微生物的形态.pptx

第十一章第十一章 微生物微生物的生态的生态生命科学学院生命科学学院馬匯泉馬匯泉微生物生态学：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。研究微生物与其周围生物和非生物环境之间相互关系。t 各种环境中的微生物的种类、分布；各种环境中的微生物的种类、分布；t 微生物和其它生物的关系；微生物和其它生物的关系；t 微生物与物质循环；微生物与物质循环；第一节第一节 微生物在生态系统中的地位与作用微生物在生态系统中的地位与作用一、微生物在生态系统中的地位一、微生物在生态系统中的地位生态系统：生态系统：生物群落所生活的非生物环境所生活的非生物环境物质循环物质循环能量流动能量流动生产者：生产者：从无机物合成有机物从无机物合成有机物消费者：消费者：利用有机物进行生活，一般不能将有机物直接利用有机物进行生活，一般不能将有机物直接 分解成有机物分解成有机物分解者：分解者：分解有机物成无机物分解有机物成无机物微生物在多个方面但主要作为微生物在多个方面但主要作为分解者分解者而在生态系统中起重要作用而在生态系统中起重要作用一、微生物在生态系统中的作用一、微生物在生态系统中的作用1、微生物是有机物的主要分解者；、微生物是有机物的主要分解者；2、微生物是物质循环中的重要成员；、微生物是物质循环中的重要成员；3、微生物是生态系统中的初级生产者；、微生物是生态系统中的初级生产者；4、微生物是物质和能量的贮存者；、微生物是物质和能量的贮存者；5、微生物是地球生物演化中的先锋；、微生物是地球生物演化中的先锋；二、微生物与生物地球化学循环二、微生物与生物地球化学循环1、碳循环、碳循环2、氮循环、氮循环3、硫循环、硫循环4、磷循环、磷循环5、铁循环、铁循环6、其它元素的循环、其它元素的循环第二节第二节 环境中的微生物环境中的微生物微生物的特点：微生物的特点：个体微小、个体微小、代谢营养类型多样代谢营养类型多样，适应能力强适应能力强微生物在自然界中分布广泛微生物在自然界中分布广泛微生物的分布微生物的分布生境的特征生境的特征在某些生境中，高度专一性的微生物存在并仅限于这种在某些生境中，高度专一性的微生物存在并仅限于这种生境中，并成为特定生境的标志。生境中，并成为特定生境的标志。一、微生物群落一、微生物群落1、种群的相互作用、种群的相互作用微生物生态的研究特点：微生物生态的研究特点：以微生物群体，即种群作为主要研究单位。以微生物群体，即种群作为主要研究单位。生态系统中生物之间的相互关系：生态系统中生物之间的相互关系：t 有利关系：有利关系：一种生物的生长和代谢对另一种生物的生长产生一种生物的生长和代谢对另一种生物的生长产生有利的影响，或相互有利；有利的影响，或相互有利；t 有害关系：有害关系：一种生物的生长对另一种生物的生长产生有害的一种生物的生长对另一种生物的生长产生有害的影响，或相互有害；影响，或相互有害；t 中性关系：中性关系：二种生物生活在一起时，彼此对对方的生长代谢二种生物生活在一起时，彼此对对方的生长代谢无明显的有利或有害影响；无明显的有利或有害影响；主要介绍微生物间及微生物与其它生物间最常见的几种相互关系：主要介绍微生物间及微生物与其它生物间最常见的几种相互关系：一、互生一、互生二种可以单独生活的生物，当它们生活在一起时，通过各自的二种可以单独生活的生物，当它们生活在一起时，通过各自的代谢活动而有利于对方，或偏利于一方的一种生活方式。