第五章 微生物在自然界的分布

第五章微生物在自然界中的分布关于微生态学►微生态学无疑是属于生态学(ecology)范畴，是生态学的微观层次。►微生态学也可根据不同角度，分为不同的分支学科。►微生态学除了具有普通生态学的理论和特点外，还具有自己本身的一些特点。微生态学的定义►20年前，微生态学(microecology)首先被德国的沃克·罗西(VoekerRusch)博士所提出。►1985年提出的定义为“微生态学是细胞水平或分子水平的生态学”。►康白教授提出应为“研究正常微生物与其宿主相互关系的生命科学分支”，或“研究正常微生物结构和功能，以及与宿主相互关系的学科”。微生物生态►生态学：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：研究微生物群体（微生物区系或正常菌群）与其周围的生物和非生物环境条件相互作用关系的科学。►主要内容：微生物在自然界中的分布；微生物与其它生物间的关系；微生物在自然界物质循环中的作用；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。微生物的生物环境微生物与其它生物之间的相互关系微生物与环境之间的相互关系RelationshipsamongMicroorganisms互生共生拮抗寄生中立生活、偏利作用、偏害作用可分可合合比分好难舍难分势不两立两种生物可以独立生活。也可以形成松散的联合，对一方有利，或双方都有利微生物间的互生关系微生物与高等植物之间的互生关系微生物与人及动物间的互生关系互生微生物与高等植物之间的互生关系根际微生物与高等植物为微生物提供所需的营养物质植物发达的根系改善了土壤结构，水分和空气条件，有利于微生物的生长。固氮菌固氮碳源纤维素分解菌微生物间的互生关系人及动物与其正常菌群即是互生关系微生物与人及动物间的互生关系组成：真菌（子囊菌，担子菌）单细胞藻类（绿藻，蓝藻）共生组成一种植物体地衣微生物间的共生微生物和昆虫的共生瘤胃共生发光细菌和海洋鱼类共生牛羊等反刍动物，草是主要饲料，但它们本身没有分解纤维素的能力，而是靠瘤胃微生物帮助分解，使纤维素变成能被牛羊吸收的糖类。微生物与动物共生一种微生物生命活动中，通过产生某些代谢产物或改变环境条件，能抑制其它微生物的生长繁殖，或毒害杀死其它微生物的现象。拮抗一种生物能侵入另一种生物体内吸取自己所需要的营养物质进行生长繁殖，在一定的条件下对后者造成损害或死亡的现象叫寄生。微生物间的寄生关系微生物对植物的寄生微生物对人与动物的寄生寄生寄生物先分泌毒素，引起寄主活力衰退，然后再缠绕致死有些寄生真菌不分泌毒素，由菌丝将寄主的菌丝紧紧地缠绕起来，再由接触部位侵入寄主菌丝内吸收营养使之死亡。还有些寄生真菌将菌丝或吸器伸到寄主真菌丝内或寄生菌丝与寄主菌丝接触，溶解寄主细胞膜，吸取其营养物质进行生长繁殖。真菌间的寄生微生物间的寄生关系微生物对植物的寄生微生物对植物的寄生很普遍，这是植物发生病害的重要原因。能引起植物病害的微生物称为植物病原微生物植物感染病微生物发病后，出现变色，组织坏死，萎蔫和畸形等症状。能引起植物病害的有真菌、细菌、病毒等。植物病害以真菌病害为主，占95％。细菌性植物病害占３％。微生物在人体和动物体内寄生引起人与动物的传染病常见的畜禽传染：炭疽病，口蹄疫，猪瘟，鸡瘟病等病原微生物寄生在有益的动植物体内会给人们造成经济损失，寄生有害在动物体内，则对人类是有益的，可以加以利用。微生物对人与动物的寄生用于防治松毛虫,玉米螟效果好,尤其是用于防治松毛虫,白僵菌可作为环境因子,持续多年控制松毛虫的危害。在前苏联,白僵菌还用于防治马铃薯甲虫。白僵菌的安全试验：除在菌剂生产中孢子萌发可能引起操作人员的过敏反应外,尚未发现其它对人体有害的作用。