1、第九章微生物生態微生物生態學生態系統:在一定的空間內生物的成分和非生物的成分通過物質循環和能量流動互相作用、互相依存而構成的一個生態學功能單位。生態學:是一門研究生物系統間及與環境系統相互作用規律的科學。微生物生態學:是一門研究微生物與環境系統間相互作用規律的科學。即 生物系統環境系統微生物系統環境系統反作用作 用作 用反作用生態學研究層次生物圈生態系統群落種群biosphere ecosystem community population 個體 器官 組織 細胞 細胞器individual organ tissue cell organelle 生物大分子 基因 核苷酸 密碼子 堿基 bio

2、macromolecile gene 目錄：第一節 微生物在自然界中的分布第二節 微生物的生物環境第三節 微生物在自然界物質循環中的作用第四節 人體微生及病原微生物的傳播第五節 微生物與環境保護第一節 生態環境中的微生物一 微生物的群落二 陸生生境的微生物三 水生生境的微生物四 大氣生境的微生物五 極端環境的微生物六 動物體中的微生物七 植物體中的微生物自然環境中的微生物存在個體、種群、群落和生態系統從低到高的組織層次，與動物、植物相比，微生物具有更強的群體性。生態系統表現出來的生態功能取決于群落的功能。一 微生物群落群落： 一定區域內或一定生境中各種微生物種群相互松散 結合的一種結構單位群落

3、。 任何微生物群落由一定的微生物種群組成。 種群的個體有一定的形態和大小。個體在群落中處 于不同地位和起著不同的作用。 種的多樣性、垂直結構、水平結構和優勢種群是表 征群落結構的重要參數。 微環境（緊密圍繞微生物細胞的環境） 一塊土壤，一段根面 穩定性 高度多樣性的群落能在一定程度上應付環境條件的變化兩類微生物群落優勢種具有大量個體，種類少種類多，每種個體數量少。 適應性 微生物以改變群體的結構來適應新環境。微生物群落的特點：二 陸生生境的微生物土壤中（一）土壤的環境條件（二）土壤中微生物的種類和數量微生物生活的最好環境（一）土壤的環境條件1 提供養分（1）微生物、動植物殘體 土壤 有機物大量

4、元素微量元素（2）巖石風化 礦物質2 通氣、保水肥沃土具有良好的團粒結構團聚體microaggregates微環境團聚體間為大孔隙透水通氣。內部為毛細孔隙具有良好的蓄水保水能力3 滲透壓 土壤溶液的滲透壓為0.55.0個大氣壓。 一般細菌的滲透壓多為36個大氣壓4 pH值多 數 土 壤 pH值5.58.5多數細菌、藻類、原生動物 pH值 6.57.5放 線 菌 pH值 7.58真 菌 pH值 565 保溫性晝夜溫差、季節溫差變化小。1 種類（1）細菌 數量最多。種類最多、功能多樣。形態：桿菌球菌螺旋狀菌。氧氣需要：好氧菌厭氧菌營養類型：有機營養型無機營養型。優勢菌： 節桿菌、好氣芽孢桿菌、梭狀

5、芽孢 桿菌、固氮菌、硝化細菌、反硝 化細菌纖維粘菌。（二）土壤中微生物的種類和數量（2）放線菌特 點：菌絲不發達，多以孢子存在。 干旱、荒漠土放線菌比例升高。 產生的抗生素在農業生產中有使用價值的約數十種。重視對它們的研究。重要屬：鏈霉菌屬7090 諾卡氏菌屬1030 小單胞菌屬115（3）真菌特 點：一般農田土：半知菌亞門霉菌多； 森林、草地：擔子菌亞門菌多； 果園土：酵母菌多。篩選有益真菌：是某些植物病菌的藏身地。因此，對土壤真菌生態調查和應用研究在農業生產上有重要的意義。（4）藻類與原生動物常見藻類：藍綠藻、鞭毛藻、硅藻。 喜水，分布在濕潤土表面、浸水層中 常見原生動物：纖毛蟲、鞭毛蟲、

