卫生微生物第二章微生物生态学要点
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人体环境中微生物的生态平衡与失调
（一）自然环境中微生物的生态平衡与失调
生态平衡（ecological balance）：指生
态系统各组成部分的内部或相互之间，在长期 的发展演化过程中，通过相互制约、转化、补 偿、交换及适应而建立起来的一种相互协调的 动态平衡关系。 生态平衡是生物维持正常生长发育、生殖繁 衍的根本条件，也是人类生存的基本条件。
生态系统的研究内容
物理因子及其变化 无机物的丰度及其变化规律 有机物丰度及其变化规律
初级生产者、消费者和分解者之间的相互作
用和功能
微生物生态学 (microbial
ecology )
定义：生态学的一个分支学科，是研究微 生物与其生存环境、微生物群体之间相互 关系、相互作用的科学。
非生物环境 环境 生物环境 其他生物的作用 和影响 除生物以外的环境 （生物生存的场所）
照人类的意愿使生物发生某些对人类有益的变 异，并将这种变异保留、遗传给后代。是人为 的，也称其为驯化（domestication）。
自然选择和人工选择的主要区别
自然选择
由自然环境条件决定
人工选择
以人的意志为主决定
过程缓慢
变异对生物本身有利
过程较快
变异只对人类有利
三、微生物与生物环境间
（二）土壤中微生物的分布
由于微环境的通气、水分、营养等状况都存在着差异，致使不 同微生物在土壤中呈立体分布。 每克肥土中通常含有几亿至几十亿个微生物，贫瘠土壤每 克也有几百万至几千万个微生物。 （1）细菌 数量：70~90%；种类：主要为腐生，少数自养 分布：表层最多，随土层加深减少，厌氧菌反之。 （2）放线菌 数量：5~30% （3）真菌 （4）藻类 （5）原生动物
1）射线照射
2）使用抗生素
3）外科手术 4）其他因素等
第三节 微生物在自然界的
分布及其主要类群
一、微生物在自然界的分布
土壤中的微生物 水体中的微生物 空气中的微生物 工农业产中的微生物
正常人体及动物体中的微生物
极端环境中的微生物
一、土壤及其微生物 (一)土壤是微生物生活的良好环境
微生物代谢活动与自然界/环境的相互影响
极端自然环境中的微生物种类、作用和生命机制
环境污染对微生物的影响与微生物对污染物的净化
研究所用的传统和现代分子生物学方法
核心内容
微生物的正常生态规律、生态平衡、生态失调
第二节 微生物生态学的基本规律
微生物与环境相互作用的基本规律 微生物生态演化的自然选择与适应 微生物与生物环境间相互作用的生态规 律
微生物生态研究的目的
了解环境对微生物的种群、数量分布、增殖速 度及活力的影响 了解微生物群体结构的稳定性及可修饰性以及 微生物群体对环境的功能 了解微生物与其生存环境之间、微生物与其他 各种生物之间的相互关系、作用和演变规律等
研究内容
微生物种类、分布及其随环境条件变化的规律
微生物之间、微生物与动植物之间的相互关系，及 其与自然界/环境因素之间的相互影响
综合作用定律(combined law)
Odum结合耐受性定律与限制因子
定律提出，核心是一个生物或一群生物
的生存和繁殖取决于综合环境。
环境中各种生态因子并非孤立存在，他们之间
相互密切有机地联系着。在生态因子综合作用 中，两个或两个以上因子同时作用时可有增效、 减效、补偿结果发生。
增效——增加另外一个因子对生物的生态效果。 减效——降低或减弱了另一个因子的作用效果。
生境(habitat)
是指微生物能够在其中生存，并执行其特定功能的 微小环境，又称为微环境(microenvironment)或 微小生境(microhabitat)。
肠胃
口腔
皮肤
龛（niche）
也称为生态位、生态龛 表示生态系统中每种生物生存所必需的生境最小阈值。
