第6章--微生物生态.ppt

1 生态学（生态学（ecologyecology）是一门研究生物系统与其环是一门研究生物系统与其环境条件间相互作用规律性的科学。境条件间相互作用规律性的科学。生态系统生态系统(ecosystem)(ecosystem)在一定的空间内生物的成在一定的空间内生物的成分和非生物的成分通过物质循环和能量流动互相作用、分和非生物的成分通过物质循环和能量流动互相作用、互相依存而构成的一个生态学功能单位。互相依存而构成的一个生态学功能单位。第一节第一节 基本概念基本概念2 微生物生态学微生物生态学(microbial ecology)(microbial ecology)是研究微是研究微生物与环境间相互作用的规律及其适应机理的学科。生物与环境间相互作用的规律及其适应机理的学科。研究内容包括：研究内容包括：1.1.微生物在自然界的分布、结构、功能；微生物在自然界的分布、结构、功能；2.2.研究微生物间及其与他种生物间的相互关系。研究微生物间及其与他种生物间的相互关系。有助于进一步认识微生物在土壤、水、空气、食品有助于进一步认识微生物在土壤、水、空气、食品等环境中的消长、分布、对环境的影响以及对人体可等环境中的消长、分布、对环境的影响以及对人体可能造成的危害。能造成的危害。3 微生物生态系统微生物生态系统(microbial ecosystem)(microbial ecosystem)是微是微生物系统及其环境组成的具有一定结构和功能的开放生物系统及其环境组成的具有一定结构和功能的开放系统。系统。微生物生态系统可分为：微生物生态系统可分为：1.1.陆生微生物生态系统陆生微生物生态系统 2.2.水生微生物生态系统水生微生物生态系统 3.3.大气微生物生态系统大气微生物生态系统 4.4.根系微生物生态系统根系微生物生态系统 5.5.肠道微生物生态系统肠道微生物生态系统 6.6.极端环境微生物生态系统极端环境微生物生态系统 7.7.活性污泥微生物生态系统活性污泥微生物生态系统 8.8.生物膜微生物生态系统生物膜微生物生态系统61 1、为微生物提供了良好的营养。、为微生物提供了良好的营养。2 2、土壤覆盖阻挡了紫外线对微生物的杀伤。、土壤覆盖阻挡了紫外线对微生物的杀伤。4 4、土壤、土壤p p值范围值范围5.55.58.58.5之间。之间。5 5、温度、季节与昼夜温差不大。、温度、季节与昼夜温差不大。6 6、土壤颗粒空隙间充满着空气和水分。、土壤颗粒空隙间充满着空气和水分。7 7、适宜的渗透压。、适宜的渗透压。3 3、满足了微生物对水分的要求。、满足了微生物对水分的要求。（一）土壤中的微生物（一）土壤中的微生物7 土壤是微生物的土壤是微生物的“大本营大本营”；土壤是人类最；土壤是人类最丰富的丰富的“菌种资源库菌种资源库”。土壤具备了各种微生物生长发育所需要的土壤具备了各种微生物生长发育所需要的营养、水分、空气、酸碱度、渗透压和温度等营养、水分、空气、酸碱度、渗透压和温度等条件，所以条件，所以土壤是微生物生活的良好环境土壤是微生物生活的良好环境。