微生物的生態(tài)

第八章微生物的生態(tài)一、微生物生態(tài)學(xué)的研究內(nèi)容1.

概念:

生態(tài)學(xué)是研究生命系統(tǒng)與環(huán)境系統(tǒng)相互作用及規(guī)律的科學(xué)。2.微生物生態(tài)學(xué)研究內(nèi)容：

微生物的群落結(jié)構(gòu)；微生物與宏觀、微觀環(huán)境系統(tǒng)間相互作用的規(guī)律及其應(yīng)用。微生物群體與其周圍生物和非生物環(huán)境條件相互作用的規(guī)律。第一節(jié)、微生物在自然界中的分布

與菌種資源一、微生物在自然界中的分布（一）土壤中的微生物——土壤是微生物的大本營土壤環(huán)境適合微生物的生長：營養(yǎng)、水分、空氣、酸堿度、滲透壓和溫度條件都適于微生物的生活，是微生物的大本營、也是人類最豐富的“菌種資源庫”。種類：細(xì)菌>放線菌>真菌>藻類>原生動(dòng)物

~108~107 ~106 ~105 ~104 ~103個(gè)/g

細(xì)菌多為異養(yǎng)類型；藻類為光能自養(yǎng)作用：在物質(zhì)循環(huán)中起重要作用，降解土

壤有機(jī)物。因此，土壤微生物是構(gòu)成土壤肥力的重要因素。土壤中微生物的含量土壤中微生物的含量與土壤有機(jī)質(zhì)含量有直接關(guān)系。表層耕作土中含量最高，耕作層厚度20~30cm，地表土受陽光直接照射，其中微生物含量較低。采取土樣時(shí)一般要刮開表土2~3cm后采樣。我國各主要土壤的含菌量(萬/克干土)土類 地點(diǎn) 細(xì)菌 放線菌 真菌暗棕壤 黑龍江呼瑪 2,327 612 13棕壤 遼寧沈陽 1,284 39 36黃棕壤 江蘇南京 1,406 271 6紅壤 浙江杭州 1,103 123 4磚紅壤 廣東徐聞 507 39 11磷質(zhì)石灰土 西沙群島 2,229 1,105 15黑土 黑龍江哈爾濱 2,111 1,024 19黑鈣土 黑龍江安達(dá) 1,074 319 2棕鈣土 寧夏寧武140 11 4草甸土 黑龍江亞溝 7,863 29 23嶁土 陜西武功 951 1,032 4白漿土 吉林皎河 1,598 55 3濱海鹽土 江蘇連云港 466 41 0.4水環(huán)境：地球的70%左右由水覆蓋，其中溶解

和懸浮有機(jī)物、無機(jī)物，流動(dòng)水有氧滲

入可供微生物生長。

自然界江河湖海等各種淡水與咸水水域中都生存著相應(yīng)的微生物。水域中微生物的種類和數(shù)量與水域的有機(jī)物、無機(jī)物的種類和含量，光照、酸堿度、滲透壓、溫度、含氧量和有毒物質(zhì)的含量有密切關(guān)系（二）水中的微生物微生物在自然界中的分布微生物種類：

水中有機(jī)物含量多少?zèng)Q定微生物種類。作用：在水生環(huán)境的食物鏈中起關(guān)鍵作用。

浮游生物無脊椎動(dòng)物魚類光合細(xì)菌水中的微生物水淡水海水地下水：無色桿菌、黃桿菌、革蘭氏陽性桿菌、微球菌、諾卡氏菌地表水溪水：營養(yǎng)少、主要是革蘭氏陰性無芽孢桿菌、生絲微菌河水：出現(xiàn)假單孢菌、芽孢、腸桿菌、弧菌、螺菌、硫細(xì)菌、微球菌、八疊球菌、諾卡氏菌、鏈球菌、螺旋體等污水生活污水：熒光、綠膿、變形、枯草、陰溝、大腸、糞鏈球菌、病毒和噬菌體生產(chǎn)污水：與所含污物有關(guān)海水：平均含鹽量：3.5%，密度大、滲透壓高、冰點(diǎn)低微生物組成：多數(shù)為革蘭氏陰性菌、多嗜鹽、河口處有耐鹽菌，嗜鹽菌：低嗜鹽菌，適于生活在鹽濃度2~5%； 中等嗜鹽菌，適于生活在鹽濃度5~20%； 高嗜鹽菌：適于生活在鹽濃度20~30%形態(tài)：多有鞭毛，常見多形性、可變?yōu)榍蛐?、弧形、絲狀及螺旋狀，個(gè)體?。簧恚杭嫘詤捬?，生長慢，能在低營養(yǎng)下生活，常產(chǎn)色素，分解蛋白質(zhì)能力強(qiáng)，解糖能力低，多嗜冷，對熱敏感；分布：垂直分布明顯：①透光區(qū)：多種微生物生長②無光區(qū)：25m-200m，較多③深海區(qū)：200-600m，極少④超深淵區(qū)：極少耐壓菌生長常見菌種：假單孢菌、弧菌、螺菌、無色桿菌、黃桿菌清水型水生微生物潔凈湖泊和水庫，微生物數(shù)量少（10~103/ml），以化能自養(yǎng)型和光能自養(yǎng)型微生物為主，部分腐生細(xì)菌，如色桿菌、無色桿菌和微球菌等；霉菌中如水霉、綿霉等的一些種；以及單細(xì)胞和絲狀的藻類和一些原生動(dòng)物常在水面生長，數(shù)量較少。以上微生物種類可以認(rèn)為是水中的“土著”菌群。類型：流經(jīng)城市的河水、港口附近的海水、滯留的池水、陰溝水環(huán)境情況：流入了大量的人畜排泄物、生活污物和工業(yè)廢水等，有機(jī)物含量大增微生物數(shù)量和類群：數(shù)量：大量外來的腐生細(xì)菌，使腐敗型水生微生物尤其是細(xì)菌和原生動(dòng)物大量繁殖，每毫升污水的微生物含量達(dá)到107~108個(gè)。類群：革蘭氏陰性無芽孢桿菌，如Proteus、E.coli、Enterobacteraerogenes和Alcaligenes等，各種Bacillus、Vibrio和Spirillum等的一些種纖毛蟲類、鞭毛蟲類和根足蟲類等原生動(dòng)物還有一些隨人畜排泄物和病體污物進(jìn)入水體的動(dòng)植物致病菌繁殖及后果：通常因水體環(huán)境中的營養(yǎng)等條件不能滿足其生長繁殖的要求，加上周圍其它微生物的競爭和拮抗關(guān)系，一般難以長期生存，但由于水體的流動(dòng)，也會造成病原菌的傳播甚至疾病的流行。腐敗型水生微生物水的自凈作用污水中的微生物在污水環(huán)境中大量繁殖，逐漸把水中的有機(jī)物分解成簡單的無機(jī)物，同時(shí)它們的數(shù)量隨之減少，污水也就逐步凈化變清。在自然水體尤其是快速流動(dòng)的水中，存在著對有機(jī)或無機(jī)污染物的自凈作用。其原因是多方面的，有稀釋、沉降、吸附等物理作用，更重要的是各種生物學(xué)和生物化學(xué)作用，如好氧菌對有機(jī)物的分解作用、原生動(dòng)物對細(xì)菌等的吞噬作用，噬菌體對宿主的裂解作用，以及微生物產(chǎn)生的凝膠物質(zhì)對污染物的吸附、沉降作用等使水中有機(jī)物含量降低，這種作用稱為水的自凈作用。是流水不腐的原因。飲用水標(biāo)準(zhǔn)水源的飲用價(jià)值：良好的飲用水細(xì)菌含量應(yīng)在100個(gè)/ml以下，當(dāng)超過500個(gè)/ml時(shí)，即不適合作為飲用水。更重要的是水中的微生物種類，一般用大腸菌群數(shù)作為是否含有病原菌的指標(biāo)。1mL自來水中細(xì)菌總數(shù)不可超過100個(gè)(37℃，培養(yǎng)24h)1000mL自來水中大腸菌群數(shù)不能超過3個(gè)(37℃，培養(yǎng)48h)