代谢活动而有利于对方，或偏利于一方的一种生活方式。“可分可合，合比分好可分可合，合比分好”一）微生物间的互生关系一）微生物间的互生关系一）微生物间的互生关系一）微生物间的互生关系纤维素分解细菌纤维素分解细菌固氮菌固氮菌一）微生物间的互生关系一）微生物间的互生关系金黄色葡萄球菌的生长为本来在平板上不能生长的嗜血流感菌金黄色葡萄球菌的生长为本来在平板上不能生长的嗜血流感菌提供生长因子，后者在其菌苔周围形成卫星菌落。提供生长因子，后者在其菌苔周围形成卫星菌落。一）微生物间的互生关系一）微生物间的互生关系本来不能在含青霉素的平板上生长的受体菌在转化子（本来不能在含青霉素的平板上生长的受体菌在转化子（含有含有Ampr质粒质粒）周围形成卫星菌落（）周围形成卫星菌落（b b-内酰胺酶分泌到胞外所致内酰胺酶分泌到胞外所致）二）人体肠道正常菌群二）人体肠道正常菌群互生关系（互生关系（正常情况正常情况）寄生关系（寄生关系（某些特殊条件下某些特殊条件下）人肠道内的菌群：人肠道内的菌群：60-400种不同的微生物，占粪便干重种不同的微生物，占粪便干重1/3的是细菌，的是细菌，其中厌氧菌占了绝大多数。其中厌氧菌占了绝大多数。t 正常菌群通过肠道获取营养；正常菌群通过肠道获取营养；t 通过排阻、抑制外来致病菌；提供许多人体所必不可少的通过排阻、抑制外来致病菌；提供许多人体所必不可少的维生素、氨基酸等营养物对人体作出贡献；维生素、氨基酸等营养物对人体作出贡献；环境条件改变或着生部位改变：环境条件改变或着生部位改变：正常菌群正常菌群致病菌致病菌t 滥用抗生素；滥用抗生素；t 人身体虚弱抵抗力下降；人身体虚弱抵抗力下降；t 吃了不洁净的食物；吃了不洁净的食物；u肠道中的正常菌群，大肠杆菌，一旦进入泌尿系统，引起尿路肠道中的正常菌群，大肠杆菌，一旦进入泌尿系统，引起尿路感染。感染。u人体表面的正常菌群，一旦它们进入伤口也会引起感染。人体表面的正常菌群，一旦它们进入伤口也会引起感染。条件致病菌：条件致病菌：人体的正常微生物菌群一旦进入非正常聚居部人体的正常微生物菌群一旦进入非正常聚居部位，或生态结构发生改变而引起人类疾病的微生物。位，或生态结构发生改变而引起人类疾病的微生物。可以通过口服某些活的微生物制剂来治疗由于正常菌群可以通过口服某些活的微生物制剂来治疗由于正常菌群失调而导致的腹泻，例如，含蜡状芽孢杆菌（失调而导致的腹泻，例如，含蜡状芽孢杆菌（B cereus）的的“促菌生促菌生”，含地衣芽孢杆菌的，含地衣芽孢杆菌的“整肠生整肠生”等，它们都是通过芽孢杆菌的生长，为肠道重新创造良等，它们都是通过芽孢杆菌的生长，为肠道重新创造良好的厌氧环境，促使肠道内正常的厌氧菌的生长繁殖，好的厌氧环境，促使肠道内正常的厌氧菌的生长繁殖，这类活微生物制剂又称这类活微生物制剂又称微生态制剂微生态制剂。微生态制剂一般用于恢复肠道内的正常生微生态制剂一般用于恢复肠道内的正常生态环境，若肠道功能正常，一般不需要服态环境，若肠道功能正常，一般不需要服用！用！二、共生二、共生二种生物共居在一起，相互分工协作、相依为命，甚至二种生物共居在一起，相互分工协作、相依为命，甚至形成在生理上表现出一定的分工，在组织和形态上产生形成在生理上表现出一定的分工，在组织和形态上产生了新的结构的特殊的共生体。了新的结构的特殊的共生体。互惠共生：二者均得利互惠共生：二者均得利偏利共生：一方得利，但另一方并不受害偏利共生：一方得利，但另一方并不受害一）微生物间的共生关系一）微生物间的共生关系地衣-藻类和真菌的共生体形成有固定形态的叶状结构：形成有固定形态的叶状结构：真菌无规则地缠绕藻类细胞，或二者组成一定的层次排列。