第八章 微生物的生态
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科学。
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 — 发掘丰富的菌种资源，
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 — 开发新的微生物农药、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 — 探矿、
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第一节 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）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，是人类最丰富的菌种资源库。
– 土壤微生物的含量 — 各种微生物含量比呈 10倍系列递减
– 细菌 （ ~108）?放线菌（ ~107）?霉菌（ ~106）?酵母菌
（ ~105）?藻类（ ~104）?原生动物（ ~103）
（二）水体中的微生物
1.不同水体中微生物的种类
– （ 1）淡水型水体的微生物? 江、河、湖和水库
地球上水的总贮量有 13.6亿 km3，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
根据淡水中有机物含量的多少
– 1）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量异氧微生物
– 2）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
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
– 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
– （ 2）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 97.5%，含盐量为 3%左右；
微生物种类：
– 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
2,水体的自净作用包括
– 物理性的沉淀、扩散、稀释作用；
– 化学性的氧化作用；
– 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 100个
（ 37° C，培养 24h） ；
– 2）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、和肺炎克氏杆菌等 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。
– 3） 1L自来水中的大肠菌群数不能超过 3个
（ 37° C，培养 48h ）
– 4）大肠菌群的测定 — 滤膜培养法在 EMB 培养基上进行
3,饮用水的微生物学标准
（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；
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
– 减少菌源、尘埃源
– 空气过滤
– 空气灭菌（ UV照射、甲醛熏蒸）
（四）工农业产品上的微生物
1,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：
霉变 (midew)— 霉菌引起的劣化
腐朽（ decay） — 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
腐烂（腐败,rot） — 含水量较高的产品由细菌生长繁殖引起
腐蚀（ corrosion） — 由硫酸盐还原菌、铁细菌或硫细菌引起
2,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，甚至产生各种毒素
– 防治措施
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
– 苯甲酸、山梨酸、脱氢醋酸、维生素 K3、丙酸、二甲基延胡索酸和乳酸链球菌素等
合理的保藏方法
低温、干燥、缺氧等
冷链操作
（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 2%左右
微生物种类
– 以 Aspergillus,Penicillium 和 fusarium等的真菌为主，其中有些可产生致癌的真菌毒素
– 黄曲霉毒素（ AFT）
– 单端孢烯族毒素 T2
（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、
高辐射和干旱等环境
（四）工农业产品上的微生物
（六）生物体内外的正常菌群
1.人体的正常菌群
1）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
– 人体的五大微生态系统
消化道：如肠道的正常菌群为 Bacteroides spp.,
Bifidobacterium spp,和 Lactobacillus spp.等
呼吸道
泌尿生殖道
口腔
皮肤
– 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 pH和促进其蠕动等
2）正常菌群的失调
失调的原因
– 宿主的防御功能减弱
– 正常菌群生长部位改变
– 长期服用抗生素
失调的结果
– 正常菌群的某些菌趁机转移或大量繁殖 — 致病菌
– 这类特殊的致病菌叫 条件致病菌
– 由它们引起的感染叫 内源感染
3）正常菌群的恢复
– 微生态制剂 — 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。
– 益生菌的种类,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
– 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
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
3.根际微生物和附生微生物
– 根际微生物
生活在根系邻近土壤
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
– 附生微生物
主要为叶面微生物：乳酸菌、酵母菌等
有益或有害二、菌种资源的开发
1.微生物菌种资源库
– 生物的总数约 200多万种（动物 150万、植物 50万）
– 专家估计微生物的总数约为 50万 -600万种
– 至今已研究和记载过的不到 5%，约 20万种，包括：
3500种细菌
4000种病毒
90000种真菌
100000种藻类和原生动物
