微生物的生态22988 PPT课件

Mineral Soils: the weathering of rock,Organic Soils: Sedimentation in bogs and marshes Soils are microbial habitats, water availability limits microbial activity
•土壤微生物分布特点： •垂直分布：土壤表面菌少，耕作层菌多，深层菌少。
如土壤3～5cm以下至20cm最多。但各菌群分布规律不同： 藻类在表层数mm处较多，真菌在10 cm处较多； 原生动 物在15 cm处较多。
•水平分布：有机物丰富微生物多。微生物类型取决于 各种土壤中的碳源。
Terrestrial（陆地的）Environments
•关于海洋真菌
• 海洋真菌生长在各种基质上，从树木到沉积物，泥浆，土壤， 沙子，海藻，珊瑚，软体动物的钙化软骨，红树林的烂叶子，潮 间带的植物和活的动物，再到甲壳类的内脏里。
• 海洋真菌数量 Kohlmeyer ：Mangrose真菌从42种(源自979)发展到200种（1997）
• 海洋药物
从海洋微生物提取的天然产物有不饱和脂肪酸 ；多 聚糖； 抗生素； 药物生物素等。
•寄 生
• 寄生：小型生物（寄生物） 生活在另一种较大型生物 （寄主或宿主）的体内或体 表。小生物从寄主细胞中取 得营养生长繁殖，但寄主细 胞受到损害甚至被杀死。
• 如细菌 —— 噬菌体
• 木霉寄生在蘑菇属上，从而 减少栽培蘑菇的产量。
•捕 食
• 捕食：一种较大型的 生物直接捕捉、吞食 另一种小型生物以满 足其营养需要的相互 关系。
微生物对污染物的抗性，转化与降解，以及微生物对 环境的污染。 • 微生物在生物地球化学循环中的作用。 • 微生物生态模型

共生关系的实例
地衣、动物肠道菌群等。
竞争关系和捕食关系
• 竞争关系：是指两种或多种微生物共同争夺有限的食物、空间、氧气等资源，导致其中一种或多种微生物的生长和繁殖受到抑制的关系。例 如，在培养基中加入两种或多种细菌时，由于营养物质和空间的限制，其中一种细菌会抑制另一种细菌的生长。
竞争关系和捕食关系
农药使用
农药的使用可以杀死或抑制某些有害微生物，但也可能对 有益微生物产生不良影响，导致土壤微生物群落失衡。
灌溉
灌溉可以影响土壤湿度和盐分，从而影响土壤中微生物的 生存和活动。
工业活动对微生物生态的影响
废水处理
工业废水可能含有大量的有毒物 质和重金属，对水体中的微生物 产生毒害作用。废水处理过程中，
种群内的微生物通过竞争、共生、寄生等关系相互 影响，形成一定的种群结构，维持种群的稳定。
种群内的微生物会受到环境因素的影响，如营养物 质、温度、湿度等，这些因素会影响微生物的生长 、繁殖和代谢。
微生物群落生态
微生物群落生态是指一定时间 和空间内，多种微生物个体组 成的集合体，这些微生物之间 相互作用、相互影响，形成一 定的群落结构。
生物修复
利用有益微生物对受损环 境进行修复，提高环境质 量。
生态恢复
通过恢复受损生态系统中 微生物群落的平衡，实现 生态系统的恢复和稳定。
微生物生态学在生物能源和生物医药领域的应用
生物能源
利用微生物发酵或厌氧消化技术，生产生物燃料，如乙醇、沼气 等，替代化石燃料。
生物医药
通过研究微生物与人体之间的相互作用，开发新型药物和治疗手 段，为人类健康事业做出贡献。
100%
转化物质
微生物参与多种物质的转化，如 氮、硫、磷等元素的循环，对维 持地球生物圈的稳定具有重要作 用。

