微生物與人類關系微生物的生態(tài)

微生物與人類關系微生物的生態(tài)第一頁，共三十八頁，2022年，8月28日（一）土壤中的微生物1.土壤是微生物生長和棲息的良好基地在土壤中正常分布著形形色色的微生物群,這些在土壤中生活的微生物類群稱為土壤微生物.(1)水分.微生物生命活動需要大量的水.(2)pH值.土壤大多是中性偏堿，適宜于大多數微生物生長.第二頁，共三十八頁，2022年，8月28日(4)溫度.土壤的保溫性，為微生物的生長提供了有利的條件。(3)氧氣.(5)固形物.土壤中含有大量固有有機物和礦物元素，是微生物的營養(yǎng)庫。以上說明土壤是微生物的合適生境，是微生物的大本營，人類最豐富的“菌種資源庫”。第三頁，共三十八頁，2022年，8月28日土壤微生物的數量和分布主要受到營養(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。土壤微生物的數量和分布受季節(jié)影響；微生物的數量也與土層的深度有關，一般土壤表層微生物最多，隨著土層的加深，微生物的數量逐步減少。土壤中的微生物以細菌最多，其次位放線菌和霉菌。2.土壤中的微生物分布特點第四頁，共三十八頁，2022年，8月28日(1)參與自然界的物質循環(huán).(2)分解動植物的尸體、排泄物及化學污染物等。(3)固定大氣中的氮氣,促進植物的生長.(4)土壤中有不少微生物常被用來生產各種抗生素等藥物.土壤中存在的大多數微生物對人類是有益的.

但是土壤中少數的病原菌,則是造成各種傳染病的病因.第五頁，共三十八頁，2022年，8月28日1.不同水體中微生物的種類(1)淡水中的微生物

①清水型水生微生物

②腐敗型水生微生物

(2)海洋微生物

（二）水體中的微生物第六頁，共三十八頁，2022年，8月28日數量和種類與接觸的土壤有密切關系；分布上更多的是吸附在懸浮在水中的有機物上及水底；淡水中的微生物是可以運動的，而且某些淡水中的細菌例如柄細菌具有很異常的形態(tài)，這些異常形態(tài)使得菌體的表面積與體積之比增加，從而使這些微生物能有效地吸收有限的營養(yǎng)物；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菌，因此不宜作為飲用水源；水體自身存在自我凈化作用2.水中微生物的分布特點：第七頁，共三十八頁，2022年，8月28日4.水中的微生物與水體的自凈作用好氧菌的降解作用原生動物等的吞噬作用藻類對無機物的利用指被污染的水借天然的理化因素及生物因素的綜合作用,而達到凈化的過程.第八頁，共三十八頁，2022年，8月28日三、空氣中的微生物1、大氣是微生物的暫存空間

空氣環(huán)境的特點：無營養(yǎng)物質、無足夠的水分，這種環(huán)境不適合微生物的生長繁殖。大氣中沒有固定的微生物種類。但由于微生物能產生各種休眠體以適應不良環(huán)境，有些微生物可以在大氣中存在一段相當長的時間而不至死亡。第九頁，共三十八頁，2022年，8月28日2、大氣中的微生物來源土壤、水體和其他微生物源。進入大氣的土壤塵粒，水面吹來的小水滴，污水處理廠曝氣產生的氣溶膠，人和動物體表的干燥脫落物，呼吸道呼出的氣體都是大氣微生物的來源。主要種類是霉菌和細菌，霉菌常見種類是曲霉、木霉、青霉、毛霉、白地霉和色串孢(Torulasp)等。細菌有球菌、桿菌和一些病原菌。第十頁，共三十八頁，2022年，8月28日極端環(huán)境下微生物的研究有三個方面的重要意義開發(fā)利用新的微生物資源，包括特異性的基因資源；為微生物生理、遺傳和分類乃至生命科學及相關學科許多領域，如功能基因組學、生物電子器材等的研究提供新的課題和材料；為生物進化、生命起源的研究提供新的材料。第十一頁，共三十八頁，2022年，8月28日1.嗜熱微生物嗜熱微生物生長的生態(tài)環(huán)境：高溫環(huán)境，如熱泉(溫度高達100℃)，高強度太陽輻射的土壤，巖石表面(高達70℃)，各種堆肥、廄肥、干草、鋸屑及煤渣堆，此外還有家庭及工業(yè)上使用的溫度比較高的熱水及冷卻水。細菌是嗜熱微生物中最耐熱的。第十二頁，共三十八頁，2022年，8月28日嗜熱微生物的特點嗜熱微生物生物大分子蛋白質、核酸、類脂的熱穩(wěn)定結構以及存在的熱穩(wěn)定性因子是它們嗜熱的生理基礎。新的研究還表明專性嗜熱菌株的質粒攜帶與熱抗性相關的遺傳信息。應用：耐熱DNA聚合酶用于多聚酶鏈式反應（PCR）。

