微生物生態(tài)和分類課件

1、微生物生態(tài)和分類研究生物系統(tǒng)與其所處環(huán)境條件之間的相互作用規(guī)律性的科學(xué)。微生物生態(tài)學(xué)：微生物群體與其周圍生物和非生物環(huán)境條件的相互作用關(guān)系。微生物生態(tài)和分類研究意義實踐：開發(fā)菌種資源、新的微生物農(nóng)藥、菌肥、醫(yī)藥、混菌發(fā)酵、生態(tài)農(nóng)業(yè)，促進(jìn)探礦、冶金、環(huán)保、提高土壤肥力以及開發(fā)生物能，防治有害微生物等理論：地球進(jìn)化和生物進(jìn)化原因微生物生態(tài)和分類種群（population）：生活在同一環(huán)境中的同種個 體組成的能繁殖集團(tuán)。群落（community）：同一環(huán)境中兩個以上種群由于生活繁殖上的連鎖而構(gòu)成相互依賴和制約的生物集團(tuán)。生態(tài)系統(tǒng)（ecosystem）：生物群落與其生存環(huán)境相結(jié)合、相作用、相調(diào)控而成的

2、整體系統(tǒng)。生物圈（biosphere）： 生物在地球各處進(jìn)行生命活動的圈層。微生物生態(tài)和分類第一節(jié) 微生物在自然界中的分布土壤中的微生物水體中的微生物空氣中的微生物極端環(huán)境中的微生物自然環(huán)境中的微生物工農(nóng)業(yè)產(chǎn)品上的微生物紫硫細(xì)菌 真菌 生物體內(nèi)外的正常菌群微生物生態(tài)和分類一、 土壤中的微生物礦質(zhì)元素 水分 通氣條件 pH值 溫度 動植物和微生物殘體微生物生長繁殖的 良好基地 土壤微生物生態(tài)和分類微生物生態(tài)和分類1）土壤微生物的數(shù)量和分布主要受營養(yǎng)物、含水量、氧、溫度、pH等因子的影響，并隨土壤類型的不同而有很大變化。2）土壤微生物的數(shù)量和分布受季節(jié)影響。3）微生物的數(shù)量也與土層深度有關(guān)，一般土

3、壤表層微生物最多，隨著土層的加深，微生物的數(shù)量逐步減少。微生物生態(tài)和分類 耕作層(15cm)土壤中的微生物數(shù)量和生物量微生物類群菌數(shù)(cfu/g)生物量 (g/ m3）細(xì)菌108160放線菌105 - 106160真菌105藻類104 - 10532原生動物10438200微生物生態(tài)和分類土壤中的微生物放線菌細(xì)菌真菌藻類原生動物大多為異養(yǎng)型，少數(shù)為自養(yǎng)型。按生理分:固氮細(xì)菌、氨化細(xì)菌，纖維分解細(xì)菌、硝化細(xì)菌、反硝化細(xì)菌、硫酸鹽還原細(xì)菌、產(chǎn)甲烷細(xì)菌 主要是鏈霉菌(Streptomyces)有藻狀菌、子囊菌、擔(dān)子菌和半知菌類，以半知菌類最多。 硅藻、綠藻 、裸藻、 金藻和黃藻，水網(wǎng)藻和水綿等絲狀綠

4、藻，衣藻、原球藻、小球藻、絲藻、綠球藻等。有纖毛蟲、鞭毛蟲和根足蟲等 。無性繁殖 。微生物生態(tài)和分類微生物以微菌落（microcolony）的形式存在于土壤團(tuán)聚體中。微生物生態(tài)和分類二、 大氣中的微生物空氣中的微生物主要是： 芽孢細(xì)菌的芽孢和一些G菌； 真菌的孢子?？諝庵械奈⑸镏饕獊碜裕?土壤揚起的灰塵；水面吹起的水沫；動、植物體表。 空氣中的環(huán)境條件：無營養(yǎng)和水分、紫外線直射存在狀態(tài)：漂浮，短暫停留，以吸附于塵埃微粒上的形式存在?？諝庵械膲m埃顆粒數(shù)與微生物數(shù)量有直接關(guān)系。分布：越接近地面的空氣含菌量越高，目前人類檢測到微生物存在的最高處為85km的高空。微生物生態(tài)和分類三、 水體中的微生物