真菌无规则地缠绕藻类细胞，或二者组成一定的层次排列。地衣繁殖时，在表面上生出球状粉芽，粉芽中含有少量的藻类细地衣繁殖时，在表面上生出球状粉芽，粉芽中含有少量的藻类细胞和真菌菌丝，粉芽脱离母体散布到适宜的环境中，发育成新的胞和真菌菌丝，粉芽脱离母体散布到适宜的环境中，发育成新的地衣地衣结构上的共生：结构上的共生：生理上的共生：生理上的共生：共生菌从基质中吸收水分和无机养料；共生菌从基质中吸收水分和无机养料；共生藻进行光合作用，合成有机物；共生藻进行光合作用，合成有机物；使地衣能在十分贫瘠的环境中生存。使地衣能在十分贫瘠的环境中生存。一）微生物间的共生关系一）微生物间的共生关系细菌与原生动物间的共生关系：细菌与原生动物间的共生关系：细菌栖息于原生动物细胞内，获得营养和保护环境，并且这些细菌栖息于原生动物细胞内，获得营养和保护环境，并且这些细菌在原生动物细胞外都不能生长；细菌在原生动物细胞外都不能生长；原生动物通过共生菌获得生长所需要的维生素及其它生长因子原生动物通过共生菌获得生长所需要的维生素及其它生长因子3、深海火山口细菌与蠕虫的共生关系、深海火山口细菌与蠕虫的共生关系3、深海火山口细菌与蠕虫的共生关系、深海火山口细菌与蠕虫的共生关系三、寄生三、寄生一种小型生物生活在另一种相对较大型生物的体内或一种小型生物生活在另一种相对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。受损害甚至被杀死的现象。寄生物（寄生物（parasite）宿主（宿主（host）一）微生物间的寄生一）微生物间的寄生t 噬菌体噬菌体细菌细菌t 蛭弧菌蛭弧菌细菌细菌t 真菌真菌真菌真菌t 真菌、细菌真菌、细菌原生动物原生动物二）微生物与动植物间的寄生关系二）微生物与动植物间的寄生关系各种各样的致病菌多是行寄生生活各种各样的致病菌多是行寄生生活悉生生物（悉生生物（Gnotobiote）：）：-整个个体不携带或只携带已知微生物的生物整个个体不携带或只携带已知微生物的生物 干扰因素少，操作易控制，既可进行定性分析，也可进行定干扰因素少，操作易控制，既可进行定性分析，也可进行定量分析，实验结果准确、可靠，对于了解微生物与宿主之间复杂量分析，实验结果准确、可靠，对于了解微生物与宿主之间复杂的关系及其机理具有十分重要的作用。的关系及其机理具有十分重要的作用。t 用于科学研究：用于科学研究：四、拮抗四、拮抗某种生物产生的代谢产物可抑制它种生物的生长发育某种生物产生的代谢产物可抑制它种生物的生长发育甚至将后者杀死。甚至将后者杀死。t 微生物间的微生物间的“化学战术化学战术”抗生菌产生能抑制其它生物生长发育的抗生素；抗生菌产生能抑制其它生物生长发育的抗生素；t 微生物间的生长抑制微生物间的生长抑制因某种微生物的生长而引起的其它条件的改变，因某种微生物的生长而引起的其它条件的改变，从而抑制它种生物的生长从而抑制它种生物的生长五、竞争五、竞争两个种群因需要相同的生长基质或其它环境因子，致两个种群因需要相同的生长基质或其它环境因子，致使增长率和种群密度受到限制时发生的相互作用，其使增长率和种群密度受到限制时发生的相互作用，其结果对两种种群都是不利的。结果对两种种群都是不利的。六、捕食六、捕食一种种群被另一种种群完全吞食，捕食者种群从被食一种种群被另一种种群完全吞食，捕食者种群从被食者种群得到营养，而对被食者种群产生不利影响。