微生物生態(tài)主題醫(yī)學知識培訓課件

1、微生物生態(tài)主題醫(yī)學知識微生物生態(tài)主題醫(yī)學知識生態(tài)學的基本概念生態(tài)系統(tǒng)（ecosystems）：生物與它們的生活環(huán)境所構成的一個生態(tài)學功能單位；種群（population）：同一生態(tài)系統(tǒng)內，具有相似生物學特征的同種個體群；群落（community）：同一生態(tài)系統(tǒng)內，由兩個以上種群構成的一個生態(tài)學結構單位；微生物群落也稱為微生物區(qū)系（microflora）；生態(tài)環(huán)境（ecological environment ）：一個生態(tài)系統(tǒng)中與生物生存密切相關的各種環(huán)境因素（生境）；微生物生態(tài)主題醫(yī)學知識2生態(tài)學的基本概念生態(tài)系統(tǒng)（ecosystems）：生物與它們微生物生態(tài)學研究的側重點研究一般生態(tài)環(huán)境下微

2、生物的分布規(guī)律，以及特殊生態(tài)環(huán)境下微生物區(qū)系的構成，發(fā)現(xiàn)新的微生物菌種資源；研究微生物與其它生物之間的關系，發(fā)現(xiàn)新的代謝方式，指導有害微生物的防治，利用有益微生物；研究微生物區(qū)系在生態(tài)系統(tǒng)中的功能和地位，開發(fā)各種基于微生物代謝的環(huán)境修復技術（環(huán)保技術）；運用生態(tài)學理論，解釋各種微生物生態(tài)現(xiàn)象；微生物生態(tài)主題醫(yī)學知識3微生物生態(tài)學研究的側重點研究一般生態(tài)環(huán)境下微生物的分布規(guī)律，8.2 微生物與生境的關系生境所具有的環(huán)境因素：化學物質的種類和含量、溫度、pH值、氧分壓、滲透壓、光照等，與微生物的代謝方式、營養(yǎng)要求和生長條件要求相適應，才能構成生態(tài)系統(tǒng)；微生物的生長會改變某些環(huán)境因素，改變的環(huán)境因素

3、，反饋影響微生物區(qū)系的組成結構；相互循環(huán)影響，始終處于動態(tài)平衡；不同生境微生物種類數(shù)量不同；微生物生態(tài)主題醫(yī)學知識48.2 微生物與生境的關系生境所具有的環(huán)境因素：化學物質的種空氣中的微生物空氣中沒有營養(yǎng)，受紫外線直射，而沒有原生的微生物；但是空氣中漂浮的塵埃上，吸附著來源于周圍環(huán)境的微生物芽孢、孢子和細菌；空氣中微生物的種類、數(shù)量與空氣中塵埃顆粒數(shù)和周圍環(huán)境有密切關系；宿舍空氣微生物含量：2萬cfu/m3；畜舍空氣微生物含量：200萬cfu/m3發(fā)酵車間和潔凈生產車間一般在數(shù)十米高空取氣；微生物生態(tài)主題醫(yī)學知識5空氣中的微生物空氣中沒有營養(yǎng)，受紫外線直射，而沒有原生的微生水體中的微生物水體中

4、微生物區(qū)系，受水體中化學物質（有機物、無機物、有毒物質）含量和種類的影響，還受酸堿度、溫度、溶氧、滲透壓和光照的影響；微生物生態(tài)主題醫(yī)學知識6水體中的微生物水體中微生物區(qū)系，受水體中化學物質（有機物、無清水型生境與水生微生物在遠離人類活動地區(qū)的潔凈溪流、湖泊水體中，缺乏有機物，而含氧量高；原生微生物主要為化能自養(yǎng)和光能自養(yǎng)型，數(shù)量一般為10103cfu/mL；異養(yǎng)菌含量隨水體有機物含量變化而變化；微生物生態(tài)主題醫(yī)學知識7清水型生境與水生微生物在遠離人類活動地區(qū)的潔凈溪流、湖泊水體水體的自凈作用溶氧充足（流水），有機或無機物含量較低的水體，具有自凈作用，即水體中的污染物可自動消除；水體自凈作用包