5、地球表面71%為海洋占地球總量的97% 冰川和兩極2% 湖泊0.009% 河流0.00009% 地下水少量 水體微生物主要來自土壤、空氣、動植物殘體及分泌排泄物、工業(yè)生產(chǎn)廢物、廢水及市政生活污水等 微生物生態(tài)和分類自然水域具有微生物的生活條件：水中有營養(yǎng)物質(zhì)、溶解氧、滲透壓和溫度適合不同微生物生長。淡水水域中的微生物 細(xì)菌 、真菌 、藻類 、原生動物。 特點：運動性（隨水流動）； 在低營養(yǎng)濃度下生存。 海水中的微生物藻類、G- 需氧細(xì)菌 、兼性厭氧菌。 特點：嗜鹽、嗜冷、嗜壓。 微生物生態(tài)和分類江河水中的微生物1）數(shù)量和種類與接觸的土壤密切相關(guān)；2）主要吸附在懸浮于水中的有機(jī)物及水底；3）多能

6、運動，有些具有異常形態(tài)（如柄細(xì)菌）；4）靠近城市或城市下游水中的微生物多，并且有很多對健康不利的細(xì)菌，不宜作飲用水源。水中的病原微生物會對水質(zhì)產(chǎn)生重要影響飲用水的微生物指標(biāo)：總菌數(shù)： 100個/ml大腸桿菌： 3 個/L微生物生態(tài)和分類水體的自凈作用(self cleaning)自然水體尤其是快速流動、溶氧量高的水體，對投入其中的有機(jī)或無機(jī)污染物有明顯的自凈作用，其原因除了包含物理性的沉淀、擴(kuò)散、稀釋作用和化學(xué)性的氧化作用外，關(guān)鍵是微生物的作用。好氧性細(xì)菌對有機(jī)物的降解作用原生動物對細(xì)菌的吞噬作用噬菌體對細(xì)菌的裂解作用細(xì)菌糖被（莢膜物質(zhì)）對污染物的吸附沉降作用藻類的光合作用等微生物生態(tài)和分類飲

7、用水的微生物學(xué)標(biāo)準(zhǔn)良好的飲用水細(xì)菌含量應(yīng)在100個/ml以下，當(dāng)超過500個/ml時，即不適合作為飲用水。一般用以大腸桿菌為代表的大腸菌群數(shù)作為是否含有病原菌的指標(biāo)。用其作指標(biāo)可靈敏地推斷該水源是否曾與動物糞便接觸以及污染的程度如何。大腸菌群：指任何可發(fā)酵乳糖產(chǎn)酸產(chǎn)氣的革蘭氏陰性、桿狀、無芽孢、兼性厭氧的腸道細(xì)菌。典型代表是大腸桿菌，也包括產(chǎn)氣腸桿菌、檸檬酸梭菌屬、肺炎克氏桿菌等。我國衛(wèi)生部門規(guī)定的飲用水的微生物學(xué)標(biāo)準(zhǔn)：1ml自來水中的細(xì)菌總數(shù)不可超過100個（37，24h），而1000 ml自來水中的大腸菌群數(shù)則不能超過3個（ 37，48h）微生物生態(tài)和分類富營養(yǎng)化作用（eutrophica

8、tion）：指水體中因 N、P等元素含量過高而引起水體表層的藍(lán)細(xì)菌和藻類過度生長繁殖的現(xiàn)象。這時，下層水體不但因缺光而少氧，很多藻類還能產(chǎn)生各種毒素，造成了厭氧和有毒的環(huán)境?！八ā被颉八A”（water bloom）藻類（主要是微藻）的大量繁殖使水體出現(xiàn)顏色并變得渾濁，許多藻類團(tuán)塊漂浮在水面上形成。發(fā)生在淡水水體中的富營養(yǎng)化現(xiàn)象。赤潮或紅潮（red tides）在海洋中，某些甲藻類大量繁殖也可以形成水花，從而使海水出現(xiàn)紅色或褐色。微生物生態(tài)和分類四、工農(nóng)業(yè)產(chǎn)品上的微生物工業(yè)品的霉腐：-各種材料的工業(yè)產(chǎn)品如鋼纜、地下管道、電訊器材以及文物、標(biāo)本等都可被微生物所損害；微生物引起的破壞包括：霉變(