土壤中的微生物土壤中的微生物：细菌、放线菌、真菌、藻类、原生动物、病毒细菌、放线菌、真菌、藻类、原生动物、病毒 8细菌（细菌（10108 8）放线菌（）放线菌（10107 7）霉菌（）霉菌（10106 6）酵母菌（酵母菌（10105 5）藻类（）藻类（10104 4）原生动物（）原生动物（10103 3）土壤中各种微生物含量土壤中各种微生物含量 （按种类递减）（按种类递减）耕作层耕作层(15cm)(15cm)土壤中的微生物数量和生物量土壤中的微生物数量和生物量单位体积内活细胞的重量单位体积内活细胞的重量微生物类群微生物类群菌数菌数(cfu/g)(cfu/g)生物量生物量 (g/m(g/m3 3）细菌细菌10108 8160160真菌真菌10105 5200200放线菌放线菌10105 5-10-106 6160160藻类藻类10104 4-10-105 53232原生动物原生动物10104 438389（二）水体中的微生物（二）水体中的微生物 水体中含有机物、无机物、水体中含有机物、无机物、O O2 2、毒物以及、毒物以及光照、光照、pHpH、温度、水压、流速、渗透压和生物、温度、水压、流速、渗透压和生物群体等的明显差别，在自然界的江、河、湖、群体等的明显差别，在自然界的江、河、湖、海等各种淡水与咸水水域中都生存着相应的微海等各种淡水与咸水水域中都生存着相应的微生物生物 。10特点：特点：1 1）嗜盐嗜盐：的含盐量：的含盐量3%3%左右，能在其中生活的微生物为左右，能在其中生活的微生物为嗜盐菌。嗜盐菌。海洋细菌在缺少氯化钠的情况下是不能生长的，如，海洋细菌在缺少氯化钠的情况下是不能生长的，如，一些藻类以及细菌中的芽孢杆菌属、假单孢菌属、弧一些藻类以及细菌中的芽孢杆菌属、假单孢菌属、弧菌属及一些发光细菌等。菌属及一些发光细菌等。2 2）嗜冷嗜冷：除了在热带海水表面外，在其它海水中发现：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。的细菌多为嗜冷菌。3 3）耐压耐压：在深海或超深海的超高水压只有少数耐压菌：在深海或超深海的超高水压只有少数耐压菌才可生长，少数微生物甚至可在才可生长，少数微生物甚至可在600600个大气压下生长。个大气压下生长。如水活微球菌和浮游植物弧菌等。如水活微球菌和浮游植物弧菌等。1 1、海水型水体微生物、海水型水体微生物112 2、淡水型水体的微生物、淡水型水体的微生物 江、河、湖和水库等，根据其中有机物含量的多江、河、湖和水库等，根据其中有机物含量的多少及其与微生物的关系还可分为两类。少及其与微生物的关系还可分为两类。（1 1）清水型水生微生物）清水型水生微生物 在深层水、洁净的湖泊、山泉水中，因有机物含量低，故在深层水、洁净的湖泊、山泉水中，因有机物含量低，故微生物数量很少（微生物数量很少（101010103 3ml ml）。）。典型的清水型微生物以典型的清水型微生物以化能自养微生物和光能自养微生物化能自养微生物和光能自养微生物为主，如硫细菌、铁细菌和衣细菌等，以及含有光合色素的蓝为主，如硫细菌、铁细菌和衣细菌等，以及含有光合色素的蓝细菌、绿硫细菌和紫细菌等。霉菌中水霉属和绵霉属的一些种细菌、绿硫细菌和紫细菌等。霉菌中水霉属和绵霉属的一些种可生长于腐烂的有机残体上。藻类以及一些原生动物在水面生可生长于腐烂的有机残体上。藻类以及一些原生动物在水面生长。长。12 清水由于流入了大量的人畜排泄物、生活污物和工业废水等，清水由于流入了大量的人畜排泄物、生活污物和工业废水等，因此有机物的含量大增，同时也夹入了大量外来的腐生细菌因此有机物的含量大增，同时也夹入了大量外来的腐生细菌.腐败型水生微生物尤其是细菌和原生动物大量繁殖，每毫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升污水的微生物含量达到10107 710108 8个。