910微生物的生态

第八章 微生物的生态一、微生物生态学的研究内容一、微生物生态学的研究内容1.概念概念:微生物群体与其周围生物和非生物环境条微生物群体与其周围生物和非生物环境条件相互作用的规律。件相互作用的规律。2.生物圈：生物圈：地球表面进行生命活动的有机圈层地球表面进行生命活动的有机圈层生物圈的上限大约高达空中生物圈的上限大约高达空中10Km生物圈的下限可达表面岩层下面生物圈的下限可达表面岩层下面23Km生物集中分布在地面上生物集中分布在地面上100m，水下，水下200m范围内范围内生物圈是生态系统中最活跃的组成部分生物圈是生态系统中最活跃的组成部分生命科学领域的生命科学领域的10个层次个层次 生物圈生物圈 生态系统生态系统 群落群落 种群种群 个体个体 器官器官 组织组织 细胞细胞 细胞器细胞器 分子分子第一节、微生物在自然界中的分布第一节、微生物在自然界中的分布与菌种资源与菌种资源一、微生物在自然界中的分布一、微生物在自然界中的分布（一）土壤中的微生物（一）土壤中的微生物土壤是微生物的大本营土壤是微生物的大本营v 土壤环境适合微生物的生长：土壤环境适合微生物的生长：pH，渗透压，通气，动植物尸体，矿质元素，渗透压，通气，动植物尸体，矿质元素v 种类：种类：细菌（细菌（多数为多数为杆菌）杆菌）放线菌放线菌真菌真菌藻藻类类原生动物原生动物 v 作用：作用：改善土壤的物理结构和提高肥力。改善土壤的物理结构和提高肥力。（二）水中的微生物（二）水中的微生物v水环境：水环境：地球的地球的70%左右由水覆盖，其中溶解左右由水覆盖，其中溶解 和悬浮有机、无机物，流动水有氧渗和悬浮有机、无机物，流动水有氧渗 入可供微生物生长。入可供微生物生长。vv微生物种类：微生物种类：水中有机物含量多少决定微生物种类。水中有机物含量多少决定微生物种类。2.水体的自净作用水体的自净作用(self cleaning)流水不腐流水不腐 原因：原因：好氧菌对有机物的降解好氧菌对有机物的降解 原生动物对细菌的吞噬作用原生动物对细菌的吞噬作用 噬菌体对宿主的裂解作用噬菌体对宿主的裂解作用 藻类对无机元素的吸收藻类对无机元素的吸收 浮游动物对有机物的摄取和浓缩作用浮游动物对有机物的摄取和浓缩作用3.饮用水标准饮用水标准 1 mL自来水中细菌总数不可超过自来水中细菌总数不可超过100个个(37，培养，培养24 h)1000 mL自来水中自来水中大肠菌群（大肠菌群（E.coli）数）数不能超过不能超过3个个(37，培养，培养48 h)（三）空气中的微生物（三）空气中的微生物 环境：环境：不利于微生物生长，所以无固定不利于微生物生长，所以无固定种类种类种类分布：种类分布：主要是真菌和细菌，在医院，主要是真菌和细菌，在医院，公共场所致病菌的数量多。公共场所致病菌的数量多。（四）工农业产品上的微生物（四）工农业产品上的微生物1.工业产品的霉腐工业产品的霉腐霉腐微生物学：研究各种工业产品上有害微霉腐微生物学：研究各种工业产品上有害微生物分布、种类、霉腐机制及其防治方生物分布、种类、霉腐机制及其防治方法的微生物学法的微生物学材料劣化：材料劣化：霉变霉变霉菌；霉菌；腐朽腐朽微生物降解木类微生物降解木类腐烂腐烂水分高，变软；水分高，变软；腐蚀：还原细菌腐蚀：还原细菌防治防治“菌灾菌灾”方法方法 尽量减少产品上的微生物数量尽量减少产品上的微生物数量 包装，避免微生物生长环境包装，避免微生物生长环境 加工全过程，保证无菌条件加工全过程，保证无菌条件 防腐剂防腐剂少用少用 