微生物生态学

第八章微生物的生态生态学是一门研究生物系统与其环境条件间相互作用规律性的科学。微生物生态学就是研究微生物群体——微生物区系与其周围的生物和非生物环境条件相互作用关系的科学。研究微生物间及其与他种生物间的相互关系，有助于发展新的微生物农药、微生物肥料以及积极防治人和动、植物病虫害第一节微生物在自然界的分布与菌种资源的开发第二节微生物与生物环境间的关系第三节微生物与自然界物质循环第四节微生物与环境保护第一节微生物在自然界的分布与菌种资源的开发一、微生物在自然界的分布二、菌种资源的开发（一）土壤中的微生物①土壤具备了各种微生物生长发育所需要的营养、水分、空气、酸碱度、渗透压和温度等条件，所以土壤是微生物生活的良好环境。土壤是微生物的“大本营”；土壤是人类最丰富的“菌种资源库”。一、微生物在自然界的分布土壤是微生物良好的生活场所1、为微生物提供了良好的Ｃ源、Ｎ源、能源。2、为微生物提供有机物、无机盐、微量元素。4、土壤pＨ值范围5.5－8.5之间。5、温度、季节与昼夜温差不大。6、土壤颗粒空隙间充满着空气和水分。7、适宜的渗透压。3、满足了微生物对水分的要求。细菌（～108）＞放线菌（～107）＞霉菌（～106）＞酵母菌（～105）＞藻类（～104）＞原生动物（～103）若按生物量（单位体积内活细胞的重量）计算则各种微生物的生物量基本相当。通过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.②土壤中各种微生物含量（按种类递减）据估计每亩耕作层土壤中，约有微生物250kg，其中：霉菌150kg、细菌75kg、原生动物15kg、藻类7.5kg、酵母菌7.5kg。水体中含有机物、无机物、O2、毒物以及光照、pH、温度、水压、流速、渗透压和生物群体等的明显差别，在自然界的江、河、湖、海等各种淡水与咸水水域中都生存着相应的微生物.（二）水体中的微生物1不同水体中的微生物种类（1）淡水型水体的微生物江、河、湖和水库等，根据其中有机物含量的多少及其与微生物的关系还可分为两类。1）清水型水生微生物在洁净的湖泊和水库蓄水中，因有机物含量低，故微生物数量很少（10～103／ml),可认为是水体环境中“土生土长”的土居微生物或土著种.典型的清水型微生物以化能自养微生物和光能自养微生物为主，如硫细菌、铁细菌和衣细菌等，以及含有光合色素的蓝细菌、绿硫细菌和紫细菌等。霉菌中也有一些水生性种类，例如Saprolegnia（水霉属）和Achlya（绵霉属）的一些种可生长于腐烂的有机残体上。单细胞和丝状的藻类以及一些原生动物常在水面生长，它们的数量一般不大。异养菌较少——贫营养细菌（1~15mgC/L有机质）：寡养土壤单孢菌。2）腐败型水生微生物流经城市的河水、港口附近的海水、滞留的池水以及下水道的沟水中，富营养化的湖水，由于流入了大量的人畜排泄物、生活污物和工业废水等，因此有机物的含量大增，同时也夹入了大量外来的腐生细菌.腐败型水生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107～108个。其中主要为各种肠道杆菌、芽孢杆菌、弧菌和螺菌等。这些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污水也就逐步净化变清。随着人畜排泄物或病体污物而进入水体的动植物致病菌，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。较深的湖或淡水等生境中，因光线、溶氧和温度等的差异，微生物呈明显的垂直分布带：沿岸区（浅水区）：蓝细菌、藻类和好氧微生物；深水区：厌氧光合细菌和一些兼性厌氧菌；湖底区：严重缺氧，只有一些厌氧菌生长。海洋是地球上最大的水体。海水与淡水最大的差别在于其中的含盐量。含盐量越高，则渗透压越大，反之则越小。因此海洋微生物与淡水中的微生物在耐渗透压能力方面有很大的差别。1）海水的含盐量3%左右，能在其中生活的微生物为嗜盐菌。