第第 七七 章章 微 生 物 生 态微生物与环境间有着极为密切的关系，微生物的生命活动依赖于环境，同时也影响着环境，研究微生物与环境之间的关系，了解它们在自然界的分布，可为人们开发微生物资源提供理论依据，以使人们利用微生物在自然界中的作用来改造自然，保护自然。微生物之间间，微生物与其他微生物之间间，也存在着相互依存，相互制约约的关系，研究它们们之间间的关系，使人类类更好地利用微生物，为为防治人和动动植物疾病，为为工农业农业 生产产服务务。 生态系统：在一定的空间内生物的成分和非生物的成分通过 物质循环和能量流动互相作用、互相依存而构成的一 个生态学功能单位。生态学：研究生物与其周围生物和非生物环境之间相 互关系的一门科学。微生物生态学： 研究微生物与其周围生物和非生物环境之间相互关系 。 t 各种环境中的微生物的种类、分布；t 微生物和其它生物的关系；t 微生物与物质循环；第一节 自然界中的微生物微生物的特点： 个体微小，代谢营养类型多样，适应能力强微生物在自然界中分布广泛一、微生物在自然界中的分布 （一）土壤中的微生物 土壤的特点：1营养物质丰富土壤是固体无机物(岩石和 矿物质)、有机物、水、空气和生物组成的复合物，是微 生物的合适生境 ；2温度适宜；3PH值接近中性；4防紫 外线照射。 所以土壤是微生物生存的大本营l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。1）土壤微生物的数量和分布主要受到营养物、含水量、氧、温度、pH等因子的影响，并随土壤类型的不同而有很大变化。2）土壤微生物的数量和分布受季节影响；3）微生物的数量也与于土层的深度有关，一般土壤表层微生物最多，随着土层的加深，微生物的数量逐步减少。4）土壤中的微生物以细菌最多，其次位放线菌和霉菌。土壤中的微生物分布特点（二）水体中的微生物1）数量和种类与接触的土壤有密切关系；2）垂直分带分布3）多是吸附在悬浮在水中的有机物上及水底； 4）多能运动，有些具有很异常的形态（例如柄细菌）；5）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，因此不宜作为饮用水源；6）水体自身存在自我净化作用：1、江河水2、海水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。3）大多数海洋细菌为G细菌，并具有运动能力。 4）耐高压（特别是生活在深海的细菌）。5）更明显的垂直分层分布（透光区、无光区、深海区、超深渊海区）p249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（ sulfur bacterium），其大小可达0.75 mm， Thiomargarita namibiensis，-“纳米比亚 硫磺珍珠”（三）空气中的微生物1）无原生的微生物区系，主要以气溶胶形式存在2）来源于土壤、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；5）停留时间和尘埃大小、空气流速、湿度、光照等因素有关；6）与人类的关系：传播动、植物疾病 、 造成食品及发酵生产中的污染以及工农业产品霉腐等的重要根源（四）工农业产品上的微生物 1微生物引起的工业产品的霉腐大量工业制品都是用用动植物产品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、建筑涂料等也有很多微生物可以 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。霉腐微生物学的基本概念：l霉变：由霉菌引起的变化。l腐朽：在好氧条件下，微生物酶解木质素和纤 维素等物质而使材料的力学性质严重下降的现 象。l腐烂（腐败）：主要指含水量较高的产品由细 菌引起的变软、发臭性劣化。