微生物的生态与分类.ppt
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1、第七章第七章 微生物生态微生物生态生态学:生态学:研究生物系统与其所处环境条件之研究生物系统与其所处环境条件之间的相互作用规律性的科学。间的相互作用规律性的科学。微生物生态学:微生物生态学:微生物群体与其周围生物和微生物群体与其周围生物和非生物环境条件的相互作用关系。非生物环境条件的相互作用关系。研究意义研究意义实践:实践:开发菌种资源、新的微开发菌种资源、新的微生物农药、菌肥、医药、混生物农药、菌肥、医药、混菌发酵、生态农业,促进探菌发酵、生态农业,促进探矿、冶金、环保、提高土壤矿、冶金、环保、提高土壤肥力以及开发生物能,防治肥力以及开发生物能,防治有害微生物等有害微生物等理论:理论:地球进
2、化和生物进化原地球进化和生物进化原因因种群(种群(population):):生活在同一环境中的同种个生活在同一环境中的同种个 体组成的能繁殖集团。体组成的能繁殖集团。群落(群落(community):):同一环境中两个以上种群同一环境中两个以上种群由由于生活繁殖上的连锁而构成相互依赖和制于生活繁殖上的连锁而构成相互依赖和制约的生约的生物集团。物集团。生态系统(生态系统(ecosystem):生物群落):生物群落与其与其生存环境生存环境相结合、相作用、相调控而成的整体系统。相结合、相作用、相调控而成的整体系统。生物圈(生物圈(biosphere):):生物在地球各处进行生命活生物在地球各处进行
3、生命活动的圈层。动的圈层。第一节第一节 微生物在自然界中的分布微生物在自然界中的分布土壤中的微生物土壤中的微生物土壤中的微生物土壤中的微生物水体中的微生物水体中的微生物水体中的微生物水体中的微生物空气中的微生物空气中的微生物空气中的微生物空气中的微生物极端环境中的微生物极端环境中的微生物极端环境中的微生物极端环境中的微生物自然环境中的微生物自然环境中的微生物工农业产品上的微生物工农业产品上的微生物工农业产品上的微生物工农业产品上的微生物紫硫细菌紫硫细菌 真菌真菌 生物体内外的正常菌群生物体内外的正常菌群生物体内外的正常菌群生物体内外的正常菌群一、一、土壤中的微生物土壤中的微生物矿质元素矿质元素
4、 水分水分 通气条件通气条件 pH值值 温度温度 动植物和微生动植物和微生物残体物残体微生物生长繁殖的微生物生长繁殖的 良好基地良好基地 土壤土壤1)土壤微生物的数量和分布主要土壤微生物的数量和分布主要受营养物、含水量、氧、温度、受营养物、含水量、氧、温度、pH等因子的影响,并随土壤类型等因子的影响,并随土壤类型的不同而有很大变化。的不同而有很大变化。2)土壤微生物的数量和分布受)土壤微生物的数量和分布受季节影响。季节影响。3)微生物的数量也与土层深度)微生物的数量也与土层深度有关,一般土壤表层微生物最多,有关,一般土壤表层微生物最多,随着土层的加深,微生物的数量随着土层的加深,微生物的数量逐
5、步减少。逐步减少。耕作层耕作层(15cm)(15cm)土壤中的微生物数量和生物量土壤中的微生物数量和生物量微生物类群微生物类群菌数菌数(cfu/g)生物量生物量(g/m3)细菌细菌108160放线菌放线菌105-106160真菌真菌105藻类藻类104-10532原生动物原生动物10438200土壤中的土壤中的土壤中的土壤中的微生物微生物微生物微生物放线菌放线菌细菌细菌真菌真菌藻类藻类原生动物原生动物大多为异养型,少数为自养型。按生大多为异养型,少数为自养型。按生理分理分:固氮细菌、氨化细菌,纤维分解固氮细菌、氨化细菌,纤维分解细菌、硝化细菌、反硝化细菌、硫酸细菌、硝化细菌、反硝化细菌、硫酸盐