9、midew)霉菌引起的劣化腐朽（decay）主要是擔(dān)子菌類產(chǎn)生的酶將纖維素和 木質(zhì)素分解，引起木材或木制品的腐朽腐爛（腐敗，rot）含水量較高的產(chǎn)品由細(xì)菌生長繁 殖引起腐蝕（corrosion）由硫酸鹽還原菌、鐵細(xì)菌或硫細(xì)菌微生物生態(tài)和分類食品上的微生物：農(nóng)產(chǎn)品上的微生物：黃曲霉毒素微生物生態(tài)和分類五、 極端環(huán)境中的微生物極端環(huán)境高溫環(huán)境低溫環(huán)境高壓環(huán)境高堿環(huán)境高酸環(huán)境高鹽環(huán)境厭氧環(huán)境 高輻射環(huán)境極端微生物（extremophiles）或嗜極菌：凡依賴于諸如高溫、低溫、高壓、高滲、高酸、高堿、干旱、高輻射強(qiáng)度等極端環(huán)境才能正常生長繁殖的微生物，稱嗜極菌或極端微生物。微生物生態(tài)和分類研究價值：

10、了解極端環(huán)境下微生物的物種、遺傳特性及適應(yīng)機(jī)制，不僅可為生物進(jìn)化、微生物分類積累資料，提供新的線索，還可直接利用它的特殊基因、特殊機(jī)能，培育更有用的新種。微生物生態(tài)和分類嗜熱微生物嗜冷微生物嗜酸微生物嗜堿微生物嗜鹽微生物嗜壓微生物抗輻射微生物極端微生物微生物生態(tài)和分類六、 生物體內(nèi)外的正常菌群1.人體的正常菌群1）正常菌群生活在健康動物各部位、數(shù)量大、種類較穩(wěn)定、一般是有益無害的微生物，稱為正常菌群。正常情況下人體與正常菌群之間處于微生態(tài)平衡狀態(tài)變化情況：正常菌群是相對的、可變的、有條件的。機(jī)體防御機(jī)能減弱時，一部分正常菌群會成為病原微生物；正常菌群在非正常部位時也可引起疾病；由于外界因素的影

11、響，破壞了各種微生物之間的相互制約關(guān)系，正常菌群也會引起疾病（菌群失調(diào)癥）。作用：排阻、抑制；提供營養(yǎng)；產(chǎn)消化酶；分解有毒物；固氮、產(chǎn)有機(jī)酸，降低腸道pH和促進(jìn)其蠕動等微生物生態(tài)和分類2）正常菌群的失調(diào)失調(diào)的原因宿主的防御功能減弱正常菌群生長部位改變長期服用抗生素失調(diào)的結(jié)果正常菌群的某些菌趁機(jī)轉(zhuǎn)移或大量繁殖致病菌這類特殊的致病菌叫條件致病菌由它們引起的感染叫內(nèi)源感染微生物生態(tài)和分類3）正常菌群的恢復(fù)微生態(tài)制劑益生菌劑 微生態(tài)制劑是依據(jù)微生態(tài)學(xué)理論而制成的含有有益菌的活菌制劑，其功能在于維持宿主的微生態(tài)平衡、調(diào)整宿主的微生態(tài)失調(diào)或兼有其他保健功效。益生菌劑指一類分離自正常菌群，以高含量活菌為主，

12、一般以口服或粘膜途徑投入，有助于改善宿主特定部位微生態(tài)平衡并兼有若干其他有益生理活性的生物制劑。益生菌的種類：雙歧桿菌類、乳桿菌類和腸球菌類微生物生態(tài)和分類2.無菌動物與悉生動物無菌動物凡在其體內(nèi)外不存在任何正常菌群的動物免疫功能十分低下悉生生物人為地接種上某種或某些已知純種微生物的無菌動物或植物3.根際微生物和附生微生物根際微生物植物根系經(jīng)常向周圍土壤分泌各種外滲物質(zhì)，故根際有大量微生物活動。種類組成受植物的種類和植物發(fā)育階段影響。作用是改善植物營養(yǎng)、分泌生長刺激素及抗生素等；有時也有害，與植物爭奪N、P等營養(yǎng)、分泌毒素等。附生微生物指生活在植物體表面，主要借其外滲物質(zhì)或分泌物質(zhì)為營養(yǎng)的微生

