课程名称：微生物学 班级：生物工程1101 (第二十六讲) 章节标题：第二节微生物与生物环境间的关系 目的要求：1.了解微生物与生物环境间的关系 2.掌握各种关系的代表微生物种类 教学重点：各种关系的代表微生物种类 教学难点：各种关系的代表微生物种类 教学方法：多媒体讲授及讨论法 内容提要及课时分配： 1.微生物与生物环境间的关系 40分钟 2.各种关系的代表微生物种类 55分钟 3.小结 5分钟 主讲教师：赵萌萌 授课日期：2013年5月23日 兰州交通大学化学与生物工程学院
第二节微生物与生物环境 自然环境中的微生物一般都不是单独存在的，常以个体、种群、群落和生态 系统从低到高的组织层次分布。微生物的区系除受理化环境因素的影响之外，同 样也受生物环境的影响。在每一个特定的微生物区系中，都包含着不同的微生物， 因而同一生态环境中的各种微生物之间存在着十分复杂的相互关系。通常研究的 主要是中间关系。这种中间的相互作用主要包括互生、共生、拮抗、竞争、猎食、 寄生。 一、互生关系： 互生关系是指二种可以单独生活的生物，当它们生活在一起时，其生命活动 或对一方有利，或对双方都有利，即两种生物体共同生活比单独生活更好的相互 关系。但二者不形成共生组织（生命整体）的关系。“可分可合，合比分好”。 自然界中，互生关系在微生物之间广泛存在。 1)微生物间的互生一在土壤中，纤维素分解细南←一固氮菌：自生周氮菌 与纤维素分解菌两者能独立生活，但自生固氮菌不能直接利用纤维素做碳源，纤 维素分解菌能分解利用纤维素但分解中会积紫大量有机酸，抑制纤维素分解菌的 进一步生长。当两者共栖一处时，纤维素分解菌所产生的有机酸可供自生固氨菌 做碳源，消除有机酸对纤维分解菌的危害。自生固氮菌通过固氮作用为纤维分解 菌提供氨素营养。彼此互为对方创造了有利条件。此外，土壤中的氨化细菌、亚 硝酸细菌、硝酸细菌等之间，好氧微生物与厌氧微生物之间也都存在者互生关 系。 2)微生物与之物之间的互生关系一根际微生物与高等植物之间：植物的根 系及体表会产生大量的脱落物及分泌物，如有机酸、糖类、氨基酸、维生素等。 这些分泌物或脱落物强烈的刺激某些根际微生物和附生微生物大量繁殖。另外， 由于根系的穿插，使根系的通气条件和水分状况也比根际外的土壤良好，温度也 比根际外略高。因此，根际形成对微生物生长有利的特殊环境。通过采样分析 发现根际微生物的数量远比根际外的土壤多得多，但种类组成却比根际外土壤 少。大量根际微生物的活动有加速土壤中有机质的分解，固氨菌旺盛的固氮作 用及根际微生物所分泌的维生素和生长激素等，又为植物的生长提供有利条件。 根际微生物中有些种类能产生抗生素，可以抑制植物病原菌的生长
3)微生物与动物及人体之间的互生关系：人体及动物体体内恒定、温和的 条件为微生物创造了良好的生态环境，另一方面，微生物的活动又对人体、动物 体一般也是有益的。如：肠道内的正常菌群可以合成人体、动物体必需的营养物 质如硫胺素、核黄素、烟酸、维生素、生物素及多种氨基酸等，同时，正常微生 物群落的定居，在一定程度上可以抑制或排斥外来病原微生物的侵入和寄生，提 高人体、动物体的抓抗力。 4)应用：现代生物技术充分利用微生物间的互生作用进行共同定化。共固 定化就是将几种功能不同又具有互生关系的微生物或酶同时周定于一个载体中， 形成共同定化细胞系统。使许多单菌株不能合成的物质通过混合菌株得以实现， 或是通过混合菌株提高发酵产品的质量和产量。 二、共生关系 是指两种微生物紧密地生活在一起，相互依赖，互为对方创造有利条件，甚 至彼此不能分离，在生理上相互分工、互换生命活动的产物，在组织上形成新的 形态、结构的相互关系。两种生物的互利关系已从代谢产物的相互利用发展到结 构和功能方面的相互利用、密不可分的程度。共生是互生关系的发展 1)微生物间的共生关系： ①地衣—藻类或蓝细菌和真菌的共生体 生理上的共生：其中蓝细菌和绿藻进行光合作用，为真菌提供有机养料，而 真菌则以其产生的有机酸分解岩石为藻类提供矿质元素。 结构上的共生：真菌菌丝和藻类细胞紧密缠绕或排列在一起，甚至在繁殖过 程中也不分离。形成有固定形态的叶状结构。 ②细菌与原生动物间的共生关系：细菌栖息于原生动物细胞内，获得营养和 保护环境：原生动物通过共生菌获得生长所需要的维生素及其它生长因子。 2)微生物和枯物间的共生关系： ①根瘤一根瘤菌与豆科植物间的共生体。根瘤菌固定大气中的气态氨为植 物提供氮素养料：豆科植物的根的分泌物能刺激根瘤菌的生长，同时，还为根瘤 菌提供保护和稳定的生长条件。 ②菌根：土壤真菌与植物根形成的共生结构。依照形态可分为外生菌根和内 生菌根两类。外生菌根是指菌丝不侵入细胞内，仅在根表结成紧密的菌套。代替
