食品微生物学-微生物生态素材

广东药学院食品科学学院《食品微生物学》课件E-mail:[e-mail]手机:[phone]郑传进微生物生态本章内容自然界中的微生物微生物与生物环境之间的关系微生物在生态系统中的地位和作用微生物生态学在一定意义上也可以称为环境微生物学，是研究微生物群体与其环境系统之间相互作用及其功能表达规律的科学。一、土壤中的微生物土壤微生物种类多、数量多、代谢潜力巨大，是主要的微生物源，是微生物的大本营。第一节自然界中的微生物细菌（~108）放线菌（~107，孢子）霉菌（~106，孢子）酵母菌（~105）藻类（~104）原生动物（~103）每克耕作层土壤各类微生物数量不同类型的土壤类型土壤，微生物种类和数量有差异。P176表6-1微生物主要分布在营养条件良好、氧气含量比较丰富的浅土层。不同深度位置上的土壤微生物种类和数量变化。二、水体中的微生物1.淡水微生物1）数量和种类与接触的土壤有密切关系；2）吸附于悬浮在水中的有机物上及水底；3）多能运动，有些具有很异常的形态柄细菌4）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；饮用水的微生物指标总菌数：100个/ml；大肠杆菌：不得检出5）水体自身存在自我净化作用a）致病菌一般对营养要求苛刻，因此在一般的水中只能存活2~3天；b）水表微生物会受辐射等作用而被杀灭；c）原生动物等的吞噬作用；d）由固形物吸附再沉积到水底；水体自我净化作用在光线充足的沿岸带、湖水带分布着大量光合藻类和好氧微生物（假单胞菌、嗜纤维菌、柄细菌、生丝微菌等）深水带，光线少、溶解氧低，可见紫色和绿色硫细菌及其他兼性厌氧菌。湖底区分布着大量厌氧微生物，主要有脱硫弧菌、甲烷菌、梭菌等。6）淡水中微生物类群的空间分布7）清水型水生微生物微生物数量少(10-103/ml)以化能自养型和光能自养型微生物为主。如色杆菌、无色杆菌和微球菌等；霉菌中如水霉、绵霉等的一些种；以及单细胞和丝状的藻类和一些原生动物常在水面生长，数量较少。水中的“土著”菌群。根据微生物对水生环境中的营养要求，将其分为三类：贫营养细菌（1-15mgC/L）、兼性贫营养细菌（也能适应并生长在富营养培养基中的贫营养细菌）、富营养细菌（10gC/L）数量多。每毫升污水的微生物含量达到107~108个多为腐生细菌。革兰氏阴性无芽孢杆菌，纤毛虫类、鞭毛虫类和根足虫类等原生动物，还有一些随人畜排泄物和病体污物进入水体的动植物致病菌。多为外来菌，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。8）腐败型水生微生物2.海水微生物1）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；2）低温生长，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；4）耐高压（特别是生活在深海的细菌）。3）大多数海洋细菌为革兰氏阴性细菌，并具有运动能力；Micrococcusaquivivus（水活微球菌）最适生长条件：600个大气压。“科学家们下海去！”德国科学家H.N.Schulz等1999年在纳米比亚海岸的海底沉积物中发现的一种硫磺细菌（sulfurbacterium），其大小可达0.75mm，Thiomargaritanamibiensis，---------“纳米比亚硫磺珍珠”3、水体的富营养化作用和“水花”、“赤潮”水资源污染日益严重水体的富营养化作用大量有机物或无机物（磷酸盐和无机氮化合物）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，耗尽水中的氧，使厌氧菌开始大量生长和代谢分解含硫化合物，产生H2S，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“水花”或“水华”（waterbloom）：藻类（主要是微藻）的大量繁殖使水体(淡水水体)出现颜色，并变得浑浊，许多藻类团块漂浮在水面上形成。