微生物生态学-工业微生物学教案-09.docx

第九章 微生物生态学第一节 自然界中的微生物一、 土壤中的微生物土壤微生物种类多、数量多，是微生物的大本营。二、水体中的微生物饮用水的微生物指标：总菌数： < 100个/ml大肠杆菌：< 3 个/L水体的污染富营养化和“水花”、“赤潮”2. 海水微生物1）嗜盐，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3）大多数海洋细菌为革兰氏阴性细菌，并具有运动能力；4）耐高压（特别是生活在深海的细菌）三、 空气中的微生物微生物学的基本技术：无菌操作技术四、 生物体内外的正常菌群1. 人体的正常微生物区系正常菌群通过排阻、抑制外来致病菌；能合成许多人体必需的维生素、氨基酸；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。可通过口服某些活的微生物制剂来治疗由于正常菌群失调而导致的腹泻。 含蜡状芽孢杆菌（B.cereus）的“促菌生”， 含地衣芽孢杆菌的“整肠生”、 枯草芽孢杆菌和肠球菌的“妈咪爱”、 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。2. 无菌动物及悉生动物五、 工农业产品上的微生物1. 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2. 开发、利用纤维素（苎麻脱胶3. 食品、农副产品六、 极端环境下的微生物嗜热微生物(thermophilles)嗜酸微生物(acidophiles嗜碱微生物(alkslinophiles嗜盐微生物(halophile)嗜压微生物(barophiles)研究意义： 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。第二节 微生物菌种资源的开发从自然界分离筛选新菌种的步骤（4步）：采集菌样富集培养纯种分离性能测定活的非可培养状态：（viable but nonculturable state , VBNC state）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。第二节 微生物生态学的研究方法第三节 微生物活性的测定方法第四节 微生物在自然界物质循环中的作用一、 碳素循环微生物的作用： CO2的固定（光合作用） CO2的再生（分解作用）微生物是自然界有机物最重要的分解者地球上90%以上有机物的矿化都是由细菌和真菌完成的二、 氮素循环微生物的作用:自然界氮素循环的核心生物 只有微生物能参及N循环的所有过程，并在每个过程中都起主要作用。思考题从含菌样品中或从自然界筛选菌种，一般要经过哪些环节，掌握纯种分离的方法和纯种验证的方法。 为什么生物整治在清理石油溢出或其它有害废物时比传统的方法更有效?菌种衰退的表现、原因及防止措施。菌种保藏的原理及常用的保藏方法。ATCC 和CCCCM采用的菌种保藏法。第二十五授课单元一、教学目的 使学生了解微生物在自然界中的分布规律、微生物在自然界物质循环中的作用、微生物间的相互关系以及开发利用微生物资源和环境保护方面的微生物学原理和应用。并以茅台酒为例阐述微生物生态及产品质量的关系。二、教学内容 第五节 微生物之间的关系第六节 微生物及环境治理第七节 瘤胃微生物生态系统第八节 产甲烷作用和互养共栖三、教学重点、难点及处理方法重点: 1. 微生物之间的相互关系互生、共生、寄生和拮抗的概念。2. 微生物对污染物的处理尤其是污水处理的微生物学原理，介绍活性污泥和BOD的概念，并以茅台酒为例阐述微生物生态及产品质量的关系。难点:互生、共生、寄生和拮抗的概念, 通过举例加以说明. 如互生, 固氮菌及分解纤维的微生物共同生长在一起是土壤微生物互生关系的典型例子, 固氮菌需要不含氮的有机物作为碳源和能源, 但不能直接利用土壤中大量存在的纤维素物质. 而分解纤维素的微生物虽然能分解纤维素, 但分解后有大量有机酸类物质积累. 对自己生长繁殖不利, 当两者生活在一起时, 固氮菌可以利用分解纤维素的微生物所生成的有机酸类物质作为良好的碳源和能源而大量生长繁殖, 并进行了固氮作用; 而分解纤维素的微生物也不至于因自己累积代谢产物而中毒.相反, 由于固氮菌固定大气中的氮气, 而改变土壤中的氮素循环而得以发展, 从而增加了对纤维素的分解能力. 由于两者的互生关系, 增加了土壤的肥力.地衣是某些担子菌的真菌和单细胞绿藻或蓝藻共生形成的一种植物体. 真菌是行异养生活的, 它从共生的绿藻或蓝藻得到有机养料, 同时能在十分贫瘠的环境条件下吸收无机养料供共生绿藻或蓝藻利用. 共生的绿藻或蓝藻从共生的真菌得到水分和无机养料, 进行光合作用所合成的有机物质即满足自己的需要, 也满足了共生真菌的要求, 且蓝藻能固氮, 供给真菌的氮和营养. 因此地衣能够在极其恶劣的环境下生长. 非特异性拮抗关系可以乳酸细菌产生乳酸或醋细菌产生乙醇对其它微生物的抑制为例, 这种抑制无唯一性, 在一种条件下, 不耐酸的细胞可被产酸的细菌所抑制. 寄生的一个典型例子是细菌及噬菌体.四、板书设计第五节 微生物及生物环境间的相互关系微生物间及微生物及其它生物间的关系（5种）：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； 实例：茅台酒及微生物：79种，微生物的种类和数量直接决定茅台酒的质量。第六节 微生物及环境保护一、污水的微生物处理方法物理法 化学法 生物法（效率高，费用低，简单方便）BOD5(biological oxygen demand) ，“五日生化需氧量”：水中有机物含量的间接指标。一般指在特定时间（5天）和温度（20 ）下，微生物氧化1L污水中所含的有机物所消耗的水中溶解氧毫克数（单位：mg/L） COD(chemical oxygen demand) ， “化学需氧量”：水中有机物含量简便的间接指标。 指使用强氧化剂使1L污水中所含的有机物迅速进行化学氧化时所消耗的氧量（常用氧化剂：KMnO4或使用K2Cr2O7测得数值称为CODcr ）。 2. 污水处理的主要装置从能量角度分类：p272 节能型 氧化塘法 洒水滤床法好氧处理 推流式曝气法 活性污泥法 完全混合曝气法 耗能型 生物转盘法 生物膜法 塔式滤池法厌氧处理 产能型： 厌氧消化法（即沼气发酵）活性污泥法（又称“曝气法”）利用含有好氧微生物的活性污泥，在通气条件下，使污水得到净化的生物学方法。活性污泥（ activated sludge）： 指由菌胶团形成细菌、原生动物和其它微生物群聚集在一起形成的凝絮团，在污水处理中具有很强的吸附、分解有机物和毒物的能力。（活性污泥中细菌占9095%，常见的有生枝动胶菌、假单胞菌属、无色杆菌属、黄杆菌属、节杆菌属等）净化过程包括两种作用： 生化作用，污水中的有机物被微生物分解； 物理吸附、化学分解等作用；这种方法对生活污水的BOD5去除率可达95%（2）生物膜法活性污泥及生物膜中的微生物基本相同。菌胶团是活性污泥和生物膜的主体第七节 瘤胃微生物及生态系统第八节 产甲烷作用及互养共栖沼气发酵的三大功能： 饲料 能源 肥料三阶段复杂有机物：纤维素，木质素、蛋白质、脂肪液化 厌氧、兼性厌氧可溶性有机物：有机酸，醇等酸化 厌氧乙酸，CO2，H2等甲烷化 严格厌氧（产甲烷菌）CH4等 微生物生态系统及产品质量的关系 实例：茅台酒及微生物：79种，微生物的种类和数量直接决定茅台酒的质量。思考题 为什么生物整治在清理石油溢出或其它有害废物时比传统的方法更有效?第 4 页