l腐蚀：指硫酸盐还原细菌、铁细菌或硫细菌引 起的金属材料的侵 蚀、破坏性劣化，2食品、农副产品上的微生物不利影响：t由于微生物的生长繁殖而腐烂 、变质，不能再食用或使用； t病原微生物进入人体的重要途 径，引起传染性疾病； t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、黄曲霉素等可采用多种方法防止微生物对食品等的破坏t 利用特定的微生物制备风味食品，如酱制品、米酒、腌酸菜等；有利影响：防止工业产品霉腐的原则：1尽量减少产品上的微生物（如杀菌）。 2通过良好的包装、让产品存放在不利于微生物生长繁殖 的条件下（如低温、干燥、无氧等） 3在产品的生产、加工、包装、储运、营销等环节中，始 终保持无菌、无尘和不利于微生物生长繁殖的条件。 4食品还可加少量无害的防腐剂：苯甲酸、山梨酸、脱氢 醋酸、维生素K、丙酸、乳酸链球菌素等作业：就你所知的食品怎样做到防霉腐的？（五）极端环境下的微生物1、嗜热微生物 嗜热微生物是一类生活在高温环境 中的微生物，如火山口及其周围区 域、温泉、工厂高温废水排放区等 。兼性嗜热菌专性嗜热菌极端嗜热菌耐热菌超嗜热菌嗜热菌的类型：隐蔽热网菌 （Pyrodictium occultum）嗜酸热硫化叶菌 （Sulfolobus acidocaldarius）水生嗜热杆菌 (Thermus aquaticus)2、嗜冷微生物嗜冷菌：最适生长温度低于15 耐冷微生物：最适生长温度为20-40主要分布于极地、深海、高山、冰窖和冷藏库3、嗜酸微生物 只能上生活在低pH（4）的条件下 耐酸微生物：也可在中性环境中生长最适生长温度低于154、嗜碱微生物 专性生活在pH10-11的碱性条件下5、嗜盐微生物 在高盐浓度下才能生长6、嗜压微生物 在高静水压环境中生长7、抗辐射微生物研究意义：(1)开发利用新的微生物资源，包括特异性的基因资源；(2)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；(3)为生物进化、生命起源的研究提供新的材料。作业：论述嗜热、嗜冷微生物的开发利用现状。(六）生物体内外的正常菌群1、人体的正常菌群生活在健康动物各部位、数量大、种类较稳定、一 般能发挥有益作用的微生物种群。人体五大微生态系统：口腔、呼吸道、消化道、泌尿道 、皮肤消化道占近80%在长期进化过程中，微生物群的内部及其与宿主之 间互相依存、互相制约，形成一个能进行物质、能量等 交流的动态平衡的微生态系统，常称之为正常菌群人体各部位常见的正常菌群皮肤：表皮葡萄球菌、类白喉杆菌、绿脓杆菌、耻垢杆菌等口腔：链球菌（甲型或乙型）、乳酸杆菌、螺旋体、梭形杆菌、白 色念球菌、（真菌）表皮葡萄球菌、肺炎球菌、奈瑟氏球菌、类白 喉杆菌等胃：正常一般无菌肠道：类杆菌、双歧杆菌、大肠杆菌、厌氧性链球菌、粪链球菌、 葡萄球菌、白色念球菌、乳酸杆菌、变形杆菌、破伤风杆菌、产气 荚膜杆菌等鼻咽腔：甲型链球菌、奈氏球菌、肺炎球菌、流感杆菌、乙型链球 菌、葡萄球菌、绿脓杆菌、大肠杆菌、变形杆菌等眼结膜：皮表葡萄球菌、结膜干燥杆菌、类白喉杆菌等阴道：乳酸杆菌、白色念球菌、类白喉杆菌、大肠杆菌等尿道：表皮葡萄球菌、类白喉杆菌、耻垢杆菌等正常菌群的生理作用（1）生物拮抗作用。正常菌群通过粘附和繁殖能形成一层自然 菌膜，这是一种非特异性的保护膜,可促机体抵抗致病微生物的 侵袭及定植,从而对宿主起到一定程度的保护作用。正常菌群除 与病原菌争夺营养物质和空间位置外，还可以通过其代谢产物 以及产生抗生素、细菌素等起作用。可以说正常菌群是人体防 止外袭菌侵入的生物屏障。（2）刺激免疫应答。正常菌群释放的内毒素等物质可刺激机体 免疫系统保持活跃状态，是非特异免疫功能的一个不可缺少的 组成部分。（3）合成维生素。有些微生物能合成维生素，如核黄素、生物 素、叶酸、吡哆醇及维生素K等，供人体吸收利用。（4）降解食物残渣。肠道中正常菌群可互相配合，降解末被人 体消化食物残渣，便于机体进一步吸收。