兰州交通大学：《微生物学》课程教学资源（授课教案，打印版）第二十五讲微生物在自然界的分布.pdf_大学文库

第八章微生物生态学微生物生态学：是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。微生物与环境间的关系十分密切。一方面，微生物的生命活动依赖于环境在不同环境影响下能形成不同的微生物区系。另一方面，微生物的生命活动有影响着环境。微生物对生态系统乃至整个生物圈的能量流动、物质循环具有独特的作用。近几十年来与科学技术、社会经济迅速发展相伴而来的是环境问题-环境污染和生态破坏。微生物降解污染物的巨大潜力在控制污染，修复污染环境中发挥重要作用。微生物对植物生长的促进和其他有益作用，有助于缓解生态破坏，恢复受损生态系统生态系统：是指在一定的空间内生物的成分和非生物成分通过物质循环和能量流动互相作用、互相依存而构成的一个生态学功能单位。生物成分按其在生态系统中的作用，可划分为生产者、消费者和分解者。微生物可以在多个方面但主要作为分解者在生态系统中起重要作用。 1、微生物是有机物的主要分解者微生物的最大的价值在于其分解功能。他们分解生物圈内存在的动物、植物和微生物残体等复杂有机物质，并最后将其转化成最简单的无机物，再供初级生产者利用。 2、微生物是物质循环中的重要成员微生物参与所有的物质循环，大部分元素及其化合物都受到微生物的作用。在一些物质的循环中，微生物是主要的成员，起主要作用：而一些过程只有微生物才能进行，起独特作用：而有的是循环中的关键过程，起关键作用。 3、微生物是生态系统中的初级生产者光能营养和化能营养微生物是生态系统的初级生产者，他们具有初级生产者所具有的两个明显特征，即可直接利用太阳能、无机物的化学能作为能量来源：另一个方面起积紫下来的能量又可以在食物链、食物网中流动。 4、微生物是能量物质的储行者微生物和动、植物一样也是由物质组成和由能量维持的生命有机体。在土壤

见的肠道细菌由于不适应海水的特定环境很快死亡。海洋中的微生物在不同的区域有较大的变化，从每毫升几个到几T万个。近海岸淤泥以细菌最多，如1g海泥中含有几亿个细菌，而海口、港湾的海水中每毫升约含10万个细菌，远洋的海水每毫升只有10-250个细菌。海洋中生长的细菌总体来说有下面4个特点 1)嗜盐，真正的海洋细菌在缺少氯化钠的情况下是不能生长的。 2)低温生长，除了在热带海水表面外，在其它海水中发现的细菌多为嗜冷菌。 3)大多数海洋细菌为（一细菌，并具有运动能力 4)耐高压（特别是生活在深海的细菌）。 (三)空气中的微生物大气中没有可为微生物直接利用的营养物质和足够的水分，这种环境不适合微生物的生长繁殖。所以，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致死亡。大气中微生物的米源主要是土壤、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、还有呼吸道呼出的气体都是大气微生物的米源。主要种类是细菌和霉菌。细菌主要有枯草杆菌、微球菌以及八叠球菌，还有结核分枝杆菌、白喉杆菌等病原菌。病毒主要有流感病毒、麻疹病毒等。一般是陆地上空>海洋，城市上空> 农村，近地面空气>高空空气。农村的畜既、城市的街道、医院和宿舍区的空气所含的微生物数量和种类较多。空气中的微生物种类和数量是大气污染程度的标志之一。常用的检测方法有定时沉降计数法（主要是利用空气中的微生物自然沉降与牛肉膏蛋白陈培养基表面，经培养后计数其上生长的菌落)、粘性玻片撞击法、定量吸收管法和滤膜定量过滤法（将一定体积的空气通过过滤装置，然后在培养基上培养滤膜上的微生物，计算其菌落数)等。大气中微生物对我们的危害可以说是有百害而无一利： (1)引起呼吸道传染病，流行性感冒都是通过大气这一介质传播的。 (2)污染食品，使其发霉、腐败变质、产生毒素

