微生物在环境中的分布及其相互关系
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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。
“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
纤维素分解细菌
固氮菌
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 提供生长因子,后者在其菌苔周围形成卫星菌落。
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
有利的影响,或相互有利; 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 影响,或相互有害;
中性关系: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;
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
2)低温生长,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。
3)大多数海洋细菌为G—细菌,并具有运动能力。
4)耐高压(特别是生活在深海的细菌)。
(三)湖泊与池塘水
水资源污染日益严重
(三)湖泊与池塘水
水资源污染日益严重
(三)湖泊与池塘水
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
物所破坏。
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!
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。
---------生物可降解塑料
---------开发、利用纤维素(能源、饲料)
---------苎麻脱胶
2.食品、农副产品上的微生物
1、嗜热微生物 2、嗜冷微生物 3、嗜酸微生物 4、嗜碱微生物 5、嗜盐微生物
参见P135
6、嗜压微生物
研究意义:
(1)开发利用新的微生物资源,包括特异性的 基因资源;
(2)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 物电子器材等的研究提供新的课题和材料;
(3)为生物进化、生命起源的研究提供新的材料。
水的富营养化
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, 使厌氧菌开始大量生长和代谢 分解含硫化合物,产生H2S,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
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。
三、空气中的微生物
1)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;
3)种类主要为真菌和细菌,一般与其所在环境的微生物种类有关; 4)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; 6)与人类的关系: 传播疾病、 造成食品等的污染
制备微生物气溶胶实现群体免疫
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位, 或生态结构发生改变而引起人类疾病的微生物。
二、共生
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 了新的结构的特殊的共生体。
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
一)微生物间的共生关系 生理上的共生: 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; 使地衣能在十分贫瘠的环境中生存。
pH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; 随着土层的加深,微生物的数量逐步减少。
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最多,
20世纪80年代,美国能源部----地下科学计划(Deep Subsurtace Program)
目前已知微生物的最高生长温度: 113℃ (海底火山口)
结构上的共生: 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。
地衣-----藻类和真菌的共生体 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,发育成新的地衣
一)微生物间的共生关系
细菌与原生动物间的共生关系:
“水花”或“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, 许多藻类团块漂浮在水面上形成。
赤潮或红潮(red tides):
在海洋中,某些甲藻类大量繁殖也可也可以形成水花,从而使 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 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
Baidu Nhomakorabea
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; 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
二)微生物和植物间的共生关系
根瘤菌与豆科植物间的共生 ------形成根瘤共生体
根瘤菌固定大气中的气态氮为植物提供 氮素养料; 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 的生长条件。
地下的微生物在陆地可达4公里深(每下降1公里温度上升20℃), 在海底则可深达7公里(每下降1公里温度上升15℃)。
目前的采样深度:2.8公里
二、水体中的微生物
一)江河水 1)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; 3)多能运动,有些具有很异常的形态(例如柄细菌); 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 不利的细菌,因此不宜作为饮用水源;
第 5 章 微生物在环境中的分布及其相互关系
生态系统:
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、互相依存而构成的一个生态学功能单位。
