第6章 微生物的生态

第6章微生物的生态

本章的学习目的与要求：

1 了解微生物在自然界的分布

2 理解微生物在自然界物质循环中的作用

3 掌握微生物与生物环境间的相互关系

4 应用微生物生态学原理分析和设法解决与食品环境有关的微生物问题

生态学是研究生物系统与其环境条件间相互作用的规律性的科学。因此，微生物生态学就是研究微生物群体——微生物区系（microflora）或正常菌群（normal flora）对其周围的生物和非生物环境条件相互作用关系的科学。

在生物学研究对象中，一般可以分成十个水平，依次为：“生物圈（biosphere）、生态系统（ecosystem）、群落（community）、种群（population）、个体（individual）、器官（organ）、组织（tissue）、细胞（cell）、细胞器（organelle）和分子（molecule）。其中前四个客观层次都是生态学的研究范围。在此，我们仅介绍微生物生态学中的一些基础知识及其应用。研究微生物的生态有着重要的理论意义和实践价值。例如，研究微生物的分布规律，有助于开发丰富的菌种资源，防止有害微生物的活动；研究微生物间及其与它种生物间的相互关系，有助于发展新的微生物农药、微生物肥料以及积极防治人和动、植物病虫害，也有利于发展食品混菌发酵、序列发酵和生态农业；研究微生物在自然界物质循环中的作用，有利于阐明地球进化和生物进化的原因，也可促进探矿、冶金、保护环境、提高土壤肥力以及开发生物能（沼气）等各项生产事业的发展。

1. 微生物在自然界中的分布

1.1. 土壤中的微生物

土壤具有绝大多数微生物的生活条件，土壤的矿物质提供了矿质养料；土壤中的有机物提供了良好的碳源、氮源和能源；土壤的酸碱度接近中性，是一般微生物最适合的范围；土壤的持水性、渗透压、保温性等等使土壤成为了微生物的天然培养基，因此土壤中的微生物的数量和种类最多。对微生物来说，土壤是微生物的“大本营”；对人类来说，土壤是人类最丰富的“菌种资源库”。

表6－1. 我国各主要土壤的含菌量（万∕克干土）

（据中国科学院南京土壤研究所资料）

土类地点细菌放线菌真菌

暗棕壤黑龙江呼玛 2 327 612 13

棕壤辽宁沈阳 1 284 39 36

黄棕壤江苏南京 1 406 271 6

红壤浙江杭州 1 103 123 4

砖红壤广东徐闻 507 39 11

磷质石灰土西沙群岛 2 229 1 105 15

黑土黑龙江哈尔滨 2 111 1 024 19

黑钙土黑龙江安达 1 074 319 2

棕钙土宁夏宁武 140 11 4

草甸土黑龙江亚沟 7 863 29 23

塿土陕西武功 951 1 032 4

白浆土吉林皎河 1 598 55 3

滨海盐土江苏连云港 466 41 0.4

尽管土壤中各种微生物含量的变动很大，但每克土壤的含菌量大体上有一个十倍系列的递减规律：

细菌（～108）＞放线菌Ü （～107）＞霉菌Ü（～106）＞酵母菌（～105）＞藻类（～104）＞原生动物（～103）

由上可知，土壤中所含的微生物数量很大，尤以细菌为最多。据估计，每亩耕作层土

壤中，细菌湿重约有90～225kg；以土壤有机质含量为2％计算，则所含细菌干重约为土壤有机质的1％左右。通过土壤微生物的代谢活动，可改变土壤的理化性质，进行物质转化，因此，土壤微生物是构成土壤肥力的重要因素。

不同类型土壤中的各种微生物含量可见表6－1。从表中可以看出，在有机物含量丰富的黑土、草甸土、磷质石灰土和植被茂盛的暗棕壤中，微生物含量较高；而在西北干旱地区的棕钙土，华中、华南地区的红壤和砖红壤，以及沿海地区的滨海盐土中，微生物的含量最少。表6－2是水田和旱地土壤微生物区系及其在不同深度分布的比较研究资料。从表中可以看出不论是水田还是旱地，总是表层耕作层的微生物含量最高；旱地土壤中的放线菌和真菌比水田土壤中多，这是与它们的好氧生活特性直接相关的。

表6－2. 水田与旱地各层土壤的含菌量（万∕克干土）

微生物种类水田旱地

耕作层犁底层心土层耕作层犁底层心土层

好氧细菌 3 000 1 310 837 2 185 628 164

放线菌 220 88 38 477 172 35

真菌 8.5 1.6 0.6 23.1 4.3 1.1

硝化细菌 1.1 －－ 7.1 5.3 0.05

厌氧细菌 232 112 22 147 57 16

反硝化细菌 29.7 16.4 12.2 4.7 2.7 －

硫酸还原细菌 7.9 1.6 0.4 0.091 0.061 0

1.2. 水体中的微生物

水体是微生物栖息的第二个天然场所。在江、河、湖、海、地下水中都有微生物的存在。习惯上把水体中的微生物分为淡水微生物和海洋微生物两大类型。

淡水微生物的种类及在水中的分布受到水的类型、有机质的含量等因素影响。在含有石油的地下水中，有大量能分解碳氢化合物的细菌；含铁的泉水中含有铁细菌；含硫的泉水中含有硫磺细菌；在温泉中则有耐热菌的存在。

水中真菌以水生藻状菌为主。天然水中还有一些低等藻类生物，以硅藻数量最大，此外还有各种原生动物。

海洋微生物包括细菌、真菌、藻类、原生动物及噬菌体等。由于海洋环境具有盐度高、有机质含量少、温度低及深海静水压力大等特点，所以海洋微生物绝大多是需盐、嗜冷和耐高渗透压的微生物。水生微生物的区系可分以下几类：

1.2.1. 清水型水生微生物

在洁净的湖泊和水库蓄水中，因有机物含量低，故微生物数量很少（10～103/ml）。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。部分腐生性细菌，如Chromobacterium （色杆菌属），Achromobacter（无色杆菌属）和Micrococcus（微球菌属）的一些种也能在低含量营养物的清水中生长。霉菌中一些水生性种类，例如Saprolegnia（水霉属）和Achlya（绵霉属）的一些种可生长于腐烂的有机残体上。单细胞和丝状的藻类以及一些原生动物常在水面生长，但数量一般不大。