赤潮或红潮（redtides）：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。水体富营养化引起的藻类过量生长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，“水花”和“赤潮”三、空气中的微生物1）无原生的微生物区系,来源于土壤、水体及人类的生产、生活活动；1、空气中微生物来源，种类、分布沈阳市大气微生物区系分布进行了研究，采样点10个，分离出细菌112株、霉菌57株、放线菌44株。另外，空气中也有一些微生物是致病性的2）种类主要为霉菌和细菌；空气中的病原微生物微生物名称病名微生物名称病名绿脓杆菌化脓性感染破伤风杆菌破伤风百日咳杆菌百日咳白喉杆菌白喉结核分枝杆菌结核病溶血性链球菌化脓性感染金黄色葡萄球菌化脓性感染流行性感冒病毒流行性感冒其他呼吸道病毒感冒南京市各类空气含菌量的比较类型地点人流、车辆及绿化状况含菌数cfu/m3公共场所某火车站人多，车多49700某百货公司人多21100某电影院人多(不流动)8460街道南伞巷人多，车多，基本无绿化44050新街口人多，车多，绿化好24480太平路人较少，车多，绿化好7850西康路人少，车少，绿化好5530公园玄武湖水面公园，游人多6980和平公园街道公园，游人少4940灵谷寺森林公园，游人少1372机关市防疫站人少，绿化好3460植物园植物所人少，树木茂密10483）数量取决于所处的环境和尘埃数量；4）停留时间和尘埃大小、空气流速、湿度、光照等因素有关；5）与人类的关系：传播疾病、造成食品等的污染空气微生物的卫生标准及卫生洁净技术卫生标准一般以500-1000个微生物/m3作为空气污染的指标。平皿落菌法琼脂平板打开后暴露空气5-10min，培养48h，计算菌落数。奥氏公式：C=1000×50N/（A×t）C=空气中微生物浓度cfu/m3，N=菌落数，A=捕集面积，t=暴露时间。此法计算的浮游菌数比实际的菌少。没有考虑尘埃粒子大小、数量、气流情况。2、空气中微生物检测方法1）固体法撞击法用吸风机或真空泵使含菌空气以一定流速穿过狭缝，平板与狭缝间隔2mm，平板以一定转速旋转，一般转动一周，取出后37℃培养48h，计算菌落：C=1000×平板菌落数/（气流量L×时间tmin）撞击法空气采样接种器和培养的平板将一定体积的含菌空气通入无菌蒸馏水或无菌液体培养基，将细菌阻留于无菌水中，然后取一定量菌液涂布琼脂平板，或取一定量菌液倒平板。2）液体法四、生物体内外的微生物1.人体的正常微生物区系正常人体的皮肤、黏膜及肠道等部位，存在大量的、种类稳定的微生物，称为人体正常菌群。p184表6-6正常情况下，正常菌群与人体间是一种互生关系正常菌群与人体保持平衡状态，菌群内部的各种微生物之间相互制约，相对稳定。正常菌群通过肠道获取营养和良好生境；正常菌群通过排阻、抑制外来致病菌；能合成许多人体必需的维生素、氨基酸；正常菌群到致病菌的转变生态结构发生改变：滥用抗生素；人身体虚弱抵抗力下降；吃了不洁净的食物等。着生部位改变：肠道中的大肠杆菌进入泌尿系统，引起尿路感染；人体表面的正常菌群，一旦它们进入伤口也会引起感染。条件致病菌：人体的正常微生物菌群一旦进入非正常聚居部位，或生态结构发生改变而引起人类疾病的微生物。口服微生物制剂“促菌生”含蜡状芽孢杆菌；“整肠生”含地衣芽孢杆菌；“妈咪爱”含枯草芽孢杆菌和肠球菌。它们都是通过芽孢杆菌的生长，为肠道重新创造良好的厌氧环境，促使肠道内正常的厌氧菌的生长繁殖。“金三歧”、“培菲康”、“丽珠肠乐”含双歧杆菌和乳酸菌的是通过乳酸菌产生乳酸来降低肠道pH而抑制腐败菌的生长。用于治疗由于正常菌群失调而导致的腹泻。2.无菌动物与悉生动物无菌动物：在其体内外不存在任何正常菌群的动物。悉生生物：人为地接种上某种或某些已知纯种微生物的无菌动物（或植物）。用于科学研究：干扰因素少，操作易控制，既可进行定性分析，也可进行定量分析，实验结果准确、可靠，对于了解微生物与宿主之间复杂的关系及其机理具有十分重要的作用。