微生物学蛋白质化学.pptx

第八章第八章 微生物的生态微生物的生态生态学生态学是一门研究生命系统与环境系统间相互作用规律的是一门研究生命系统与环境系统间相互作用规律的科学。科学。微生物生态学微生物生态学是生态学的一个分支，主要研究微生物群体与其周是生态学的一个分支，主要研究微生物群体与其周围生物和非生物环境条件间相互作用的规律。围生物和非生物环境条件间相互作用的规律。研究微生物的分布规律研究微生物的分布规律发掘丰富的菌种资源，发掘丰富的菌种资源，推动进化、分类的研究和开发应用；推动进化、分类的研究和开发应用；研究微生物与它种生物的关系研究微生物与它种生物的关系开发新的微生开发新的微生物农药、微生物肥料、微生态制剂；物农药微生物肥料、微生态制剂；研究微生物在自然界物质循环中的作用研究微生物在自然界物质循环中的作用探矿、探矿、冶金、治理环境污染、开发生物能源等。冶金、治理环境污染、开发生物能源等。研究微生物生态规律的意义研究微生物生态规律的意义 第一节第一节 微生物的分布与菌种资源开发微生物的分布与菌种资源开发一、微生物在自然界的分布一、微生物在自然界的分布（一）土壤中的微生物（一）土壤中的微生物土壤是微生物的天然培养基，因为它具备了各种微生物生土壤是微生物的天然培养基，因为它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、渗透压和温长发育所需要的营养、水分、空气、酸碱度、渗透压和温度等条件，因此是微生物生存的大本营，是人类最丰富的度等条件，因此是微生物生存的大本营，是人类最丰富的菌种资源库。菌种资源库。土壤微生物的含量土壤微生物的含量各种微生物含量比呈各种微生物含量比呈10倍系列递减倍系列递减细菌细菌（108）放线菌（放线菌（107）霉菌（霉菌（106）酵母菌酵母菌（105）藻类（藻类（104）原生动物（原生动物（103）（二）水体中的微生物（二）水体中的微生物1.不同水体中微生物的种类不同水体中微生物的种类（1）淡水型水体的微生物）淡水型水体的微生物 江、河、湖和水库江、河、湖和水库地球上水的总贮量有地球上水的总贮量有13.6亿亿km3，但淡水量只占其中，但淡水量只占其中2.7%，且绝大部分以雪山、冰原等形式存在，且绝大部分以雪山、冰原等形式存在根据淡水中有机物含量的多少根据淡水中有机物含量的多少1）清水型水生微生物）清水型水生微生物微生物种类：光自氧微生物、化能自氧微生物和少微生物种类：光自氧微生物、化能自氧微生物和少量异氧微生物量异氧微生物2）腐败型水生微生物）腐败型水生微生物微生物种类：肠道杆菌、芽孢杆菌、弧菌和螺菌等微生物种类：肠道杆菌、芽孢杆菌、弧菌和螺菌等根据光线、溶氧和温度等的差异微生物呈垂直分布根据光线、溶氧和温度等的差异微生物呈垂直分布浅水区：蓝细菌、光合藻类和好氧性微生物浅水区：蓝细菌、光合藻类和好氧性微生物深水区：兼性厌氧菌和厌氧光合细菌深水区：兼性厌氧菌和厌氧光合细菌湖底区：专性厌氧菌生长湖底区：专性厌氧菌生长（2）海水型水体的微生物）海水型水体的微生物海洋是地球上最大的水体，占地球总水量的海洋是地球上最大的水体，占地球总水量的97.5%，含，含盐量为盐量为3%左右；左右；微生物种类：微生物种类：芽孢杆菌属、假单胞菌属、弧菌属和发光细菌等；芽孢杆菌属、假单胞菌属、弧菌属和发光细菌等；海洋微生物的垂直分布明显海洋微生物的垂直分布明显2.水体的自净作用包括水体的自净作用包括物理性的沉淀、扩散、稀释作用；物理性的沉淀、扩散、稀释作用；化学性的氧化作用；化学性的氧化作用；生物学和生物化学的作用；生物学和生物化学的作用；1）1mL自来水中的细菌总数不可超过自来水中的细菌总数不可超过100个个（37C，培养，培养24h）；2）以大肠菌群为指标）以大肠菌群为指标包括大肠杆菌、产气肠杆菌、柠檬酸杆菌属、和肺炎包括大肠杆菌、产气肠杆菌、柠檬酸杆菌属、和肺炎克氏杆菌等克氏杆菌等 一些革兰氏阴性、无芽孢、能发酵乳糖产一些革兰氏阴性、无芽孢、能发酵乳糖产酸产气的兼性厌氧杆菌。