6、还原细菌、产甲烷细菌盐还原细菌、产甲烷细菌 主要是链霉菌主要是链霉菌(Streptomyces)有藻状菌、子囊菌、担子菌和半有藻状菌、子囊菌、担子菌和半知菌类,以半知菌类最多。知菌类,以半知菌类最多。硅藻、绿藻硅藻、绿藻、裸藻、裸藻、金藻和黄藻,水金藻和黄藻,水网藻和水绵等丝状绿藻,衣藻、原球网藻和水绵等丝状绿藻,衣藻、原球藻、小球藻、丝藻、绿球藻等。藻、小球藻、丝藻、绿球藻等。有纤毛虫、鞭毛虫和根足虫等有纤毛虫、鞭毛虫和根足虫等。无性繁殖无性繁殖。微生物以微菌微生物以微菌落(落(microcolony)的形式存在于的形式存在于土壤土壤团聚体团聚体中。中。二、二、大气中的微生物大气中的微生物空
7、气中的微生物主要是:空气中的微生物主要是:芽孢细菌的芽孢和一些芽孢细菌的芽孢和一些G菌;菌;真菌的孢子。真菌的孢子。空气中的微生物主要来自:空气中的微生物主要来自:土壤扬起的灰尘;土壤扬起的灰尘;水面吹起的水沫;水面吹起的水沫;动、植物体表。动、植物体表。空气中的环境条件:无营养和水分、紫外线直射空气中的环境条件:无营养和水分、紫外线直射存在状态:漂浮,短暂停留,以吸附于尘埃微粒上的存在状态: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形式存在。空气中的尘埃颗粒数与微生物数量有直接关系。系。分布:越接近地面的空气含菌量越高,目前人类检测分布:越接近地面的
8、空气含菌量越高,目前人类检测到微生物存在的最高处为到微生物存在的最高处为85km85km的高空。的高空。三、三、水体中的微生物水体中的微生物地球表面地球表面71%为海洋为海洋占地球总量的占地球总量的97%冰川和两极冰川和两极2%湖泊湖泊0.009%河流河流0.00009%地下水地下水少量少量 水体微生物主要来自土壤、空气、动植物残体及分泌水体微生物主要来自土壤、空气、动植物残体及分泌排泄物、工业生产废物、废水及市政生活污水等排泄物、工业生产废物、废水及市政生活污水等 自然水域具有微生物的生活条件:自然水域具有微生物的生活条件:水中有营养物质、溶解氧、渗透压和温度适合不同微生物生长。水中有营养物
9、质、溶解氧、渗透压和温度适合不同微生物生长。淡水水域中的微生物淡水水域中的微生物 细菌细菌 、真菌、真菌 、藻类、藻类 、原生动物。、原生动物。特点:特点:运动性(随水流动);运动性(随水流动);在低营养浓度下生存。在低营养浓度下生存。海水中的微生物海水中的微生物藻类、藻类、G-G-需氧细菌需氧细菌 、兼性厌氧菌。、兼性厌氧菌。特点:特点:嗜盐、嗜冷、嗜压。嗜盐、嗜冷、嗜压。江河水中的微生物江河水中的微生物1)数量和种类与接触的土壤密切相关;数量和种类与接触的土壤密切相关;2)主要)主要吸附在悬浮于水中的有机物及水底;吸附在悬浮于水中的有机物及水底;3)多能)多能运动,有些具有异常形态(如柄细