6、肉足蟲。 富含有機物的土、污泥中，尤其 污水。 2 數量每克土壤的含菌量大體上有一個十倍系列的遞減規律：細菌（108）放線菌（107）霉菌（106）酵母菌（105）藻類（104）原生動物（103）以每畝耕作層土重30萬斤計，細菌的活重為180450斤。三 水生生境的微生物分類：自然水質（江、河、湖、海等各 種淡水和咸水等） 人工水域（水庫、井水、自來水等）分布：任何水質中都生存著相應的微生物水生微生物的區系可分為： 清水型水生微生物 腐敗型水生微生物淡水水生微生物區系 清水型微生物區系特點 有機物少，無機物多。自養菌。包括硫細菌、 鐵細菌、藍細菌、綠硫細菌、水霉、綿霉 腐敗型微生物區系特點 有

7、機物多。異養菌。腐敗細菌，原生動物海水微生物區系 嗜鹽菌，鹽生鹽桿菌。發光細菌 四 大氣生境的微生物缺少必需的營養物質、水分；存在紫外線。空氣不是微生物的棲息場所。1 來源：塵埃漂浮進入。 多以孢子和其它休眠體形態存在。2 分布：禽畜舍、公共場所、醫院、廁所、宿舍、 城市街道，微生物含量高；海洋、高山、 森林、極地等微生物含量少；梅雨季節 霉菌含量高。3 常見： 霉菌、酵母菌、芽孢桿菌、產色素球菌、 放線菌孢子。 五 極端環境的微生物（一）研究極端環境微生物的重要意義（二）極端環境微生物的種類（一）研究極端環境微生物的重要意義1 開發利用新的微生物資源（基因資源）2 提供微生物生理、遺傳、生命

8、科學的新材料3 為生物進化、生命起源的研究提供新的材料。 （二）極端環境微生物的種類1 極端嗜熱微生物（hyperthermophile）2 極端嗜冷微生物（psychrophilic microorganisms）3 極端嗜酸微生物（acidophilic microorganisms）4 極端嗜堿微生物（alkalitrophic microorganisms）5 極端嗜鹽微生物（halophilic microorganisms）6 極端嗜壓微生物（barophilic microorganisms）1 極端嗜熱微生物（1）最適生長溫度 大部分是古細菌。80110。（2 ）分布 熱泉、巖

9、石表面、堆肥、廄肥、工廠冷卻水。（3 ）耐熱機制 蛋白質、核酸、類脂 質粒的熱抗性基因（4 ）應用 高溫發酵 污水處理 耐高溫DNA聚合酶兼性嗜熱菌專性嗜熱菌極端嗜熱菌耐熱菌超嗜熱菌 嗜熱菌的類型：嗜熱微生物2 極端嗜冷微生物（1）生長溫度 可以在低于0或5的環境下生活。多G-菌。（2）分布 極地、深海、冷凍土壤、陰冷洞穴、低溫保藏食品。（4）應用 獲得低溫蛋白酶用于洗滌劑，節約能源。（3）嗜冷機制 細胞膜脂含有大量的不飽和、低熔點脂肪酸。3 極端嗜酸微生物（1）生長pH值 生長pH為0.94.5。pH35.5較普遍。（2）分布 泥炭土、酸性沼澤、酸熱泉、火山湖、地熱泉。（3）耐酸機制 細胞壁

10、、細胞膜排斥H+，對H+不滲透。（4）應用 微生物冶金、生物脫硫（污水處理）4 極端嗜堿微生物（1）生長pH值 10.511.0。一般pH9以上。碳酸鹽是環境堿性的主 要來源。（2）分布 碳酸鹽湖、碳酸鹽荒漠、極端堿性湖。 鹽嗜堿微生物和非鹽嗜堿微生物（3）應用 蛋白酶、果膠酶、纖維素酶、木聚糖酶用于洗滌劑5 極端嗜鹽微生物（1）生長鹽度 中度嗜鹽菌鹽濃度0.52.5mol/L； 極端嗜鹽菌鹽濃度2.55.2mol/L（32%）。（2）分布 鹽湖、鹽場、鹽礦、鹽腌制食品。（3）嗜鹽機制 正在研究。紫膜具有排鹽作用。（4）應用 紫膜的質子泵和排鹽作用研究。 生物能電池及海水淡化裝置。6 極端嗜壓

