微生物的生态与微生物生态工程

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1、微生物的生态与微生物生态工程第一节生态学基本概念一、微生物生态学与生态系统（一）、微生物生态学微生物生态（微生态）(Microbialecology)就是研究微生物与环境条件的关系及其在自然界中的分布和作用。通过对微生物生态的研究，了解微生物的分布和活动规律，可为人类开发利用微生物资源提供依据，更好地发挥微生物对人类的有益作用。（二）生态系统生态系统(ecosystem)是指在一定区域内生活的生物与其非生物环境之间相互紧密结合而形成的系统。在这个系统中，物质、能量在生物与生物、生物与环境之间不断循环流动，形成一个能够自己维持下去的、相对稳定的，并具有一

2、定的独立性的统一整体。生物圈(Biosphere)水生物圈(hydrosphere)、地上岩石生物圈(lithosphere)大气生物圈(atmosphere)。二、种群和群落1、种群：种群(population)即是在一定时间里生活在同一生境的同一体细胞生长形成的生物群体，2、群落：在自然界中，一个种群的细胞很少是单独存在的，它们总是与其他种群细胞相联系，构成一个在生理上相互弥补的种群复合体，称之为群落(Community)。三、微生物的微环境微生物的个体很小，所以它生活的环境也就十分微小，甚至肉眼看不见，因此，微生物生态学家称之为微环境（micro

3、environment）。由于时间和空间的不同，微环境的物理化学条件也会发生很快的改变。因此说，微环境本身也是非均质的，而且在一个给定的微环境中，其条件变化很快。地球上存在无数的微生物微环境。正是因为如此，我们今天才看到微生物种的多样性。四、环境梯度和耐受限度1、环境梯度：在植物生态学上，环境梯度（environmentalgradients）表示生物种或生物群落沿着经度和纬度或是从海平面到山顶的分布。对于食品来说，不同种群的微生物适应的环境不同。2、耐受限度：生物对环境中的各种物理化学因素所能耐受的最大量和最小量之间的范围称之为耐受限度（limits

4、oftolerance）一般来讲，一种微生物对某一因子的耐受范围较宽，而对另一种因子的耐受范围就可能较窄。但是，如果某一微生物对多种生态因子均有耐受性。那么，这一微生物常会分布很广。第二节自然界中的微生物分布一、土壤土壤环境适合微生物的生长：pH，渗透压，通气，动植物尸体，矿质元素来源：天然的土壤自养菌，腐生物上的寄生菌，动物排泄物及动物尸体所带的菌等。种类：细菌>放线菌>真菌>藻类>原生动物细菌多为异养类型；藻类为光能自养作用：在物质循环中起重要作用，降解土壤有机物。分布：主要分布在10-20cm深的土层中。二、水来源：土壤、尘埃、污水、人畜排泄物及

5、垃圾。水环境：地球的70%左右由水覆盖，其中溶解和悬浮有机、无机物，流动水有氧渗入可供微生物生长。微生物种类：水中有机物含量多少决定微生物种类。水中的病菌主要有伤寒杆菌、痢疾杆菌、霍乱弧菌、钩端螺旋体等。作用：在水生环境的食物链中起关键作用。三、空气来源：人畜呼吸道的飞沫和地面飘扬起来的尘埃。环境：不利于微生物生长，所以无固定种类，种类分布：主要是真菌和细菌，在医院，公共场所致病菌的数量多。室内空气中常见的病原菌有脑膜炎奈瑟氏菌、结核杆菌、溶血性球菌、白喉杆菌、百日咳杆菌等。科赫沉降法：打开皿盖5分钟进行培养，一般认为皿内100cm2上微生物的数量等于

6、10m3空气中微生物的数量。作用：可迅速全球传播，对地球上生物繁衍有一定意义，可能导致食品卫生问题。第三节食品作为特殊的微生物生态系一、不均一性食品是一个不均一的体系。这种不均一性是由于食品组织结构和组成上的固有特性以及外部环境变化和微生物活动的结果。如一块五花肉，肥瘦区域分明，形成不同性质的微环境。肥肉区允许脂肪分解菌生长，而瘦肉区支持蛋白质分解菌生长。由此可见，不均一性直接影响着微生物种群的分布。二、生物膜1、表面环境表面作为微生物环境来说十分重要。因为环境中的养料可以吸附到它的表面上，这样一个表面的微环境的营养水平要比溶液中的营养水平高许多。这种

7、情况势必会影响微生物的代谢速度。由于吸附效应，表面的微生物数量和活动强度通常比在自由水中还要大的许多。2、生物膜在液态发酵过程中，表面环境是一个不可忽视的因素。因为微生物的营养都通常被吸附在表面上，表面微生物利用营养进行生长繁殖，逐步形成表面生物膜（Biofilm）可大致分为三个阶段：第一阶段是有机质附着在表面，凡是与水接触的物体表面都能很快地形成这一层。第二阶段，开始有细菌膜初步吸附在表面上，起先是醪液中正常游离的细菌群体，因物理和化学作用而暂时附着于表面，运动着的细菌也可以因营养物质的引诱而朝着它作定向运动，进而附着在表面上。这时细菌只是以一端附着

8、，使菌体与表面呈直角。第三阶段，当初步吸附在表面的细菌分泌出胞外聚合物时，就使细菌和表面黏在一