白僵菌寄生于昆虫第一节土壤、水及空气中的微生物MicroorganismsinNaturalEnvironments一、土壤中的微生物►土壤是微生物生长的良好基地——微生物资源的大本营丰富的碳源和氮源大量而全面的矿质元素适宜的含水量不同的通气状况适宜的温度范围，变幅小而缓慢适宜的pH广泛范围1.土壤环境2.土壤中微生物的分布及种类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108107106105104103个/g耕作土壤中，细菌湿重约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。影响土壤中微生物分布的主要因素►土壤有机质►土壤湿度►土壤pH值►温度►土壤氧气含量土类地点细菌放线菌真菌暗棕壤黑龙江呼玛2,32761213棕壤辽宁沈阳1,2843936黄棕壤江苏南京1,4062716红壤浙江杭州1,1031234砖红壤广东徐闻5073911磷质石灰土西沙群岛2,2291,10515黑土黑龙江哈尔滨2,1111,02419黑钙土黑龙江安达1,0743192棕钙土宁夏宁武140114草甸土黑龙江亚沟7,8632923嵝土陕西武功9511,0324白浆土吉林皎河1,598553滨海盐土江苏连云港466410.4我国各主要土壤的含菌量(万/克干土)土壤剖面不同层次中微生物数量深度cm好氧细菌厌氧细菌放线菌真菌澡类3~820~2535~4065~75135~1457，8001，8004721011，9503799810.42080245495-1195014632550.50.1-土壤微生物的作用►参与土壤中几乎所有的生物化学变化，异养微生物分解有机质，自养微生物转化矿质养分存在状态。►微生物是土壤腐殖质的主要成员，因此成为土壤肥力和土壤结构的决定者之一。►光合微生物能增加某些环境中有机碳素的含量，尤其在无植被的环境中，藻类是土壤形成或恢复的先行者。某森林土壤中的微生物微生物类群生物量干重（kg/10km2）细菌36.9放线菌0.2真菌454.0原生动物1.0蚯蚓类12.0其他生物23.03.土壤中的病原微生物及其传播►土壤中的病原微生物是随动植物残体、人畜排泄物和分泌物、污水、垃圾等废弃物一起进入土壤的。►大多数病原微生物只能在土壤中存活较短时间►只有少数抵抗力强的能形成芽孢的病原菌，如炭疽杆菌、气肿疽梭菌、腐败梭菌、产气荚膜梭苗等形成芽孢后能在土壤中生存数年甚至几十年。►此外，还有一些抵抗力较强的无芽孢病原菌也能生存较长时间，土壤一旦污染了这些病原菌，则可成为疫源地，随时都有可能使人和动物感染相应的传染病。几种病原菌在土壤中的生存时间病原菌名称生存时间结核分支杆菌(Mycobacteriumtuberculosis)达5个月，甚至2年之久伤寒沙门氏菌(Salmonellatyphi)3个月化脓链球菌(Streptococcuspyogens)达2个月巴氏杆菌(Pasteurella)在土壤表层生存不超过14d布氏杆菌(Brucella)可达100d猪丹毒杆菌(Erysipelothrixrhuropathiae)166d(土壤尸体内)１.水体环境►一般的江河、湖泊和池塘内的营养较为丰富；海水和盐湖含有较高的盐分，其它营养较贫乏。雨水近似于蒸馏水，含有非常少量的溶解营养。►天然水体温度：淡水水体0－36℃、海水水体5℃以下，某些温泉温度在70℃以上。►氧在水中的溶解度较小，易被好氧微生物耗尽，因此是微生物生存的最重要的限制因子。►pH值：淡水3.7－10.5，大多数江河、湖泊和池塘6.5－8.5。二、水中的微生物２.水中微生物的分布与种类►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、酸碱度、渗透压、温度、含氧量和有毒物质的含量有密切关系。