2.微生物菌种的主要来源
– 土壤
– 海洋
– 动、植物体上正常微生物区系
– 各种极端环境
3.微生物筛选第二节 微生物与生物环境间的关系
两种生物间的关系：
– 1.双方受益（ + +）
共生,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（ + 0）
互生,偏利共栖和卫星状共栖等
– 3.一方受益而另一方受损（ + -）
寄生,捕食 和 拮抗 等
– 4.一方无损而另一方受损（ 0 -）
偏害共栖
– 5.双方互不影响（ 0 0）
无关共栖
– 6.双方受损（ - -）
竞争共栖
一、互生
– 定义
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。
是一种“可分可合，合比分好”的松散关系
– 举例
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
发酵工业中的混菌培养
二、共生
– 定义
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
– 举例
真菌与绿藻共生
真菌与蓝细菌共生
根瘤菌与豆科植物
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
反刍动物（牛、羊、鹿和骆驼等）与瘤胃中的微生物
三、寄生
– 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
– 举例
噬菌体与其宿主菌
蛭弧菌与大肠杆菌
真菌和病毒与植物
病原微生物与人体
苏云金杆菌与昆虫 — 细菌杀虫剂
球孢白僵菌与昆虫 — 真菌杀虫剂
病毒与昆虫 — 病毒杀虫剂
冬虫夏草菌（中华虫真菌）与蝙蝠蛾 — 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
– 定义
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
– 举例
好氧菌和兼性厌氧菌与乳酸菌 — 食品泡菜
放线菌与细菌 — 抗生素
五、捕食
– 定义
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
– 举例
原生动物与细菌和藻类
真菌套捕线虫第三节 微生物与自然界物质循环
化学进化
– 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
– 原始生命体的形成：团聚体或微球体
生物学进化
– 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）
– 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）
– 三极生态系统
植物和蓝细菌 —— 自然界的生产者
细菌和真菌 —— 自然界的分解者
动物 —— 自然界的消费者
一、碳素循环
二、氮素循环
三、硫素循环
四、磷的循环
五、铁的循环自然界的物质循环第四节 微生物与环境保护
一、水体的污染 — 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菌和藻类过度生长繁殖的现象
– 水华
发生在淡水水体的富营养化现象
– 赤潮
指发生在咸水区水体的富营养化现象
二、微生物治理污染
– 微生物的应用下述微生物的生境如何？如何分离？
思考题
嗜热菌
嗜盐菌
厌氧菌
高渗酵母菌
石油微生物
光合细菌
纤维素分解菌
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科学。
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 — 发掘丰富的菌种资源，
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 — 开发新的微生物农药、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 — 探矿、
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第一节 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）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，是人类最丰富的菌种资源库。
– 土壤微生物的含量 — 各种微生物含量比呈 10倍系列递减
– 细菌 （ ~108）?放线菌（ ~107）?霉菌（ ~106）?酵母菌
（ ~105）?藻类（ ~104）?原生动物（ ~103）
（二）水体中的微生物
1.不同水体中微生物的种类
– （ 1）淡水型水体的微生物? 江、河、湖和水库
地球上水的总贮量有 13.6亿 km3，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
根据淡水中有机物含量的多少
– 1）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量异氧微生物
– 2）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
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
– 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
– （ 2）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 97.5%，含盐量为 3%左右；
微生物种类：
– 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
2,水体的自净作用包括
– 物理性的沉淀、扩散、稀释作用；
– 化学性的氧化作用；
– 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 100个
（ 37° C，培养 24h） ；
– 2）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、和肺炎克氏杆菌等 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。
– 3） 1L自来水中的大肠菌群数不能超过 3个
（ 37° C，培养 48h ）
– 4）大肠菌群的测定 — 滤膜培养法在 EMB 培养基上进行
3,饮用水的微生物学标准
（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；
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
– 减少菌源、尘埃源
– 空气过滤
– 空气灭菌（ UV照射、甲醛熏蒸）