第十三頁，共三十八頁，2022年，8月28日2.嗜冷微生物

嗜冷微生物能在較低的溫度下生長，可以分為專性和兼性兩類，前者的最高生長溫度不超過20℃，可以在0℃或低于0℃條件下生長；后者可在低溫下生長，但也可以在20℃以上生長。第十四頁，共三十八頁，2022年，8月28日嗜冷微生物的主要生境：南北極地區(qū)、深海、寒冷水體、冷凍土壤、陰冷洞穴、保藏食品的低溫環(huán)境。嗜冷微生物的種類：針絲藻、粘球藻、假單胞菌等。從深海中分離出來的細菌既嗜冷，也耐受高壓。第十五頁，共三十八頁，2022年，8月28日嗜冷微生物適應環(huán)境的生化機理是因為細胞膜脂組成中有大量的不飽和、低熔點脂肪酸。嗜冷微生物低溫條件下生長的特性可以使低溫保藏的食品腐敗，甚至產生細菌毒素。研究開發(fā)嗜冷微生物的最適反應溫度低的酶，在工業(yè)和日常生活中都有應用價值。如從嗜冷微生物中獲得低溫蛋白酶用于洗滌劑，不僅能節(jié)約能源，而且效果很好。第十六頁，共三十八頁，2022年，8月28日3.嗜酸微生物

生長最適pH在3-4以下，中性條件不能生長的微生物稱為嗜酸微生物；能在高酸條件下生長，但最適pH接近中性的微生物稱為耐酸微生物極端的酸性環(huán)境包括各種酸礦水、酸熱泉、火山湖、地熱泉等。第十七頁，共三十八頁，2022年，8月28日嗜酸微生物生長的生態(tài)環(huán)境：溫和的酸性(pH3-5.5)自然環(huán)境較為普遍，如某些湖泊、泥碳土和酸性的沼澤。極端的酸性環(huán)境包括各種酸礦水、酸熱泉、火山湖、地熱泉等。嗜酸微生物的種類:

硫氧化菌、硫桿菌。嗜酸嗜熱細菌，如嗜酸熱硫化葉菌等。嗜酸微生物的胞內pH從不超出中性大約2個pH單位，其胞內物質及酶大多數接近中性。第十八頁，共三十八頁，2022年，8月28日嗜酸微生物適應環(huán)境的生化機理:

嗜酸微生物能在酸性條件下生長繁殖，需要維持胞內外的pH梯度，現(xiàn)在一般認為它們的細胞壁、細胞膜具有排斥H+，對H+離子不滲透或把H+從胞內排出的機制。而嗜酸微生物的外被要高H+來維持其結構。

嗜酸菌被廣泛用于微生物冶金、生物脫硫。

第十九頁，共三十八頁，2022年，8月28日4.嗜堿微生物

一般把最適生長pH在9以上的微生物稱為嗜堿微生物，中性條件不能生長的為專性嗜堿微生物，中性條件甚至酸性條件都能生長的稱為耐堿微生物或堿營養(yǎng)微生物。

第二十頁，共三十八頁，2022年，8月28日嗜堿微生物生長的生態(tài)環(huán)境:

地球上堿性最強的自然環(huán)境是碳酸鹽湖及碳酸鹽荒漠，極端堿性湖[如肯尼亞的瑪格達湖，埃及的wadynatrun湖是地球上最穩(wěn)定的堿性環(huán)境，那里pH達10.5-11.0]。我國的堿性環(huán)境有青海湖等。碳酸鹽是這些環(huán)境堿性的主要來源。人為堿性環(huán)境是石灰水、堿性污水。

第二十一頁，共三十八頁，2022年，8月28日嗜堿微生物的種類:

嗜堿微生物有兩個主要的生理類群：鹽嗜堿微生物和非鹽嗜堿微生物。前者的生長需要堿性和高鹽度(達33%NaCl十Na2CO3)。代表性種屬有外硫紅螺菌、甲烷嗜鹽菌、嗜鹽堿桿菌、嗜鹽堿球菌等。第二十二頁，共三十八頁，2022年，8月28日嗜堿微生物生長最適PH在9以上，但胞內pH都接近中性。細胞外被是胞內中性環(huán)境和胞外堿性環(huán)境的分隔，是嗜堿微生物嗜堿性的重要基礎。其控制機制是具有排出OH-的功能。

嗜堿微生物產生大量的堿性酶，包括蛋白酶(活性pH10.5-12)、淀粉酶(活性pH4.5-11)、果膠酶(活性PHl0.0)、支鏈淀粉酶(活性pH9.0)、纖維素酶(活性pH6-11)、木聚糖酶(活性pH5.5-10)。這些堿性酶被廣泛用于洗滌劑或作其他用途。嗜堿微生物適應環(huán)境的生化機理:第二十三頁，共三十八頁，2022年，8月28日5.嗜鹽微生物