黑曲霉、土曲霉、出芽短梗霉、宛氏黑曲霉、土曲霉、出芽短梗霉、宛氏拟青霉、绳状青霉、赭绿青霉、短柄帚拟青霉、绳状青霉、赭绿青霉、短柄帚霉和绿色木霉霉和绿色木霉（五）极端环境条件下的微生物（五）极端环境条件下的微生物 依赖于极端环境才能生长繁殖的微生物依赖于极端环境才能生长繁殖的微生物称称极端微生物或嗜极菌极端微生物或嗜极菌 极端环境包括：高温、低温、高酸、高极端环境包括：高温、低温、高酸、高盐、高碱、高毒、高渗高压、高辐射强盐、高碱、高毒、高渗高压、高辐射强度和干旱等环境度和干旱等环境 研究进化及细胞构造、生命活动有意义研究进化及细胞构造、生命活动有意义1.嗜热微生物嗜热微生物分布：草堆、厩肥、煤堆、温泉、火山地、分布：草堆、厩肥、煤堆、温泉、火山地、地热区土壤及火山口地热区土壤及火山口2.嗜冷微生物嗜冷微生物 指一类最适生长温度低于指一类最适生长温度低于15、最高生长、最高生长温度低于温度低于20 和最低生长温度在和最低生长温度在0以下的以下的细菌、真菌和藻类等微生物细菌、真菌和藻类等微生物 分布：极地、深海、高山、冰窖和冷库分布：极地、深海、高山、冰窖和冷库3.嗜酸微生物嗜酸微生物 只能生活在低只能生活在低pH(4)条件下，中性条件条件下，中性条件下即死亡的微生物下即死亡的微生物 耐酸微生物：可在耐酸微生物：可在pH5时生长，但因为时生长，但因为在中性条件下也能生活的微生物在中性条件下也能生活的微生物 嗜酸机制：细胞壁和细胞膜具有排阻外嗜酸机制：细胞壁和细胞膜具有排阻外来来H+和从细胞中排出和从细胞中排出H+的能力，且细胞的能力，且细胞壁和细胞膜还需高壁和细胞膜还需高H+浓度才能维持其正浓度才能维持其正常结构常结构4.嗜碱微生物嗜碱微生物 能专性生活在能专性生活在pH10-11的碱性条件下而不的碱性条件下而不能生活在中性条件下的微生物能生活在中性条件下的微生物 存在于碱性盐湖和碳酸盐含量高的土壤存在于碱性盐湖和碳酸盐含量高的土壤 嗜碱菌的酶类已被开发并添加在洗涤剂中嗜碱菌的酶类已被开发并添加在洗涤剂中5.嗜盐微生物嗜盐微生物 必须在高盐浓度下才能生长的微生物必须在高盐浓度下才能生长的微生物 分布：盐湖，晒盐场和腌制品分布：盐湖，晒盐场和腌制品6.嗜压微生物嗜压微生物 必须生长在高静水压环境中的微生物必须生长在高静水压环境中的微生物 分布深海中，油井中分布深海中，油井中7.抗辐射微生物抗辐射微生物（六）生物体内外正常菌群（以人为例）（六）生物体内外正常菌群（以人为例）1.正常菌群：正常菌群：生活在健康动物各部位，数量大、生活在健康动物各部位，数量大、种类较稳定且一般是有益无害的微生物。种类较稳定且一般是有益无害的微生物。2.大肠菌群大肠菌群:包括大肠杆菌、柠檬酸杆菌、产气肠包括大肠杆菌、柠檬酸杆菌、产气肠杆菌等一些杆菌等一些G-、无芽孢、能发酵乳酸产酸产气、无芽孢、能发酵乳酸产酸产气的兼性厌氧菌。的兼性厌氧菌。3.条件致病菌：条件致病菌：凡属正常菌群的微生物，由于凡属正常菌群的微生物，由于 机体防御性降低、生存部位的改变或因数量剧机体防御性降低、生存部位的改变或因数量剧增等情况而引起疾病者。增等情况而引起疾病者。1.人体的正常菌群人体的正常菌群4.微生态制剂（益生菌剂）：微生态制剂（益生菌剂）：依据微生态学理论而依据微生态学理论而制成的含有有益菌的活菌制剂，功能是维持宿主制成的含有有益菌的活菌制剂，功能是维持宿主的微生态平衡、调整宿主的微生态失调并兼有其的微生态平衡、调整宿主的微生态失调并兼有其他保健功能他保健功能 如，双歧杆菌（酸奶）如，双歧杆菌（酸奶）悉生生物：凡已人为地接种上某种或某些已悉生生物：凡已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知纯种微生物的无菌动物或植物 即已知其上所含的微生物群的大生物即已知其上所含的微生物群的大生物2.