微生物的生态.ppt
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1、第六章 微生物的生态,第一节微生物在自然界中的分布第二节微生物与生物环境间的相互关系第三节微生物在自然界物质循环中的作用第四节微生物在污水处理中的作用,微生物生态系统,生态系统:生物群落与其生存环境组成的整体系统。微生物生态系统:微生物与周围的生物及非生物共同构成的整体系统。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的科学。,微生物生态系统的特点1、微环境微生物的微环境指直接影响微生物生存和发展的,与微生物的关系最为密切的微生物细胞周围环境。2、稳定性由于微生物生态系统中微生物种类的多样性,使之在环境条件一定范围的变化时,微生物种类组成比较稳定的特性。3、适应性微生物的微环境
2、发生剧烈变化时,微生物群落的结构会发生相应的变化的特性。,一、土壤中的微生物,(一)土壤与微生物相互作用1、微生物对土壤的作用:(1)微生物是土壤形成的先驱生物 自养固氮菌固氮,使成土母质间有了氮素成分。(2)为植物生长提供有效氮源。有机态氮向无机氮(氨态氮、硝态氮)的转换,第一节 微生物在自然及人为环境中的分布,土壤是微生物良好的生活场所,1、为微生物提供了良好的源、源、能源。,2、为微生物提供有机物、无机盐、微量元素。,4、土壤值范围5.58.5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。,3、满足了微生物对水分的要求。,2、微生物在土壤
3、中的分布,生物量:单位体积内活细胞的重量。,每克肥土可含亿个细菌。,以每亩半尺深耕作层土壤重30万计,细菌活重约100450斤。,放线菌,多分布在有机物较丰富的碱性土壤中。,(几万-几百万)/克土壤,土壤中放线菌数量仅次于细菌,由于菌体大,其生物量与细菌接近。,真菌,真菌主要分布在接近地面的土层中,以丝状体和孢子体形式存在于土壤中,(几千几十万个)/每克土壤。,由于菌体粗大,其生物量不低于细菌,放线菌,为0.6mgg土壤,菌丝最长可达40米。如酵母在果园土壤里含量几十万个g土壤。,藻类和原生动物,藻 类(万个克土)原生动物(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
4、为食,对其它几类微生物的数量起调节作用。,土壤中微生物的数量:按种类递减细菌放线菌霉菌酵母菌藻类原生动物耕作土壤中,细菌湿重约90 225kg;以土壤有机质含量为2%计算,则所含细菌干重约为土壤有机质的1%左右。土壤微生物的代谢活动,可改变土壤的理化性质,进行物质转化,因此,土壤微生物是构成土壤肥力的重要因素。若按生物量计算则各种微生物的生物量基本相当。,(二)微生物在土壤中的分布的影响因素,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,(二)土壤中微生物分布的影响因素1、土壤剖面结构与微生物垂直分布,有机质层,淀积层,碳酸盐积累,疏松
5、母质,淋溶层,土体层,第一节 微生物在自然及人为环境中的分布,一、土壤中的微生物,(二)土壤中微生物的分布2、土壤团聚体与微生物的分布土壤团聚体(土壤团粒):由土壤矿物质颗粒(黏粒)、微生物、植物残体以及腐殖质构成的微团聚体经过多次复合和团聚而成的结构。,不同的团聚体微生物的分布不同。同一团聚体内外微生物的分布不同。,第一节 微生物在自然及人为环境中的分布,一、土壤中的微生物,土壤颗粒表面的微生物,团聚体周围的等氧线,(二)土壤中微生物的分布2、土壤团聚体与微生物的分布,团聚体周围的等氧线,耕地土壤一个团聚体等氧压线,在近中心部位为一缺氧带,由此向外,氧浓度逐渐提高。,O2%,第一节 微生物在
6、自然及人为环境中的分布,一、土壤中的微生物,3、根际微生物,(1)几个基本概念 根际 根际效应 根土比,溶胞物质,植物黏液,渗出物,黏质,植物黏液,渗出物和分泌物,植物黏液,植物黏液,植物根际,第一节 微生物在自然及人为环境中的分布,一、土壤中的微生物,(二)土壤中微生物的分布,(2)根际微生物类群1、根际细菌:假单胞菌、黄杆菌、产碱杆菌 2、根际真菌:镰孢霉属、黏帚霉属、青霉属 3、根际原生动物,第一节 微生物在自然及人为环境中的分布,3、根际微生物,(二)土壤中微生物的分布,一、土壤中的微生物,二、水体中的微生物,(一)淡水微生物1、来源:土壤、空气、污水及有机残体2、种类:自养菌3、影响