大腸菌群：指任何可能發(fā)酵乳糖產(chǎn)酸產(chǎn)氣的G-、桿狀、無芽孢、兼性厭氧的腸道細(xì)菌，包括產(chǎn)氣腸桿菌、檸檬酸桿菌屬和肺炎克氏桿菌等，典型代表E.coli空氣中的微生物空氣中的環(huán)境條件：無營養(yǎng)和水分、紫外線直射存在狀態(tài)：漂浮，短暫停留，以吸附于塵埃微粒上的形式存在?？諝庵械膲m埃顆粒數(shù)與微生物數(shù)量有直接關(guān)系。分布：越接近地面的空氣含菌量越高，目前人類檢測到微生物存在的最高處為85km的高空。種類：球菌、芽孢桿菌、產(chǎn)色素細(xì)菌、真菌孢子,在醫(yī)院，公共場所致病菌的數(shù)量多?？諝庵形⑸飻?shù)量的測定：培養(yǎng)皿沉降法、液體阻留法空氣中微生物的殺滅與去除：紫外線照射、甲醛熏蒸、藥物噴霧、過濾除菌等，常用的過濾介質(zhì)有棉花、紗布、石棉濾板、活性炭或超細(xì)玻璃纖維過濾紙等。工農(nóng)業(yè)產(chǎn)品上的微生物工業(yè)品：食品：農(nóng)產(chǎn)品：微生物引起的工業(yè)產(chǎn)品的霉腐工業(yè)品類型：纖維制品、革制品、橡膠制品、油漆、卷煙、化妝品等，塑料、水性涂料等，光學(xué)鏡頭、棱鏡、建筑泥漿、鋼纜、地下管道、金屬材料等，電訊器材、感光和錄音錄象材料、文物、書畫等材料劣化：工農(nóng)業(yè)產(chǎn)品因受氣候、物理、化學(xué)或生物因素的作用而被破壞的現(xiàn)象微生物引起的劣化種類：霉變（mildew，mouldness）：由霉菌引起的劣化腐朽（decay）泛指在好氧條件下微生物酶解有機(jī)質(zhì)使其劣化的現(xiàn)象，常見的如由擔(dān)子菌引起的木材或木制品的腐朽現(xiàn)象腐爛（或腐敗，Putrefection，rot）主要指由細(xì)菌或酵母菌引起的使物體變軟、發(fā)臭性的劣化腐蝕（corrosion）主要指由硫酸鹽還原細(xì)菌、鐵細(xì)菌或硫細(xì)菌引起的金屬材料的侵蝕、破壞性劣化變質(zhì)（deterioration）指由各種生物或非生物因素引起的工農(nóng)業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量下降的現(xiàn)象霉腐微生物學(xué)定義：工農(nóng)業(yè)產(chǎn)品的劣化主要是霉變與腐爛，故研究危害各種工農(nóng)業(yè)產(chǎn)品的微生物種類、分布、作用機(jī)理以及如何防治其危害的科學(xué)。霉腐微生物的作用機(jī)理：通過微生物酶系分解各種工農(nóng)業(yè)產(chǎn)品中的相應(yīng)組分產(chǎn)生危害。在礦物油中生長，不僅因大量菌體阻塞機(jī)件，代謝產(chǎn)物會腐蝕金屬器件硫細(xì)菌、鐵細(xì)菌和硫酸鹽還原菌會對金屬制品、管道和船體外殼等產(chǎn)生腐蝕菌體和代謝物屬于電解質(zhì)，對電訊、電機(jī)器材等會危及其電學(xué)性能有些霉菌分泌的有機(jī)酸能腐蝕玻璃以致嚴(yán)重降低光學(xué)儀器的性能煙葉、中藥材、化妝品、建材、圖書、文物、檔案、藝術(shù)品、生物標(biāo)本霉腐微生物的控制控制其溫度、濕度、氧氣和養(yǎng)料采用有效的化學(xué)抑菌劑、殺菌劑或物理殺菌劑在工業(yè)產(chǎn)品加工、包裝過程中，盡量保持環(huán)境衛(wèi)生并嚴(yán)防雜菌污染 工業(yè)防霉劑篩選的試驗(yàn)菌種及其特性 菌名 破壞性能Aspergillus

niger（黑曲霉） 在許多材料上廣泛生長，抗銅鹽Asp.terreus（土曲霉） 侵蝕多種材料Aureobacidium

pullulans（出芽短梗霉） 侵蝕涂漆與噴漆Paecilomyces

varioti（宛氏擬青霉） 侵蝕塑料和皮革Penicillium

funiculosum（繩狀青霉） 侵蝕織物及多種材料P.ochro-chloron（赭綠青霉） 侵蝕塑料與織物，抗銅鹽Scopularriopsis

brevicaulis（短柄帚霉） 侵蝕橡膠Tricoderma

viride（綠色木霉） 侵蝕纖維織物與塑料食品上的微生物食品的基質(zhì)條件：含有豐富的營養(yǎng)物質(zhì)和適宜的環(huán)境食品上微生物的來源：食品原料的采收、運(yùn)輸、加工和包裝過程中被微生物污染，食品原料在土壤中生長所正常帶有的微生物污染食品的微生物種類：Aspergillus、Penicillium、Fusarium、Alternaria、Paecilomyces、Rhizopus、Mucor、Trichoderma、Phoma、