10、菌);运动,有些具有异常形态(如柄细菌);4)靠近城市或城市下游水中的微生物多,并且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,不宜作饮用水源。有很多对健康不利的细菌,不宜作饮用水源。水中的病原微生物会对水质产生重要影响水中的病原微生物会对水质产生重要影响饮用水的微生物指标:饮用水的微生物指标:总菌数:总菌数:100 100个个/ml/ml大肠杆菌:大肠杆菌:3 3 个个/L/L水体的自净作用(self cleaning)自自然然水水体体尤尤其其是是快快速速流流动动、溶溶氧氧量量高高的的水水体体,对对投投入入其其中中的的有有机机或或无无机机污污染染物物有有明明显显的的自自净净
11、作作用用,其其原原因因除除了了包包含含物物理理性性的的沉沉淀淀、扩扩散散、稀稀释释作作用用和和化化学性的学性的氧化作用外,关键是氧化作用外,关键是微生物的作用微生物的作用。p好氧性细菌对有机物的降解作用好氧性细菌对有机物的降解作用p原生动物对细菌的吞噬作用原生动物对细菌的吞噬作用p噬菌体对细菌的裂解作用噬菌体对细菌的裂解作用p细菌糖被(荚膜物质)对污染物的吸附沉降作用细菌糖被(荚膜物质)对污染物的吸附沉降作用p藻类的光合作用等藻类的光合作用等饮用水的微生物学标准饮用水的微生物学标准良好的饮用水细菌含量应在良好的饮用水细菌含量应在100个个/ml以下,当超过以下,当超过500个个/ml时,即不适
12、合作为饮用水。时,即不适合作为饮用水。一般用以大肠杆菌为代表的一般用以大肠杆菌为代表的大肠菌群数大肠菌群数作为是否含作为是否含有病原菌的指标。用其作指标可灵敏地推断该水源是有病原菌的指标。用其作指标可灵敏地推断该水源是否曾与动物粪便接触以及污染的程度如何。否曾与动物粪便接触以及污染的程度如何。大肠菌群大肠菌群:指任何可发酵乳糖产酸产气的革兰氏阴:指任何可发酵乳糖产酸产气的革兰氏阴性、杆状、无芽孢、兼性厌氧的肠道细菌。典型代表性、杆状、无芽孢、兼性厌氧的肠道细菌。典型代表是大肠杆菌,也包括产气肠杆菌、柠檬酸梭菌属、肺是大肠杆菌,也包括产气肠杆菌、柠檬酸梭菌属、肺炎克氏杆菌等。炎克氏杆菌等。我国卫
13、生部门规定的饮用水的微生物学标准我国卫生部门规定的饮用水的微生物学标准:1ml自来水中的细菌总数不可超过自来水中的细菌总数不可超过100个(个(37,24h),),而而1000 ml自来水中的大肠菌群数则不能超过自来水中的大肠菌群数则不能超过3个(个(37,48h)富营养化作用富营养化作用(eutrophication):指水体中因指水体中因 N、P等元素含量过高而引起水体等元素含量过高而引起水体表层的蓝细菌和藻类过度生长繁殖的现象。这时,表层的蓝细菌和藻类过度生长繁殖的现象。这时,下层水体不但因缺光而少氧,很多藻类还能产生各下层水体不但因缺光而少氧,很多藻类还能产生各种毒素,造成了厌氧和有毒
14、的环境。种毒素,造成了厌氧和有毒的环境。“水花水花”或或“水华水华”(water bloom)藻类(主要是微藻)的大量繁殖使水体出现颜色并变得浑浊,藻类(主要是微藻)的大量繁殖使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。许多藻类团块漂浮在水面上形成。发生在淡水水体中的富营养发生在淡水水体中的富营养化现象。化现象。赤潮或红潮(赤潮或红潮(red tides)在海洋中,某些甲藻类大量繁殖也可以形成水花,从而使海水在海洋中,某些甲藻类大量繁殖也可以形成水花,从而使海水出现红色或褐色。出现红色或褐色。赤潮和水华赤潮和水华四、工农业产品上的微生物四、工农业产品上的微生物工业品的霉腐:工业品的