无菌动物与悉生生物无菌动物与悉生生物3.根际微生物和附生微生物根际微生物和附生微生物1）根际微生物：）根际微生物：利用根系分泌的物质大量繁利用根系分泌的物质大量繁 殖的微生物。殖的微生物。作用：作用：一般对植物生长有益。一般对植物生长有益。2）附生微生物：）附生微生物：利用植物表面外渗和分泌物利用植物表面外渗和分泌物 质为营养的微生物。质为营养的微生物。作用：作用：促进植物发肓、提高种子质量促进植物发肓、提高种子质量 有害影响：有害影响：引起植物腐烂引起植物腐烂1.1.互生互生：两种单独分开生活的微生物共同生活时，两种单独分开生活的微生物共同生活时，可可互为对方创造良好的生活条件互为对方创造良好的生活条件，或一种微，或一种微生物生命活动（代谢产物）生物生命活动（代谢产物）改善另一微生物改善另一微生物的生活条件。的生活条件。可分可合，合比分好可分可合，合比分好 微生物间：微生物间：好氧性自生固氮菌和纤维素分解菌好氧性自生固氮菌和纤维素分解菌 微生物与动、植物。微生物与动、植物。第二节第二节 微生物与生物环境间的关系微生物与生物环境间的关系 2.2.共生共生 （互生关系的发展）（互生关系的发展）两种微生物共同生活时互相依赖彼此获取一定利两种微生物共同生活时互相依赖彼此获取一定利益，一种类型脱离另一种类型就不能独立生活。益，一种类型脱离另一种类型就不能独立生活。（一）微生物间的共生（一）微生物间的共生 地衣地衣：蓝细菌蓝细菌和和真菌真菌共生体共生体（二）微生物与植物间的共生（二）微生物与植物间的共生 根瘤菌根瘤菌(细菌细菌)与豆科植物也是共生关系与豆科植物也是共生关系（三）微生物与动物间的共生（三）微生物与动物间的共生1.微生物与昆虫的共生：外共生和内共生微生物与昆虫的共生：外共生和内共生2.反刍动物和瘤胃微生物反刍动物和瘤胃微生物 3.3.寄生：寄生：一种微生物从另一种微生物中获得一种微生物从另一种微生物中获得养料，藉以生长和繁殖，同时使后者蒙胧养料，藉以生长和繁殖，同时使后者蒙胧受损失或被杀死的一种相互关系。受损失或被杀死的一种相互关系。前者前者为为寄生物寄生物，后者为，后者为寄主寄主。v微生物间的寄生：噬菌体微生物间的寄生：噬菌体v微生物与植物间的寄生：专性和兼性寄生微生物与植物间的寄生：专性和兼性寄生v微生物与动物间的寄生：病原微生物微生物与动物间的寄生：病原微生物 5.5.捕食：捕食：指一种大型的生物直接捕捉、吞食指一种大型的生物直接捕捉、吞食另一种小型生物以满足其营养需要的关系另一种小型生物以满足其营养需要的关系主要是原生动物捕食细菌和藻类主要是原生动物捕食细菌和藻类 两种微生物生活在一起时，一种微生物产生两种微生物生活在一起时，一种微生物产生某种特殊的代谢产物或改变环境条件从而抑制或杀某种特殊的代谢产物或改变环境条件从而抑制或杀死另一种微生物的现象。死另一种微生物的现象。泡菜，青贮饲料，抗生素泡菜，青贮饲料，抗生素4.4.拮抗：拮抗：青霉（青霉（Penicillum）和葡萄球菌（）和葡萄球菌（Stapylocuccus）第三节第三节 微生物与自然界物质循环微生物与自然界物质循环主要的有主要的有O、N、C、S、P循环循环1.碳素的循环碳素的循环有氧条件：有氧条件：光合作用光合作用 :无氧条件：无氧条件：糖酵解糖酵解 甲烷生成甲烷生成 形成化石燃料形成化石燃料呼吸作用呼吸作用：有机物有机物CO2CO2 有机物有机物碳素循环2.2.氮素的循环氮素的循环:3.3.