酸产气的兼性厌氧杆菌。3）1L自来水中的大肠菌群数不能超过自来水中的大肠菌群数不能超过3个（个（37C，培养，培养48h）4）大肠菌群的测定）大肠菌群的测定 滤膜培养法在滤膜培养法在EMB 培养培养基上进行基上进行3.饮用水的微生物学标准饮用水的微生物学标准（三）空气中的微生物（三）空气中的微生物空气中不含微生物生长繁殖所需要的营养物、水分等条件，不空气中不含微生物生长繁殖所需要的营养物、水分等条件，不宜于微生物的生存；宜于微生物的生存；空气中的微生物是以尘埃、微粒形式由气流带来的；空气中的微生物是以尘埃、微粒形式由气流带来的；是病害的传播、发酵工业的污染和食品霉腐的重要根源是病害的传播、发酵工业的污染和食品霉腐的重要根源防治措施防治措施减少菌源、尘埃源减少菌源、尘埃源空气过滤空气过滤空气灭菌（空气灭菌（UV照射、甲醛熏蒸）照射、甲醛熏蒸）（四）工农业产品上的微生物（四）工农业产品上的微生物1.工业产品的霉腐工业产品的霉腐各种材料的工业产品如钢缆、地下管道、电讯器各种材料的工业产品如钢缆、地下管道、电讯器材以及文物、标本等都可被微生物所损害；材以及文物、标本等都可被微生物所损害；微生物引起的破坏包括：微生物引起的破坏包括：霉变霉变(midew)霉菌引起的劣化霉菌引起的劣化腐朽（腐朽（decay）主要是担子菌类产生的酶将纤维素和主要是担子菌类产生的酶将纤维素和 木质素分解，引起木材或木制品的腐朽木质素分解，引起木材或木制品的腐朽腐烂（腐败，腐烂（腐败，rot）含水量较高的产品由细菌生长繁含水量较高的产品由细菌生长繁 殖引起殖引起腐蚀（腐蚀（corrosion）由硫酸盐还原菌、铁细菌或硫细由硫酸盐还原菌、铁细菌或硫细菌引起菌引起2.食品上的微生物食品上的微生物食品上的微生物种类多，常引起食品变质、霉腐，甚至产食品上的微生物种类多，常引起食品变质、霉腐，甚至产生各种毒素生各种毒素防治措施防治措施在加工和包装过程中严格消灭在加工和包装过程中严格消灭在食品中添加少量无害的防腐剂在食品中添加少量无害的防腐剂苯甲酸、山梨酸、脱氢醋酸、维生素苯甲酸、山梨酸、脱氢醋酸、维生素K3、丙酸、二、丙酸、二甲基延胡索酸和乳酸链球菌素等甲基延胡索酸和乳酸链球菌素等合理的保藏方法合理的保藏方法低温、干燥、缺氧等低温、干燥、缺氧等冷链操作冷链操作（四）工农业产品上的微生物（四）工农业产品上的微生物3.农产品上的微生物农产品上的微生物农产品上的微生物引起的霉腐危害极大农产品上的微生物引起的霉腐危害极大每年全球因霉变而损失的粮食为总产量的每年全球因霉变而损失的粮食为总产量的2%左右左右微生物种类微生物种类以以Aspergillus、Penicillium 和和fusarium等的真菌为主，其中等的真菌为主，其中有些可产生致癌的真菌毒素有些可产生致癌的真菌毒素黄曲霉毒素（黄曲霉毒素（AFT）单端孢烯族毒素单端孢烯族毒素T2（五）极端环境下的微生物（五）极端环境下的微生物指高温、低温、高酸、高碱、高压、高渗、高毒、高盐、指高温、低温、高酸、高碱、高压、高渗、高毒、高盐、高辐射和干旱等环境高辐射和干旱等环境（四）工农业产品上的微生物（四）工农业产品上的微生物（六）生物体内外的正常菌群（六）生物体内外的正常菌群1.人体的正常菌群人体的正常菌群1）正常菌群）正常菌群生活在健康动物各部位、数量大、种类较稳定、一般能发挥生活在健康动物各部位、数量大、种类较稳定、一般能发挥有益作用的微生物种群。有益作用的微生物种群。正常情况下人体与正常菌群之间处于微生态平衡状态正常情况下人体与正常菌群之间处于微生态平衡状态人体的五大微生态系统人体的五大微生态系统消化道：如肠道的正常菌群为消化道：如肠道的正常菌群为Bacteroides spp.、Bifidobacterium spp.