7、微生物在淡水中分布的因子:营养物质、温度、溶解氧等。,第一节 微生物在自然及人为环境中的分布,浸入小河里的载玻片上的发育形成的小菌落,二、水体中的微生物,蓝细菌、藻、水生植物,层次化湖泊生态Ecology of a Stratified lake,水体不同层次微生物分布,第一节 微生物在自然及人为环境中的分布,淡水中的微生物,细菌总数不得超过:100个/毫升,饮用水消毒常用方法:,大肠菌群指数不得超过:3个/升,我国相关法规对饮用水微生物指标的规定:,加入液态氯或次氯酸盐,清水型水生微生物,洁净湖泊和水库,微生物数量少(10-103/ml),以化能自养型和光能自养型微生物为主,部分腐生细菌,如
8、色杆菌、无色杆菌和微球菌等;霉菌中如水霉、绵霉等的一些种;以及单细胞和丝状的藻类和一些原生动物常在水面生长,数量较少。以上微生物种类可以认为是水中的“土著”菌群。根据微生物对水生环境中的营养要求,将其分为三类:贫营养细菌(1-15mgC/L)、兼性贫营养细菌(指一些在富营养培养基中经反复培养后也能适应并生长的贫营养细菌)、富营养细菌(10gC/L),类型及环境情况:流经城市的河水、港口附近的海水、滞留的池水、阴沟水;流入了大量的人畜排泄物、生活污物和工业废水等,有机物含量大增。微生物数量和类群:数量:大量外来的腐生细菌,使腐败型水生微生物尤其是细菌和原生动物大量繁殖,每毫升污水的微生物含量达到
9、107108个;类群:革兰氏阴性无芽孢杆菌,纤毛虫类、鞭毛虫类和根足虫类等原生动物,还有一些随人畜排泄物和病体污物进入水体的动植物致病菌繁殖及后果:通常因水体环境中的营养等条件不能满足其生长繁殖的要求,加上周围其它微生物的竞争和拮抗关系,一般难以长期生存,但由于水体的流动,也会造成病原菌的传播甚至疾病的流行。,腐败型水生微生物,二、水体中的微生物,(二)海洋微生物1、种类:多数是嗜盐菌2、分布:(1)平面分布:近海数量很高(2)垂直分布:表层:好氧性微生物 中层:紫硫细菌 底层:厌氧菌及硫酸还原菌,第一节 微生物在自然及人为环境中的分布,海水中的微生物,平均含盐量:3.5%,密度大、渗透压高、
10、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;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,010米少;1050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,二、水体中的微生物,(三)水体自净及污染水体的微生物生态1、水体自净过程,第一节 微生物在自然及人为环境中的分布,水体接纳了一定量的有机污染物后,在物理的、化学的及生物等因素的综合作用后得到净化,水质恢复到污染前的水平和
11、状态。,水的自净作用,污水中的微生物在污水环境中大量繁殖,逐渐把水中的有机物分解成简单的无机物,同时它们的数量随之减少,污水也就逐步净化变清。水源的饮用价值:良好的饮用水细菌含量应在100个/ml以下,当超过500个/ml时,即不适合作为饮用水。更重要的是水中的微生物种类,一般用大肠菌群数作为是否含有病原菌的指标。在自然水体尤其是快速流动的水中,存在着对有机或无机污染物的自净作用。其原因是多方面的,有稀释、沉降、吸附等物理作用,更重要的是各种生物学和生物化学作用,这种作用称为水的自净作用。是流水不腐的原因。,二、水体中的微生物,(三)水体自净及污染水体的微生物生态2、污染水体的微生物生态,第一
12、节 微生物在自然及人为环境中的分布,第一节 微生物在自然及人为环境中的分布,三、空气中的微生物,1、存在形式:多为孢子2、来 源:土壤、水体、动物3、常见种类:霉 菌:曲霉、青霉、木霉、根霉、毛霉、白地霉细 菌:枯草芽孢杆菌、八叠球菌等病原菌:结核杆菌、白喉杆菌、肺炎双球菌、流感病毒,表8-1 不同室内环境的微生物总数及致病微生物的种类和数量(cfu/m3),第一节 微生物在自然及人为环境中的分布,三、空气中的微生物,第一节 微生物在自然及人为环境中的分布,三、空气中的微生物,4、大气微生物分布(数量与种类)的影响因子:(1)地区性质(2)季节的演替(3)气候条件:日照、降水、气流,表8-2