其中主要为个。其中主要为各种肠道杆各种肠道杆菌、芽孢杆菌、弧菌和螺菌菌、芽孢杆菌、弧菌和螺菌等。等。（2 2）腐败型水生微生物）腐败型水生微生物 进入水体的动植物致病菌，一般难以长期生存，但由于水进入水体的动植物致病菌，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。体的流动，也会造成病原菌的传播甚至疾病的流行。13我国标准我国标准GB5749-2006:GB5749-2006:生活饮水不得检出大肠菌群生活饮水不得检出大肠菌群 标准：标准：（1 1）细菌总数）细菌总数100100个个/mL/mL。（2 2）生活饮水大肠菌群数）生活饮水大肠菌群数33个个/L/L3.3.饮用水的微生物学标准饮用水的微生物学标准样品受粪便污染严重，可能存在肠道病原菌。样品受粪便污染严重，可能存在肠道病原菌。大肠菌群超标提示大肠菌群超标提示14（三）（三）空气中的微生物空气中的微生物 空气中不含微生物生长繁殖所必须的营养物、充空气中不含微生物生长繁殖所必须的营养物、充足的水分和其他条件，且日光中的足的水分和其他条件，且日光中的UVUV还具强烈的杀菌还具强烈的杀菌作用，因而不宜于微生物的生存。作用，因而不宜于微生物的生存。1 1、来源、来源 尘埃、飞沫尘埃、飞沫 2 2、种类、种类 主要为真菌和细菌，一般与其所在环主要为真菌和细菌，一般与其所在环境的微生物种类有关。境的微生物种类有关。3 3、数量、数量 取决于尘埃数量。取决于尘埃数量。凡含尘埃越多的空凡含尘埃越多的空气，其中所含的微生物种类和数量也就越多。因此，气，其中所含的微生物种类和数量也就越多。因此，灰尘可被称作灰尘可被称作“微生物的飞行器微生物的飞行器”。15空气的净化与消毒空气的净化与消毒紫外线照射紫外线照射：手术室、病房等：手术室、病房等滤过除菌滤过除菌：多用于食品与发酵工业。：多用于食品与发酵工业。化学方法化学方法：福尔马林等药物的熏蒸等。：福尔马林等药物的熏蒸等。16（四）生物体内外的微生物（四）生物体内外的微生物 1 1人体的正常菌群人体的正常菌群 在人类的皮肤、粘膜以及一切与外界环境相通的腔在人类的皮肤、粘膜以及一切与外界环境相通的腔道，如口腔、鼻咽腔、消化道和泌尿生殖道中经常有道，如口腔、鼻咽腔、消化道和泌尿生殖道中经常有大量的微生物存在着。大量的微生物存在着。生活在人体各部位，数量大、种类较稳定且一般是生活在人体各部位，数量大、种类较稳定且一般是有益无害的微生物，称为有益无害的微生物，称为正常菌群正常菌群 .正常菌群与人体的关系：一般能维持平衡，菌群内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，也相互制约而维持相对稳定。部的各种微生物之间，也相互制约而维持相对稳定。17 外耳道外耳道葡萄球菌、类白喉杆菌、葡萄球菌、类白喉杆菌、绿脓杆菌、非致病性分枝杆菌绿脓杆菌、非致病性分枝杆菌 表皮葡萄球菌表皮葡萄球菌 口腔口腔 甲型及丙型链球菌甲型及丙型链球菌 类白喉杆菌、肺炎链球菌、类白喉杆菌、肺炎链球菌、奈氏菌、乳杆菌、梭杆菌、奈氏菌、乳杆菌、梭杆菌、螺旋体、放线菌、念珠菌螺旋体、放线菌、念珠菌 肠道肠道 大肠埃希菌、产气杆菌、变形杆菌、假单胞菌、大肠埃希菌、产气杆菌、变形杆菌、假单胞菌、葡萄球菌、厌氧芽胞梭菌、无芽胞厌氧菌、念珠葡萄球菌、厌氧芽胞梭菌、无芽胞厌氧菌、念珠 