嗜鹽微生物生長的生態(tài)環(huán)境:

含有高濃度鹽的自然環(huán)境主要是鹽湖，如青海湖(中國)、大鹽湖(美國)、死海(黎巴嫩)和里海(俄羅斯)，此外還有鹽場、鹽礦和用鹽腌制的食品。海水中含有約3.5%的氯化鈉，是一般的含鹽環(huán)境。根據對鹽的不同需要，嗜鹽微生物可以分為弱嗜鹽微生物、中度嗜鹽微生物、極端嗜鹽微生物。嗜鹽細菌具有許多生理特性，其中紫膜引人注目。

第二十四頁，共三十八頁，2022年，8月28日6.嗜壓微生物

需要高壓才能良好生長的微生物稱為嗜壓微生物。最適生長壓力為正常壓力，但能耐受高壓的微生物被稱為耐壓微生物。嗜壓微生物生長的生態(tài)環(huán)境:海洋深處和海底沉積物平均水壓超過4.05×107Pa(400個大氣壓)。深海底部:嗜壓菌，油井深部約(400大氣壓):耐壓的硫酸鹽還原菌。第二十五頁，共三十八頁，2022年，8月28日五、不可培養(yǎng)的微生物對微生物的經典研究方法，是基于對微生物的分離培養(yǎng)。但是自然環(huán)境復雜，微生物種類繁多，大多數微生物在目前的條件下不能在實驗室進行人工培養(yǎng)。有人認為在土壤中生活的微生物僅有1%可用目前的方法在實驗室進行培養(yǎng)。因此，已為人們所認識的微生物僅占自然界中存在的很小一部分，通常認為僅10%。那些采用常規(guī)微生物培養(yǎng)技術不能得到純培養(yǎng)的微生物，稱為不可培養(yǎng)的微生物。第二十六頁，共三十八頁，2022年，8月28日第二節(jié)微生物在生態(tài)鏈中的作用在一定的空間內，生物的成分和非生物的成分通過物質循環(huán)和能量流動互相作用、互相依存而構成的一個生態(tài)學功能單位。生物成分按其在生態(tài)系統(tǒng)中的作用，可劃分為三大類群：生產者、消費者和分解者。第二十七頁，共三十八頁，2022年，8月28日微生物是最早出現(xiàn)的生物體，并進化成后來的動、植物。藻類的產氧作用，改變大氣圈中的化學組成，為后來動、植物出現(xiàn)打下基礎。微生物和動物、植物一樣也是由物質組成和由能量維持的生命有機體。在土壤、水體中有大量的微生物生物量，貯存著大量的物質和能量。5.微生物在地球生物演化中的作用；4.微生物是物質和能量的貯存者；第二十八頁，共三十八頁，2022年，8月28日有利關系：互生共生：互惠共生和偏利共生

有害關系：拮抗（偏害共生）寄生捕食競爭第二十九頁，共三十八頁，2022年，8月28日一、互生

二種可以單獨生活的生物，當它們生活在一起時，通過各自的代謝活動而有利于對方，或偏利于一方的一種生活方式，但二者不形成共生組織(生命整體)的關系。

“可分可合，合比分好”

微生物間的互生關系:纖維素分解細菌←→固氮菌

人體腸道正常菌群第三十頁，共三十八頁，2022年，8月28日二、共生二種生物共居在一起，相互分工協(xié)作、相依為命，甚至形成在生理上表現(xiàn)出一定的分工，在組織和形態(tài)上產生了新的結構的特殊的共生體。共生一般有二種情況：互惠共生（二者均得利）和偏利共生（一方得利，但另一方并不受害）

第三十一頁，共三十八頁，2022年，8月28日1.微生物間的共生關系地衣——藻類或藍細菌和真菌的共生體

生理上的共生：其中藍細菌和綠藻進行光合作用，為真菌提供有機養(yǎng)料，而真菌則以其產生的有機酸分解巖石為藻類提供礦質元素。

結構上的共生：形成有固定形態(tài)的葉狀結構。細菌與原生動物間的共生關系：細菌棲息于原生動物細胞內，獲得營養(yǎng)和保護環(huán)境；原生動物通過共生菌獲得生長所需要的維生素及其它生長因子。第三十二頁，共三十八頁，2022年，8月28日2.微生物和植物間的共生關系

根瘤——根瘤菌與豆科植物間的共生體。根瘤菌固定大氣中的氣態(tài)氮為植物提供氮素養(yǎng)料；豆科植物的根的分泌物能刺激根瘤菌的生長，同時，還為根瘤菌提供保護和穩(wěn)定的生長條件。菌根：土壤真菌與植物根形成的共生結構。具有改善植物營養(yǎng)、調節(jié)植物代謝和增強植物抗病能力等功能。第三十三頁，共三十八頁，2022年，8月28日3.微生物與動物的共生關系

與昆蟲的共生關系外共生：例如白蟻與其腸道內的微生物之間的共生。內共