硫素循环与细菌沥滤硫素循环与细菌沥滤一、水体的污染一、水体的污染富营养化富营养化 富营养化富营养化：指水体中因氮、磷等元素含量：指水体中因氮、磷等元素含量过高而引起水体表民支的蓝细菌和藻类过过高而引起水体表民支的蓝细菌和藻类过度生长繁殖的现象度生长繁殖的现象 水华水华：指发生在淡水水体中富营养化现象：指发生在淡水水体中富营养化现象 水面有蓝、绿色藻体和泡沫水面有蓝、绿色藻体和泡沫 赤潮赤潮：发生在河口、港湾或浅海等咸水区：发生在河口、港湾或浅海等咸水区水体的富营养化现象水体的富营养化现象第四节第四节 微生物与环境保护微生物与环境保护二、污水治理二、污水治理2.微生物处理污水的原则微生物处理污水的原则原理原理：主要根据水体自净原理，利用微生物酶的催化性和：主要根据水体自净原理，利用微生物酶的催化性和代谢活性，好氧或厌氧分解和转化污水中的污染物。代谢活性，好氧或厌氧分解和转化污水中的污染物。1.常用的污水治理方法氧化塘法、晒水虑床法、活性污泥法、生物膜法、厌氧发酵法氧化塘法、晒水虑床法、活性污泥法、生物膜法、厌氧发酵法微生物的分类和鉴定第 十 章 微生物分类学：微生物分类学：按微生物亲缘关系将其排成多种按微生物亲缘关系将其排成多种分类单位或分类群的科学。分类单位或分类群的科学。分类：分类：将有关个体的大量资料经科学的归纳整理将有关个体的大量资料经科学的归纳整理或反映生物进化规律的自然分类系统。或反映生物进化规律的自然分类系统。鉴定：鉴定：检测未知纯种微生物的多种性状特征，查检测未知纯种微生物的多种性状特征，查找分类系统进行归类命名。找分类系统进行归类命名。命名：命名：为新发现的微生物按国际命名法给出一个为新发现的微生物按国际命名法给出一个学名。学名。一、种以上的系统分类单元(一一)7级分类单元级分类单元第一节 通用分类单元 界界Kingdom 门门Phylum or Division 纲纲Class 目目Order 科科Family 属属Genus 种种Species （二）种的概念：（二）种的概念：种是最基本的分类单位种是最基本的分类单位.种是一个基本分类单位，是一大群表型特种是一个基本分类单位，是一大群表型特征高度相似、亲缘关系极其接近，与同属内其征高度相似、亲缘关系极其接近，与同属内其他种有明显差别的菌株的总称。比如他种有明显差别的菌株的总称。比如Bifidobacterium bifidum ATCC 29521 这里的种仅仅是指种的模式种或典型种这里的种仅仅是指种的模式种或典型种 2新种：新种：权威性的分类、鉴定手册中从未记载过的一种新权威性的分类、鉴定手册中从未记载过的一种新分离并鉴定过的微生物学分离并鉴定过的微生物学发表文章时，确定为新种，在学名后加发表文章时，确定为新种，在学名后加sp.nov(species nova)或或nov sp.。比如比如 Corynebacterium pekinense sp.nov 1.1.双名法双名法(binominal nomenclature)：林奈创立。此为国际命名法规，即：每一微生物林奈创立。此为国际命名法规，即：每一微生物的学名都依属与种而命名的学名都依属与种而命名 属名属名+种名加词种名加词属名：属名：拉丁文的名词或用作名词的形容词，拉丁文的名词或用作名词的形容词，字首大写字首大写，表示，表示 微生物的主要特点，由微生物构造，形状或由科学家命名微生物的主要特点，由微生物构造，形状或由科学家命名种名：种名：为拉丁文形容词，为微生物次要特征，为拉丁文形容词，为微生物次要特征，字首小写字首小写，为微生物色素、形状、来源或科学家姓名等。