水的富营养化
藻类等过量生长，产生大量的有机物
异养微生物氧化这些有机物，耗尽水中的氧， 使厌氧菌开始大量生长和代谢 分解含硫化合物，产生H2S，从而导致水有难闻的气味， 鱼和好氧微生物大量死亡，水体出现大量沉淀物和异常颜色
上述过程又称富营养化作用，它是水体受到污染 并使水体自身的正常生态失去平衡的结果。
一、微生物在自然界的分布 二、菌种资源的开发
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
微生物的分布
生境的特征
微生物的分布是生境各种物理、化学、生物因素 在某些生境中，高度专一性的微生物存在并仅限于这种 对微生物的限制、选择的结果。 生境中，并成为特定生境的标志。
一、微生物在自然界中的分布
海水：
平均含盐量：3.5%，密度大、渗透压高、冰点低 微生物组成：多数为革兰氏阴性菌、多嗜盐、河口处有耐盐菌， 嗜盐菌：低嗜盐菌，适于生活在盐浓度2~5%； 中等嗜盐菌，适于生活在盐浓度5~20%； 高嗜盐菌：适于生活在盐浓度20~30% 形 态：多有鞭毛，常见多形性、可变为球形、弧形、丝状及 螺旋状，个体小； 生 理：兼性厌氧，生长慢，能在低营养下生活，常产色素， 分解蛋白质能力强，解糖能力低，多嗜冷，对热敏感； 分 布：不均匀，与水深成反比， 0~10米——少 10~50米——呈上升变化 50米以下数量减少 海底沉积物上——多 常见菌种：假单孢菌、弧菌、螺菌、无色杆菌、黄杆菌
几个概念
生物圈：地球上的所有生物。 生态系统：生物群落与其无机环境相结合、相作 用、相调控而成的动态系统。群落：同一环境中两个以上种群由于生活繁殖上 的连锁而构成相依赖、相制约的生物集团。 种群：生活在同一环境中的同种个体组成的能繁 殖集团。与同种别地的种群有隔离、有界限。

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海水微生物的特点
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）耐冷, 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）具运动能力, 大多数海洋细菌为G—细菌4）耐高压（特别 是生活在深海的细菌）。
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主要的微生物群落
细菌：如假单胞菌、弧菌，还有黄杆菌、螺旋菌、产 碱杆菌、生丝微菌、嗜纤维菌属、微环菌属和放线菌。 在海洋沉积泥还有厌氧脱硫弧菌、产甲烷细菌。化能 自养细菌如硝化细菌和亚硝化细菌。
皮肤、鼻和鼻咽： 表皮葡萄球菌、金黄葡萄球菌、疮疱 丙酸杆菌、类白喉棒杆菌等。
口腔： 表皮葡萄球菌、链球菌、乳杆菌、衣氏放线菌、 白色假丝酵母、口腔拟杆菌等等。
大肠：大肠杆菌、色杆菌、变形杆菌、链球菌、梭菌、 螺旋体、乳杆菌；
泌尿道：乳杆菌、棒杆菌、葡萄球菌、链球菌。
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人肠道内的菌群：
土。 在适宜季节形成绿、红斑点。 藻类增加土壤有机质、改善土壤通气条件。 藻类残体是土壤其他微生物重要营养来源。 常见种类有:衣藻、小球藻、绿藻属、丝藻等
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6 原生动物
原生动物数量在104～105/g土，多集中在有机质和微 生物丰富的表层土壤中.
主要受水分、温度和通气性的影响。 优势种类是鞭毛虫，其次是肉足虫和纤毛虫。以有机 质残体、各种微生物及其孢子为食物，对土壤微生物尤其 是细菌的种类和数量起着调节作用.
放线菌：链霉菌、游动放线菌等
•真菌：如霉菌和酵母菌等。
•藻类和原生动物。
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水体的自净作用
天然水体污染后，无人为干涉，水体自身能力使 污染物消除，主要是细菌对有机物降解造成。

