達(dá)到107108個(gè)；類群：革蘭氏陰性無(wú)芽孢桿菌，纖毛蟲類、鞭毛蟲類和根足蟲類等原生動(dòng)物，還有一些隨人畜排泄物和病體污物進(jìn)入水體的動(dòng)植物致病菌 繁殖及后果：通常因水體環(huán)境中的營(yíng)養(yǎng)等條件不能滿足其生長(zhǎng)繁殖的要求，加上周圍其它微生物的競(jìng)爭(zhēng)和拮抗關(guān)系，一般難以長(zhǎng)期生存，但由于水體的流動(dòng)，也會(huì)造成病原菌的傳播甚至疾病的流行。,腐敗型水生微生物,40,水的自凈作用,污水中的微生物在污水環(huán)境中大量繁殖，逐漸把水中的有機(jī)物分解成簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)物，同時(shí)它們的數(shù)量隨之減少，污水也就逐步凈化變清。 水源的飲用價(jià)值：

17、良好的飲用水細(xì)菌含量應(yīng)在100個(gè)/ml以下，當(dāng)超過(guò)500個(gè)/ml時(shí)，即不適合作為飲用水。更重要的是水中的微生物種類，一般用大腸菌群數(shù)作為是否含有病原菌的指標(biāo)。 在自然水體尤其是快速流動(dòng)的水中，存在著對(duì)有機(jī)或無(wú)機(jī)污染物的自凈作用。其原因是多方面的，有稀釋、沉降、吸附等物理作用，更重要的是各種生物學(xué)和生物化學(xué)作用，這種作用稱為水的自凈作用。是流水不腐的原因。,41,空氣干燥，不利于微生物生命活動(dòng)，不是微生物生長(zhǎng)繁殖的場(chǎng)所但卻飄浮著相當(dāng)數(shù)量的微生物，來(lái)自地面、動(dòng)植物、塵土。,四、大氣生境的微生物,城市街道、醫(yī)院、畜舍等公共場(chǎng)所空氣中含量高；森林、海洋、高緯度地帶的空氣中微生物含量很少。,42,微生物

18、在空氣中只能短時(shí)間停留，就要落地，大部分死亡，包括一些人體病原菌。,但結(jié)核、白喉，炭疽等桿菌和肺炎雙球菌、葡萄球菌、流或病毒、脊髓灰質(zhì)炎病毒抗性比較強(qiáng)。能傳染疾病。,微生物在空氣傳播的距離是無(wú)限的，因而其分布是世界性的。,空氣中的微生物的數(shù)量是大氣污染程度的標(biāo)志之一,43,五、極端環(huán)境下的微生物,嗜熱菌,嗜冷菌,嗜酸菌,嗜堿菌,嗜鹽菌,嗜壓菌,抗輻射的微生物,44,六、生物體內(nèi)外的正常菌群,人體：正常微生物區(qū)系；,植物體表：分泌物可被微生物利用；,動(dòng)物體表：為動(dòng)物體正常菌群。,45,七、工農(nóng)業(yè)產(chǎn)品上的微生物及生物性酶腐的控制,糧油食品中的微生物,工業(yè)材料上的微生物,46,鮮肉：假單胞桿菌,大腸

19、桿菌,球菌,腸球菌 蛋類：環(huán)境中細(xì)菌、霉菌可進(jìn)入蛋殼使蛋變臭 菜果：細(xì)菌、真菌、病毒、酵母菌 魚 ：水體中的微生物類群,糧油食品中的微生物,罐頭食品是人仍然用來(lái)長(zhǎng)期保存食品的一種方法，主要通過(guò)密封如熱殺死微生物，即可長(zhǎng)期保存，但有些耐熱的芽孢桿菌，芽孢梭菌能形成芽孢，引起罐頭變質(zhì)。,47,所貯糧食含水量低于 造成低溫缺氧環(huán)境（密閉） 使用防霉化學(xué)藥劑,防止糧食污染霉變的辦法是,48,微生物引起的劣化種類： 霉變（mildew，mouldness）：由霉菌引起的劣化 腐朽（decay）泛指在好氧條件下微生物酶解有機(jī)質(zhì)使其劣化的現(xiàn)象，常見的如由擔(dān)子菌引起的木材或木制品的腐朽現(xiàn)象 腐爛（或腐敗，Pu

20、trefection，rot）主要指由細(xì)菌或酵母菌引起的使物體變軟、發(fā)臭性的劣化 腐蝕（corrosion）主要指由硫酸鹽還原細(xì)菌、鐵細(xì)菌或硫細(xì)菌引起的金屬材料的侵蝕、破壞性劣化 變質(zhì)（deterioration）指由各種生物或非生物因素引起的工農(nóng)業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量下降的現(xiàn)象,49,霉腐微生物學(xué),定義：工農(nóng)業(yè)產(chǎn)品的劣化主要是霉變與腐爛，故研究危害各種工農(nóng)業(yè)產(chǎn)品的微生物種類、分布、作用機(jī)理以及如何防治其危害的科學(xué)。 霉腐微生物的作用機(jī)理：通過(guò)微生物酶系分解各種工農(nóng)業(yè)產(chǎn)品中的相應(yīng)組分產(chǎn)生危害；在礦物油中生長(zhǎng)，不僅因大量菌體阻塞機(jī)件，代謝產(chǎn)物會(huì)腐蝕金屬器件；硫細(xì)菌、鐵細(xì)菌和硫酸鹽還原菌會(huì)對(duì)金屬制品、管道和船

21、體外殼等產(chǎn)生腐蝕；菌體和代謝物屬于電解質(zhì)，對(duì)電訊、電機(jī)器材等會(huì)危及其電學(xué)性能；有些霉菌分泌的有機(jī)酸能腐蝕玻璃以致嚴(yán)重降低光學(xué)儀器的性能；煙葉、中藥材、化妝品建材、圖書、文物、檔案、藝術(shù)品、生物標(biāo)本。,50,工業(yè)材料上的微生物,腐蝕木材：擔(dān)子菌類、多孔目、多孔菌、層孔菌 腐蝕金屬：鐵細(xì)菌、細(xì)菌 腐蝕紡織品：細(xì)菌、霉菌,防腐方法：,用防菌物隔離：瀝青涂管道,用殺菌劑處理材料：紙漿中加入五氯酚，有機(jī)汞,改變材料分子結(jié)構(gòu)使之具抗菌性能：如把棉花纖維素分子乙?；蚯枰一?51,第三節(jié)、人體微生物及病原微生物的傳播,正常菌群：生活在健康動(dòng)物各部位，數(shù)量大，種類較穩(wěn)定且一般是有益無(wú)害的微生物，稱為正常菌群。,正常菌群與人體的關(guān)系：一般能維持平衡，菌群內(nèi)部的各種微生物之間，也是相互制約而維持相對(duì)穩(wěn)定。,52,變化情況：正常菌群是相對(duì)的、可變的、有條件的。,機(jī)體防御機(jī)能減弱時(shí)，一部分正常菌群會(huì)