在自然环境里，每一个特定位置都有不同种类的生物，其活动以及与其它生物的关系取 决于它的特殊结构、生理和行为，故具有自己的独特生态位。 如每一种生物占有各自 的空间，在群落中具有各自的功能和营养位置，以及在温度、湿度、土壤等环境变化梯 度中所居的地位。一个种的生态位，是按其食物和生境来确定的。 生态位是一个物种所处的环境以及其本身生活习性的总称。每个物种都有自己独特的生 态位，借以跟其他物种作出区别。生态位包括该物种觅食的地点，食物的种类和大小，
从适应性看 生物与其所处环境之间的相互作用关系
每种生物的基因型都是由特定环境条件塑
造的，即生物长期适应某种环境的结果。
生物的生命活动又随时改变着其周围的环 境条件。
2.变异性(variability)
是指同种生物世代之间或同代生物不同个体之间
在形态特征、生理特征等方面所表现的差异。
遗传保守性：后代总与亲代相 似，保持亲代的类型，因而得 以保持生物物种的稳定性。 遗传变异性：后代个体在形态、 生态或生理性状方面不同于亲 代
相互作用的生态规律
互生
竞争 拮抗 捕食 寄生 共生
微生物种群之间相互作用类型
作用结果 生态关系 关系特点
种群甲
偏利互生 互利互生 互惠互生 竞争 拮抗 捕食 寄生 共生 ＋ ＋ ＋ － － ＋ ＋ ○
种群乙
○ ＋ ＋ － ○ － － ○ 对甲有利，对乙无利也无害 彼此互相有利，专性 彼此互相有利，非专性 彼此相互抑制 对甲有害，对乙无利也无害 甲捕杀或吞食乙中一些个体 甲寄生于乙，并有害于乙 两物种彼此互不影响
第二章 微生物生态学
内容概要
基本概念与研究范畴
微生物生态学的基本规律 微生物在自然界的分布及其主要类群
微生物生态学的应用及研究前景
第一节 基本概念与研究范畴
一、基本概念
生态学
——研究生命系统与环境系统间相互 作用规律的科学。
生物圈 器官 生态系统 组织 群落 细胞 种群 细胞器 个体 分子
由于土壤具备了各种微生物生长发育所需要的营养、空 气、酸碱度、渗透压和温度等条件，所以土壤中微生物的 种类和数量是其他任何生态系统无法比拟的。 （1）土壤的矿物质成分，提供微生物需要的矿质养料； （2）土壤中的动植物残体，以及耕作土壤中有机肥料， 源源不断地供给微生物碳素养料和氮素养料； （3）土壤的持水性为微生物提供水分条件； （4）土壤的孔隙性和土壤水分多少，直接影响土壤的 通气条件。 （5）土壤的pH范围在3.5~10.5之间，多数在5.5~8.5之 间，这是大多数微生物活动最适宜的pH； （6）土壤的保温性，比地面空气温度变化小，也为微 生物的生长提供了良好的条件。
寄主/宿主 噬菌体/宿主细菌
3.拮抗（amensalism）
也叫偏害共栖，指两个种群共同生长，由某种生
wenku.baidu.com
物所产生的特定代谢产物可干扰他种生物的代谢
活动，抑制其生长和繁殖甚至杀死它们的一种相
互关系。
青霉菌产生青霉素抑制革兰氏阳性菌；
链霉菌产生制霉菌素抑制酵母菌和霉菌
4.捕食（predation）
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相互关系。
限制因子：微生物需要各种生态因子（营养
物质），但这些生态因子并非同等重要，有的 因子对微生物生态起决定性作用，当其中某物 质可利用的量最接近于所需的临界最小量时，
这种物质就成为限制因子。
耐受性定律(law of tolerance)
生物存活和繁殖只能对环境中生态因子耐受 一定范围。
耐受限度（limits of tolerance）：生物对生态因 子所能耐受的最大值和最小值之间的范围。在耐 受限度内有一个最适范围，在此范围内生物生长 最好。
还有其每日的和季节性的生物节律。
种群（population）
具有相似特性和生活在一定空间内的同种个体群 称之为种群 。是组成群落的基本部分。
群落(community)
一定区域内或一定生境中各种微生物种群相互松 散结合的一种结构和功能单位称之为群落 。
microbial community
二、研究范畴
相互作用， 相互联系， 使生物适应 演化，长期 生存
3.选择性（selectivity）