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。在一定条件下，正常菌群中的细菌也能使人患病：（1）由于机体的防卫功能减弱,引起自身感染。例如皮肤粘膜受伤（特别是大面积烧伤）、身体受凉、过度疲劳 、长期消耗性疾病等，可导致正常菌群的自身感染；（2）由于正常菌群寄居部位的改变，发生了定位转移，也可引起 疾病。例如大肠杆菌进入腹腔或泌尿道，可引起腹膜炎、泌尿道感染。 人体表面的正常菌群，一旦它们进入伤口也会引起感染。菌群失调在正常情况下，人体和正常菌群之间以及正常菌群 中各细菌之间，保持一定的生态平衡。如果生态平衡失调，以至机体某一部位的正常菌 群中各细菌的比例关系发生数量和质量上的变化，称 为菌群失调。菌群失调的常见诱因：主要是使用抗生素、同位素、激素、患有慢性消 耗性疾病时肠道、呼吸道、泌尿生殖道的功能失常也 是重要原因。去除诱因后一般可使菌群复常，也有长 期失调难于逆转的情况。常见的菌群失调症有：（1）耐药性葡萄球菌繁殖成优势菌而发生腹泻，偶尔发生致死性 葡萄球菌脓毒血症；（2）变形杆菌和假单胞菌生长旺盛并侵入组织发生肾炎或膀胱炎 ；（3）白色念珠菌大量繁殖，引起肠道、肛门或阴道感染，也可发 展成全身感染；（4）部分梭菌在结肠内大量繁殖，并产生一种肠毒素及细菌毒素 ，导致假膜性肠炎。可以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，例如，含蜡状芽孢杆菌（B cereus）的“促菌生”， 含地衣芽孢杆菌的“整肠生”等，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，这类活微生物制剂又称微生态制剂。微生态制剂一般用于恢复肠道内的正常生态环境，若肠道功能正常，一般不需要服用。蒙牛黄金益生元酸牛奶l什么是益生菌？l 是应用于动物及人体内，通过改善宿主体内的微生态平衡进而促进宿主 健康的单一或混合的活的微生态制剂。它是护卫肠道健康的好朋友，肩 负着反抗和消灭超标有害菌的光荣任务。l什么是益生元？它有什么作用？l是选择性的刺激结肠中的一种或少数几种有益菌的生长或活性而对宿主 产生有益影响，从而增进宿主健康的一类物质。益生元是肠道益生菌的“ 激活剂”，因而安全有效常被应用于婴幼儿食品中。l蒙牛酸奶中益生元：低聚半乳糖和低聚果糖。低聚半乳糖可增殖乳酸杆 菌，低聚果糖增殖双歧杆菌2、无菌动物和悉生生物无菌动物：是指不能检出任何活的微生物和寄生虫的动物悉生生物：指整个个体不携带或只携带已知微生物的生物种 类饲养方法说明附 记无菌动物隔离系统以封闭的无菌技术取得，用现有方法不能检出 任何微生物和寄生虫的动物。悉生动物隔离系统确知所带的微生物丛（植物的和动物的）经特 殊饲养的动物。确知所带有的微生物无特定病 原体动物屏障系统没有指定的致病性微生物和寄生虫的动物。确知不带有的微生物通常动物开放系统不明确所带的微生物、寄生虫的动物，称普通 动物，但不得带有人畜共患的传染病病原体。对微生物带有情况不明 确3、根际微生物和附生微生物根际微生物：生活在植物根系周围土壤中的微生物，为正常菌群，多为G- 细菌附生微生物：生活在植物地上部分表面的微生物第二节 微生物与生物环境之间的关系在自然界中，各种微生物极少单独存在，总是较多地聚在一起 ，也常常与其他生物出现在一个限定的空间内，它们之间可能发生 相互作用，并由此构成微生物以及微生物与其他生物间非常复杂而 多样化的关系。 一、互生定义：两种生物可以独立生活。也可以形成相互的联合，对一方有 利，或双方都有利。（一）微生物间的互生关系固氮菌和纤维素分解菌，两者互生关系较为典型，固氮菌可利 用纤维素分解菌产生的有机酸作为碳源和能源而大量繁殖，并进行 固氮；使纤维素分解菌也避免因为自身代谢产物积累过多而中毒； 同时可利用固氮菌前提的氮素营养物质，生长更加旺盛。增强了分 解纤维素的能力。由于它们的互生关系，提高了土壤的肥力。 （二）微生物与人及动物间的互生关系人及