者种群得到营养，而对被食者种群产生不利影响。微生物间的捕食现象：微生物间的捕食现象：t 原生动物吞食细菌和藻类；原生动物吞食细菌和藻类；t 粘细菌吞食细菌和其它微生物；粘细菌吞食细菌和其它微生物；t 真菌捕食线虫和其它原生动物；真菌捕食线虫和其它原生动物；捕虫菌目（捕虫菌目（Zoopagales）在长期的自然进化中形成的特化结构，在长期的自然进化中形成的特化结构，特化菌丝构成巧妙的网，可以捕捉小型原生动物或无脊椎动物，特化菌丝构成巧妙的网，可以捕捉小型原生动物或无脊椎动物，捕获物死后，菌丝伸入体内吸收营养。捕获物死后，菌丝伸入体内吸收营养。2、群落结构、群落结构自然环境中的微生物一般都不是单独存在的自然环境中的微生物一般都不是单独存在的个体、种群、群落和生态系统从低到高的组织层次个体、种群、群落和生态系统从低到高的组织层次群体（群体（population）：）：具有相似特性和生活在一定空间内的同种个具有相似特性和生活在一定空间内的同种个 体群，是组成群落的基本组分。体群，是组成群落的基本组分。群落（群落（community）：）：在一定区域或一定生态环境内，各种生物在一定区域或一定生态环境内，各种生物 群体构成的一个生态学结构单位，群落中群体构成的一个生态学结构单位，群落中 各生物群体之间存在各种相互作用。各生物群体之间存在各种相互作用。二、陆生生境中的微生物二、陆生生境中的微生物土壤是固体无机物土壤是固体无机物(岩石和矿物质岩石和矿物质)、有机物、水、空气、有机物、水、空气和生物组成的复合物，是微生物的合适生境。和生物组成的复合物，是微生物的合适生境。土壤微生物土壤微生物种类多种类多、数量多数量多、代谢潜力巨大代谢潜力巨大，是主要的，是主要的微生物源，是微生物源，是微生物的大本营微生物的大本营。1）土壤微生物的数量和分布主要受到营养物、含水量、氧、温）土壤微生物的数量和分布主要受到营养物、含水量、氧、温度、度、pH等因子的影响，并随土壤类型的不同而有很大变化。等因子的影响，并随土壤类型的不同而有很大变化。2）土壤微生物的数量和分布受季节影响；）土壤微生物的数量和分布受季节影响；3）微生物的数量也与于土层的深度有关，一般土壤表层微生物）微生物的数量也与于土层的深度有关，一般土壤表层微生物最多，最多，随着土层的加深，微生物的数量逐步减少。随着土层的加深，微生物的数量逐步减少。20世纪世纪80年代，美国能源部年代，美国能源部-地下科学计划（地下科学计划（Deep Subsurtace Program）地下的微生物在陆地可达地下的微生物在陆地可达4公里深（每下降公里深（每下降1公里温度上升公里温度上升20），在海底则可深达），在海底则可深达7公里（每下降公里（每下降1公里温度上升公里温度上升15）。）。目前已知微生物的最高生长温度：目前已知微生物的最高生长温度：113（海底火山口）（海底火山口）目前的采样深度：目前的采样深度：2.8公里公里三、水生生境的微生物三、水生生境的微生物（一）江河水（一）江河水1）数量和种类与接触的土壤有密切关系；数量和种类与接触的土壤有密切关系；2）分布上更多的是吸附在悬浮在水中的有机物上及水底；分布上更多的是吸附在悬浮在水中的有机物上及水底；3）多能）多能运动，有些具有很异常的形态（例如运动，有些具有很异常的形态（例如柄细菌柄细菌）；）；4）靠近城市或城市下游水中的微生物多，并且有很多对健康靠近城市或城市下游水中的微生物多，并且有很多对健康 