微生物与人类关系-微生物的生态概要.ppt

第四章 微生物的生态 生态学(ecology)是一门研究生命系统与其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，它研究的对象是微生物群体与其周围生物与非生物环境条件间相互作用的规律。 （一）土壤中的微生物 1.不同水体中微生物的种类 数量和种类与接触的土壤有密切关系； 分布上更多的是吸附在悬浮在水中的有机物上及水底； 淡水中的微生物是可以运动的，而且某些淡水中的细菌例如柄细菌具有很异常的形态，这些异常形态使得菌体的表面积与体积之比增加，从而使这些微生物能有效地吸收有限的营养物； 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； 水体自身存在自我净化作用 三、空气中的微生物 1、大气是微生物的暂存空间 空气环境的特点：无营养物质、无足够的水分，这种环境不适合微生物的生长繁殖。 大气中没有固定的微生物种类。但由于微生物能产生各种休眠体以适应不良环境，有些微生物可以在大气中存在一段相当长的时间而不至死亡。 2、大气中的微生物来源 土壤、水体和其他微生物源。进入大气的土壤尘粒，水面吹来的小水滴，污水处理厂曝气产生的气溶胶，人和动物体表的干燥脱落物，呼吸道呼出的气体都是大气微生物的来源。 主要种类是霉菌和细菌，霉菌常见种类是曲霉、木霉、青霉、毛霉、白地霉和色串孢(Torulasp)等。细菌有球菌、杆菌和一些病原菌。 极端环境下微生物的研究有三个方面的重要意义 开发利用新的微生物资源，包括特异性的基因资源； 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； 为生物进化、生命起源的研究提供新的材料。 1.嗜热微生物 嗜热微生物生长的生态环境：高温环境，如热泉(温度高达100℃)，高强度太阳辐射的土壤，岩石表面(高达70℃)，各种堆肥、厩肥、干草、锯屑及煤渣堆，此外还有家庭及工业上使用的温度比较高的热水及冷却水。 细菌是嗜热微生物中最耐热的。 嗜热微生物的特点 嗜热微生物生物大分子蛋白质、核酸、类脂的热稳定结构以及存在的热稳定性因子是它们嗜热的生理基础。新的研究还表明专性嗜热菌株的质粒携带与热抗性相关的遗传信息。 应用：耐热DNA聚合酶用于多聚酶链式反应（PCR）。 2. 嗜冷微生物 嗜冷微生物能在较低的温度下生长，可以分为专性和兼性两类，前者的最高生长温度不超过20℃，可以在0℃或低于0℃条件下生长；后者可在低温下生长，但也可以在20℃以上生长。 嗜冷微生物的主要生境：南北极地区、深海、寒冷水体、冷冻土壤、阴冷洞穴、保藏食品的低温环境。 嗜冷微生物的种类：针丝藻、粘球藻、假单胞菌等。从深海中分离出来的细菌既嗜冷，也耐受高压。 嗜冷微生物适应环境的生化机理是因为细胞膜脂组成中有大量的不饱和、低熔点脂肪酸。 嗜冷微生物低温条件下生长的特性可以使低温保藏的食品腐败，甚至产生细菌毒素。 研究开发嗜冷微生物的最适反应温度低的酶，在工业和日常生活中都有应用价值。如从嗜冷微生物中获得低温蛋白酶用于洗涤剂，不仅能节约能源，而且效果很好。 3.嗜酸微生物 生长最适pH在3-4以下，中性条件不能生长的微生物称为嗜酸微生物；能在高酸条件下生长，但最适pH接近中性的微生物称为耐酸微生物 极端的酸性环境包括各种酸矿水、酸热泉、火山湖、地热泉等。 嗜酸微生物生长的生态环境： 温和的酸性(pH3-5.5)自然环境较为普遍，如某些湖泊、泥碳土和酸性的沼泽。 极端的酸性环境包括各种酸矿水、酸热泉、火山湖、地热泉等。 嗜酸微生物的种类: 硫氧化菌、硫杆菌。嗜酸嗜热细菌，如嗜酸热硫化叶菌等。嗜酸微生物的胞内pH从不超出中性大约2个pH单位，其胞内物质及酶大多数接近中性。 嗜酸微生物适应环境的生化机理: 嗜酸微生物能在酸性条件下生长繁殖，需要维持胞内外的pH梯度，现在一般认为它们的细胞壁、细胞膜具有排斥H+，对H+离子不渗透或把H+从胞内排出的机制。而嗜酸微生物的外被要高H+来维持其结构。 嗜酸菌被广泛用于微生物冶金、生物脱硫。 4.嗜碱微生物 一般把最适生长pH在9以上的微生物称为嗜碱微生物，中性条件不能生长的为专性嗜碱微生物，中性条件甚至酸性条件都能生长的称为耐碱微生物或碱营养微生物 。 嗜碱微生物生长的生态环境: 地球上碱性最强的自然环境是碳酸盐湖及碳酸盐荒漠，极端碱性湖[如肯尼亚的玛格达湖，埃及的wady natrun湖是地球上最稳定的碱性环境，那里pH达10.5-11.0]。我国的碱性环境有青海湖等。碳酸盐是这些环境碱性的主要来源。人为碱性环境是石灰水、碱性污水。 嗜碱微生物的种类: 嗜碱微生物有两个主要的生理类群：盐嗜碱