淡水水体中微生物分布状况►地面水中微生物的种类和数量较多，一般与其所处的环境条件有关。清洁的湖泊、池塘和水库中微生物较少，有机质丰富的湖泊中，微生物较多。停滞的塘水、污染的江河水以及下水道的沟水中，微生物较多。►地下水因经过深厚的土层过滤，几乎大部分微生物被阻留在土壤中。３.水中的病原菌►来源：人及动物的排泄物►种类：炭疽杆菌猪丹毒杆菌伤寒杆菌布氏杆菌巴氏杆菌结核杆菌鼻疽杆菌三、空气中的微生物►１.环境►空气中的环境条件：无营养和水分、紫外线直射►空气不具备微生物生长所必需的营养物质和生活条件，因此空气并不是微生物生长繁殖的良好场所。２.空气中微生物的种类及分布►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。►空气中微生物的杀灭与去除：空气中微生物的地域分布地区空气含菌量(个/m3)畜舍宿舍城市街道公园海面上北极1000000～20000002000050002001～20～1３．空气中的病原菌它们来源于被风吹起的地面尘土和水面小水滴以及人、动物体表的干燥脱落物、呼吸道分泌物和排泄物等等。飞沫传染种类：结核杆菌白喉杆菌葡萄球菌链球菌肺炎双球菌炭疽杆菌等五、极端环境中的微生物高温环境，低温环境、高酸环境、高碱环境、高压环境、高盐环境等，还有高卤环境、高辐射环境和厌氧环境等。一般生物难以生存而只有某些特殊生物或特殊微生物才能生存的环境称为极端环境。能在极端环境中生存的微生物称为极端环境微生物。1、高温环境中的微生物►高温性微生物有微生物的各个类群，但它们对于高温的适应性很不一样。►根据高温微生物的生长与温度之间的关系，可以分为三类：一类是极端嗜热菌，最适65～70℃，最低在40℃以上，最高在70℃以上，已分离到能在100℃以上生存的古细菌。第二类为兼性嗜热菌，最高为50～60℃，但在室温下仍有生长与繁殖能力第三类为耐热细菌，最高为45～50℃，在室温中生长较兼性嗜热细菌好。各类微生物群的生长上限温度(oC)类群上限温度类群上限温度真核微生物原核微生物原生动物56蓝细菌70~73藻类55~60光合细菌70~73真菌60~62化能自养细菌90异养细菌902、高盐环境中微生物自然界中高盐环境主要是盐湖、死海、盐场和腌制品。能在这些高盐环境中生存繁殖的微生物称为嗜盐性微生物。嗜盐微生物的分类►根据嗜盐性微生物对盐浓度的适应性和需要性，可以将它们分为不同的嗜盐类群。嗜盐微生物最适生长盐浓度例子非嗜盐微生物0.2mol/LNaCl淡水微生物弱嗜盐微生物0.2～0.5mol/L大多数海洋微生物中等嗜盐微生物0.5～2.5mol/L某些细菌和藻类极端嗜盐微生物2.5～5.2mol/L盐杆菌和盐球菌耐盐微生物耐受范围0.2～2.5mol/L金黄色葡萄球菌、耐盐酵母等3、高酸环境中的微生物高酸环境如某些含硫矿的酸性热泉，以及人为有机酸发酵等处，都有一些嗜酸性微生物存在，如氧化硫硫杆菌在氧化S2-为SO42-时可在5%H2SO4和pH1.0～1.5的环境中进行生命活动。4、高碱环境中的微生物►高碱环境如某些碱性温泉，也有一些嗜碱的微生物生存。如环状芽孢杆菌可在pH高达11.0的环境中生活。►尽管某些调节机能的机理还不很清楚，但分子遗传学的研究表明，嗜碱细菌的嗜碱性仅为少数基因所控制。5、高压环境中的微生物►高压环境主要是海洋深处和深油井内等。在这些环境中，一般每深10m即可增加一个大气压(101.325kPa)，而且深油井环境中每深10m可提高温度0.14℃。但仍有少数微生物喜欢在此高压下生存，如专性嗜压菌一种假单胞菌即是在1000×(101.325kPa)处分离获得的。从200多米的石油深井中分离到能利用氢和二氧化碳的产甲烷细菌。►嗜压菌的最大特点是生长极为缓慢。第二节正常动物体的微生物一、概况动物的皮肤、黏膜以及与外界相通的腔道，