了根毛的作用能够。内生菌根的菌丝体侵入根组织内，不形成菌套。菌根具有能 促进植物吸收营养、调节植物代谢和增强植物抗病能力等功能。与菌根共生的植 物失去菌根就不能正常发育。实验证明，兰科植物的种子若无菌根菌则无法发育， 杜鹃科植物的幼苗无菌根菌则无法存活。 3)微生物与动物的共生关系 ①与昆虫的共生关系 外共生：例如白蚁与其肠道内的微生物之间的共生，食木质的白蚁实际上是 不能分解纤维素的，必须依赖肠道中共生的原生动物和细菌通过厌氧发酵过程来 分解纤维素。 内共生：昆虫与其细胞内的共生性细菌，细菌能为宿主提供B族维生索，使 昆虫能以缺乏维生素的植物为生。②与反刍动物的共生关系反乌动物，如牛 羊、骆驼、长颈鹿等以植物的纤维素为主要食物，它们在瘤胃中经微生物发酵变 成有机酸和南体蛋白再供动物吸收利用。瘤胃也为里面居住的微生物提供了必要 的营养和生长条件 三、寄生关系 一种小型生物生活在另一种相对较大型生物的体内或体表，从中取得营养和 进行生长繁殖，同时使后者蒙受损害甚至被杀死的现象。前者称为寄生物，后者 称为寄主。按寄生物离开寄主后能否继续生长，可分为两种：一种寄生物离开寄 主后就不能生长繁殖叫专性寄生物：另一种寄生物脱离寄主后仍可营腐生生活叫 兼性寄生物。 微生物间的寄生关系主要是嵫菌体与细菌的关系。 1)微生物间的寄生：噬菌体一细菌：细菌一细菌；真菌一真菌：真菌、细 菌一原生动物。 有趣的是噬菌体可以寄生于一种叫做蛭弧菌的细菌中，而这种蛭弧菌又可以 寄生在另外的一种细菌中，形成独特的“三位一体”的寄生系统。 2)微生物与动植物间的寄生关系：各种各样的致病菌多是行寄生生活。 四、拮抗作用 拮抗是指两种微生物生活在一起时，某种生物能够产生某些代谢产物抑制它 种生物的生长发育，甚至杀死他们的相互关系
1、非特异性拮抗作用 指一种微生物通过自身的代谢活动改变环境条件，非特异性地抑制其他微生 物的作用。其作用方式：①产酸。在腌制泡菜、酸菜或青贮饲料的过程中，乳酸 细菌产酸可以抑制其它好氧和兼性厌氧菌的生长②产生乙醇。低浓度的酒精亦可 以抑制除醋酸菌以外的其它微生物的生长：③改变氧分压。产生或消耗02均能改 变环境的氧分压并使之不利于某一类微生物的生长。 2、特异性拮抗作用 是一种微生物在代谢活动中专门产生的一些特殊次生代谢产物能在低浓度 下有选择性地抑制或杀死另一种微生物的作用。 ①细菌素是某些细菌产生的能抑制或杀死同类细菌的蛋白质类似物，其作用 范围较狭窄，常限于少数有关的菌种或菌株，表现为高度的特异性和选择性。 ②抗生素是微生物产生的一类特异性地抑制和杀死其它微生物的次生代谢 产物。它们与细菌素的区别在于作用范围较广并主要作用于不同类的其它微生 物。抗生素能在低浓度下对其它微生物发生专一性拮抗作用。认为抗生菌及其产 生的抗生素能防止周围其它微生物侵入，以保证自身繁衍。有人将拮抗作用应用 于控制植物病原微生物，他们将病原菌的拮抗微生物接种植物种子、幼苗或块根 块茎等繁殖体，能取得防治病害和促进植物生长的良好效果。 五、竞争关系 当两种或多种生物生活在一起时，相互之间为争夺共同需要的资源、空间等 条件发生的斗争叫竞争。可分为资源利用型竞争和相互干涉性竞争两类。 微生物群体密度大、世代周期短、食性杂、代谢复杂，是生物界竞争最激烈 的生物。 两种微生物在相互竞争中，一个种比另一个种生长快，终将代替另一个种， 成为优势种群。另一个种有可能在这种竞争中被淘汰。 六、捕食关系 一种生物捕食另外一种生物的现象。微生物的这种捕食关系主要指原生动物 吞食细菌和藻类的现象。这种捕食关系在污水净化和生态系统的食物链中具有重 要作用。另外，粘细菌和粘菌液直接吞食细菌，粘细菌也常常侵袭藻类。霉菌和 酵母菌、真菌也捕食线虫和其它原生动物
微生物间在自然界的相互作用常比以上分类复杂得多，在一个特定的生态环 境中通常同时存在两个以上微生物种群间的几种相互作用，表现为复杂的相互促 进又相互制约的生存竞争，从而促进了微生物的进化发展