（四）工农业产品上的微生物
1,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：
霉变 (midew)— 霉菌引起的劣化
腐朽（ decay） — 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
腐烂（腐败,rot） — 含水量较高的产品由细菌生长繁殖引起
腐蚀（ corrosion） — 由硫酸盐还原菌、铁细菌或硫细菌引起
2,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，甚至产生各种毒素
– 防治措施
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
– 苯甲酸、山梨酸、脱氢醋酸、维生素 K3、丙酸、二甲基延胡索酸和乳酸链球菌素等
合理的保藏方法
低温、干燥、缺氧等
冷链操作
（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 2%左右
微生物种类
– 以 Aspergillus,Penicillium 和 fusarium等的真菌为主，其中有些可产生致癌的真菌毒素
– 黄曲霉毒素（ AFT）
– 单端孢烯族毒素 T2
（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、
高辐射和干旱等环境
（四）工农业产品上的微生物
（六）生物体内外的正常菌群
1.人体的正常菌群
1）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
– 人体的五大微生态系统
消化道：如肠道的正常菌群为 Bacteroides spp.,
Bifidobacterium spp,和 Lactobacillus spp.等
呼吸道
泌尿生殖道
口腔
皮肤
– 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 pH和促进其蠕动等
2）正常菌群的失调
失调的原因
– 宿主的防御功能减弱
– 正常菌群生长部位改变
– 长期服用抗生素
失调的结果
– 正常菌群的某些菌趁机转移或大量繁殖 — 致病菌
– 这类特殊的致病菌叫 条件致病菌
– 由它们引起的感染叫 内源感染
3）正常菌群的恢复
– 微生态制剂 — 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。
– 益生菌的种类,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
– 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
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
3.根际微生物和附生微生物
– 根际微生物
生活在根系邻近土壤
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
– 附生微生物
主要为叶面微生物：乳酸菌、酵母菌等
有益或有害二、菌种资源的开发
1.微生物菌种资源库
– 生物的总数约 200多万种（动物 150万、植物 50万）
– 专家估计微生物的总数约为 50万 -600万种
– 至今已研究和记载过的不到 5%，约 20万种，包括：
3500种细菌
4000种病毒
90000种真菌
100000种藻类和原生动物
2.微生物菌种的主要来源
– 土壤
– 海洋
– 动、植物体上正常微生物区系
– 各种极端环境
3.微生物筛选第二节 微生物与生物环境间的关系
两种生物间的关系：
– 1.双方受益（ + +）
共生,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（ + 0）
互生,偏利共栖和卫星状共栖等
– 3.一方受益而另一方受损（ + -）
寄生,捕食 和 拮抗 等
– 4.一方无损而另一方受损（ 0 -）
偏害共栖
– 5.双方互不影响（ 0 0）
无关共栖
– 6.双方受损（ - -）
竞争共栖
一、互生
– 定义
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。
是一种“可分可合，合比分好”的松散关系
– 举例
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
发酵工业中的混菌培养
二、共生
– 定义
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
– 举例
真菌与绿藻共生
真菌与蓝细菌共生
根瘤菌与豆科植物
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
反刍动物（牛、羊、鹿和骆驼等）与瘤胃中的微生物
三、寄生
– 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
– 举例
噬菌体与其宿主菌
蛭弧菌与大肠杆菌
真菌和病毒与植物
病原微生物与人体
苏云金杆菌与昆虫 — 细菌杀虫剂
球孢白僵菌与昆虫 — 真菌杀虫剂
病毒与昆虫 — 病毒杀虫剂
冬虫夏草菌（中华虫真菌）与蝙蝠蛾 — 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
– 定义
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
– 举例
好氧菌和兼性厌氧菌与乳酸菌 — 食品泡菜
放线菌与细菌 — 抗生素
五、捕食
– 定义
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
– 举例
原生动物与细菌和藻类
真菌套捕线虫第三节 微生物与自然界物质循环
化学进化
– 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
– 原始生命体的形成：团聚体或微球体
生物学进化
– 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）
– 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）
– 三极生态系统
植物和蓝细菌 —— 自然界的生产者
细菌和真菌 —— 自然界的分解者
动物 —— 自然界的消费者
一、碳素循环
二、氮素循环
三、硫素循环
四、磷的循环
五、铁的循环自然界的物质循环第四节 微生物与环境保护
一、水体的污染 — 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菌和藻类过度生长繁殖的现象
– 水华
发生在淡水水体的富营养化现象
– 赤潮
指发生在咸水区水体的富营养化现象
二、微生物治理污染
– 微生物的应用下述微生物的生境如何？如何分离？
思考题
嗜热菌
嗜盐菌
厌氧菌
高渗酵母菌
石油微生物
光合细菌
纤维素分解菌