达尔文提出生物进化的自然选择(natural selection) 。在长期的自然选择过程中，生物逐 渐发生变异以适应其环境，即生物的适应性；环
境对生物的生存也具有选择性，即自然选择。
人工选择（artificial selection）：按
补偿——某一生态因子的减弱对生物生长不
利，但可由另一生态因子的增加而得 到补偿的生态效果
二、微生物生态演化的 自然选择与适应
适应性
变异性
选择性
1. 适应性（adaptability）
指生物能适应在一定时间内的环境波动或 剧变以保证其本身生活和生存的能力。 是微生物进化中最重要的因素
演替（succession）：在特定的生态系统中，
不同生物群落相继更替的过程。
生态失调(ecological disturbance)：微生
物生长代谢的产物影响着环境，改变了的环境反
过来也影响存在的微生物，即打破微生物原来的 生态平衡，发生生态失调。
外环境中微生物种群演替现象是经常发 生的，而其本质即是不断发生平衡失调 和建立新的生态平衡的过程。
5.竞争（competition）
指两个种群共同生活于同一环境中，因需要相同 的生长因子或其他环境条件而发生的争夺现象。
6.共生（symbiosis）
也叫种间共处（neutralism），指两种微生物生
活在一起，但两者互无伤害，互无补益，各自互 无影响的关系。
四、微生物生态的平衡与失调
自然环境中微生物的生态平衡与失调
是生物的基因型与环境因子共同作用的结果
分为遗传适应性和表型适应性
遗传适应性(进化适应性)：个体通过改
变自己的基因型获得适应新环境条件的生
理特性，并通过生长繁殖形成新的种群。
表型适应性（生理学适应）：微生物对
环境条件变化的暂时反应，在这种适应中， 微生物的基因型不发生变化，只是由于环 境条件的变化使微生物的某个或某些基因 表达异常，或使原来未能表达的基因得到 表达。
生物圈(biosphere) 地球表面全部生物以及与之 相关的自然环境的总称
水生物圈 (hydrosphere) 地上岩石生物圈 (lithosphere) 大气生物圈 (atmosphere)
生态系统(ecosystem) 在一定的空间内存在的各种生物体所组成的生物群 落与非生物的环境因子之间相互依存、相互制约，具有 一定功能和独立性的动态复合体系。
农田土壤上层15cm处微生物数量和生物量 微 生 物 土壤中的数量(个/g) 生物量（g/m2）
细菌 放线菌 真菌 藻类 原生动物
注：＋表示有利；－表示有害；○表示无利也无害
1.互生（alternation）
指两种可以单独生活的生物在一起
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。
偏利互生（ commensalism ） —— 其中一个获
益，另一个不受影响
互利互生（ mutualism ） —— 互换产物，相互
（二）人体环境中微生物的生态平衡与失调
◊
◊
生态平衡 正常微生物刺激机体产生免疫物质 促进机体免疫系统的成熟 形成体内微生态平衡 对机体抗感染有重要作用 生态失调 机体防御功能减弱 (条件致病菌) 正常菌群生长部位改变 (手术外伤) 微生物间相互制约关系被破坏 (抗生素)
疾病 发生
菌群失调（dysbacteriosis） 指在原生态环境内正常微生物群发生 种类、总菌数和各种群落成员的活菌数的 异常变化。 诱发因素：
一、微生物与环境相互作用的 基本规律
限制因子定律
耐受性定律 综合作用定律
限制因子定律（law of restriction factor） 也叫最小因子定律（law of the mininum）、 利比希定律(Lisbig law) 基本核心：任何生物的总产量或生物量决定
于所存在环境中该生物生长所需的数量最少 或浓度最低营养因子。
依赖，共同有利，在生理上形成一个整体 互惠互生（ synergism ） —— 可以互相受益， 但不是一种固定的关系，解除关系后双方都能 独立存在
2.寄生（parasitism）
指一种生物侵入到另一种生物体，从宿主体内获