菌、病毒菌、病毒 阴道阴道 大肠埃希菌、乳杆菌、大肠埃希菌、乳杆菌、念念珠珠菌菌、类类白白喉喉杆杆菌菌、非致病性分枝杆菌等非致病性分枝杆菌等人人体体常常见见正正常常菌菌群群及及其其分分布布 尿道尿道 表皮葡萄球菌、类白喉杆菌、表皮葡萄球菌、类白喉杆菌、非致病性分枝杆菌非致病性分枝杆菌 眼结膜眼结膜白色葡萄球菌、结膜干燥杆菌白色葡萄球菌、结膜干燥杆菌 鼻咽腔鼻咽腔 葡萄球菌、甲型及丙型链球菌葡萄球菌、甲型及丙型链球菌 肺炎链球菌、奈氏菌、类杆菌等肺炎链球菌、奈氏菌、类杆菌等 皮肤皮肤 葡萄球菌、绿脓杆菌、念珠菌、葡萄球菌、绿脓杆菌、念珠菌、丙酸杆菌、类白喉杆菌、丙酸杆菌、类白喉杆菌、非致病性分枝杆菌非致病性分枝杆菌1819条件致病菌：条件致病菌：由于正常菌群失调，原先某些不由于正常菌群失调，原先某些不致病的正常菌群成员就会乘机转移或大量繁殖，致病的正常菌群成员就会乘机转移或大量繁殖，成为致病菌。成为致病菌。微生态制剂：微生态制剂：根据微生态学理论而制成的含有根据微生态学理论而制成的含有有益菌的活菌制剂。有益菌的活菌制剂。益生菌剂：益生菌剂：一类分离自正常菌群，以高含量活一类分离自正常菌群，以高含量活菌为主体，以口服或粘膜途径投入，以改善宿菌为主体，以口服或粘膜途径投入，以改善宿主特定部位微生态平衡并有其他有益生理活性主特定部位微生态平衡并有其他有益生理活性的生物制剂。的生物制剂。基本概念基本概念201.1.工业产品的霉腐工业产品的霉腐 大量的工业产品都是直接或间接用动、植物作大量的工业产品都是直接或间接用动、植物作原料制成的，含有微生物需要的各种营养物。因此，原料制成的，含有微生物需要的各种营养物。因此，其上分布大量的、种类各异的微生物。一旦遇适宜其上分布大量的、种类各异的微生物。一旦遇适宜的温度、湿度时会大量生长繁殖，引起严重霉腐、的温度、湿度时会大量生长繁殖，引起严重霉腐、变质。变质。（五）工农业产品上的微生物（五）工农业产品上的微生物3.3.农产品上的微生物农产品上的微生物21 极端环境：极端环境：高温、低温、高酸、高碱、高盐、高温、低温、高酸、高碱、高盐、高毒、高渗、高压、干旱或高辐射强度等绝大多高毒、高渗、高压、干旱或高辐射强度等绝大多数生物都无法生存的环境。数生物都无法生存的环境。极端微生物（嗜极菌）：极端微生物（嗜极菌）：凡依赖于这些极端环凡依赖于这些极端环境才能正常生长繁殖的微生物。境才能正常生长繁殖的微生物。（六）极端环境下的微生物（六）极端环境下的微生物221.1.嗜热微生物（嗜热菌）嗜热微生物（嗜热菌）嗜热菌：嗜热菌：最适生长温度最适生长温度65-70 65-70，最低，最低40 40；超嗜热菌：超嗜热菌：最高生长温度最高生长温度113 113 ，最适，最适8080110 110 ，最低，最低 55 55 。232.2.嗜冷微生物（嗜冷菌）嗜冷微生物（嗜冷菌）最适生长温度最适生长温度15 15 o oC C，最高生长温度，最高生长温度20 20 o oC C，最，最低生长温度低生长温度0 0 o oC C的细菌、真菌和藻类等微生物。的细菌、真菌和藻类等微生物。雪地藻类雪地藻类243.3.嗜酸微生物（嗜酸菌）嗜酸微生物（嗜酸菌）只能生活在低只能生活在低pHpH（44）条件下，在中性）条件下，在中性pHpH下即死亡的下即死亡的微生物。微生物。pH 2pH 2，甚至，甚至pH 0.5pH 0.5的酸性条件下也有生活，如：的酸性条件下也有生活，如：硫化叶菌属、硫细菌属、热原体属。