真正的海洋细菌在缺少氯化钠的情况下是不能生长的，为：一些藻类以及细菌中的芽孢杆菌属、假单孢菌属、弧菌属及一些发光细菌等。2）除了在热带海水表面外，在其它海水中发现的细菌多为嗜冷菌。3）在深海或超深海由于黑暗、寒冷和超高压只有少数耐压菌才可生长，少数微生物甚至可在600个大气压下生长。如水活微球菌和浮游植物弧菌等。(2)海水型水体微生物包括：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，藻类对无机元素的吸收利用，以及浮游动物和一系列后生动物通过食物链对有机体的摄取和浓缩作用等。2.水体的自净作用——流水不腐在自然水体尤其是快速流动的水体中，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，虽有物理性的稀释、沉降、吸附等作用和化学性的氧化作用，但更重要的却是各种生物学和生物化学作用。水中微生物的含量对该水源的饮用价值影响很大。标准：（1）细菌数100个/mL，当500个/mL不宜作饮水。（2）用以E.coli为代表的大肠菌群数为指标大肠菌群数/1000mL自来水3个（37℃，48h）。对饮用水来说，更重要的指标是其中微生物的种类。因此，在饮用水的微生物学检验中，不仅要检查其总菌数，还要检查其中所含的病原菌数。3.饮用水的微生物学标准由于水中病原菌的含量总是较少，难以直接找到，但只要通过检查水样中的指示菌——E．coli数即可知道该水源被粪便污染程度，从而间接推测其他病原菌存在的概率。检验E．coli可用以前介绍过的伊红美蓝鉴别性培养基（EMB）。（三）空气中的微生物1、无原生的微生物区系空气中不含微生物生长繁殖所必须的营养物、充足的水分和其他条件，且日光中的UV还具强烈的杀菌作用，因而不宜于微生物的生存。2、来源土壤、水体及人类的生产、生活活动。3、种类主要为真菌和细菌，一般与其所在环境的微生物种类有关。4、数量取决于尘埃数量。空气中的微生物的数量是大气污染程度的标志之一。凡含尘埃越多的空气，其中所含的微生物种类和数量也就越多。因此，灰尘可被称作“微生物的飞行器”。一般在畜舍、公共场所、医院、宿舍、城市街道的空气中，微生物的含量最高。在大洋、高山、高空、森林地带、终年积雪的山脉或极地上空的空气中，微生物的含量就极少.微生物在空气传播的距离是无限的，因而其分布是世界性的。由于尘埃的自然沉降，所以越近地面的空气，其含菌量越高。然而，微生物在高空中分布的记录却越来越高。在本世纪30年代，人们首次用飞机证实在20km的高空存在着微生物；70年代中期又发现在30km的高空存在着微生物；70年代末，人们用地球物理火箭，从74km的高空采集到处在同温层和大气中层的微生物，其中包括两种细菌和四种真菌，（藤黄分枝杆菌），（蝇卷霉），（黑曲霉），（点青霉），后来，又从85km的高空找到了微生物。这是目前所知道的生物圈的上限。测定空气中微生物的数目可用培养皿沉降法或液体阻留法等方法进行.凡须进行空气消毒的场所，例如医院的手术室、病房、微生物接种室或培养室等处可以用紫外线消毒、福尔马林等药物的熏蒸或喷雾消毒等方法进行。为防止空气中的杂菌对微生物培养物或发酵罐内的纯种培养物的污染，可用棉花、纱布（8层以上）、石棉滤板、活性炭或超细玻璃纤维过滤纸进行空气过滤.1.工业产品的霉腐大量的工业产品都是直接或间接用动、植物作原料制成的，含有微生物需要的各种营养物。因此，其上分布大量的、种类各异的微生物。一旦遇适宜的温度、湿度时会大量生长繁殖，引起严重霉腐、变质。（四）、工农业产品上的微生物霉腐微生物学研究各种工农业产品上有害微生物的分布、种类、霉腐机制及其防治方法的微生物学分支，称为霉腐微生物学。1．微生物引起工业产品的霉腐（劣化）（1）霉变（mildew，mouldness）由霉菌引起的劣化.（2）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。（3）腐烂（或腐败，putrefaction，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。