得自己所需要的营养物质并生长繁殖，使后者蒙
受损害甚至被杀死的一种相互关系。
寄生体/寄生物
（一）自然环境中微生物的生态平衡与失调
生态平衡（ecological balance）：指生
态系统各组成部分的内部或相互之间，在长期 的发展演化过程中，通过相互制约、转化、补 偿、交换及适应而建立起来的一种相互协调的 动态平衡关系。 生态平衡是生物维持正常生长发育、生殖繁 衍的根本条件，也是人类生存的基本条件。
生态系统的研究内容
物理因子及其变化 无机物的丰度及其变化规律 有机物丰度及其变化规律
初级生产者、消费者和分解者之间的相互作
用和功能
微生物生态学 (microbial
ecology )
定义：生态学的一个分支学科，是研究微 生物与其生存环境、微生物群体之间相互 关系、相互作用的科学。
非生物环境 环境 生物环境 其他生物的作用 和影响 除生物以外的环境 （生物生存的场所）
照人类的意愿使生物发生某些对人类有益的变 异，并将这种变异保留、遗传给后代。是人为 的，也称其为驯化（domestication）。
自然选择和人工选择的主要区别
自然选择
由自然环境条件决定
人工选择
以人的意志为主决定
过程缓慢
变异对生物本身有利
过程较快
变异只对人类有利
三、微生物与生物环境间
（二）土壤中微生物的分布
由于微环境的通气、水分、营养等状况都存在着差异，致使不 同微生物在土壤中呈立体分布。 每克肥土中通常含有几亿至几十亿个微生物，贫瘠土壤每 克也有几百万至几千万个微生物。 （1）细菌 数量：70~90%；种类：主要为腐生，少数自养 分布：表层最多，随土层加深减少，厌氧菌反之。 （2）放线菌 数量：5~30% （3）真菌 （4）藻类 （5）原生动物
1）射线照射
2）使用抗生素
3）外科手术 4）其他因素等
第三节 微生物在自然界的
分布及其主要类群
一、微生物在自然界的分布
土壤中的微生物 水体中的微生物 空气中的微生物 工农业产中的微生物
正常人体及动物体中的微生物
极端环境中的微生物
一、土壤及其微生物 (一)土壤是微生物生活的良好环境
微生物代谢活动与自然界/环境的相互影响
极端自然环境中的微生物种类、作用和生命机制
环境污染对微生物的影响与微生物对污染物的净化
研究所用的传统和现代分子生物学方法
核心内容
微生物的正常生态规律、生态平衡、生态失调
第二节 微生物生态学的基本规律
微生物与环境相互作用的基本规律 微生物生态演化的自然选择与适应 微生物与生物环境间相互作用的生态规 律
微生物生态研究的目的
了解环境对微生物的种群、数量分布、增殖速 度及活力的影响 了解微生物群体结构的稳定性及可修饰性以及 微生物群体对环境的功能 了解微生物与其生存环境之间、微生物与其他 各种生物之间的相互关系、作用和演变规律等
研究内容
微生物种类、分布及其随环境条件变化的规律
微生物之间、微生物与动植物之间的相互关系，及 其与自然界/环境因素之间的相互影响
综合作用定律(combined law)
Odum结合耐受性定律与限制因子
定律提出，核心是一个生物或一群生物
的生存和繁殖取决于综合环境。
环境中各种生态因子并非孤立存在，他们之间
相互密切有机地联系着。在生态因子综合作用 中，两个或两个以上因子同时作用时可有增效、 减效、补偿结果发生。
增效——增加另外一个因子对生物的生态效果。 减效——降低或减弱了另一个因子的作用效果。
生境(habitat)
是指微生物能够在其中生存，并执行其特定功能的 微小环境，又称为微环境(microenvironment)或 微小生境(microhabitat)。
肠胃
口腔
皮肤
龛（niche）
也称为生态位、生态龛 表示生态系统中每种生物生存所必需的生境最小阈值。
在自然环境里，每一个特定位置都有不同种类的生物，其活动以及与其它生物的关系取 决于它的特殊结构、生理和行为，故具有自己的独特生态位。 如每一种生物占有各自 的空间，在群落中具有各自的功能和营养位置，以及在温度、湿度、土壤等环境变化梯 度中所居的地位。一个种的生态位，是按其食物和生境来确定的。 生态位是一个物种所处的环境以及其本身生活习性的总称。每个物种都有自己独特的生 态位，借以跟其他物种作出区别。生态位包括该物种觅食的地点，食物的种类和大小，