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（二）微生物与生物地球化学循环
磷循环 铁循环
碳循环 氮循环 硫循环
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4
碳在生物圈中的总体循环
光合作用
发酵作用
CH4
CO2+H2O
CH2O
醇有机酸 CO2+H2
呼吸作用
化石燃料
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5
氮循环
生物体有机酸
NO3-
大气 N2
生物固氮
反 N2O 硝
化 NO 作
4、土壤pＨ值范围5.5－8.5之间
5、温度：季节与昼夜温差不大 6、土壤颗粒空隙间充满着空气和水分
7、适宜的渗透压
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微生物在土壤中分布的影响因素
土壤深度对微生物分布的影响
有机物含量对微生物分布的影响 碳源对微生物分布的影响 酸碱度影响微生物分布
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（三）水生生境的微生物
有些寄生真菌不分泌毒素，由菌丝将寄主的菌 丝紧紧地缠绕起来，再由接触部位侵入寄主菌 丝内吸收营养使之死亡。
还有些寄生真菌将菌丝或吸器伸到寄主菌丝内 或寄生菌丝与寄主菌丝接触，溶解寄主细胞膜 ，吸取其营养物质进行生长繁殖。
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微生物对植物的寄生
➢ 微生物对植物的寄生很普遍，这是植物发生病害 的重要原因。
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微生物间的共生
地衣
组成：真菌（子囊菌，担子菌）单细胞藻 类（绿藻，蓝藻）共生组成一种植物体，
生理：地衣中的真菌和藻类已形成特殊形
态的整体了，在生理上相互依存，真菌营
异养生活，藻类制造养料，真菌提供水分、

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9.3.3 寄生关系
所谓寄生，一般指一种小型生物生活在另 一种较大型生物的体内或体表，从中取得营养 和进行生长繁殖，同时使后者蒙受损害甚至被 杀死的现象。前者称为寄生物，后者称为寄主。 有些寄生物一旦离开寄主就不能生长繁殖，这 类寄生物称为专性寄生物，有些寄生物在脱离 寄主以后营腐生生活，这些寄生物称为兼性寄 生物。
65℃、最低生长温度高于40℃。 ⑤超嗜热菌 最适生长温度在80～110℃，最低生长温度在
55℃左右。
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(2)嗜冷微生物
在地球的南北极地区、冰窖、终年积雪的高 山、深海和冻土地区，以及保藏食品的低温环境 中生活着一些嗜冷微生物。它们能在较低的温度 下生长。
嗜冷微生物可以分为专性和兼性两类，专性 嗜冷菌适应在低于20℃以下的环境中生活，高于 20℃即死亡，可以在0℃或低于0℃条件下生长； 兼性嗜冷菌生长的温度范同较宽。最高温度达到 30 ℃时还能生活。
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(1)空气中微生物的来源
空气中的微生物主要来源于带有微生 物或微生物孢子的土壤尘埃、水面吹起的 扬沫(小水滴)、人和动物体表干燥脱落物、 呼吸道的排泄物等，这些细菌都可飘散到 空气中。
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(2)空气中微生物种类和数量
空气中微生物主要为真菌和细菌。真菌中的 霉菌和酵母菌几乎到处都有。空气中微生物的数 量决定于空气中的尘埃总量。还受到温度和湿度 的影响。
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按耐热程度的不同可将嗜热微生物分为五个不同类群。 ①耐热菌 最高生长温度在45～55℃之间，低于30℃也能
生长。 ②兼性嗜热菌 最高生长温度在55～65℃之间，也能在低

集中分布于土壤表层和土壤颗粒表面。
典型花园土壤不同深度处 的微生物菌落数（每克土壤）
深度/cm 3～8
20～25 35～40 65～75 135～
145
细菌
570000 11000 1400
放线菌
245000 49000 5000 ——
真菌 119000 50000 14000
6000
3000
藻类 25000 5：研究与环境系统间的
相互关系的科学。 生态学研究的基本对象——： 生物群落与其生存环境组成的整体系统 1.微生物是生态系统的重要成员； 2. 生态系统中的生物成分按其作用
的 3.不同，可划分为三大类群：生产者、
作为分解者分解系统中的有机物，对
生态系统乃至整个生物圈的能量流动、物质 循环有着独特的、不可替代的作用。
在光线、氧气充足的沿岸带、浅水 区分布着大量光合藻类和好氧微生物， 如假单胞菌、噬纤维菌、柄细菌、生丝 微菌等。
深水区光线少、溶解氧低，可见紫 色和绿色硫细菌及其他兼性厌氧菌。
湖底区则分布着大量厌氧微生物， 主要有脱硫弧菌、甲烷菌、芽孢杆菌、 梭菌等。
3. 空气中的微生物 空气不适合微生物的生长繁殖，因
溶解在土壤水中的有机和无机组分 可被微生物所利用，因此土壤具有微生 物生长繁殖所必需的营养物质，并具备 微生物生命活动的条件，是微生物的 “天然培养基”。
土壤微生物种类齐全、数量多、代 谢潜力巨大，是人类最丰富的“菌种资 源库”。
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，
应用微生物生态学原理消灭或抑制 有害微生物的代谢活动，是防止食品、 材料腐败变质的重要方法。 控制微生物，防止生物霉腐的常用方法：