Escherichiacoli、Staphylococcusaureus、Bacillussubtilis、B.megaterium、Salmonella、Proteusvulgaris、Pseudomonasaeroginosa、Lactobacillus、Streptococcuslactis、Clostridium、Sacchromyces

cerevisiae等。微生物污染的危害：除引起食品變質(zhì)外，還可能含有各種致病菌和毒素等有害代謝產(chǎn)物，會引起人類的各種嚴(yán)重疾病防止霉腐的方法：在加工、制造、包裝過程中必須特別注意清潔衛(wèi)生控制保藏條件——采用低溫、干燥、密封等措施添加少量無毒的化學(xué)防腐劑——如苯甲酸、山梨酸、脫氫醋酸、維生素K、丙酸、二甲基延胡索酸等主要食品中常見防腐劑的應(yīng)用情況食品名 硝酸鹽 SO2 環(huán)六甲 甲酸 乙酸 丙酸 山梨酸 苯甲酸 對羥基 聯(lián)苯 煙熏 亞硝酸鹽 基胺 苯甲酸酯干酪 （+） – （+） – – + ++ （+） （+） – ++肉制品 ++（+） –

–

–

– +

–

（+）

– ++水產(chǎn)品 + – +

– ++

– + + +

– ++蔬菜食品– +

– + ++

– ++ ++ （+） –

–果品 – ++

– + +

– ++ ++ （+）

（+）

–軟飲料 – ++

–

+

–

– ++ ++ （+）

–

–葡萄酒 – ++

–

–

–

– ++

–

–

–

–面包 –

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– ++ ++

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–

–糖果糕點(diǎn)–

–

–

–

–

– ++ （+） + –

–罐頭食品的變質(zhì)與微生物罐頭食品的種類：酸性食品罐頭：屬于一般酸性食品（pH3.7~4.5）者，如番茄、梨、無花果、菠蘿和其它水果罐頭；屬于高酸食品（pH<3.7）者，如泡菜、漿果和檸檬汁罐頭。 用較低的滅菌溫度即可達(dá)到長期保藏的目的。 變質(zhì)時(shí)，從中可分離到Bacillusthermoacidurans（嗜熱耐酸芽孢桿菌） 等“平酸菌”和產(chǎn)酸產(chǎn)氣菌，如Clostridiumpasteurianum（巴氏梭菌）、C.butyricum（丁酸梭菌）、Lactobacillusbrevis（短乳桿菌）、Leucomostoc（明串珠菌）等。低酸或中酸食品罐頭：pH>5的食品稱低酸食品，如多數(shù)肉類、海產(chǎn)品、牛奶、玉米和豌豆等；pH為4.5~5的食品則稱中酸食品，如肉菜混合物、湯料和沙司等。 需要用較高的滅菌溫度，特別是肉類罐頭。 變質(zhì)時(shí)，可檢出Bacillusstearothermophilus（嗜熱脂肪芽孢桿菌）和B.coagulans（凝結(jié)芽孢桿菌）等“平酸菌”，還可分離到Clostridiumthermosaccharolyticum（嗜熱解糖梭菌）等成算產(chǎn)氣菌以及分解蛋白質(zhì)的C.sporogenes（生孢梭菌）、C.histolyticum（溶組織梭菌）和C.botulinun

（肉毒梭菌）等厭氧梭狀芽孢桿菌。除平酸菌外在生長過程中都會產(chǎn)生大量的CO2和H2，從而引起罐頭膨脹（“胖聽”）。其中的C.botulinum還會產(chǎn)生對人畜有劇毒的細(xì)菌外毒素——肉毒毒素。農(nóng)產(chǎn)品上的微生物——糧食和飼料上的微生物主要菌種：以青霉屬、曲霉屬、鐮孢霉屬（Fusarium）等的一些種為主。真菌毒素：目前已知的五萬多種真菌中，至少有兩百多個(gè)種能產(chǎn)生一百多種真菌毒素，其中有14種致癌，兩種是劇毒致癌劑，其一為黃曲霉毒素（aflatoxin），另一種是由某些鐮孢菌產(chǎn)生的單端孢烯族毒素T2。凡是被霉菌嚴(yán)重污染的糧食一般都含有多種真菌毒素，因此，“防癌必先防霉”。一份“黃變米”試樣中70%米粒污染有產(chǎn)毒真菌，并都含有真菌毒素；北京空氣中飄浮的真菌中11.5％是產(chǎn)毒真菌。主要真菌毒素：黃曲霉毒素、赭曲霉素、雜色曲霉素、島青霉素、黃天精、環(huán)氯素、展青霉素、桔青霉素、皺褶青霉素、黃綠青霉素、青霉酸、圓弧青霉素、偶氮酸、單端孢烯族毒素、二氫雪腐鐮刀菌烯酮和T2毒素等。（五）極端環(huán)境條件下的微生物依賴于極端環(huán)境才能生長繁殖的微生物稱極端微生物或嗜極菌極端環(huán)境包括:高溫、低溫、高酸、高鹽、高堿、高毒、高滲高壓、高輻射強(qiáng)度和干旱等環(huán)境研究進(jìn)化及細(xì)胞構(gòu)造、生命活動(dòng)有意義嗜熱微生物分布：草堆、廄肥、煤堆、溫泉、火山地、地?zé)釁^(qū)土壤及火山口