5、括物理、化學和基于微生物代謝的生物化學作用；好氧菌利用水體中的有機物和無機物作為營養(yǎng)，經代謝而轉化為菌體和氣體；某些菌體還有吸附化學物質的作用；菌體可通過物理沉降、吸附或被吞食而從水體中被清除；微生物生態(tài)主題醫(yī)學知識8水體的自凈作用溶氧充足（流水），有機或無機物含量較低的水體，水體的富營養(yǎng)化作用水體富營養(yǎng)化：天然水體中由于過量污染物的存在，而引起各種水生生物和微生物的大量生長，導致水質降低的現(xiàn)象；水體富營養(yǎng)化的早期過程：過量的無機含氮、磷化合物排入水體，引起光能自養(yǎng)型微生物（藍細菌）大量生長；其死亡細胞，使水體中有機物含量提高；或者大量生活污水（物）或工業(yè)廢水直接排入水體，使水體有機物含量超過

6、水體自凈能力；微生物生態(tài)主題醫(yī)學知識9水體的富營養(yǎng)化作用水體富營養(yǎng)化：天然水體中由于過量污染物的存水體的富營養(yǎng)化的后期過程有機物豐富的水體，使好氧的異養(yǎng)菌大量生長，耗盡水中的溶氧；無氧環(huán)境使厭氧的異養(yǎng)菌大量生長，產生大量有機酸、H2S等代謝產物；缺氧和有毒物積累使魚類和好氧菌大量死亡，水體渾濁、變色、發(fā)臭；污水菌含量可達到107108cfu/mL微生物生態(tài)主題醫(yī)學知識10水體的富營養(yǎng)化的后期過程有機物豐富的水體，使好氧的異養(yǎng)菌大量土壤中的微生物土壤富含無機物、有機物、水和空氣，酸堿度、滲透壓和溫度等環(huán)境因素都適于大多數(shù)微生物生長，土壤是微生物的大本營；土壤微生物種類、數(shù)量與土壤類型、季節(jié)和深度

7、有關；地表受紫外線直射，含量較低；微生物的生長對土壤的物理結構和肥力有重要影響；微生物生態(tài)主題醫(yī)學知識11土壤中的微生物土壤富含無機物、有機物、水和空氣，酸堿度、滲透一般土壤微生物數(shù)量隨深度的變化一般土壤菌含量（104cfu/g干土壤）：細菌：10002000；放線菌：1002000；真核微生物：1020；微生物生態(tài)主題醫(yī)學知識12一般土壤微生物數(shù)量隨深度的變化一般土壤菌含量（104cfu/極端環(huán)境微生物分布在高溫、低溫、高堿、高滲、高壓、高輻射等極端環(huán)境中的微生物，稱為極端環(huán)境微生物；嗜熱微生物、嗜冷微生物、嗜酸微生物、嗜堿微生物、嗜鹽微生物和嗜壓微生物等；極端環(huán)境微生物在細胞結構組成、代謝

8、方式和遺傳結構上一般都有特殊性；研究它們具有重大的理論意義和應用價值，是目前研究的熱點；微生物生態(tài)主題醫(yī)學知識13極端環(huán)境微生物分布在高溫、低溫、高堿、高滲、高壓、高輻射等極8.3 微生物與其它生物之間的關系同一個微生物區(qū)系中的各個微生物種群之間的關系，根據(jù)相互依賴和影響程度，可區(qū)分為；種間共處、互生、共棲、競爭、拮抗等；微生物與其它大型生物（宿主）的關系，根據(jù)相互依賴和影響程度，可區(qū)分為：共棲、共生、捕食；寄生：微生物生活在宿主上，有害宿主，如病毒和病原微生物與宿主的關系；微生物生態(tài)主題醫(yī)學知識148.3 微生物與其它生物之間的關系同一個微生物區(qū)系中的各個微微生物之間的互生（mutualis