生物圈内的各种物质，都是处于不断地合成、 分解和转化的动态平衡状态之中。由此，组成一个 自我调节、自我维持的协调整体，从而保证了地球 上生命的延续。但是，当人们违背了自然界的生态 平衡规律，将粪便、垃圾、污水等生活废弃物和工 业生产所形成的"三废"等，大量排放入江河湖海， 以及土壤和空气中，使排入环境的这些物质超过了 环境所能耐受的容纳量，即超过了环境的自净能力 时，就破坏了自然界的生态平衡，其结果使这些物 质大量累积于自然环境中，于是造成环境污染。
二 、共生
共生关系是两种微生物紧密地结 合在一起，当这种关系高度发展时， 就形成特殊的共生体，它们在生理上 表现出一定的分工，在组织上和形态 上产生了新的结构。地衣代表微生物 中典型的互惠共生关系，它是藻类和 真菌的共生体，常形成有固定形态的 叶状结构，
地衣（微生物共 生体）的照片
叶状地衣 （南极石耳）
或实践上都是十分有意义的。
第一节微生物在自然环境中的分布
一、土壤中的微生物 二、水体中的微生物 三、空气中的微生物 四、植物体表和体内的微生物 五、动物体表和体内的微生物 六、人体内外的微生物
饮用水的微生物学标准
饮用水的微生物种类主要采用以E.coli为代表 的大肠菌群为指标。因为这类细菌是温血动 物肠道中的正常菌群，数量极多，用它作指 标可以灵敏的推断该水源是否曾与动物粪便 接触以及污染程度如何。
（一）粪便污染指示菌 （二）致突变物与致癌物的微生物检测 （三）发光细菌检测法
粪便污染指示菌－－大肠菌群
粪便中肠道病原菌对水体的污染是引起霍乱、伤寒等 流行病的主要原因。沙门氏菌、志贺氏菌等肠道病原 菌数量少，检出鉴定困难。因此不能把直接检测病原 菌作为常规的监测手段，从而提出了检测与病原菌并 存于肠道且具相关性的“指示菌”，从它们的数量来 判定水质污染程度和饮水（包括食品等）的安全性。 大肠菌群是最基本的粪便污染指示菌，是最常用的水 质指标之一。

高BOD5的污水进入污水处理装置后，其中的自 然微生物区系在好氧条件下，根据其中营养物质或 有毒物质的情况，在客观上造成一个选择性的培养 条件，随时间推移，发生微生物区系的群落演替， 使水中有机物不断被降解、氧化、分解、转化或吸 附沉降，进而达到净化的目的。
污水处理中的几个常用名词
BOD5（生物耗氧量） COD（化学需氧量） TOD（总需氧量） DO（溶氧量） SS（悬浮物含量） TOC（总有机碳含量）
（三）水体微生物
1、不同水体中的微生物种类
淡水型水体微生物 清水型微生物：化能自养、光能自养微生物 腐败型微生物：肠道杆菌、芽孢杆菌、弧菌
淡水生境：湖泊与水库 沿岸区：蓝细菌、光合藻类和好氧微生物 深水区：严重缺氧
海水型水体微生物—海洋微生物学
海水的理化特征：含盐量3% 海水微生物：2-4%，2.5-3.5% 海水微生物比淡水微生物更耐渗透压 藻类 Bacilus Pseudomonas Vibrio 发光细菌
正常条件下，正常菌群与人体保持的十分和 谐的平衡状态，菌群内部各微生物之间相互 制约，维持稳定有序的关系 人体肠道中有60-400种微生物，数百万亿。
肠道菌群对人体的作用
有益作用 有害作用
某些正常菌群当条件变化会变成病原微生物，引 起疾病，称为条件致病菌，由其引起的感染称之 为内源感染 条件致病菌 正常菌群的微生物，当机体防御性降低，生存部 位改变或因数量剧增等而引起疾病者
环境污染 指土壤或水体等生态系统的结构、功能受到 外来有害因素的影响或破坏失去了平衡，导 致物质流、能量流无法正常运转的现象
环境问题 三废处理 消除公害 环境保护 可持续发展
水体的污染—富营养化
水体的自净作用 物理作用：沉淀、扩散、稀释 化学作用：氧化 生物学和生物化学作用