(3)引起过敏反应 (4)引起真菌病注意无菌操作微生物在空气中的传播方式： (1)尘埃(ust):固体，使空气中微生物的“飞行器”，由于重力作用要自然沉降或遇雨沉降。因此，越接近地面的空气含菌量越高。 (2)飞沫(droplet):液体，来源于咳嗽、喷嚏，尤其是后者 (3)飞沫核(droplet nuclei):飞沫蒸发后，大多直径1-2μm, 微生物气溶胶(aerosol)的概念以周体或液体微小颗粒（分散相）分散于空气（分散介质）中的分散体系。分凝集性气溶胶和分散性气溶胶，直径<10μm，可利用此特性，植被微生物气溶胶实现群体免疫。 (四)工农业产品中的微生物 1、农产品上的微生物粮食在收获、加工和贮存过程中从土壤、器具、空气中污染的其它微生物，它们在温度适宜、空气湿度大于70%时会迅速生长繁殖并使粮食变质，降低了粮食的营养价值，失去食用性以及影响工业上的用途。最常见的污染微生物有曲看、青需、假单胞菌和黄单胞南等，其中黄曲霉常在受潮的谷物、豆类和油料作物籽粒上生长，因能产生有致癌作用的黄曲霉毒素而成为重要的检查对象 “毒大米”的真内一黄曲看毒素日前，一些媒体在显著版面报道，我国广东、广西、江西、湖南等地市场上查出“毒大米“数百吨，引起了公众的广泛关注。根据部分省公布的“毒大米”样本检验结果，所抽检样本的黄曲霉毒素B1的含量均严重超标。黄曲霉毒素具有很强的毒性，是强致癌物质，对此人们决不可掉以轻心。酷暑季节，空气湿热。大米、花生、大豆等粮食，弄不好常常要长霉。在得菌中有一种菌，叫黄曲霉菌，这种菌会分泌出一种致癌毒素一黄曲毒素素。经过研究和鉴定，黄曲霉毒素是一类结构类似的微生物毒素混合物。目前已分离出的黄曲霉毒素有20多种。在紫外线照射下产生蓝紫色荧光的为黄曲毒毒素B1和黄曲霉毒素B2,产生黄绿色荧光的为黄曲霉毒素G1和黄曲得毒素G2等。其中以黄曲毒毒素B1最常见、毒性最大，致癌性最强

黄曲霉毒素能在潮湿和8~46℃的温度范围内繁殖，最适宜的温度是30~ 38℃，相对湿度是80%~85%。黄曲霉毒素主要污染粮油及其制品，在发霉花生、玉米、谷类、豆类等中的含量最高。黄曲霉毒素在水中溶解度低，耐高温，在一般的烹调条件下不易被完全破坏，花生炒制后可使黄曲霉毒素的量减少40 %~60%。当加热到280℃以上时，黄曲霉毒素的毒性才能被破坏。在Na0H碱性溶液中黄曲霉毒素易于被降解。黄曲霉毒素的毒性被列为极毒。其毒性为人们熟知的剧毒药KC八的10倍。为砒霜的68倍。黄曲霉毒素也是目前发现的化学致癌物中最强的物质之一，国际癌症研究所将黄曲霉毒素确定为一级人类致癌物。黄曲霉毒素的毒性主要是对肝脏的损害，导致肝癌。调查发现在粮油、食品受黄曲霉毒索污染严重的地区，人类肝癌发病率也较高。我国江苏启东县和广西扶绥县是肝癌的高发地区，其原因就是那里的玉米、花生等容易霉变产生黄曲霉毒素所造成的。黄曲霉毒素还可以诱发骨癌、肾癌、直肠癌、乳腺癌、卵巢癌等。黄曲得毒素对食品原料和成品的污染是一个广泛存在的问题。一般说来。热带和亚热带地区食品污染较为普遍，其中以花生和玉米的污染最为严重。目前有60多个国家制订了食品和饲料中黄曲霉毒素限量标准和法规。我国对食品中黄曲霉毒素B1的最高允许量有严格规定（见下表）。中国规定食品中黄曲得得素B1最高允许量食品最高允许量/μg·kg-1 玉米、花生及其制品20 大米、食用油类（花生油除外）10 其他粮食、豆类、发酵食品5 婴儿食品不得检出食品的卫生直接关系到人体的健康，限制各种食品中黄曲霉毒素，使之达到尽可能低的水平，可以保障人类的健康。日常生活中，具有一些黄曲毒毒素的知识，特别是对于气候比较潮湿温暖的我国南方居民来说，是非常重要的。最根本的措施是以预防为主，注意粮食、油料、食品等应储存在低温、干燥、通风的地方，防止需变。其次，绝对不能食用霉变的花生和大米。霉变大米色洋发黄、表面粗糙、易碎，霉变严重者呈褐黑色，有异味。如果黄曲毒毒素已混入大米和花