13、不同场所的上空微生物数量(cfu/m3),第一节 微生物在自然及人为环境中的分布,四、植物体表和体内的微生物1、植物根际微生物群与植物互生或共生2、植物地上部分存在着微生物,主要来源于土壤,根际与空气尘埃等3、植物被收割之后,就失去了对微生物的屏障作用 4、正常果蔬组织内部一般为无菌状态或菌数很少,第一节 微生物在自然及人为环境中的分布,人体及各种动物,如犬、猫、鼠等的皮肤、毛发、口腔、消化道、呼吸道均带有大量的微生物,如未经清洗的动物被毛、皮肤微生物数量可达105106/cm2。当人或动物感染了病原微生物后,体内会存在有不同数量的病原微生物,其中有些菌种是人畜共患病原微生物,如沙门氏菌、结核
14、杆菌、布氏杆菌。这些微生物可以通过直接接触或通过呼吸道和消化道向体外排出而污染食品。蚊、蝇及蟑螂等各种昆虫也都携带有大量的微生物,其中可能有多种病原微生物,它们接触食品同样会造成微生物的污染。,五、动物体表和体内的微生物,人体微生物及病原微生物的传播,正常菌群: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,称为正常菌群。,正常菌群与人体的关系:一般能维持平衡,菌群内部的各种微生物之间,也是相互制约而维持相对稳定。,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;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
15、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)。,六、工农业产品中的微生物(霉腐微生物学),定义:工农业产品的劣化主要是霉变与腐烂,故研究危害各种工农业产品的微生物种类、分布、作用机理以及如何防治其危害的科学。霉腐微生物的作用机理:通过微生物酶系分解各种工农业产品中的相应组分产生危害;在矿物油中生长,不仅因大量菌体阻塞机件,代谢产物会腐蚀金属器件;硫细菌、铁细菌和硫酸盐还原菌会对金属制品、管道和船体外壳等产生腐蚀;菌体和代谢物属于电解质,对电讯、电机器材等会危及其电学性能;有些霉菌分泌的有机酸能腐蚀玻璃以致严重降低光学仪器的性能;烟叶、中药材、化妆品建材、图书、文物、档案、艺
16、术品、生物标本。,微生物引起的劣化种类:霉变(mildew,mouldness):由霉菌引起的劣化腐朽(decay)泛指在好氧条件下微生物酶解有机质使其劣化的现象,常见的如由担子菌引起的木材或木制品的腐朽现象腐烂(或腐败,Putrefection,rot)主要指由细菌或酵母菌引起的使物体变软、发臭性的劣化腐蚀(corrosion)主要指由硫酸盐还原细菌、铁细菌或硫细菌引起的金属材料的侵蚀、破坏性劣化变质(deterioration)指由各种生物或非生物因素引起的工农业产品质量下降的现象,工业材料上的微生物,腐蚀木材:担子菌类、多孔目、多孔菌、层孔菌腐蚀金属:铁细菌、细菌腐蚀纺织品:细菌、霉菌,
17、防腐方法:,用防菌物隔离:沥青涂管道,用杀菌剂处理材料:纸浆中加入五氯酚,有机汞,改变材料分子结构使之具抗菌性能:如把棉花纤维素分子乙酰化或氰乙基化,鲜肉:假单胞杆菌,大肠杆菌,球菌,肠球菌蛋类:环境中细菌、霉菌可进入蛋壳使蛋变臭菜果:细菌、真菌、病毒、酵母菌鱼:水体中的微生物类群,粮油食品中的微生物,罐头食品是人仍然用来长期保存食品的一种方法,主要通过密封如热杀死微生物,即可长期保存,但有些耐热的芽孢杆菌,芽孢梭菌能形成芽孢,引起罐头变质。,所贮粮食含水量低于造成低温缺氧环境(密闭)使用防霉化学药剂,防止粮食污染霉变的办法是,七、极端环境中的微生物,极端环境:高、低温环境 高盐环境 高酸、高
18、碱环境 高压环境。,第一节 微生物在自然及人为环境中的分布,七、极端环境中的微生物,(一)嗜热微生物1、发现,第一节 微生物在自然及人为环境中的分布,地热泉,热水系统 制糖厂,七、极端环境中的微生物,(一)嗜热微生物2、生存机制(高温对微生物的一般影响是什么?)有限的保护机制:细胞膜的蜡质程度、震热蛋白 极端嗜热菌的保护机制:高溶点脂肪、抗热蛋白、核酸保护蛋白,第一节 微生物在自然及人为环境中的分布,(二)嗜冷微生物1、发现(红雪现象:嗜寒水藻),七、极端环境中的微生物,第一节 微生物在自然及人为环境中的分布,耐寒喜温型嗜冷型,(二)嗜冷微生物2、生存机制 特殊的酶、细胞膜含特殊的脂肪,七、极
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