耐熱菌-最高45-50℃,最低<30℃

兼性嗜熱菌-最高50-65℃,最低<30℃嗜熱菌專性嗜熱菌-最適65-70℃,最低<42℃

極端嗜熱菌-最高>70℃,最適>65℃,最低>40℃

超嗜熱菌-最高113℃,最適80-110℃,最低～55℃不同微生物溫度上限的一般規(guī)律原核生物高于真核生物古細(xì)菌高于真細(xì)菌非光能營養(yǎng)細(xì)菌高于光能營養(yǎng)細(xì)菌單細(xì)胞生物高于多 細(xì)胞生物構(gòu)造簡單生物高于構(gòu)造復(fù)雜生物2.嗜冷微生物指一類最適生長溫度低于15℃、最高生長溫度低于20℃和最低生長溫度在0℃以下的細(xì)菌、真菌和藻類等微生物耐冷微生物：在0℃以下生長，但其最適生長溫度為20-40℃的微生物分布：極地、深海、高山、冰窖和冷庫嗜冷機(jī)制：CM含有大量不飽和脂肪酸3.嗜酸微生物只能生活在低pH(<4)條件下,中性條件下即死亡的微生物耐酸微生物:可在pH<5時(shí)生長,但因?yàn)樵谥行詶l件下也能生活的微生物嗜酸機(jī)制:CW和CM具有排阻外來H+和從細(xì)胞中排出H+的能力,且CW和CM還需高H+濃度才能維持其正常結(jié)構(gòu)4.嗜堿微生物能專性生活在pH10-11的堿性條件下而不能生活在中性條件下的微生物存在于堿性鹽湖和碳酸鹽含量高的土壤嗜堿機(jī)制:不清楚嗜堿菌的酶類已被開發(fā)并添加在洗滌劑中5.嗜鹽微生物必須在高鹽濃度下才能生長的微生物極端嗜鹽菌:必須生活在12-30%NaCl(2.5-5.2M)中的細(xì)菌低度嗜鹽菌:3%(約0.2-0.5M)中度嗜鹽菌:05.-2.5M耐鹽微生物:既能在高鹽度環(huán)境下生活,又能在低鹽度環(huán)境下正常生活的微生物分布:鹽湖,曬鹽場和腌制品6.嗜壓微生物必須生長在高靜水壓環(huán)境中的微生物分布深海中,油井中300m內(nèi)各種微生物生存300-1000m,少量嗜壓菌兼嗜冷菌10500m,極端嗜壓菌儀器要求高,不易培養(yǎng),進(jìn)展慢7.抗輻射微生物僅能稱抗性或耐受性微生物高于高等動(dòng)、植物原生動(dòng)物抗輻射能力高耐輻射異常球菌抗輻射能力最強(qiáng)其基因已破譯全長3.28Mb（六）生物體內(nèi)外正常菌群（以人為例）正常菌群：生活在健康動(dòng)物各部位，數(shù)量大、種類較穩(wěn)定且一般是有益無害的微生物。正常菌群與人體的關(guān)系：一般能維持平衡，菌群內(nèi)部的各種微生物之間，也是相互制約而維持相對穩(wěn)定。條件致病菌：凡屬正常菌群的微生物，由于

機(jī)體防御性降低、生存部位的改變或因數(shù)

量劇增等情況而引起疾病者。菌群失調(diào)：正常菌群由于某些外界因素的影

響，使其中各種微生物間的相互制約關(guān)

系破壞，能引起疾病。微生物在自然界中的分布1.人體的正常菌群變化情況：正常菌群是相對的、可變的、有條件的。機(jī)體防御機(jī)能減弱時(shí)，一部分正常菌群會成為病原微生物；正常菌群在非正常部位時(shí)也可引起疾?。挥捎谕饨缫蛩氐挠绊?，破壞了各種微生物之間的相互制約關(guān)系，正常菌群也會引起疾?。ň菏д{(diào)癥）。無菌動(dòng)物：凡在其體內(nèi)外不存在任何正常菌群的動(dòng)物。起源于1928年主要用于實(shí)驗(yàn)，能排除正常菌群的干擾悉生生物：凡已人為地接種上某種或某些已知純種微生物的無菌動(dòng)物或植物即已知其上所含的微生物群的大生物巴斯德提出，悉生生物學(xué)或悉生學(xué)2.無菌動(dòng)物與悉生生物3.根際微生物和附生微生物1）根際微生物：利用根系分泌的物質(zhì)大量繁

殖的微生物。

作用：加強(qiáng)土壤有機(jī)物分解，為植物提供

養(yǎng)分；分泌激素、維生素；產(chǎn)生抗

生素，抑制病源菌生長。

有害影響：與植物爭奪養(yǎng)分、分泌有毒物質(zhì)。2）附生微生物：利用植物表面外滲和分泌物

質(zhì)為營養(yǎng)的微生物。作用：促進(jìn)植物發(fā)肓、提高種子質(zhì)量有害影響：引起植物腐爛微生物在自然界中的分布二、菌種資源開發(fā)工業(yè)發(fā)酵產(chǎn)物的性質(zhì)：菌體物質(zhì)生產(chǎn)分解酶類生產(chǎn)主流代謝產(chǎn)物、次生代謝產(chǎn)物或生物合成產(chǎn)物菌種篩選的一般原則和基本步驟：采集菌樣：了解目標(biāo)菌分布情況、首選樣品是土壤富集培養(yǎng)：利用選擇性培養(yǎng)基的原理，向所采土樣中加入某些特殊營養(yǎng)物，并創(chuàng)造一些有利于待分離對象生長的條件，使樣品中少量的能分解利用該營養(yǎng)物的微生物大量繁殖，以提高其在群體中的比例，使之便于分離。純種分離：見第七章第五節(jié)“菌種的衰退、復(fù)壯與保藏”。性能測定：采取土壤樣品要考慮的幾個(gè)問題土質(zhì)肥，微生物含量高，特別肥沃的土壤中細(xì)菌多，放線菌少；在植物殘?bào)w枯枝落葉下的土壤中較多含有拮抗性真菌。離地面5~20cm處的土壤通氣良好、不受陽光直射，含菌量最高。采土季節(jié)以春秋兩季最好。采土方法：選擇適當(dāng)?shù)攸c(diǎn)、鏟除表土、取土樣數(shù)十克，盛入事先準(zhǔn)備的無菌防水紙袋中，其上記錄采土?xí)r間、地點(diǎn)、植被情況等。多點(diǎn)采土、混合分離，可以代表每一地塊上的微生物分布平均情況土樣的富集培養(yǎng)含有目的菌較多的土樣不需要富集培養(yǎng)如果原有樣品中目的菌含量低，可以人為地添加相應(yīng)的基質(zhì)，培養(yǎng)使之以較其它微生物更快的速度生長繁殖，從而提高它們在樣品中的比例，便于分離。富集培養(yǎng)的一般方法：采用有利于目的菌種而不利于無關(guān)微生物的營養(yǎng)和培養(yǎng)條件，以達(dá)到使目的菌種在群體中比例上升的目的。一些有特定物質(zhì)產(chǎn)生能力的菌種，不容易富集，只有通過大量艱苦的工作篩選取得。某些細(xì)菌的富集條件