不利的细菌，因此不宜作为饮用水源；不利的细菌，因此不宜作为饮用水源；5）水体自身存在自我净化作用：）水体自身存在自我净化作用：a）致病菌对营养要求苛刻，因此在一般的水中只能存活致病菌对营养要求苛刻，因此在一般的水中只能存活2-3天；天；b）水表微生物会受辐射等作用而被杀灭；水表微生物会受辐射等作用而被杀灭；c）原生动物等的吞噬作用；原生动物等的吞噬作用；d）由固形物吸附再沉积到水底；由固形物吸附再沉积到水底；饮用水的微生物指标：饮用水的微生物指标：总菌数：总菌数：100个个/ml大肠杆菌：大肠杆菌：3 个个/L（三）水体的富营养化作用和（三）水体的富营养化作用和“水华水华”、“赤潮赤潮”水体大量的有机物或无机物，特别是磷酸盐和无机氮化合物水体大量的有机物或无机物，特别是磷酸盐和无机氮化合物水的富营养化水的富营养化藻类等过量生长，产生大量的有机物藻类等过量生长，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，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使厌氧菌开始大量生长和代谢分解含硫化合物，产生分解含硫化合物，产生H2S，从而导致水有难闻的气味，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。并使水体自身的正常生态失去平衡的结果。“水华水华”（water bloom）：）：藻类（主要是微藻）的大量繁殖使水体出现颜色，并变得浑浊，藻类（主要是微藻）的大量繁殖使水体出现颜色，并变得浑浊，许多藻类团块漂浮在水面上形成。许多藻类团块漂浮在水面上形成。赤潮（赤潮（red tides）：）：在海洋中，某些甲藻类大量繁殖也可也可以形成水华，从而使在海洋中，某些甲藻类大量繁殖也可也可以形成水华，从而使海水出现红色或褐色。海水出现红色或褐色。引起水体富营养化的藻类除通过消耗水中的氧气危害养殖引起水体富营养化的藻类除通过消耗水中的氧气危害养殖业外，很多藻类还能产生各种毒素，使动物得病或死亡，业外，很多藻类还能产生各种毒素，使动物得病或死亡，因此由于富营养化作用致死的鱼等水产品不能食用因此由于富营养化作用致死的鱼等水产品不能食用四、大气生境的微生物四、大气生境的微生物1）无原生的微生物区系；）无原生的微生物区系；2）来源于土壤、水体及人类的生产、生活活动；来源于土壤、水体及人类的生产、生活活动；3）种类主要为真菌和细菌，与其所在环境的微生物种类有关；）种类主要为真菌和细菌，与其所在环境的微生物种类有关；4）数量取决于尘埃数量；）数量取决于尘埃数量；5）停留时间和尘埃大小、空气流速、湿度、光照等因素有关；）停留时间和尘埃大小、空气流速、湿度、光照等因素有关；6）与人类的关系：）与人类的关系：传播疾病、传播疾病、造成食品等的污染造成食品等的污染微生物学的基本技术：微生物学的基本技术：无菌操作技术无菌操作技术制备微生物气溶胶实现群体免疫制备微生物气溶胶实现群体免疫五、极端环境下的微生物五、极端环境下的微生物1、嗜热微生物、嗜热微生物（65-70）2、嗜冷微生物、嗜冷微生物（0-5）3、嗜酸微生物、嗜酸微生物（pH3-4）4、嗜碱微生物、嗜碱微生物（pH9）5、嗜盐微生物、嗜盐微生物（2.5mol/L）6、嗜压微生物、嗜压微生物 （400大气压）大气压）研究意义：研究意义：(1)(1)开发利用新的微生物资源，包括特异性的开发利用新的微生物资源，包括特异性的 