从适应性看 生物与其所处环境之间的相互作用关系
每种生物的基因型都是由特定环境条件塑
造的，即生物长期适应某种环境的结果。
生物的生命活动又随时改变着其周围的环 境条件。
2.变异性(variability)
是指同种生物世代之间或同代生物不同个体之间
在形态特征、生理特征等方面所表现的差异。
遗传保守性：后代总与亲代相 似，保持亲代的类型，因而得 以保持生物物种的稳定性。 遗传变异性：后代个体在形态、 生态或生理性状方面不同于亲 代
相互作用的生态规律
互生
竞争 拮抗 捕食 寄生 共生
微生物种群之间相互作用类型
作用结果 生态关系 关系特点
种群甲
偏利互生 互利互生 互惠互生 竞争 拮抗 捕食 寄生 共生 ＋ ＋ ＋ － － ＋ ＋ ○
种群乙
○ ＋ ＋ － ○ － － ○ 对甲有利，对乙无利也无害 彼此互相有利，专性 彼此互相有利，非专性 彼此相互抑制 对甲有害，对乙无利也无害 甲捕杀或吞食乙中一些个体 甲寄生于乙，并有害于乙 两物种彼此互不影响
第二章 微生物生态学
内容概要
基本概念与研究范畴
微生物生态学的基本规律 微生物在自然界的分布及其主要类群
微生物生态学的应用及研究前景
第一节 基本概念与研究范畴
一、基本概念
生态学
——研究生命系统与环境系统间相互 作用规律的科学。
生物圈 器官 生态系统 组织 群落 细胞 种群 细胞器 个体 分子
由于土壤具备了各种微生物生长发育所需要的营养、空 气、酸碱度、渗透压和温度等条件，所以土壤中微生物的 种类和数量是其他任何生态系统无法比拟的。 （1）土壤的矿物质成分，提供微生物需要的矿质养料； （2）土壤中的动植物残体，以及耕作土壤中有机肥料， 源源不断地供给微生物碳素养料和氮素养料； （3）土壤的持水性为微生物提供水分条件； （4）土壤的孔隙性和土壤水分多少，直接影响土壤的 通气条件。 （5）土壤的pH范围在3.5~10.5之间，多数在5.5~8.5之 间，这是大多数微生物活动最适宜的pH； （6）土壤的保温性，比地面空气温度变化小，也为微 生物的生长提供了良好的条件。
寄主/宿主 噬菌体/宿主细菌
3.拮抗（amensalism）
也叫偏害共栖，指两个种群共同生长，由某种生
wenku.baidu.com
物所产生的特定代谢产物可干扰他种生物的代谢
活动，抑制其生长和繁殖甚至杀死它们的一种相
互关系。
青霉菌产生青霉素抑制革兰氏阳性菌；
链霉菌产生制霉菌素抑制酵母菌和霉菌
4.捕食（predation）
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相互关系。
限制因子：微生物需要各种生态因子（营养
物质），但这些生态因子并非同等重要，有的 因子对微生物生态起决定性作用，当其中某物 质可利用的量最接近于所需的临界最小量时，
这种物质就成为限制因子。
耐受性定律(law of tolerance)
生物存活和繁殖只能对环境中生态因子耐受 一定范围。
耐受限度（limits of tolerance）：生物对生态因 子所能耐受的最大值和最小值之间的范围。在耐 受限度内有一个最适范围，在此范围内生物生长 最好。
还有其每日的和季节性的生物节律。
种群（population）
具有相似特性和生活在一定空间内的同种个体群 称之为种群 。是组成群落的基本部分。
群落(community)
一定区域内或一定生境中各种微生物种群相互松 散结合的一种结构和功能单位称之为群落 。
microbial community
二、研究范畴
相互作用， 相互联系， 使生物适应 演化，长期 生存
3.选择性（selectivity）
达尔文提出生物进化的自然选择(natural selection) 。在长期的自然选择过程中，生物逐 渐发生变异以适应其环境，即生物的适应性；环