（4）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。（5）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。防止工业产品霉腐的方法:(1)控制其温度、湿度、氧气和养料等微生物赖以生长繁殖的外界环境条件；(2)是采用有效的化学抑菌剂、杀菌剂或物理杀菌剂，以抑制它们的生长繁殖或直接杀死它们；(3)三是在工业产品加工、包装过程中，尽量保持环境卫生并严防杂菌的污染等。2．食品上的微生物食品是用营养丰富的动、植物或微生物等原料经加工后的制成品。污染食品的微生物主要是（曲霉属）（青霉属）、（镰孢霉属）、（链格孢霉属）、（拟青霉属）、（根霉属）、毛霉属）等.鲜肉：假单胞杆菌,大肠杆菌,球菌,肠球菌蛋类：环境中细菌、霉菌可进入蛋壳使蛋变臭菜果：细菌、真菌、病毒、酵母菌鱼：水体中的微生物类群粮油食品中的微生物罐头食品是人仍然用来长期保存食品的一种方法，主要通过密封如热杀死微生物，即可长期保存，但有些耐热的芽孢杆菌，芽孢梭菌能形成芽孢，引起罐头变质。3.农产品上的微生物各种农产品上存在着大量微生物，由此引起的霉腐以及使人和动、植物中毒，危害极大。在目前知道的5万多种真菌中，已知至少其中有两百多个种可产生一百余种真菌毒素。在这些真菌毒素中有14种能致癌，其中之一黄曲霉菌株产生的黄曲霉毒素.黄曲霉毒素有B1、B2、G1、G2等多种衍生物，其中以B1的毒性为最高。含黄曲霉毒素最多的食品是霉变花生及其制品、玉米、“红变米”、“黄变米”、自制的酱等。所贮粮食含水量低于８％造成低温缺氧环境（密闭）使用防霉化学药剂防止粮食污染霉变的办法是极端环境：高温、低温、高酸、高碱、高盐、高毒、高渗、高压、干旱或高辐射强度等绝大多数生物都无法生存的环境。极端微生物（嗜极菌）：凡依赖于这些极端环境才能正常生长繁殖的微生物。（五）极端环境下的微生物嗜热菌嗜冷菌嗜酸菌嗜碱菌嗜盐菌嗜压菌抗辐射的微生物1.嗜热微生物（嗜热菌）嗜热微生物主要为嗜热细菌。可分为5类：耐热菌：最高生长温度45~55oC，最低30oC；兼性嗜热菌：最高生长温度50~65oC，最低30oC；专性嗜热菌：最适生长温度65~70oC，最低42oC；极端嗜热菌：最高生长温度70oC，最适65oC，最低40oC；超嗜热菌：最高生长温度113oC，最适80～110oC，最低～55oC。2.嗜冷微生物（嗜冷菌）最适生长温度15oC，最高生长温度20oC，最低生长温度0oC的细菌、真菌和藻类等微生物。3.嗜酸微生物（嗜酸菌）只能生活在低pH（4）条件下，在中性pH下即死亡的微生物。pH2，甚至pH0.5的酸性条件下也有生活，如：硫化叶菌属、硫细菌属、热原体属。4.嗜碱微生物（嗜碱菌）能专性生活在pH10~11的碱性条件下而不能生活在中性条件下的微生物。5.嗜盐微生物（嗜盐菌）必须在高盐浓度下才能生长的微生物。一般Nacl浓度3%左右，盐杆菌等极端嗜盐菌必须生活在12~30%Nacl中。6.嗜压微生物（嗜压菌）必须生长在高静水压环境中的微生物。均为原核微生物,可分为：耐压菌、嗜压菌、极端嗜压菌。7.抗辐射微生物对辐射这一不良环境因素有抗性的微生物。人体：正常微生物区系；植物体表：分泌物可被微生物利用；动物：为动物体正常菌群。（六）生物体内外的正常菌群1．人体的正常菌群在人类的皮肤、粘膜以及一切与外界环境相通的腔道，如口腔、鼻咽腔、消化道和泌尿生殖道中经常有大量的微生物存在着。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.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，也相互制约而维持相对稳定。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）。人体肠道正常菌群与宿主间的关系，主要是互生关系，但在某些特殊条件下，也会