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。 各种环境中的微生物的种类、分布;
研究生物与其周围生物和非生物环境之间相互关系的一门科学。
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(含有 Ampr质粒)周围形成卫星菌落(b-内酰胺酶分泌到胞外所致)
二)人体肠道正常菌群
互生关系(正常情况)
寄生关系(某些特殊条件下) 人肠道内的菌群: 60-400种不同的微生物,占粪便干重1/3的是细菌, 其中厌氧菌占了绝大多数。
用于科学研究:
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。
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,
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 甚至将后者杀死。
微生物间的“化学战术”
抗生菌产生能抑制其它生物生长发育的抗生素; 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, 从而抑制它种生物的生长
微生物学的基本技术:
无菌操作技术
四、工农业产品上的微生物
1.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
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
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微生
个体、种群、群落和生态系统从低到高的组织层次 群体(population):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。 群落(community):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 各生物群体之间存在各种相互作用。
生态系统(ecosystems):生物群落和它们所生活的非生物环境结合 起来的一个整体,是生物圈的组成单元。
不利影响:
由于微生物的生长繁殖而腐烂、变质,不能再食用或使用; 病原微生物进入人体的重要途径,引起传染性疾病;
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;
肉毒毒素、
黄曲霉素等
2.食品、农副产品上的微生物
有利影响:
利用特定的微生物制备风味食品,如酱制品、米酒、腌酸菜等;
五、极端环境下的微生物
三)微生物与动物的共生关系
1. 与昆虫的共生关系
外共生:例如白蚁与其肠道内的微生物之间的共生
食木质的白蚁自身并不能分解期望上纤维素,必须依赖肠道 中共生的原生动物和细菌通过厌氧发酵过程来分解纤维素。
内共生:昆虫与其细胞内的共生性细菌
这些细胞内的共生性细菌能为宿主提供B族维生素,使昆虫能 以缺乏维生素的植物为生。
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。
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 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:
原生动物吞食细菌和藻类; 粘细菌吞食细菌和其它微生物; 真菌捕食线虫和其它原生动物;
一、土壤中的微生物
(一)土壤是微生物良好的生活环境 土壤是固体无机物(岩石和矿物质)、有机物、水、空气和 生物组成的复合物,是微生物的合适生境。 土壤微生物种类多、数量多、代谢潜力巨大,是主要的 微生物源,是微生物的大本营。
(二)土壤中微生物的数量与分布
1)土壤微生物的数量和分布主要受到营养物、含水量、氧、温度、
2. 与反刍动物的共生关系
反刍动物,如牛、羊、骆驼、长颈鹿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 动物吸收利用。
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
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
体表,从中取得营养和进行生长繁殖,同时使后者蒙
5)水体自身存在自我净化作用: 饮用水的微生物指标: a)致病菌一般对营养要求苛刻,因此在一般的水中只能存活2-3天; 总菌数: < 100个/ml b)水表微生物会受辐射等作用而被杀灭; 大肠杆菌:< 3 个/L c)原生动物等的吞噬作用; d)由固形物吸附再沉积到水底;
(二)海水
1)嗜盐,真正的海洋细菌在缺少氯化钠的情况下是不能生长的。
受损害甚至被杀死的现象。
寄生物(parasite)
寄主或宿主(host)
一)微生物间的寄生
噬菌体—细菌 蛭弧菌—细菌 真菌—真菌 真菌、细菌—原生动物
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
择生生物,或称为悉生生物或定菌生物(Gnotobiote): -------------整个个体不携带或只携带已知微生物的生物
任何一个相对完整的自然整体都可以被看作为一个生态 系统,如一个池塘,一片森林,一个污水处理池,等等。
生物圈(biosphere):地球上所有生物及其所生活的非生命环境 的总称。
个体
群体
群落+非生物环境
生态系统 生物圈
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。
生态系统中生物之间的相互关系:
微生物和其它生物的关系;
微生物与物质循环;
第一节 自然界中的微生物
微生物的特点: 个体微小、 代谢营养类型多样, 适应能力强
微生物在自然界中分布广泛 微生物的分布 生境的特征
微生物的分布是生境各种物理、化学、生物因素 在某些生境中,高度专一性的微生物存在并仅限于这种
对微生物的限制、选择的结果。 生境中,并成为特定生境的标志。
正常菌群通过肠道获取营养; 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;
环境条件改变或着生部位改变:
正常菌群
致病菌
滥用抗生素; 人身体虚弱抵抗力下降; 吃了不洁净的食物; 人体表面的正常菌群,一旦它们进入伤口也会引起感染。
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
六、不可培养的微生物 不可培养微生物(uncultured microorganisms)
从环境中直接分离并克隆rRNA并分析其序列和在分子进化树 上的位置等方法而发现的的目前尚不能在人工条件下获得培养的微 生物。
参见P91:细菌的非可培养状态
第二节 微生物间的相互关系
自然环境中的微生物一般都不是单独存在的