为微生物色素、形状、来源或科学家姓名等。如：如：Escherichia coli 大肠杆菌大肠杆菌 当文章中前面已出现学名时，后面可将属名缩写成当文章中前面已出现学名时，后面可将属名缩写成一至三个字母。一至三个字母。如如:E.coli二、学名二、学名 2 2 三名法三名法(trinominal nomenclature)：当某种微生物是亚种或变种时当某种微生物是亚种或变种时 属名属名+种名种名+subsp（var）+亚种亚种 如：如：Staphylococcus aureus subsp Saccharomyces cerevisiae(var)ellisoideus（1）属名）属名是表示该微生物主要特征的名词或用作名是表示该微生物主要特征的名词或用作名词的形容词，单数，词的形容词，单数，首字母大写首字母大写当前后有两个或多个学名连在一起时，若当前后有两个或多个学名连在一起时，若它们的属名相同，则后面的一个或几个它们的属名相同，则后面的一个或几个属名可缩写成一个、两个或三个字母，属名可缩写成一个、两个或三个字母，后加一个点后加一个点3 3有关学名的其他知识有关学名的其他知识Bacillus 芽孢杆菌属芽孢杆菌属 Bacillus subtilis(B.subtilis)腊状芽孢杆菌腊状芽孢杆菌Staphylococcus 葡萄球菌属葡萄球菌属 Escherichia 大肠杆菌属大肠杆菌属 Penicillium 青霉属青霉属（2）种名加词）种名加词是表示一个物种的次要特征，是表示一个物种的次要特征，字母一律小写字母一律小写，实际工作时，以常遇到确定了属名，但不能实际工作时，以常遇到确定了属名，但不能确定种名时，进行学术交流或发论文，学确定种名时，进行学术交流或发论文，学名后的种加词可以暂时用名后的种加词可以暂时用“sp.”或或“spp.”Bacillus subtilis 腊状芽孢杆菌腊状芽孢杆菌Bacillus thuringiensis 苏云金芽孢杆菌苏云金芽孢杆菌Staphylococcus aureus 金黄色葡萄球菌属金黄色葡萄球菌属Bacillus sp.某种芽孢杆菌某种芽孢杆菌Bacillus spp.芽孢杆菌属中的某些种芽孢杆菌属中的某些种三、亚种以下的分类名词三、亚种以下的分类名词指某一明显而稳定的特征与模式种不同指某一明显而稳定的特征与模式种不同的种，有时称小种。的种，有时称小种。如：如：E.coli k12（一）亚种：（一）亚种：（subspecies,subsp,ssp）：）：（二）菌株（二）菌株（strain）:又称品系：一种微生物的不同来源又称品系：一种微生物的不同来源 的纯培养物。的纯培养物。模式菌株模式菌株：在微生物中，一个种只能用该种内的：在微生物中，一个种只能用该种内的一个典型菌株当作它的具体代表，故此典型菌一个典型菌株当作它的具体代表，故此典型菌株就是该种的模式种或模式活标本。株就是该种的模式种或模式活标本。一、生物的界级分类学说一、生物的界级分类学说 在生物学发展史上，生物的分类经历了：在生物学发展史上，生物的分类经历了：第二节第二节 微生物在生物界的地位微生物在生物界的地位 1.1.二界系统：瑞典：林奈二界系统：瑞典：林奈植物界：植物界：藻类藻类（光合作用、有细胞壁）（光合作用、有细胞壁）动物界：动物界：原生动物（细胞柔软、无细胞壁、原生动物（细胞柔软、无细胞壁、无叶绿体、可运动）无叶绿体、可运动）植物界植物界动物界动物界原生生物界原生生物界:（主要由一些单细胞生物和无（主要由一些单细胞生物和无核类组成）核类组成）。.三界系统：德国三界系统：德国HaeckelHaeckel3.3.