微生物生态与生态工程

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1、第七章微生物生态与生态工程在自然环境中许多不同种类的微生物总是混合杂居。某一区域内生长的微生物种类及其多样性反映出这一自然环境的特点。把食品看成是微生物生长的特殊环境，可以从生态学角度来讨论微生物与食品环境之间相互作用的某些规律。第一节生态学基本概念一.微生物生态学与生态系统⑴微生物生态学。微生物生态学(Microbialecology)是研究微生物与环境之间相互作用的科学，是生态学的一个分支。所谓环境是指生物赖以生存的空间，由非生物环境和生物环境两大部分组成。非生物环境是除生物以外的环境，包括一系列物理、化学、生物因素所构成。

2、第一节生态学基本概念如温度、水分、光线及pH等，是生物生存的场所。生物环境是指来自研究对象以外的其他生物的作用和影响。如营养竞争、空间竞争和互利共生等。⑵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，第一节生态学基本概念形成一个能够自己维持下去的、相对稳定的，并具有一定独立性的统一整体。生态系统的范围和大小可以相差悬殊。生物圈(Biosphere)构成一个范围最大的生态系统。它是地球表面全部生物以及与

3、之相关的自然环境的总称，包括水生物圈(hydrosphere)、地上岩石生物圈(1ithosphere)、大气生物圈(atmosphere)。第一节生态学基本概念由于水土和大气中只有出现生物后才能构成生物圈。因此，生物圈的范围大致可以说是地球外壳34km厚度(即23km的高空加llkm深的海沟)。在这一范围内，生物与自然环境之间相互作用，相互渗透，进行着巨大的生物地球化学变化。生物圈内包含有许多大小不等的生态系统。第一节生态学基本概念大的如绵绵数亿平方米的森林生态系统，而小的可以是一个湖泊或是一口池塘。在水域生态系统(aquat

4、icecosystem)如淡水湖中，微生物是生产者(producer)。在晴天时，表层水光线充足，蓝细菌和绿藻利用阳光和二氧化碳进行光合作用产生碳水化合物。消费者(consumer)如动物和人则利用光合作用中产生的生物量作为食物。第一节生态学基本概念当他们死亡时，细菌和浮游生物等分解者(decomposer)将有机物分解为简单的组成单元，供给水生植物所需要的营养物质。由此可见，生物就是这样与环境结合在一起，彼此之间相互依赖，形成一个有组织的完整生态系(intergatedecosystem)。相对而言，微生物生态系统只不过是完整

5、生态系统的一个组成部分，但对完整生态系统的功能有着不可忽视的重要影响。二.种群和群落㈠种群。在自然环境中，同种微生物的许多个体(individual)常生活在同一生境中，以群体的方式存在。在一定时间里生活在同一生境的同一个体细胞生长形成的生物群体，在生态学上称之为种群(population)，而把代谢上相关的群体组成的种群称之为共位群（guilds）。二.种群和群落种群通常是由一个亲代细胞经过连续的有丝分裂而形成的相似个体所组成。一个种群通常生活在一定的范围内，并占据着一定空间。生态学上，把一个种群生活的环境称之为该种群的栖息地

6、(hahitat)，或称之为生境。㈡群落。二.种群和群落在自然界中，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(Commnunity)。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(microenvironment)。二.种群和群落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

7、。正是因为如此，我们今天才看得到微生物种的多样性。四.环境梯度和耐受限度二.种群和群落⑴环境梯度。植物生态学上，环境梯度(environmentalgradients)一词是用来阐明生物种或生物群落沿着经度或纬度或是从海平面到山顶的分布。⑵耐受限度。微生物在一个环境中存活与生长不但取决于营养，而且与环境中各种物理化学因素如湿度、pH、糖度、盐度、水分活度等有关。二.种群和群落一般来讲，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广泛

8、，如霉菌的pH生长极限在1.5～10之间，对水活度适合性强，故霉菌可在自然界中广泛分布。第二节食品作为特殊的微生物生态系食品可以看成是一个特殊的微生物生态系。因为自然加工的食品总是存在着多种微生物区系(microbialflora)。这些微生物与食品环境相互作用