硫化叶菌属、硫细菌属、热原体属。4.4.嗜碱微生物（嗜碱菌）嗜碱微生物（嗜碱菌）能专性生活在能专性生活在pH 10-11pH 10-11的碱性条件下而不能生活在中的碱性条件下而不能生活在中性条件下的微生物。性条件下的微生物。5.5.嗜压微生物（嗜压菌）嗜压微生物（嗜压菌）必须生长在高静水压环境中的微生物。均为原核微必须生长在高静水压环境中的微生物。均为原核微生物。生物。256.6.嗜盐微生物（嗜盐菌）嗜盐微生物（嗜盐菌）必须在高盐浓度下才能生长的微生物。一般必须在高盐浓度下才能生长的微生物。一般NaclNacl浓度浓度3%3%左右，盐杆菌等极端嗜盐菌必须生活左右，盐杆菌等极端嗜盐菌必须生活在在12-30%Nacl12-30%Nacl中。中。7.7.抗辐射微生物抗辐射微生物 对辐射这一不良环境因素有抗性的微生物。对辐射这一不良环境因素有抗性的微生物。26第三节第三节 微生物与生物环境间的关系微生物与生物环境间的关系 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。生物间的关系既多样又复杂。微生物与生物环境生物间的关系既多样又复杂。微生物与生物环境间的关系分为：间的关系分为：27一、互生一、互生 两种可单独生活的微生物，当它们在一起时，通过各两种可单独生活的微生物，当它们在一起时，通过各自代谢活动而有利于对方，或偏利于一方的生活方式。自代谢活动而有利于对方，或偏利于一方的生活方式。固氮菌固氮菌纤维素分解菌纤维素分解菌 固氮固氮碳源碳源保加利亚杆菌保加利亚杆菌嗜热链球菌嗜热链球菌氨基酸氨基酸甲酸甲酸28二、二、拮抗（抗生）拮抗（抗生）指由某种生物所产生指由某种生物所产生的特定的代谢产物可的特定的代谢产物可抑制它种生物的生长抑制它种生物的生长繁殖甚至杀死它们的繁殖甚至杀死它们的一种相互关系。一种相互关系。典型例子：抗生素典型例子：抗生素（抗菌素）、乳酸。（抗菌素）、乳酸。29三、共生三、共生 两种微生物紧密生活在一起，彼此依赖，相互为两种微生物紧密生活在一起，彼此依赖，相互为对方创造有利条件，有的达到了难以分离的程度。生对方创造有利条件，有的达到了难以分离的程度。生理上相互分工，组织上形成了新的结构，彼此分离各理上相互分工，组织上形成了新的结构，彼此分离各自就不能很好地生活。自就不能很好地生活。地衣地衣 :子囊菌子囊菌-藻类藻类地衣地衣 :真菌真菌-蓝细菌蓝细菌30四、寄生四、寄生 一种小型生物生活在另一种较大型生物的体内（包括一种小型生物生活在另一种较大型生物的体内（包括细胞内）或体表，从中夺取营养并生长繁殖，同时使后细胞内）或体表，从中夺取营养并生长繁殖，同时使后者蒙受损害甚至被杀死的一种相互关系。者蒙受损害甚至被杀死的一种相互关系。31蛭弧菌的生活史示意图蛭弧菌的生活史示意图（蛭弧菌能寄生在大肠杆菌等许多-菌体内。）32冬虫夏草冬虫夏草33五、捕食五、捕食一种大型的生物直接捕捉、吞食另一种小型生物以一种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一种相互关系。满足其营养需要的一种相互关系。原生动物原生动物捕食捕食水体和土壤中的细菌，放线菌，真菌水体和土壤中的细菌，放线菌，真菌的孢子及单细胞藻类的孢子及单细胞藻类（净化污水）。（净化污水）。捕食性真菌捕食土壤线虫捕食性真菌捕食土壤线虫 对生物防治具有一定意义。对生物防治具有一定意义。