四界系统：四界系统：1938,Copeland1938,Copeland植物界、动物界、原始生物界（原生动物，植物界、动物界、原始生物界（原生动物，真菌，藻类）、真菌，藻类）、菌物界（细菌，蓝细菌）菌物界（细菌，蓝细菌）.五界系统：五界系统：Whittaker（69年）提出 纵横统一五界学说第三节第三节 各大类微生物的分类系统各大类微生物的分类系统纲要纲要一、一、Bergey氏原核生物分类系统纲要氏原核生物分类系统纲要1.伯杰氏手册伯杰氏手册简介简介德国德国 Lehmann 细菌分类图说细菌分类图说美国美国 Bergey 伯杰氏鉴定细菌学手册伯杰氏鉴定细菌学手册前苏联前苏联 克拉西尔尼可夫克拉西尔尼可夫 细菌与放线菌鉴定细菌与放线菌鉴定法国法国 Prevot 细菌分类学细菌分类学Starr 原核生物原核生物第四节第四节 微生物分类鉴定的方法微生物分类鉴定的方法4个水平：个水平：（1）细胞的形态和习性水平）细胞的形态和习性水平（2）细胞组分水平）细胞组分水平（3）蛋白质水平）蛋白质水平（4）核酸水平）核酸水平一、一、微生物分类鉴定中的经典方法微生物分类鉴定中的经典方法（1 1）获得纯培养物；（）获得纯培养物；（2 2）测定一系列指标）测定一系列指标（3 3）查权威菌种鉴定手册）查权威菌种鉴定手册 （1）形态特征：形态特征：大小，排列，分化，结构，染色等大小，排列，分化，结构，染色等 （2）培养特征：培养特征：营养要求，生长的物理环境（酸碱营养要求，生长的物理环境（酸碱 度，温湿度），菌落，菌苔，液体度，温湿度），菌落，菌苔，液体 培养特征。培养特征。（3）代谢特征：代谢特征：微生物生命活动的方式。微生物生命活动的方式。（4）化学组成特征：化学组成特征：细胞主要特征性化学成分的鉴定细胞主要特征性化学成分的鉴定 如：如：细胞壁成分、细胞内含物细胞壁成分、细胞内含物 （5）抗原特征：抗原特征：抗原成为化学组成的一个特殊方面，微抗原成为化学组成的一个特殊方面，微 生生 物具有许多不同类型的抗原。物具有许多不同类型的抗原。（6）生态特征：生态特征：与其他生物的关系、自然界的分布、致与其他生物的关系、自然界的分布、致 病性等病性等（一）经典的鉴定指标（一）经典的鉴定指标二、微生物分类鉴定中的现代方法：（一）通过核酸分析鉴定微生物遗传型（一）通过核酸分析鉴定微生物遗传型 1.DNA碱基比例的测定碱基比例的测定2.核酸杂交法核酸杂交法3.微生物全基因组测序微生物全基因组测序 1995年，首次报道流感嗜血杆菌年，首次报道流感嗜血杆菌(haemophilus influenzae Rd KW20)的全基因图谱的全基因图谱（二）细胞化学成分作用鉴定指标（二）细胞化学成分作用鉴定指标1.细胞壁的化学成分：肽桥，肽尾细胞壁的化学成分：肽桥，肽尾2.全细胞水解液的糖型：全细胞水解液的糖型：（1）阿拉伯糖、半乳糖；（）阿拉伯糖、半乳糖；（2）马杜拉糖）马杜拉糖（3）无糖；（）无糖；（4）木糖，阿拉伯糖）木糖，阿拉伯糖3.磷酸类脂的成分分析磷酸类脂的成分分析（三）数值分类法（三）数值分类法一些常见微生物的命名一些常见微生物的命名 细菌细菌Bacillus subtilis(B.subtilis)腊状芽孢杆菌腊状芽孢杆菌Staphylococcus aureus 金黄色葡萄球菌属金黄色葡萄球菌属 Escherichia coli 大肠杆菌大肠杆菌 放线菌放线菌Streptomyces 链酶菌属链酶菌属 真菌真菌Penicillium 青霉属青霉属 酵母菌酵母菌Saccharomycodes cerevisiae 酿酒酵母酿酒酵母