和和Lactobacillus spp.等等呼吸道呼吸道泌尿生殖道泌尿生殖道口腔口腔皮肤皮肤作用：排阻、抑制；提供营养；产消化酶；分解有毒物；固作用：排阻、抑制；提供营养；产消化酶；分解有毒物；固氮、产有机酸，降低肠道氮、产有机酸，降低肠道pH和促进其蠕动等和促进其蠕动等2）正常菌群的失调）正常菌群的失调失调的原因失调的原因宿主的防御功能减弱宿主的防御功能减弱正常菌群生长部位改变正常菌群生长部位改变长期服用抗生素长期服用抗生素失调的结果失调的结果正常菌群的某些菌趁机转移或大量繁殖正常菌群的某些菌趁机转移或大量繁殖致病菌致病菌这类特殊的致病菌叫这类特殊的致病菌叫条件致病菌条件致病菌由它们引起的感染叫由它们引起的感染叫内源感染内源感染3）正常菌群的恢复）正常菌群的恢复微生态制剂微生态制剂益生菌剂益生菌剂指一类分离自正常菌群，以高含量活菌为主，一般以口指一类分离自正常菌群，以高含量活菌为主，一般以口服或粘膜途径投入，有助于改善宿主特定部位微生态平服或粘膜途径投入，有助于改善宿主特定部位微生态平衡并兼有若干其他有益生理活性的生物制剂。衡并兼有若干其他有益生理活性的生物制剂。益生菌的种类：益生菌的种类：双歧杆菌类、乳杆菌类和肠球菌类双歧杆菌类、乳杆菌类和肠球菌类2.无菌动物与悉生动物无菌动物与悉生动物无菌动物无菌动物凡在其体内外不存在任何正常菌群的动物凡在其体内外不存在任何正常菌群的动物免疫功能十分低下免疫功能十分低下悉生生物悉生生物人为地接种上某种或某些已知纯种微生物的无菌动物或植物人为地接种上某种或某些已知纯种微生物的无菌动物或植物3.根际微生物和附生微生物根际微生物和附生微生物根际微生物根际微生物生活在根系邻近土壤生活在根系邻近土壤一般对植物发挥有益作用一般对植物发挥有益作用多数为革兰氏阴性细菌：假单胞菌属、土壤杆菌属等多数为革兰氏阴性细菌：假单胞菌属、土壤杆菌属等附生微生物附生微生物主要为叶面微生物：乳酸菌、酵母菌等主要为叶面微生物：乳酸菌、酵母菌等有益或有害有益或有害二、菌种资源的开发二、菌种资源的开发1.微生物菌种资源库微生物菌种资源库生物的总数约生物的总数约200多万种（动物多万种（动物150万、植物万、植物50万）万）专家估计微生物的总数约为专家估计微生物的总数约为50万万-600万种万种至今已研究和记载过的不到至今已研究和记载过的不到5%，约，约20万种，包括：万种，包括：3500种细菌种细菌4000种病毒种病毒90000种真菌种真菌100000种藻类和原生动物种藻类和原生动物2.微生物菌种的主要来源微生物菌种的主要来源土壤土壤海洋海洋动、植物体上正常微生物区系动、植物体上正常微生物区系各种极端环境各种极端环境3.微生物筛选微生物筛选第二节第二节 微生物与生物环境间的关系微生物与生物环境间的关系两种生物间的关系：两种生物间的关系：1.双方受益（双方受益（+）共生共生、互利共栖、互养共栖和协同共栖等、互利共栖、互养共栖和协同共栖等2.一方受益而另一方无损一方受益而另一方无损（+0）互生互生、偏利共栖和卫星状共栖等、偏利共栖和卫星状共栖等3.一方受益而另一方受损（一方受益而另一方受损（+-）寄生寄生、捕食捕食和和拮抗拮抗等等4.一方无损而另一方受损（一方无损而另一方受损（0-）偏害共栖偏害共栖5.双方互不影响（双方互不影响（0 0）无关共栖无关共栖6.双方受损（双方受损（-）竞争共栖竞争共栖一、互生一、互生定义定义两种单独生活的生物，当它们在一起时，通过各自的两种单独生活的生物，当它们在一起时，通过各自的代谢活动而有利于对方，或偏利于一方的生活方式。代谢活动而有利于对方，或偏利于一方的生活方式。