富集對象 接種菌樣 添加營養(yǎng)物(g) 特殊培養(yǎng)條件好氧氨基酸氧化菌 土壤 – 好氧，pH7.0好氧性芽孢桿菌 土壤，巴氏消毒 –

好氧，pH7.0氨基酸發(fā)酵性梭菌 土壤，巴氏消毒 –

厭氧，pH7.0耐堿解尿素芽孢菌 土壤，巴氏消毒 尿素50 好氧，pH8.6

厭氧八疊球菌 土壤 葡萄糖20 厭氧，pH2~3

乳酸菌 植物體或牛奶 葡萄糖20 厭氧，pH6.5

腸道細(xì)菌 土壤或污水 葡萄糖20，CaCO320 好氧或厭氧，pH7.0

丙酸菌 干酪 乳酸鈉20 厭氧，pH7.0

醋酸菌 果實(shí)或生啤酒 乙醇40 好氧，pH6.0注：培養(yǎng)基成分為酵母膏10g，KH2PO4或K2HPO41.0g，MgSO4·7H2O0.2g，加水1000ml。一般培養(yǎng)在30℃下。第二節(jié)微生物與生物環(huán)境間的關(guān)系

1既利甲又利乙(+,+)：共生互利共棲2利甲而損乙(+,-)：寄生，捕食，拮抗3利甲而不損乙(+,0)：偏利共棲4不損甲而利乙(0,+)：同35既不損甲也不損乙,好不利甲又不利乙(0,0)：中性6不利甲而損乙(0,-)：偏害共棲7損甲而利乙(-,+)：同28損甲而不利乙(-,0)：同69既損甲也損乙(-,-)：競爭共棲一、互生定義：兩種可以單獨(dú)生活的生物，當(dāng)它們生活在一起時(shí)，通過各自的代謝活動(dòng)而有利于對方，或偏利于一方的生活方式。微生物間的互生關(guān)系：好氧性自生固氮菌與纖維分解菌氧化乙酸脫硫單胞菌與一種綠硫細(xì)菌，衛(wèi)星狀共棲，脫氫與光合拉曼毛霉與一種紅酵母，都是VB1需求者，都是只能合成硫胺素分子的一半結(jié)構(gòu)；二者共棲時(shí)，互相吸收對方分泌物而可以不需要VB1，此為代謝共棲。人體的腸道正常菌群：排阻、抑制外來致病菌提供若干種維生素：如VB1、B2、B6、B12、VK、煙酸、泛酸、生物素、葉酸等產(chǎn)生若干種酶類一定程度的固氮作用產(chǎn)氣體和糞臭素混菌培養(yǎng)與生產(chǎn)實(shí)踐天然混菌培養(yǎng)——純種混菌培養(yǎng)（人為的自覺的混合培養(yǎng)或混合發(fā)酵技術(shù)——生態(tài)工程）混合發(fā)酵舉例Arthrobactersimplex（簡單節(jié)桿菌）和Streptomycesroseochromogenes（玫瑰產(chǎn)色鏈霉菌）混合培養(yǎng)進(jìn)行甾體轉(zhuǎn)化Propionibacteriumshermanii（謝氏丙酸桿菌）和Bacillusmesentericus（馬鈴薯芽孢桿菌）或E.coli的混合培養(yǎng)可生產(chǎn)頡氨酸Corynebacteriumglutamicum（谷氨酸棒桿菌）和E.coli的混合培養(yǎng)可生產(chǎn)組氨酸Cellulomonasflavigena（產(chǎn)黃纖維單胞菌）和Pseudomonasputida（惡臭假單胞菌）的混合培養(yǎng)可分解97~98%的預(yù)處理稻草粉，以生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白Trichodermaviride（綠色木霉）408.2和Aspergillusoryzae（米曲霉）3.042混合曲可以提高醬油產(chǎn)率將Aspergillusniger（黑曲霉）和Zymomonasmobilis（運(yùn)動(dòng)發(fā)酵單胞菌）包埋在海藻酸鈉小球中，可以直接將淀粉漿轉(zhuǎn)化為乙醇混菌發(fā)酵分為同時(shí)合作進(jìn)行與序列發(fā)酵兩種，是根據(jù)時(shí)間上的先后與否劃分的。

2.共生（互生關(guān)系的發(fā)展）

兩種微生物共同生活時(shí)互相依賴彼此獲取一定利益，一種類型脫離另一種類型就不能獨(dú)立生活。微生物與其它生物的關(guān)系互利共生（mutualism）：