2.根际微生物和附生微生物根际是指受植物根系活动的影响，在物理、化学和生物学性质上不同于土体的那部分微域土区。溶胞物质植物黏液渗出物黏质植物黏液渗出物和分泌物植物黏液植物黏液根际微生物类群根际细菌：假单胞菌、土壤杆菌、无色杆菌等根际真菌：镰孢霉属、黏帚霉属、青霉属根际原生动物改善植物的营养条件分泌植物生长刺激物质分泌抗生素有时对植物产生毒害根际微生物对植物的影响附生微生物：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如乳酸杆菌和酵母菌五、工农业产品上的微生物1.工业产品大量工业制品都是直接或间接用动植物作原料来制造的纤维制品、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、建筑涂料等也可被微生物分解、利用。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的霉腐给人类造成了巨大的损失!而另一方面，也想开发并推广使用可被微生物降解的产品，或利用微生物的降解特性。---------生物可降解塑料---------开发、利用纤维素（能源、饲料）---------苎麻脱胶2.食品、农副产品很多微生物在食品、农产品上生长后会产生对人有害的毒素；肉毒毒素、黄曲霉素等不利影响：由于微生物的生长繁殖而腐烂、变质，不能再食用或使用；病原微生物进入人体的重要途径，引起传染性疾病；有利影响：利用特定的微生物制备风味食品，如酱制品、米酒、腌酸菜等；五、极端环境下的微生物嗜热微生物(thermophilles)嗜冷微生物(psychrophiles)嗜酸微生物(acidophiles)嗜碱微生物(alkslinophiles)嗜盐微生物(halophile)嗜压微生物(barophiles)温泉中的微生物嗜寒水藻嗜冷微生物：耐寒喜温型嗜冷型红雪现象雪地上的微生物从永冻冰层分离微生物南极Vostok湖冰芯样品中的微生物美国犹他州大盐湖紫红色为嗜盐杆菌细胞中的菌红素、菌视紫红素和盐藻细胞中的β胡萝卜素•开发利用新的微生物资源，包括特异性的基因资源；•为微生物生理、遗传和分类乃至生命科学及相关学科许多领域（如：功能基因组学、生物电子器材等）的研究提供新的课题和材料；•为生物进化、生命起源的研究提供新的材料。研究意义1.互生：可分可合，合比分好；2.共生：难分难解，合二为一；3.寄生：以小吃大，内部攻击；4.拮抗：产生毒物，伤害对方；5.捕食：以大吃小，仗势欺人.第二节微生物与生物环境之间的关系微生物间及微生物与其它生物间的关系（5种）：有利关系：一种生物的生长和代谢对另一种生物的生长产生有利的影响，或相互有利；即“利人利已”（共生，互生）有害关系：一种生物的生长对另一种生物的生长产生有害的影响，或相互有害；即“损人利己”（拮抗，寄生，捕食）中性关系：二种生物生活在一起时，彼此对对方的生长代谢无明显的有利或有害影响；即“不利人不利己”（种间共生）一、互生二种可独立生活的生物，当它们生活在一起时，通过各自的代谢活动而有利于对方，或偏利于一方的一种生活方式。“可分可合，合比分好”微生物间的互生关系纤维素分解细菌固氮菌(1)土壤中的纤维素分解菌分解纤维素形成有机酸是固氮菌生长的能源和碳源物质;(2)固氮菌固氮作用固定的氮素除满足自身需要外，还可分泌到土壤中作为纤维素分解菌的氮源，同时解除了有机酸对纤维素分解菌的抑制作用。土壤中氨化细菌把有机氮化合物转化为NH4+，后者是亚硝化细菌生长的能源物质，而亚硝化细菌转化形成的亚硝酸是硝化细菌生长的能源物质氨化细菌亚硝化细菌硝化细菌二步发酵法生产维生素C反应③如果单用氧化葡糖酸杆菌（Gluconobacteroxydans），不仅生长差且产酸能力微弱；单用条纹假单胞菌（Pserdomonasstriata）时，根本不产酸。如采用两种菌进行混菌发酵，能将L-山梨糖转化成2-酮基-L-古龙酸。二、共生二种生物共居在一起，相互分工协作、相依为命，甚至形成在生理上表现出一定的分工，在组织和形态上产生了新的结构的特殊的共生体