13、物。葉面微生物是主要的附生微生物。微生物生態(tài)和分類第二節(jié) 微生物與生物環(huán)境間的關(guān)系兩種生物間的關(guān)系：1.雙方受益（+ +）共生、互利共棲、互養(yǎng)共棲和協(xié)同共棲等2.一方受益而另一方無損（+ 0）互生、偏利共棲和衛(wèi)星狀共棲等3.一方受益而另一方受損（+ -）寄生、捕食和拮抗等4.一方無損而另一方受損（0 -）偏害共棲5.雙方互不影響（0 0）無關(guān)共棲6.雙方受損（- -）競爭共棲微生物生態(tài)和分類一、互生定義兩種單獨生活的生物，當(dāng)它們在一起時，通過各自的代謝活動而有利于對方，或偏利于一方的生活方式。是一種“可分可合，合比分好”的松散關(guān)系舉例好氧性自生固氮菌與纖維素分解菌人體腸道中的正常菌群與人發(fā)酵工

14、業(yè)中的混菌培養(yǎng)微生物生態(tài)和分類二、共生定義指兩種生物共居在一起，相互分工合作、相依為命，甚至達(dá)到難分難解、合二為一的極其緊密的相互關(guān)系舉例真菌與綠藻共生真菌與藍(lán)細(xì)菌共生根瘤菌與豆科植物非豆科植物與放線菌的共生白蟻與其腸液中的細(xì)菌和原生動物反芻動物（牛、羊、鹿和駱駝等）與瘤胃中的微生物微生物生態(tài)和分類三、寄生定義指一種小型生物生活在另一種較大型生物的體內(nèi)或體表，從中奪取營養(yǎng)并進(jìn)行生長繁殖，同時使后者蒙受損害甚至被殺死的一種相互關(guān)系舉例噬菌體與其宿主菌蛭弧菌與大腸桿菌真菌和病毒與植物病原微生物與人體蘇云金桿菌與昆蟲細(xì)菌殺蟲劑球孢白僵菌與昆蟲真菌殺蟲劑病毒與昆蟲病毒殺蟲劑冬蟲夏草菌（中華蟲真菌）與蝙

15、蝠蛾名貴中藥微生物生態(tài)和分類冬蟲夏草蝙蝠蛾產(chǎn)卵于土中幼蟲 冬蟲夏草菌侵入幼蟲體內(nèi) 不斷繁殖 天氣轉(zhuǎn)暖 幼蟲頭部長出子座 膨大成橢圓形；微生物生態(tài)和分類四、拮抗定義指由某種生物所產(chǎn)生的特定代謝產(chǎn)物可抑制它種生物的生長發(fā)育甚至殺死它們的一種相互關(guān)系舉例好氧菌和兼性厭氧菌與乳酸菌食品泡菜放線菌與細(xì)菌抗生素微生物生態(tài)和分類五、捕食定義指一種大型的生物直接捕捉、吞食另一種小型生物以滿足其營養(yǎng)需要的關(guān)系舉例原生動物與細(xì)菌和藻類真菌套捕線蟲微生物生態(tài)和分類第八章 微生物的分類微生物生態(tài)和分類微生物生態(tài)和分類微生物生態(tài)和分類微生物生態(tài)和分類第一節(jié) 微生物的分類單元和命名微生物生態(tài)和分類一. 微生物的多層次分類

16、單元（taxon）域（domain） 門（phyllum） 綱（class） 目（order） 科（family） 屬（genus） 種（species）每一分類單位之后可有亞門、亞綱、亞目、亞科.微生物生態(tài)和分類以啤酒酵母為例，它在分類學(xué)上的地位是： 界(Kindom)：真菌界 門(Phyllum)：真菌門 綱(Class)：子囊菌綱 目(Order)：內(nèi)孢霉目 科(Family)：內(nèi)孢霉科 屬(Genus)：酵母屬 種(Species)：啤酒酵母微生物生態(tài)和分類亞種(subspecies）或變種(variety)：為種內(nèi)的再分類。當(dāng)某一個種內(nèi)的不同菌株存在少數(shù)明顯而穩(wěn)定的變異特征或遺傳形狀