生中，吃前应把发了霉、变了色的挑出来，然后还应该仔细用水搓洗多次，可使其中的黄曲霉毒索大大减少。对于混入食用油中的黄曲霉毒素，可在炒菜前先把油加热到有微烟产生，再把盐加到油里，加热半分钟后再炒菜，这样去毒的效果可达95%以上。再次，要严禁生产、加工、销售有毒霉变大米，一旦发现立即销毁。 2、食品上的微生物肉类上常见的细菌有芽孢杆菌、梭菌、无芽孢杆菌和球菌等类群：真菌多为曲霉、毛霉等：致病微生物除对人畜都有致病作用的结核杆菌、炭疽杆菌、沙门氏菌、布氏杆菌等外：乳如被致病微生物污染，还可能以乳为媒介而引起食物中毒或其他传染病的传播。不利影响：由于微生物的生长繁殖而腐烂、变质，不能再食用或使用：它是病原微生物进入人体的重要途径，引起传染性疾病：很多微生物在食品、农产品上生长后会产生对人有害的毒素，如肉类能头中，肉毒梭菌能产生毒性极高的外毒素—肉毒毒素，误食少量亦可造成死亡。有利影响：利用特定的微生物制备风味食品，如酱制品、米酒、腌酸荥等： 3、引起工业产品得变的微生物玻璃因微生物的活动而产生腐蚀与变质，降低显微镜、望远镜等光学仪器的性能：霉菌产生纤维素破坏棉、麻、竹、木等材料：蛋白酶分解革、毛、丝、裘等产品：一些氧化剂可破坏涂料、塑料、橡胶等合成材料。微生物在各类工业产品上的生长所造成的产品的霉腐给人类造成了巨大的损失（硫细菌、铁细菌和硫酸还原细菌都会腐蚀金属制品、地下管道、船舰外壳等：霉腐微生物还会腐蚀机电设备、电讯器材、光学仪器等)。工业上防止微生物引起的霉变可以从以下几个方面进行防治：①控制微生物生长繁殖的条件，如温度、湿度、氧气和养料： ②采用高效的化学杀菌剂和防腐剂，杀灭或去除物品上的微生物，并防止杂菌的再污染③可在工业产品上涂上一层抗微生物腐蚀的材料或涂上含有抗菌杀菌物质的薄膜，保护他们不受损害。而另一方血，有时也努力想开发并推广使用可被微生物降解的产品，或利用微生物的降解特性。如生物可降解塑料：开发、利用纤维素（能源、饲料）：些麻脱胶等