境对生物的生存也具有选择性，即自然选择。
人工选择（artificial selection）：按
补偿——某一生态因子的减弱对生物生长不
利，但可由另一生态因子的增加而得 到补偿的生态效果
二、微生物生态演化的 自然选择与适应
适应性
变异性
选择性
1. 适应性（adaptability）
指生物能适应在一定时间内的环境波动或 剧变以保证其本身生活和生存的能力。 是微生物进化中最重要的因素
演替（succession）：在特定的生态系统中，
不同生物群落相继更替的过程。
生态失调(ecological disturbance)：微生
物生长代谢的产物影响着环境，改变了的环境反
过来也影响存在的微生物，即打破微生物原来的 生态平衡，发生生态失调。
外环境中微生物种群演替现象是经常发 生的，而其本质即是不断发生平衡失调 和建立新的生态平衡的过程。
5.竞争（competition）
指两个种群共同生活于同一环境中，因需要相同 的生长因子或其他环境条件而发生的争夺现象。
6.共生（symbiosis）
也叫种间共处（neutralism），指两种微生物生
活在一起，但两者互无伤害，互无补益，各自互 无影响的关系。
四、微生物生态的平衡与失调
自然环境中微生物的生态平衡与失调
是生物的基因型与环境因子共同作用的结果
分为遗传适应性和表型适应性
遗传适应性(进化适应性)：个体通过改
变自己的基因型获得适应新环境条件的生
理特性，并通过生长繁殖形成新的种群。
表型适应性（生理学适应）：微生物对
环境条件变化的暂时反应，在这种适应中， 微生物的基因型不发生变化，只是由于环 境条件的变化使微生物的某个或某些基因 表达异常，或使原来未能表达的基因得到 表达。
生物圈(biosphere) 地球表面全部生物以及与之 相关的自然环境的总称
水生物圈 (hydrosphere) 地上岩石生物圈 (lithosphere) 大气生物圈 (atmosphere)
生态系统(ecosystem) 在一定的空间内存在的各种生物体所组成的生物群 落与非生物的环境因子之间相互依存、相互制约，具有 一定功能和独立性的动态复合体系。
农田土壤上层15cm处微生物数量和生物量 微 生 物 土壤中的数量(个/g) 生物量（g/m2）
细菌 放线菌 真菌 藻类 原生动物
注：＋表示有利；－表示有害；○表示无利也无害
1.互生（alternation）
指两种可以单独生活的生物在一起
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。
偏利互生（ commensalism ） —— 其中一个获
益，另一个不受影响
互利互生（ mutualism ） —— 互换产物，相互
（二）人体环境中微生物的生态平衡与失调
◊
◊
生态平衡 正常微生物刺激机体产生免疫物质 促进机体免疫系统的成熟 形成体内微生态平衡 对机体抗感染有重要作用 生态失调 机体防御功能减弱 (条件致病菌) 正常菌群生长部位改变 (手术外伤) 微生物间相互制约关系被破坏 (抗生素)
疾病 发生
菌群失调（dysbacteriosis） 指在原生态环境内正常微生物群发生 种类、总菌数和各种群落成员的活菌数的 异常变化。 诱发因素：
一、微生物与环境相互作用的 基本规律
限制因子定律
耐受性定律 综合作用定律
限制因子定律（law of restriction factor） 也叫最小因子定律（law of the mininum）、 利比希定律(Lisbig law) 基本核心：任何生物的总产量或生物量决定
于所存在环境中该生物生长所需的数量最少 或浓度最低营养因子。
依赖，共同有利，在生理上形成一个整体 互惠互生（ synergism ） —— 可以互相受益， 但不是一种固定的关系，解除关系后双方都能 独立存在
2.寄生（parasitism）
指一种生物侵入到另一种生物体，从宿主体内获
得自己所需要的营养物质并生长繁殖，使后者蒙
受损害甚至被杀死的一种相互关系。
寄生体/寄生物