11、微生物（1）生長壓力 深海底部1.01108Pa(1000大氣壓) 油井深部4.05107Pa (400大氣壓)（2）應用 研究工作受到一定限制。六 正常人體及動物體上的微生物正常菌群：正常寄居在人體、動物體內或體表的 微生物菌群。是人和動物個體重要 的生理組分，對宿主必不可少。特 點：生活在健康部位、數量大、種類穩定。 以一定比例混合存在，并不對宿主 造成危害引起疾病。1 動物體上皮毛：葡萄球菌、鏈球菌、雙球菌。腸道：擬桿菌、大腸桿菌、乳桿菌、糞鏈球菌、 產氣莢膜梭菌、腐敗梭菌、纖維素分解菌。2 人體上 在健康狀況下，人體組織血液不含菌。 人體內的微生物以細菌為主，約有幾十億百萬億 身體的皮

12、膚、黏膜以及一切與外界相通的腔道有許 多正常的菌群。人消化道各部位的重要細菌皮膚： 表皮葡萄球菌、金黃色葡萄球菌。鼻腔： 葡萄球菌、類白喉分支桿菌、肺炎球菌、 流感嗜血菌口腔： 球菌、乳桿菌屬、擬桿菌屬胃： 酸性環境。少數耐酸菌。其它進入的菌都被殺死。腸： 中性或堿性環境。適于微生物生長。擬桿菌、 雙歧桿菌、優桿菌、大腸桿菌、腸球菌。 厭氧菌占99%，好氧菌占1%。正常菌群的致病人體正常菌群和人體是互生關系。但也是相對的、可變的和有條件的。人體防御機能減弱：燒傷、黏膜受損、受涼、過度疲勞。 正常菌群的易位：大腸菌群進入腹腔或泌尿生殖系統， 引起腹膜炎、腎炎、膀胱炎。 外傷和手術可導致易位。 外

13、因破壞了微生物之間的相互制約關系： 長期服用廣譜抗生素，對藥物敏感的細 菌被抑制，不敏感的白色假絲酵母、耐 藥性的葡萄球菌大量繁殖，引起病變。兒童的消化不良、成人的胃腸炎：好氧菌、腸桿菌數量增加，擬桿菌、雙歧桿菌減少。痢疾病人：擬桿菌減少、腸桿菌增加， 出現痢疾桿菌。除使用藥物抑制或殺死致病菌外，還須調整菌群恢復腸道正常菌群平衡。七 植物體中的微生物1 植物表面微生物2 微生物和植物根相互關系1 植物表面的微生物附生微生物定居于活植物莖、葉、果實表面的 微生物（地上部分）。（互生）葉面的附生微生物以 細菌為主，其次是 酵母菌和少量絲狀真菌，放線菌很少。 多種微生物的孢子、芽孢。天然的接種劑 乳

14、酸桿菌腌制泡菜、酸菜和青儲飼料。 酵母菌葡萄酒的自然發酵。 引起病害主要是真菌病害。2 微生物和植物根相互關系（1）根際微生物（rhizosphere microorganisms）（2）菌根（mycorrhiza）（3）共生固氮（1） 根際微生物（與植物互生） 根際微生物： 鄰接植物根1-2mm的土壤區域根際（根圈）。 根際中生活的微生物根際微生物。 根際是微生物生長的特殊微生態環境。 植物滲出物（碳水化合物、有機酸、氨基酸） 植物分泌物（維生素、核酸） 植物黏液 溶胞產物（衰老的植物表皮細胞）。根際內的微生物比根際外的多幾倍幾十倍根際效應根際效應生活在根圈中的微生物，在數量、種類和活性上與