9、m）互生：兩種可以單獨生活的微生物，當它們生活在一起時，形成互相有利，或偏利于一方的關系；混菌發(fā)酵技術：依據(jù)兩（多）種微生物的互生關系，進行兩（多）種微生物共同培養(yǎng)的工業(yè)發(fā)酵技術；微生物生態(tài)主題醫(yī)學知識15微生物之間的互生（mutualism）互生：兩種可以單獨生活氧化乙酸脫硫單胞菌與綠硫菌的互生互生的本質是兩種菌的代謝和營養(yǎng)方式能夠互補；氧化乙酸脫硫單胞菌氧化乙酸產生CO2 ，進行硫呼吸產生H2S；綠硫菌以CO2為碳源，以H2S作為供氫體，進行光合作用，積累硫；微生物生態(tài)主題醫(yī)學知識16氧化乙酸脫硫單胞菌與綠硫菌的互生互生的本質是兩種菌的代謝和營共棲：一種微生物的生長在一定條件下依賴于另一種

10、微生物，兩者構成共棲關系；流感嗜血桿菌（Haemophilus influenzae ）在普通培養(yǎng)基上不能單獨生長（缺某種維生素的合成能力），可以與金黃色葡萄球菌共棲生長；微生物之間的共棲（commensalism）衛(wèi)星菌落金黃色葡萄球菌的代謝產物為流感嗜血桿菌提供了生長所必需的生長因子；微生物生態(tài)主題醫(yī)學知識17共棲：一種微生物的生長在一定條件下依賴于另一種微生物，兩者構微生物之間的拮抗（antagonism）拮抗：一種微生物的生長所產生的代謝產物，抑制另一種微生物的生長，構成拮抗；乳酸細菌生長分泌乳酸，降低環(huán)境pH值，而抑制周圍其它細菌種群的生長；平板上的青霉菌落分泌的次級代謝產物-青霉素

11、，在其擴散的區(qū)域內，細菌生長被抑制，形成抑菌圈；微生物生態(tài)主題醫(yī)學知識18微生物之間的拮抗（antagonism）拮抗：一種微生物的生微生物主要生命周期，都棲息在其它生物（宿主）上，形成共棲體，但微生物在代謝上不直接依賴宿主，稱為共棲；微生物主要生命周期，都棲息在宿主上，并與宿主之間存在密切的代謝關系，稱為共生（symbiosis）；微生物與宿主通常形成形態(tài)共同體共生體；共棲一般都是偏利關系，對微生物有利，對宿主既無利也無害；共生都是互利關系；微生物與宿主的共棲或共生微生物生態(tài)主題醫(yī)學知識19微生物主要生命周期，都棲息在其它生物（宿主）上，形成共棲體，腸道菌群與人體腸道的共棲人體腸道正常微生物

12、區(qū)系包括60-400種不同的微生物，占糞便干重的1/3，其中厭氧菌占了絕大多數(shù)；腸道為腸道菌群提供豐富的營養(yǎng)物質和良好的生長環(huán)境條件：溫度（37）、pH值（中性）、無氧；腸道正常菌群抑制外來病原菌在腸道中生長，維持腸道正常功能；并為人體提供各種維生素、氨基酸等營養(yǎng)物質；產氣體和糞臭素；人體腸道與腸道菌群形成了互利共棲關系；微生物生態(tài)主題醫(yī)學知識20腸道菌群與人體腸道的共棲人體腸道正常微生物區(qū)系包括60-40共生體地衣地衣（lichen ）：絲狀真菌無規(guī)則地纏繞藻類，形成具有一定排列層次的殼狀、葉狀或灌木狀的共生體；共生藻類屬于光能自養(yǎng)型，利用光能、CO2和無機元素合成有機物；絲狀真菌從藻類獲得

13、有機營養(yǎng)物，利用藻類光合作用釋放的O2進行呼吸；真菌代謝產酸，溶解礦物質，為藻類生長提供水和無機元素，并提供保護；微生物生態(tài)主題醫(yī)學知識21共生體地衣地衣（lichen ）：絲狀真菌無規(guī)則地纏繞藻共生體根瘤根瘤（rootnodule ）：根瘤菌屬（Rhizobium ）與豆科植物的根部組織形成的共生體；根瘤菌進行生物固氮，為豆科植物提供氮源；植物為根瘤菌提供除氮源以外的全部營養(yǎng)要素，并且為根瘤菌提供生物固氮所需要的厭氧環(huán)境；微生物生態(tài)主題醫(yī)學知識22共生體根瘤根瘤（rootnodule ）：根瘤菌屬（Rh根瘤的形成過程根瘤菌通過共生固氮，為豌豆提供氮源微生物生態(tài)主題醫(yī)學知識23根瘤的形成過程根