是一种是一种“可分可合，合比分好可分可合，合比分好”的松散关系的松散关系举例举例好氧性自生固氮菌与纤维素分解菌好氧性自生固氮菌与纤维素分解菌人体肠道中的正常菌群与人人体肠道中的正常菌群与人发酵工业中的混菌培养发酵工业中的混菌培养二、共生二、共生定义定义指两种生物共居在一起，相互分工合作、相依为命，指两种生物共居在一起，相互分工合作、相依为命，甚至达到难分难解、合二为一的极其紧密的相互关系甚至达到难分难解、合二为一的极其紧密的相互关系举例举例真菌与绿藻共生真菌与绿藻共生真菌与蓝细菌共生真菌与蓝细菌共生根瘤菌与豆科植物根瘤菌与豆科植物非豆科植物与放线菌的共生非豆科植物与放线菌的共生白蚁与其肠液中的细菌和原生动物白蚁与其肠液中的细菌和原生动物反刍动物（牛、羊、鹿和骆驼等）与瘤胃中的微生物反刍动物（牛、羊、鹿和骆驼等）与瘤胃中的微生物三、寄生三、寄生定义定义指一种小型生物生活在另一种较大型生物的体内或体表，从指一种小型生物生活在另一种较大型生物的体内或体表，从中夺取营养并进行生长繁殖，同时使后者蒙受损害甚至被杀中夺取营养并进行生长繁殖，同时使后者蒙受损害甚至被杀死的一种相互关系死的一种相互关系举例举例噬菌体与其宿主菌噬菌体与其宿主菌蛭弧菌与大肠杆菌蛭弧菌与大肠杆菌真菌和病毒与植物真菌和病毒与植物病原微生物与人体病原微生物与人体苏云金杆菌与昆虫苏云金杆菌与昆虫细菌杀虫剂细菌杀虫剂球孢白僵菌与昆虫球孢白僵菌与昆虫真菌杀虫剂真菌杀虫剂病毒与昆虫病毒与昆虫病毒杀虫剂病毒杀虫剂冬虫夏草菌（中华虫真菌）与蝙蝠蛾冬虫夏草菌（中华虫真菌）与蝙蝠蛾名贵中药名贵中药冬虫夏草蝙蝠蛾产卵于土中幼虫 冬虫夏草菌侵入幼虫体内 不断繁殖 天气转暖 幼虫头部长出子座 膨大成椭圆形；四、拮抗四、拮抗定义定义指由某种生物所产生的特定代谢产物可抑制它种生指由某种生物所产生的特定代谢产物可抑制它种生物的生长发育甚至杀死它们的一种相互关系物的生长发育甚至杀死它们的一种相互关系举例举例好氧菌和兼性厌氧菌与乳酸菌好氧菌和兼性厌氧菌与乳酸菌食品泡菜食品泡菜放线菌与细菌放线菌与细菌抗生素抗生素五、捕食五、捕食定义定义指一种大型的生物直接捕捉、吞食另一种指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关系小型生物以满足其营养需要的关系举例举例原生动物与细菌和藻类原生动物与细菌和藻类真菌套捕线虫真菌套捕线虫第三节 微生物与自然界物质循环化学进化化学进化小分子有机物的形成：氨基酸、碱基、核苷酸等小分子有机物的形成：氨基酸、碱基、核苷酸等生物大分子的形成：蛋白质、核酸、多糖、类脂生物大分子的形成：蛋白质、核酸、多糖、类脂原始生命体的形成：团聚体或微球体原始生命体的形成：团聚体或微球体生物学进化生物学进化单极生态系统单极生态系统只存在一种营养类型的生物（厌氧的异养生物）只存在一种营养类型的生物（厌氧的异养生物）双极生态系统双极生态系统存在两种营养类型的生物（好氧的自养生物出现）存在两种营养类型的生物（好氧的自养生物出现）三极生态系统三极生态系统植物和蓝细菌植物和蓝细菌自然界的生产者自然界的生产者细菌和真菌细菌和真菌自然界的分解者自然界的分解者动物动物自然界的消费者自然界的消费者一、碳素循环一、碳素循环二、氮素循环二、氮素循环三、硫素循环三、硫素循环四、磷的循环四、磷的循环五、铁的循环五、铁的循环自然界的物质循环自然界的物质循环第四节第四节 微生物与环境保护微生物与环境保护一、水体的污染一、水体的污染富营养化富营养化富营养化富营养化水体中因氮、磷等元素含量过高而引起水体表层的蓝细水体中因氮、磷等元素含量过高而引起水体表层的蓝细菌和藻类过度生长繁殖的现象菌和藻类过度生长繁殖的现象水华水华发生在淡水水体的富营养化现象发生在淡水水体的富营养化现象赤潮赤潮指发生在咸水区水体的富营养化现象指发生在咸水区水体的富营养化现象二、微生物治理污染二、微生物治理污染微生物的应用微生物的应用下述微生物的生境如何？如何分离？下述微生物的生境如何？如何分离？思考题思考题嗜热菌嗜热菌嗜盐菌嗜盐菌厌氧菌厌氧菌高渗酵母菌高渗酵母菌石油微生物石油微生物光合细菌光合细菌纤维素分解菌纤维素分解菌