15、根圈外的微生物相比，有一定的特異性。該現象稱之。離根越近，根土比越大，根際效應越明顯。農作物比林木大，豆科作物較非豆科大。 根土比（R/S ration）根際中的微生物數量無根際土壤中微生物數量反應根際效應的指標： 根際微生物對植物生長的有益影響 分泌生長調節劑促進植物生長。 維生素、氨基酸、生長刺激素。 分泌抗菌素，避免土著性病原菌侵染。 固氮增加N素營養。根際微生物對植物的有害影響引起作物病害 棉花的黃萎病輪枝霉 棉花的枯萎病鐮刀霉競爭有限養分（2）菌根（與植物共生） 菌根：真菌和植物根的共生聯合體。陸地上97%的植物具有菌根。根據菌根的形態和結構分外生菌根內生菌根菌根植物 裸子植物和被子

16、植物的喬木和灌木。以森林樹木為主。真菌類型 擔子菌中的牛肝菌、鵝膏菌。子囊菌和藻狀菌外生菌根：菌根菌交織成菌套包在根系外。進入皮 層細胞的間隙。并形成外延菌絲。 森林樹木。 內生菌根：菌絲體存在于根的皮層細胞間和細胞內。 存在于草、林木和各種作物中。如：泡囊叢枝菌根 （VA菌根） 菌根的作用 擴大寄主植物的營養吸收面。 產生生長刺激素。吲哚乙酸（松樹、樺樹） 防御病菌侵染 機械屏障作用 產生萜烯和半萜烯類制霉物質。 菌根的應用 在木材生產中用客土法和人工接種法使幼 苗形成外生菌根。在木材生產中有重要經 濟價值。 豆科植物進行根瘤菌和V-A菌根的雙接種。（3）共生固氮1）根瘤菌與豆科植物共生固氮

17、根瘤2）弗蘭克氏放線菌和非豆科木本植物共生固氮根瘤1）根瘤菌與豆科植物共生固氮根瘤菌能侵染豆科植物根部形成根瘤和固定大氣中的氮氣的細菌。人工培養桿狀。專性好氧。在根瘤中根瘤菌呈“T”、“Y”形的類菌體狀。根 瘤固氮微生物在植物根內形成的共生組織。圓形、棗狀、瘤狀等。有固氮作用。根瘤菌根毛根內顯瘤侵入線內皮層根分裂2）弗蘭克氏菌和非豆科木本植物共生固氮7目，8科，24屬放線菌結瘤植物。如 楊梅屬、沙棘屬、木麻黃屬、野麻屬等。與弗蘭克氏菌形成放線菌根瘤共生固氮。微生物引起的工業產品的霉腐大量工業制品都是用用動植物產品作原料來制造的纖維制品、木制品、革制品、橡膠制品、油漆、卷煙、化妝品等有些工業產品

18、如塑料、建筑涂料等也有很多微生物可以分解、利用光學儀器上的鏡頭，建筑泥漿、鋼纜、地下管道、金屬材料等，各種電訊器材、文物、書畫等也可被多種特殊微生物所破壞。八、工農業產品上的微生物霉變(mouldness): 由霉菌在產品生長引起劣化腐朽(decay): 好氧下微生物酶解有機物所致劣化腐爛(腐敗,rot): 由細菌或酵母所物質軟化發臭性 劣化腐蝕(corrosion): 由硫酸鹽還原菌,鐵細菌或硫細菌 所致金屬材料的侵蝕等劣化現象變質(deterioration): 由 生物或非生物 所致工農產 品質量下降的現象霉腐微生物的危害方式酶系: 分解各產品中相應組分(纖維素酶分解棉、麻、竹、木等材料; 蛋白酶分解革、毛、絲、裘等產品等等)菌體: 本身屬電解質, 對電汛與電器的電學性能危泌的有機酸等代謝產物對光學儀器損害重大等毒素: 其危害更大, 常常致人于死地害極大等產物: 菌體分泌的有機酸等代謝產物對光學儀器損害重大等毒素: 其危害更大, 常常致人于死地等“菌災”預防菌災所致的損失是極其巨大又很難估計防治要點：阻斷微生物賴以生長繁殖的外環境條件（溫、濕、氧與營養等）采用理、化抑殺使產品