是兩者從結(jié)合中都有利。

偏利共生（commensalism）：

是一方有利，但對另一方無害。（一）微生物間的共生地衣：是藻類和真菌共生體（二）微生物與植物間的共生菌根：外生，內(nèi)生（叢枝菌根）根瘤菌與豆科植物也是共生關(guān)系（三）微生物與動(dòng)物間的共生1.微生物與昆蟲的共生：外共生和內(nèi)共生2.反芻動(dòng)物和瘤胃微生物微生物與其它生物的關(guān)系3.寄生：一種微生物從另一種微生物中獲得養(yǎng)料，藉以生長和繁殖，同時(shí)使后者蒙朧受損失或被殺死的一種相互關(guān)系。前者為寄生物，后者為寄主。微生物與其它生物的關(guān)系微生物間的寄生：噬菌體微生物與植物間的寄生：專性和兼性寄生微生物與動(dòng)物間的寄生：病原微生物如：噬菌體與細(xì)菌，蛭弧菌與細(xì)菌，均為寄生關(guān)系。微生物與其它生物的關(guān)系四、拮抗定義：由某種生物所產(chǎn)生的某種代謝產(chǎn)物可抑制他種生物的生長發(fā)育甚至殺死它們的關(guān)系。一般多用來指代微生物之間的“化學(xué)戰(zhàn)術(shù)”有時(shí)也將因某微生物生長而引起的其它條件改變抑制他種生物的現(xiàn)象稱為拮抗，如缺氧、pH值改變等拮抗關(guān)系的利用：為篩選抗生素、食品保藏、醫(yī)療保健、動(dòng)植物病害防治等提供有效手段。五、捕食定義：一種較大型的生物直接捕捉、吞食另一種小型生物以滿足其營養(yǎng)需要的相互關(guān)系。微生物間的捕食關(guān)系原生動(dòng)物吞食細(xì)菌和藻類的現(xiàn)象。真菌捕食線蟲和其它原生動(dòng)物的現(xiàn)象捕食現(xiàn)象的利用——生物防治第三節(jié) 微生物在自然界物質(zhì)

循環(huán)中的作用生物圈的繁榮發(fā)展，能量來源主要依賴于太陽，而元素來源主要依賴于由微生物推動(dòng)的物質(zhì)循環(huán)。地球進(jìn)化可分為：化學(xué)進(jìn)化和生物學(xué)進(jìn)化兩個(gè)階段。生物學(xué)進(jìn)化分為：單極生態(tài)系統(tǒng)、雙極生態(tài)系統(tǒng)、三極生態(tài)系統(tǒng)等三階段。原始地球大氣的組成氫化物氣體：水、氨、甲烷、硫化氫等。原始海洋匯集了地殼表面大量可溶性化合物，成為誕生原始生命的搖籃地球的進(jìn)化化學(xué)進(jìn)化：由無機(jī)小分子生成有機(jī)小分子物質(zhì)由有機(jī)小分子物質(zhì)形成生物大分子物質(zhì)由生物大分子組成團(tuán)聚體或微球體形式的多分子體系，并進(jìn)一步演變?yōu)樵忌镞M(jìn)化單極生態(tài)系統(tǒng)：只存在單一營養(yǎng)類型（異養(yǎng)分解者）的生態(tài)系統(tǒng)。原始湯中的生物為異養(yǎng)、厭氧、發(fā)酵代謝雙極生態(tài)系統(tǒng)：生態(tài)系統(tǒng)中具備了自養(yǎng)與異養(yǎng)（即合成和分解）兩個(gè)環(huán)節(jié)。自養(yǎng)者是藍(lán)細(xì)菌。三極生態(tài)系統(tǒng)：由于不同類型原核生物間發(fā)生內(nèi)共生作用，出現(xiàn)了真核動(dòng)物細(xì)胞和真核植物細(xì)胞，形成了三極生態(tài)系統(tǒng)。即出現(xiàn)了食物鏈。水體食物鏈（一個(gè)三極生態(tài)系統(tǒng)）消費(fèi)者分解者生產(chǎn)者大魚小魚蝦類浮游動(dòng)物真菌細(xì)菌真菌細(xì)菌一、碳素循環(huán)大氣中的CO2（0.032%）周轉(zhuǎn)利用最快。大氣中的CO2只夠綠色植物約20年使用。微生物在碳素循環(huán)中的作用：把有機(jī)物中的碳元素盡快礦化和釋放，從而使生物解處于一種良好的碳平衡循環(huán)中。地球上約90%的CO2是由微生物分解作用形成的微生物的分解作用：光合作用固定的CO2中大部分以聚糖形式積累于木本和草本植物軀干中，木材占60%，其中75%是纖維素、約20%是木質(zhì)素和木聚糖、蛋白質(zhì)僅占1%左右。在草本植物中多糖含量更高。分解纖維素的任務(wù)就是由土壤中的一些特殊微生物來完成的。醇+有機(jī)酸H2+CO2碳、氫、氧元素在自然界中的循環(huán)有氧條件下 無氧條件下光合作用 ”發(fā)酵作用呼吸作用CO2+H2O O2+“CH2O”

CH4甲烷產(chǎn)生作用化石燃料分解纖維素的微生物分解纖維素的微生物主要是擔(dān)子菌亞門非褶菌目的真菌、其它如一些放線菌、細(xì)菌和原生動(dòng)物等也具有這種能力。真菌分解纖維素的能力最強(qiáng)，包括一些子囊菌、半知菌和擔(dān)子菌。分解半纖維素的微生物：真菌在分解半纖維素的開始階段較為活躍，后期主要靠放線菌。能分解半纖維素的真菌很多，大大超過能分解纖維素的真菌。半纖維素的分解產(chǎn)物有己糖、戊糖，糖醛酸等。二、氮素循環(huán)自然界的氮素循環(huán)是各種元素循環(huán)的中心，而微生物是整個(gè)氮素循環(huán)的中心。氮元素的自然形態(tài)：（1）銨鹽、亞硝酸鹽、硝酸鹽、（2）有機(jī)含氮物、（3）氮?dú)?。（一）生物固氮?jù)70年代中期的統(tǒng)計(jì)全球生物圈每年生物固氮達(dá)1.7108噸，其中草原3.5107噸，林地4.0108噸，海洋3.6108噸，其它土壤0.6108噸。根瘤菌屬每年可為每公頃土地固氮達(dá)250Kg。生物固氮與化學(xué)固氮的比較

生物固氮 化學(xué)固氮生產(chǎn)條件 溫和（中溫、常壓） 高溫（500℃）高壓（200~500atm）產(chǎn)量 根瘤菌屬250Kg/公頃 非豆科植物共生固氮菌