15、霉腐:-各种材料的工业产品如钢缆、地下管道、电讯器材以及各种材料的工业产品如钢缆、地下管道、电讯器材以及文物、标本等都可被微生物所损害;文物、标本等都可被微生物所损害;微生物引起的破坏包括:微生物引起的破坏包括:霉变霉变(midew)霉菌引起的劣化霉菌引起的劣化腐朽(腐朽(decay)主要是担子菌类产生的酶将纤维素主要是担子菌类产生的酶将纤维素和和 木质素分解,引起木材或木制品的腐朽木质素分解,引起木材或木制品的腐朽腐烂(腐败,腐烂(腐败,rot)含水量较高的产品由细菌生长繁含水量较高的产品由细菌生长繁 殖引起殖引起腐蚀(腐蚀(corrosion)由硫酸盐还原菌、铁细菌或硫由硫酸盐还原菌、铁细
16、菌或硫细菌细菌食品上的微生物:食品上的微生物:农产品上的微生物:黄农产品上的微生物:黄曲霉毒素曲霉毒素五、五、极端环境极端环境中的微生物中的微生物极端环境极端环境高高温温环环境境低低温温环环境境高高压压环环境境高高碱碱环环境境高高酸酸环环境境高高盐盐环环境境厌厌氧氧环环境境 高高辐辐射射环环境境极端微生物(极端微生物(extremophiles)或嗜极菌)或嗜极菌:凡依赖于诸:凡依赖于诸如高温、低温、高压、高渗、高酸、高碱、干旱、高辐如高温、低温、高压、高渗、高酸、高碱、干旱、高辐射强度等极端环境才能正常生长繁殖的微生物,称射强度等极端环境才能正常生长繁殖的微生物,称嗜极菌或极端微生物。嗜极菌
17、或极端微生物。研究价值:研究价值:了解极端环境下微生物的物种、遗传特了解极端环境下微生物的物种、遗传特性及适应机制,不仅可为生物进化、微生物性及适应机制,不仅可为生物进化、微生物分类积累资料,提供新的线索,还可直接利分类积累资料,提供新的线索,还可直接利用它的特殊基因、特殊机能,培育更有用的用它的特殊基因、特殊机能,培育更有用的新种。新种。嗜热微生物嗜冷微生物嗜酸微生物嗜碱微生物嗜盐微生物嗜压微生物抗辐射微生物极端微生物极端微生物六、六、生物体内外的正常菌群生物体内外的正常菌群1.人体的正常菌群人体的正常菌群1)正常菌群)正常菌群生活在健康动物各部位、数量大、种类较稳定、一般是有益生活在健康动
18、物各部位、数量大、种类较稳定、一般是有益无害的微生物,称为正常菌群。无害的微生物,称为正常菌群。正常情况下人体与正常菌群之间处于微生态平衡状态正常情况下人体与正常菌群之间处于微生态平衡状态变化情况:正常菌群是相对的、可变的、有条件的。变化情况:正常菌群是相对的、可变的、有条件的。机体防御机能减弱时,一部分正常菌群会成为病原微生物;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;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)。
19、系,正常菌群也会引起疾病(菌群失调症)。作用:排阻、抑制;提供营养;产消化酶;分解有毒物;固作用:排阻、抑制;提供营养;产消化酶;分解有毒物;固氮、产有机酸,降低肠道氮、产有机酸,降低肠道pH和促进其蠕动等和促进其蠕动等2)正常菌群的失调)正常菌群的失调失调的原因失调的原因宿主的防御功能减弱宿主的防御功能减弱正常菌群生长部位改变正常菌群生长部位改变长期服用抗生素长期服用抗生素失调的结果失调的结果正常菌群的某些菌趁机转移或大量繁殖正常菌群的某些菌趁机转移或大量繁殖致病菌致病菌这类特殊的致病菌叫这类特殊的致病菌叫条件致病菌条件致病菌由它们引起的感染叫由它们引起的感染叫内源感染内源感染3)正常菌群的
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