基因资源基因资源(2)(2)为微生物生理、遗传和分类乃至生命科学及为微生物生理、遗传和分类乃至生命科学及 相关学科许多领域，如：功能基因组学、生相关学科许多领域，如：功能基因组学、生 物电子器材等的研究提供新的课题和材料物电子器材等的研究提供新的课题和材料(3)(3)为生物进化、生命起源的研究提供新的材料为生物进化、生命起源的研究提供新的材料六、动物体中的微生物六、动物体中的微生物t 反刍动物，如反刍动物，如牛、羊、骆驼、长颈鹿牛、羊、骆驼、长颈鹿等以植物的纤维素为主要等以植物的纤维素为主要 食物，它们在瘤胃中经微生物发酵变成有机酸和菌体蛋白再供食物，它们在瘤胃中经微生物发酵变成有机酸和菌体蛋白再供 动物吸收利用。动物吸收利用。t 瘤胃也为里面居住的微生物提供了必要的营养和生长条件瘤胃也为里面居住的微生物提供了必要的营养和生长条件-食物和严格的厌氧环境食物和严格的厌氧环境七、植物体中的微生物七、植物体中的微生物2、微生物和植物根相互关系、微生物和植物根相互关系-形成根瘤共生体形成根瘤共生体t 根瘤菌固定大气中的气态氮为植物提供根瘤菌固定大气中的气态氮为植物提供 氮素养料；氮素养料；t 豆科植物的根的分泌物能刺激根瘤菌的生豆科植物的根的分泌物能刺激根瘤菌的生 长，同时，还为根瘤菌提供保护和稳定长，同时，还为根瘤菌提供保护和稳定 的生长条件。的生长条件。1、植物表面微生物与植物病害、植物表面微生物与植物病害八、工农业产品上的微生物与生物性霉腐的控制八、工农业产品上的微生物与生物性霉腐的控制1微生物引起的工业产品的霉腐微生物引起的工业产品的霉腐大量工业制品都是用用动植物产品作原料来制造的大量工业制品都是用用动植物产品作原料来制造的纤维制品、木制品、革制品、橡胶制品、油漆、卷烟、化妆品等纤维制品、木制品、革制品、橡胶制品、油漆、卷烟、化妆品等有些工业产品如塑料、建筑涂料等也有很多微生物可以分解、利用有些工业产品如塑料、建筑涂料等也有很多微生物可以分解、利用光学仪器上的镜头，建筑泥浆、钢缆、地下管道、金属光学仪器上的镜头，建筑泥浆、钢缆、地下管道、金属材料等，各种电讯器材、文物、书画等也可被多种特殊材料等，各种电讯器材、文物、书画等也可被多种特殊微生物所破坏。微生物所破坏。微生物在各类工业产品上的生长所造成的产品微生物在各类工业产品上的生长所造成的产品的霉腐给人类造成了巨大的损失的霉腐给人类造成了巨大的损失!而另一方面，有时也努力想开发并推广使用可被而另一方面，有时也努力想开发并推广使用可被微生物降解的产品，或利用微生物的降解特性。微生物降解的产品，或利用微生物的降解特性。-生物可降解塑料生物可降解塑料-开发、利用纤维素开发、利用纤维素（能源、饲料）（能源、饲料）-苎麻脱胶苎麻脱胶2食品、农副产品上的微生物食品、农副产品上的微生物t 很多微生物在食品、农产品上生长后会产生对人有害的毒很多微生物在食品、农产品上生长后会产生对人有害的毒素；素；肉毒毒素、肉毒毒素、黄曲霉素等黄曲霉素等不利影响：不利影响：t由于微生物的生长繁殖而腐烂、变质，不能再食用或使用；由于微生物的生长繁殖而腐烂、变质，不能再食用或使用；t病原微生物进入人体的重要途径，引起传染性疾病；病原微生物进入人体的重要途径，引起传染性疾病；2食品、农副产品上的微生物食品、农副产品上的微生物t 利用特定的微生物制备风味食品，如酱制品、米酒、腌酸菜等；利用特定的微生物制备风味食品，如酱制品、米酒、腌酸菜等；有利影响：有利影响：