14、瘤菌通過共生固氮，為豌豆提供氮源微生物生態(tài)主共生體外生菌根（ectomycorrhiza ）外生菌根：絲狀真菌與植物根部的皮層組織形成的共生體，并在根表面形成菌套；共生真菌代替根毛為宿主吸收營養(yǎng)，并分泌代謝產物調節(jié)宿主代謝；宿主為共生真菌提供促進生長的生長因子；微生物生態(tài)主題醫(yī)學知識24共生體外生菌根（ectomycorrhiza ）外生菌根：共生體內生菌根（endotrophic mycorrhiza）內生菌根：由真菌生長在植物根部皮層組織的細胞間隙，形成的共生體；共生真菌菌絲多分支，并形成叢枝狀或泡囊，也稱叢枝狀菌根（arbuscular mycorrhiza，AM）；共生的真菌也稱AM真

15、菌；植物為AM真菌提供生長因子， AM真菌幫助植物從土壤中吸收營養(yǎng)；約80的陸生植物具有內生菌根；微生物生態(tài)主題醫(yī)學知識25共生體內生菌根（endotrophic mycorrhiz叢枝狀菌根（AM）真菌的系統(tǒng)分類地位球囊菌門（Glomeromycota ）球囊菌綱（Glomeromycetes） 原囊霉目（Archaeosporales ）多孢囊霉目（Diversisporales ）球囊霉目（Glomerales ）類球囊霉目（Paraglomerales ）微生物生態(tài)主題醫(yī)學知識26叢枝狀菌根（AM）真菌的系統(tǒng)分類地位球囊菌門（Glomero共生體牛的瘤胃牛是反芻動物，有四個胃：瘤胃、網

16、胃、瓣胃和皺胃；位于最上部的瘤胃是胃與微生物構成的共生體；構成瘤胃的微生物區(qū)系，稱為瘤胃微生物（rumen microorganisims），其中包括細菌（1010cfu/mL），真菌孢子（103-105個/克），噬菌體（106-107pfu/mL），原生動物（4106個/mL）；瘤胃微生物的代謝和營養(yǎng)類型：厭氧、兼性厭氧的纖維素、半纖維素分解菌、固氮菌、產甲烷菌、各種發(fā)酵和無氧呼吸產能細菌；微生物生態(tài)主題醫(yī)學知識27共生體牛的瘤胃牛是反芻動物，有四個胃：瘤胃、網胃、瓣胃和瘤胃的共生關系牛食進草類，為瘤胃微生物提供碳源和無機鹽；提供3841，pH值5.57.3的無氧生長環(huán)境；瘤胃微生物分解草料

17、中的糖、淀粉、果膠、纖維素、半纖維素等，進行生物固氮，產生小分子脂肪酸、CO2、H2和甲烷等代謝產物，以及大量菌體；脂肪酸被吸收作為反芻動物的能源；CO2、H2和甲烷通過噯氣被釋放；瘤胃微生物進入下面的胃，作為營養(yǎng)被消化，為牛提供糖類、氨基酸、維生素等營養(yǎng)物；微生物生態(tài)主題醫(yī)學知識28瘤胃的共生關系牛食進草類，為瘤胃微生物提供碳源和無機鹽；提供微生物生態(tài)主題醫(yī)學知識培訓課件生物在生態(tài)系統(tǒng)中的作用生產者（productor）：光能營養(yǎng)型、化能無機自養(yǎng)型的大型植物和微生物，將無機物轉化為有機物，將光能轉化為化學能，并儲存；消費者（consumer）：化能異養(yǎng)型（有機營養(yǎng)型）的大型動物和微生物，主要