(五)极端环境下的微生物极端环境微生物我们在前面曾经多次提到，因为它在微生物的研究中具有非常重要的意义：①开发利用新的微生物资源，包括特异性的基因资源。②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，如基因组学、生物电子器材等的研究提供新的课题和材料。③微生物进化、生命起源的研究提供新的材料。 1、嗜热微生物细菌是嗜热微生物中最耐热的，按照他们的耐热程度的不同又可以被分成5 种类型：耐热菌、兼性嗜热菌、专性嗜热菌、极端嗜热菌和超嗜热菌。大部分超嗜热菌是古生菌，前四种都是真细菌。热泉是嗜热微生物的重要生境，大部分的暗热菌都是从热泉中分离的，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他们嗜热的生理基础。新的研究表明，专性嗜热菌株的质粒携带者与热抗性相关的遗传信息。从对于嗜热微生物的研究我们不难看出：P252的特点，这些都是基于嗜热微生物与一般常温菌细胞结构的不同。嗜热微生物有远大的应用前景，高温发酵可以避免污染和提高发酵效率，其产生的酶在高温时有更高的催化效率，高温微生物也易于保藏。嗜热微生物还可用于污水处理。嗜热微生物的耐高温D八M多聚酶使D体外扩增技术得到突破，为PCR技术的广泛应用提供基础，这是嗜热微生物应用的突出例子。 2、嗜冷微生物能在较低温度下生长，可以分为专性和碱性两类。前者的最高生长温度不超过20℃，后者可在低温下生长也可在20℃以上生长。对于暗冷微生物的研究远远没有嗜热微生物那样透彻。目前我们只知道生冷微生物适应环境的生化机理是因为细胞膜的组成中有大量的不饱和、低熔点脂肪酸。那么保存在冰箱中的食物时间长了还是会腐败，就是因为这种喑冷微生物在作怪。同时我们也可以利用嗜冷微生物当中的特殊的在较低温度下仍有较高活性的碑，为工业和日常生活所用。 3、酸微生物

生长在3-4以下。这种温和的酸性在自然环境中较为普遍，如某些湖泊泥炭土和酸性沼泽。极端的酸性环境包括各种酸水、酸热泉、火山湖、地热泉等。嗜酸微生物一般都是从这种环境中分离出来的。在电镜下，这类嗜酸菌细胞与一般苹兰氏阴性细菌无明显差别，但他们能在高酸性环境下维特菌体内的近中性环境。现在一般认为他们的细胞壁、细胞膜具有排斥+的作用或将+从胞内排出的机制。 4、嗜碱微生物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是地球上最稳定的碱性环境。我国的碱性环境有青海湖等。碳酸盐是这些环境的主要来源。与嗜酸性菌一样，是碱性均的细胞膜具有排出0H-的功能，在它所处的外界环境中值达到11-12时，仍可以维持细胞内近中性的pH值，它所产生的胞外酶也具有耐碱性，比如可以产生淀粉酶、蛋白酶和脂肪酶等最适州均在碱性范围内。 5、盐微生物含有高浓度盐的自然环境主要是盐湖，如青海湖、美国的大盐湖、黎巴嫩的死海还有俄罗斯的里海，此外还有盐场、盐矿旷和用盐腌制的食品。海水中含有约 3.5%的NaC1,是一般的含盐环境。根据对盐的不同要求，嗜盐微生物可以分为弱嗜盐微生物、中度嗒盐微生物和极端略盐微生物。 6、嗜压微生物需要高压才能良好生长的微生物。分布在深海底部和深油井等处。嗜压南的耐压性机制目前还不清楚。有人在西太平洋海底分离到一种既可在高压下生长也能在常压下生长的革兰氏阴性细菌，它在高压下生长时能长生独特的外壁蛋白，它的含量在高压下为常压下的70倍。可能耐压性与这种蛋白的产生有关。 7、抗辐射的微生物是指对辐射有一定的抗性或耐受性的微生物，他在有没有辐射的环境中都能够生存。比如一种耐辐射奇异球菌在受到一定剂量的射线照射后，虽已发生相当数量的D八A链断裂，但都可以准确的修复，行活率可达10O%,而且几乎不发生突变

兰州交通大学：《微生物学》课程教学资源（授课教案，打印版）第二十五讲 微生物在自然界的分布

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