22Kg/公頃 自生固氮菌

0.5~2.5Kg/公頃 共計(jì)：1.7108噸/年 5.0107噸/年 其中：草原3.5107噸 林地4.0108噸 海洋3.6108噸 其它土壤0.6108噸（二）硝化作用（nitrification）定義：土壤或水體中的氨態(tài)氮經(jīng)化能自養(yǎng)菌的氧化而成為硝酸態(tài)氮的過程。過程：兩階段——（1）由亞硝化細(xì)菌參與，銨→亞硝酸；（2）由硝化細(xì)菌參與，亞硝酸→硝酸。意義：是自然界氮素循環(huán)中不可缺少的一環(huán)，對農(nóng)業(yè)無益。（三）硝酸鹽同化作用（assimilatory nitratereduction）定義：綠色植物和微生物在利用硝酸鹽的過程中，硝酸鹽被重新還原成NH4+后再被利用于合成各種含氮有機(jī)物，這就是硝酸鹽的同化作用。（四）氨化作用（ammonnification）定義：含氮有機(jī)物經(jīng)微生物的分解產(chǎn)生氨的作用。含氮有機(jī)物的種類：蛋白質(zhì)、尿素、尿酸、幾丁質(zhì)等分解蛋白質(zhì)的微生物種類：Pseudomonasfluorescens（熒光假單胞菌），Proteusvulgaris（普通變形桿菌），Bacillusmegaterium（巨大芽孢桿菌），B.subtilis和B.mycoides（蕈狀芽孢桿菌），Clostridiumputrificum（腐敗梭菌）。分解尿素的細(xì)菌如Sporosarcinaureae（脲芽孢八疊球菌）和Bacilluspasteurii（巴氏芽孢桿菌）。分解幾丁質(zhì)的細(xì)菌如Bacteriumchitinophilum（嗜幾丁桿菌）和Chromobacteriumchitinochroma（幾丁色色桿菌）等。意義：含氮有機(jī)物必須經(jīng)過微生物降解才能被植物利用。（五）銨鹽同化作用（assimilationofammonium）所有綠色植物和微生物進(jìn)行的以銨鹽作為營養(yǎng)，合成氨基酸、蛋白質(zhì)、核酸和其它含氮有機(jī)物的作用。（六）異化性硝酸鹽還原作用（dissimilatory nitratereduction）定義：硝酸粒子作為呼吸鏈的末端電子受體被還原為亞硝酸的反應(yīng)。有時(shí)亞硝酸可進(jìn)一步通過亞硝酸銨化作用（nitriteammonification）而產(chǎn)生氨或進(jìn)一步通過反硝化作用（denitrification）產(chǎn)生氮?dú)狻O或N2O。菌種：兼性厭氧菌，行無氧呼吸的菌種。（七）反硝化作用定義：由硝酸鹽還原成NO2–并進(jìn)一步還原成N2的過程（廣義）。狹義的反硝化作用僅指由亞硝酸還原成N2的過程。條件：厭氧（淹水的土壤或死水塘中）菌種：少數(shù)異養(yǎng)和化能自養(yǎng)菌。如：Bacilluslichenoformis（地衣芽孢桿菌）、Paracoccusdenitrificans（脫氮副球菌）、Pseudomonasaeruginosa（銅綠假單胞菌）、Ps.stutzeri（施氏假單胞菌）、Thiobacillusdenitrificans（脫氮硫桿菌）以及Spirillum（螺菌屬）和Moraxella（莫拉氏菌屬）等。意義：土壤中氮元素流失的重要原因之一。水稻田中施用化學(xué)氮肥，有效利用率只有25%左右。另外可以利用水生性反硝化細(xì)菌去除污水中的硝酸鹽。（八）亞硝酸氨化作用定義：亞硝酸通過異化性還原可以經(jīng)羥胺而轉(zhuǎn)變成氨，叫做亞硝酸的氨化作用。菌種：Aeromonas（氣單胞菌屬）、Bacillus（芽孢桿菌屬）、Enterobacter（腸桿菌屬）、Flavobacterium（黃桿菌屬）、Nocardia（諾卡氏菌屬）、Vibrio（弧菌屬）和Staphylococcus（葡萄球菌屬）等。三、硫素循環(huán)與細(xì)菌的金屬濾瀝生物體對硫的需要量約為氮的1/10。硫循環(huán)與氮循環(huán)相似，各環(huán)節(jié)都有相應(yīng)的微生物參與。菌種：1.植物和微生物2.腐敗微生物3.好氧：貝日阿托氏菌屬、發(fā)硫菌屬、硫桿菌屬厭氧：綠菌屬、著色菌屬4.脫硫弧菌屬、脫硫腸狀菌屬5.脫硫單胞菌屬生物體有機(jī)硫S5.異化性硫酸鹽還原SO42–H2S1.同化性硫酸鹽還原2.脫硫作用4.硫氧化作用（2）3.硫氧化作用（1）6.異化性硫還原細(xì)菌濾瀝也稱細(xì)菌冶金，主要有三步：1.溶礦：硫酸銅溶出2.置換：用鐵屑置換銅3.再生浸礦劑：Fe2+→Fe3+又稱細(xì)菌浸出或細(xì)菌冶金原理：利用化能自養(yǎng)細(xì)菌對礦物中的硫或硫化物進(jìn)行氧化，使它不斷生產(chǎn)和再生酸性浸礦劑，并讓低品位礦石中的銅等金屬以硫酸銅等形式不斷溶解出來，然后再采用電勢較低的鐵等金屬粉進(jìn)行置換，獲取有色金屬或稀有金屬細(xì)菌瀝濾四、磷的循環(huán)能溶解土壤中的磷酸鈣或磷灰石的微生物較多。靠產(chǎn)酸作用促進(jìn)磷酸鈣溶解。如硝化細(xì)菌和硫化細(xì)菌。植素、核酸和磷脂等，能分解這些物質(zhì)的微生物更多蠟狀、蕈狀、多粘芽孢桿菌、解磷巨大芽孢桿菌等。水體中的可溶性磷酸鹽濃度過大造成水體富營養(yǎng)化，進(jìn)而嚴(yán)重污染水源。生物體有機(jī)磷磷酸或可溶性磷酸鹽不溶性磷酸鹽產(chǎn)酸微生物的作用或磷肥生產(chǎn)與土壤中的鹽基結(jié)合植被與微生物的吸收同化微生物的分解作用五、鐵的循環(huán)鐵的循環(huán)主要在無機(jī)物或有機(jī)物中的Fe2+與Fe3+之間的氧化還原反應(yīng)。菌種：化能自養(yǎng)鐵細(xì)菌，如纖發(fā)菌屬、泉發(fā)菌屬和嘉利翁氏菌屬；化能自養(yǎng)硫細(xì)菌，如氧化亞鐵硫桿菌。第四節(jié) 污水處理的微生物學(xué)原理環(huán)境污染：生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、機(jī)能受到外來有害物質(zhì) 的影響或破壞，無法進(jìn)行正常的物質(zhì)循環(huán)。水體污染的表現(xiàn)：無法進(jìn)行水的自凈作用污水的種類：生活污水、工業(yè)有機(jī)污水（如屠宰、造紙、 淀粉和發(fā)酵工業(yè)）、工業(yè)有毒污水（如農(nóng) 藥、炸藥、石油化工、電鍍、印染、制革 等行業(yè)）和其它污水（如醫(yī)院）。有害物質(zhì)的種類：農(nóng)藥、炸藥、多氯聯(lián)苯（PCB）多環(huán)芳 烴（致癌）酚、氰和丙烯腈等污水處理方法中，最關(guān)鍵、最有效和最常用的是微生物處理法。一、水體的污染——富營養(yǎng)化富營養(yǎng)化：指水體中因氮、磷等元素含量過高而引起水體表面的藍(lán)細(xì)菌和藻類過度生長繁殖的現(xiàn)象水華：指發(fā)生在淡水水體中富營養(yǎng)化現(xiàn)象水面有藍(lán)、綠色藻體和泡沫赤潮：發(fā)生在河口、港灣或淺海等咸水區(qū)水體的富營養(yǎng)化現(xiàn)象二、用微生物治理污染（一）污水的微生物處理微生物處理污水的原則原理：主要根據(jù)水體自凈原理，利用微生物酶的催化性和代謝活性，好氧或厭氧分解和轉(zhuǎn)化污水中的污染物。