3. 饮用水的微生物学标准
– 1）1mL自来水中的细菌总数不可超过100个 （37°C，培养24h）；
– 2）以大肠菌群为指标
• 包括大肠杆菌、产气肠杆菌、柠檬酸杆菌属、和肺炎 克氏杆菌等 一些革兰氏阴性、无芽孢、能发酵乳糖产 酸产气的兼性厌氧杆菌。
– 3）1L自来水中的大肠菌群数不能超过3个 （ 37°C，培养48h ）
– 附生微生物
• 主要为叶面微生物：乳酸菌、酵母菌等 • 有益或有害

二、菌种资源的开发
• 1.微生物菌种资源库
– 生物的总数约200多万种（动物150万、植物50万） – 专家估计微生物的总数约为50万-600万种 – 至今已研究和记载过的不到5%，约20万种，包括：
– 黄曲霉毒素（AFT） – 单端孢烯族毒素T2
• （五）极端环境下的微生物
– 指高温、低温、高酸、高碱、高压、高渗、高毒、高盐、 高辐射和干旱等环境
（六）生物体内外的正常菌群
• 1.人体的正常菌群
• 1）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。
– 正常情况下人体与正常菌群之间处于微生态平衡状态 – 人体的五大微生态系统
• 失调的原因
– 宿主的防御功能减弱 – 正常菌群生长部位改变 – 长期服用抗生素
• 失调的结果
– 正常菌群的某些菌趁机转移或大量繁殖—致病菌 – 这类特殊的致病菌叫条件致病菌 – 由它们引起的感染叫内源感染
• 3）正常菌群的恢复
– 微生态制剂—益生菌剂
• 指一类分离自正常菌群，以高含量活菌为主，一般以口 服或粘膜途径投入，有助于改善宿主特定部位微生态平 衡并兼有若干其他有益生理活性的生物制剂。

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微生物生态 研究处于环境中的微生物和与微生物
相联系的物理、化学和生物等环境条件,以 及它们之间的相互关系的一门分支科学。
研究微生物生态的意义: 发掘丰富的菌种资源，推动进化、分
类的研究，开发应用微生物制剂，生态农 业、生物能源、生态平衡、智治理环境污 染
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第一节 自然界中的微生物 一.土壤中的微生物
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发酵性微生物区系(Fermentative microbial
flora)
是指对新鲜有机物很为敏感在有新鲜有机物 进入时可爆发性地旺盛发育，而在新鲜有机物 消失后又很快消退的微生物类群。如格兰氏阴 性无芽孢杆菌、酵母菌、芽孢杆菌、链霉菌、 根霉、曲霉、木霉、镰刀霉等
有新鲜有机物时发酵性微生物区系占优势。 衰退后，土著性微生物区系重占优势
采样 测定
饮用水消毒常用方法：加入液态氯或 次氯酸盐
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三. 空气中的微生物
微生物在空气中只能短时间停留，就要落地， 大部分死亡，包括一些人体病原菌， 但结核、白喉 ，炭疽等杆菌和肺炎双球菌、
葡萄球菌、流或病毒、脊髓灰质炎病毒抗性 比较强。能传染疾病。
微生物在空气传播的距离是无限的，因而 其分布是世界性的。
万个／克土），纤毛虫，鞭毛虫、肉足虫等为主，
它们以其它微生物和有机物碎片为食，对其它几类
微生物的数量起调节作用。
数量分布：
细菌＞放线菌＞真菌＞藻类＞原生动物
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影响因数
例如：
有机物含量（水平）、 湿度、pH、土壤类型、 深度、施肥、季节；
不同土壤中的微生物的 数量
施肥对土壤中微生物数 量的影响
不同深度的土壤中所含 的微生物的数量