18、儲存和轉化有機物，消耗和儲存化學能；分解者（decomposer）：化能異養(yǎng)型（有機營養(yǎng)型）的微生物，儲存、轉化、徹底分解有機物產生無機物，消耗和儲存化學能；微生物生態(tài)主題醫(yī)學知識30生物在生態(tài)系統(tǒng)中的作用生產者（productor）：光能營養(yǎng)微生物在碳循環(huán)中的作用CO2碳水化合物其它含碳有機物甲烷 CO2 ；自養(yǎng)菌的CO2同化、異養(yǎng)菌的碳分解代謝（糖酵解、TCA循環(huán)、呼吸和發(fā)酵；產甲烷菌的發(fā)酵；微生物生態(tài)主題醫(yī)學知識31微生物在碳循環(huán)中的作用CO2碳水化合物其它含碳有機物甲微生物在氮循環(huán)中的作用氮循環(huán)：N2NH3 P- NH3 NO2- NO3- N2生物固氮（各種固氮菌）；氨基化作用、氨化

19、作用（異養(yǎng)菌、硝酸鹽呼吸菌）、氨同化作用（assimilation of ammonium）；硝化作用（自養(yǎng)菌）；同化型硝酸鹽還原反應（利用硝基氮為氮源的微生物）、異化型硝酸鹽還原反應（脫氮作用、反硝化作用）（硝酸鹽呼吸菌）；微生物生態(tài)主題醫(yī)學知識32微生物在氮循環(huán)中的作用氮循環(huán)：N2NH3 P- NH3微生物在氮循環(huán)中的作用微生物生態(tài)主題醫(yī)學知識33微生物在氮循環(huán)中的作用微生物生態(tài)主題醫(yī)學知識33微生物在硫循環(huán)中的作用硫循環(huán)：SO42- P-SH H2S S SO342- SO42-微生物生態(tài)主題醫(yī)學知識34微生物在硫循環(huán)中的作用硫循環(huán)：SO42- P-SH 環(huán)境中不溶性磷酸鹽經微生物作用轉

20、化為可溶性磷酸鹽；無機磷經微生物同化為有機含磷化合物；有機含磷化合物經微生物的分解代謝轉化為無機磷；微生物在磷循環(huán)中的作用微生物生態(tài)主題醫(yī)學知識35環(huán)境中不溶性磷酸鹽經微生物作用轉化為可溶性磷酸鹽；微生物在磷8.5 微生物與污水處理污水處理技術是目前應用最普遍的，涉及微生物的環(huán)境修復技術；污水處理技術：綜合運用物理、化學和生物化學方法降低污水的BOD5或COD，分解或除去有毒物質，而達到水的排放標準；其中利用混合菌群（生物膜、活性污泥）的代謝作用，將有機物和有毒物質分解、轉化為菌體、各種氣體（ CO2 、H2、CH4 、H2S、 NH3 ）的生化反應過程是污水處理技術的主要組成部分；微生物生態(tài)

21、主題醫(yī)學知識368.5 微生物與污水處理污水處理技術是目前應用最普遍的，涉及污水有機物含量的間接指標污水有機物含量指標污水就是含有較高濃度的有機或無機污染物，或有毒物質，而失去自凈能力的水；五日生化需氧量（biological oxygen demand， BOD5 ）：在20下，1L污水被微生物氧化，在5日內所消耗氧的毫克數(shù)，是污水有機物含量指標；化學需氧量（chemical oxygen demand，COD ）：用強氧化劑（K2Cr2O7 ）處理1L污水，使有機物質迅速氧化，所消耗氧的毫克數(shù)，較BOD5測量迅速簡便，也是常用污水有機物含量指標；微生物生態(tài)主題醫(yī)學知識37污水有機物含量的間

22、接指標污水有機物含量指標污水就是含有較高濃活性污泥和生物膜活性污泥（activated sludge）：由各種微生物、原生動物構成的一個群落，以微小絮凝團的形式存在；能夠吸附污、氧化、分解、轉化水中的有機物和毒物，用作污水處理的微生物催化劑；生物膜（biofilm）：由各種微生物、原生動物、藻類構成的一個群落，吸附在固體表面，以一層粘滑菌膜的形式存在；生物膜的群落組成比活性污泥更加復雜，處理有機物的能力更強；微生物生態(tài)主題醫(yī)學知識38活性污泥和生物膜活性污泥（activated sludge）污水的活性污泥曝氣處理方法利用好氧活性污泥作催化劑，在通氣條件下，進行污水處理的方法，屬于流化床反應器方式；活性污泥由各種好氧菌群組成，通過分解代謝和有氧呼吸，徹底氧化分解有機物，產生菌體、CO2、NH3、H2S、H2等；適用于COD