廢水的濃度指標(biāo)：(1)生化需氧量（biochemicaloxygendemand,BOD）

水中有機(jī)物在特定條件下（5天，20℃）被微生物等生物分解，所消耗的氧量，常以BOD5表示，單位為mg/L

或ppm.BOD借助于微生物消耗的氧量來間接地表示水中有機(jī)物的含量。污水處理(2)總有機(jī)碳含量（totalorganiccarbon,TOC）：指水體所含有有機(jī)物中的全部有機(jī)碳的含量可把水中所有有機(jī)物氧化成CO2，測CO2量指水中的有機(jī)物被強(qiáng)氧化劑氧化時(shí)所消耗的氧量，它間接表示了廢水中全部的有機(jī)物的含量。常用的氧化劑有：高錳酸鉀，重鉻酸鉀

表示為CODMn

,CODCr單位mg/L(4)懸浮固體（suspendedsolid,SS）污水處理指水中不能通過濾器的固形物。懸浮固體與水的透明度，濃度有關(guān)。在生活廢水中，一般與BOD成正比。(3)化學(xué)需氧量（chemicaloxygendemand,COD）：(5)總需氧量（totaloxygendemand,TOD）：指污水中被氧化的有機(jī)物在高溫下燃燒變成穩(wěn)定氧化物時(shí)所需的氧量是評價(jià)某水質(zhì)的綜合指標(biāo)之一單位mg/L(6)溶解氧量（dissolvedoxygen,DO）：指溶于水體中的分子態(tài)氧，是評介水質(zhì)優(yōu)劣的重要指標(biāo)，單位mg/L天然水的DO值一般為5-10mg/L地面水水質(zhì)的合格標(biāo)準(zhǔn)為>4mg/L

BOD測定方法：取一定量被測水樣，用加有磷素營養(yǎng)和經(jīng)氧飽和的稀釋用水稀釋到一定濃度，然后放在密封瓶中，在20℃恒溫培養(yǎng)5天，測定水中殘留溶解氧的量。生物可降解性的評價(jià)：（1）

三元素比：C、N、P的比值最好146:16:3（2）BOD/COD：測定廢水的生物可降解性的最簡便的方法

若BOD/COD接近于1，則廢水中可被生物降解的有

機(jī)物占比例較越大，廢水的生物可降解性越好。BOD/COD×100%>45%>30%<30%<25%

廢水可降解性較好可進(jìn)行較難不宜（3）培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)：直接測定有機(jī)物被生物降解的效果污水處理一、污水處理中的特殊微生物自然界中微生物的分解能力：分解氰 諾卡氏菌屬等14屬49種分解多氯聯(lián)苯 少數(shù)紅酵母、假單胞菌 無色桿菌屬等分解多環(huán)芳烴 產(chǎn)堿桿菌、假單胞菌、 棒桿菌、諾卡氏菌分解硝基炸藥 檸檬酸桿菌屬、腸桿菌屬 克雷伯氏菌屬、埃希氏菌屬 假單胞菌屬等若干菌種降解高分子物質(zhì) 惡臭假單胞菌、芽孢桿菌二、微生物處理污水的原理污水處理裝置是一個(gè)小型生態(tài)系統(tǒng)，在其中利用各種生理生化性能的微生物類群間的互相配合而進(jìn)行的一種物質(zhì)循環(huán)過程。高BOD5的污水進(jìn)入處理裝置后，其中的自然微生物區(qū)系在好氧條件下，根據(jù)其中營養(yǎng)物質(zhì)或有毒物質(zhì)的情況，在可觀上造成了一個(gè)選擇性的培養(yǎng)條件，并隨著時(shí)間的推移，發(fā)生了微生物區(qū)系的有規(guī)律的更迭，從而使水中的有機(jī)物或毒物不斷被降解、氧化、分解、轉(zhuǎn)化或吸附沉降，進(jìn)而達(dá)到去除污染物和沉降、分層的效果。其廢渣經(jīng)過厭氧發(fā)酵生產(chǎn)沼氣和有機(jī)肥。三、污水處理的主要裝置污水處理裝置節(jié)能型耗能型產(chǎn)能型：氧化塘法灑水濾床法活性污泥法生物膜法厭氧消化法（即沼氣發(fā)酵）推流式曝氣法完全混合曝氣法生物轉(zhuǎn)盤法塔式濾池法第五節(jié) 沼氣發(fā)酵與環(huán)保沼氣（marshgas或swampgas）：又稱生物氣（biogas），是一種混合可燃?xì)怏w，其中主要成分為甲烷、還含有少量H2、N2、CO2等。沼氣發(fā)酵：其生化本質(zhì)是一種由產(chǎn)甲烷細(xì)菌進(jìn)行的甲烷形成（methanogen