34 食食品品原原料料在在运运输输、贮贮藏藏、加加工工、成成品品以以及及销销售售等等一一系列过程中，都有可能会遭受微生物的污染。系列过程中，都有可能会遭受微生物的污染。第四节第四节 微生物污染食品的途径微生物污染食品的途径1 1通过水而污染通过水而污染 2 2通过空气而污染通过空气而污染 3 3通过人及动物而污染通过人及动物而污染 4 4通过用具及杂物而污染通过用具及杂物而污染内源性污染内源性污染外源性污染外源性污染35 由于污染源和污染途径的不同，在食品中出现由于污染源和污染途径的不同，在食品中出现的微生物的种类也是复杂的。食品中的微生物不论的微生物的种类也是复杂的。食品中的微生物不论在数量上和种类上都随着食品所处环境的变动和食在数量上和种类上都随着食品所处环境的变动和食品性状的变化而不断变化，这种变化所表现的主要品性状的变化而不断变化，这种变化所表现的主要特征就是：食品中微生物的数量出现增多或减少。特征就是：食品中微生物的数量出现增多或减少。食品中微生物在数量上出现增多或减少的现象食品中微生物在数量上出现增多或减少的现象称为消长现象。称为消长现象。食品中微生物的消长食品中微生物的消长36食品中微生物的消长现象可以从以下三个阶段中看到：食品中微生物的消长现象可以从以下三个阶段中看到：1 1 加工前加工前 食品在加工前，无论是动物性原料或植物性原料，都已有不同程度的微生物污染，由于运输、贮藏等原因，常常造成食品污染机会的增多，这样就引起了原料中微生物不断增多的现象，虽然有些微生物污染食品后，因环境条件的不适应而引起了死亡，但是从所存在的微生物总数来看，一般并不见减少而只有增多。加工前微生物数量增长的现象，在一些新鲜的鱼肉类和果蔬类的食品中可以明显地反映出来。372 2 加工过程中加工过程中 在食品加工过程中，有些条件如清洗、消毒、灭菌等对微生物的生存不利，可以使食品中微生物的数量明显下降，甚至可以使微生物完全清除。当然，原料污染的程度，会影响到加工过程中微生物的下降率。如果加工过程中卫生条件差，还会出现二次污染现象，当残存在食品中的微生物有繁殖机会时，就会导致微生物数量骤然上升的现象；但在一般卫生良好的情况下，只会少量污染，因而食品中所含有的微生物的总数不会有明显的增多。383 3 加工后加工后加工后食品在贮存过程中，微生物消长有两种情况：一种是食品中残留的微生物或再度污染的微生物，在遇到适宜条件时，生长繁殖而出现食品变质。变质初期微生物数量会骤然增多，但当上升到一定数量时，就不再继续上升，相反地还会出现下降，这是由于微生物生长繁殖引起食品变质时，食品中营养被消耗，越来越不适宜微生物生长，所以到后期还会出现微生物数量的减少。另一种是食品没有出现再次污染，在加工后仅残留少数微生物，也得不到生长繁殖的适宜条件，因此，随着贮藏日期的延长，微生物数量不断下降。39思思 考考 题题1 1、名词解释：、名词解释：Microbial ecology population Microbial ecology population Community limit of tolerance Community limit of tolerance2 2、食物中的极端微生物有哪些？、食物中的极端微生物有哪些？3 3、简述微生物与生物环境间的相互关系。、简述微生物与生物环境间的相互关系。4 4、简述微生物污染食物的途径及食品中微生物的消长。、简述微生物污染食物的途径及食品中微生物的消长。