17、，而又不足以區(qū)分成新種時，可以將這些菌株細(xì)分成兩個或更多的小的分類單元亞種。變種是亞種的同義詞，因“變種”一詞易引起詞義上的混淆，從1976年后，不在使用變種一詞。通常把實驗室中所獲得的變異型菌株，稱之為亞種。如：E.coli k12（野生型）是不需要特殊aa的，而實驗室變異后，可從k12獲得某aa的缺陷型，此即稱為E.coli k12的亞種。 型(form):常指亞種以下的細(xì)分。當(dāng)同種或同亞種內(nèi)不同菌株之間的性狀差異不足以分為新的亞種時，可以細(xì)分為不同的型。例如：按抗原特征的差異分為不同的血清型；種（species）：是一個基本分類單位；是一大群表型特征高度相似、親緣關(guān)系極其接近，與同屬內(nèi)其

18、他種有明顯差別的菌株的總稱。微生物生態(tài)和分類微生物生態(tài)和分類細(xì)菌分類和伯杰氏手冊 70年代以后，對細(xì)菌進(jìn)行全面分類的、影響最大的是伯杰氏手冊。所以該書目前已成為對細(xì)菌進(jìn)行分類鑒定的主要參考書。 微生物生態(tài)和分類命名：菌種的科學(xué)名稱。菌種的學(xué)名是按照國際細(xì)菌命名法規(guī)命名的國際學(xué)術(shù)界公認(rèn)，并通用的名稱。命名原則： 學(xué)名=屬名+種的加詞+（首次定名人）+現(xiàn)名定名人和鮮明定名年份規(guī)定與常識：屬名應(yīng)大寫首字母、單數(shù)、可以組合外而成。種的加詞代表一個種的次要特征，首字小寫二. 微生物分類單元的命名微生物生態(tài)和分類微生物的名字有俗名和學(xué)名兩種。如： 紅色面包霉粗糙脈孢霉 綠膿桿菌銅綠假單胞菌學(xué)名是微生物的科

19、學(xué)名稱，它是按照有關(guān)微生物分類國際委員會擬定的法則命名的。學(xué)名由拉丁詞、或拉丁化的外來詞組成。學(xué)名的命名有雙名法和三名法兩種。雙名法： 學(xué)名= 屬名+種名 + （首次定名人）+現(xiàn)定名人+定名年份 必要，用斜體表示 可省略，用正體字屬名：拉丁文的名詞或用作名詞的形容詞，單數(shù)，首字母大寫，表示微生物的主要特征，由微生物構(gòu)造，形狀或由科學(xué)家命名。 種名：拉丁文形容詞，字首小寫，為微生物次要特征， 如微生物色素、形狀、來源或科學(xué)家姓名等。微生物生態(tài)和分類例：大腸埃希氏桿菌 Escherichia coli （Migula）Castellani et Chalmers 1919 金黃色葡萄球菌 Stap

20、hylococcus aureus Rosenbach 1884 當(dāng)泛指某一屬微生物，而不特指該屬中某一種（或未定種名）時，可在屬名后加sp.或ssp.（分別代表species 縮寫的單數(shù)和復(fù)數(shù)形式） 例如：Saccharomyces sp. 表示酵母菌屬中的一個種。微生物生態(tài)和分類菌株名稱在種名后面自行加上數(shù)字、地名或符號等，如： Bacillus subtilis AS1.389 AS=Academia Sinica Bacillus subtilis BF7658 BF=北紡 Clostridium acetobutylicum ATCC824 丙酮丁醇梭菌ATCC American T

21、ype Culture Collection美國模式菌種保藏中心 當(dāng)文章中前面已出現(xiàn)過某學(xué)名時，后面的可將其屬名縮寫成13個字母。 如：Escherichia coli 可縮寫成 E. coli Staphylococcus aureus可縮寫成 S. aureus三名法：用于對亞種的命名，這時在屬和種名后加寫一個subsp.，然后再附上亞種名稱（斜排體）。 如： Bacillus thuringiensis subsp. galleria 蘇云金芽孢桿菌臘螟亞種 微生物生態(tài)和分類第二節(jié) 細(xì)菌分類鑒定方法微生物生態(tài)和分類多相分類（polyphasic taxonomy）一. 傳統(tǒng)分類法二. 數(shù)值分類法三. 化學(xué)分類法四. 遺傳學(xué)分類法微生物生態(tài)和分類一. 傳統(tǒng)分類法一）形態(tài)結(jié)構(gòu)特征1. 個體形態(tài)：大小、形態(tài)和排列 特殊結(jié)構(gòu)2. 群體形態(tài)：