微生物的生態(tài)

有關(guān)基本概念：

生態(tài)系統：  在一定的空間內生物的成分和非生物的成分通過(guò)物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)互相作用、互相依存而構成的一個(gè)生態(tài)學(xué)功能單位。

生態(tài)學(xué)：研究生物與其周?chē)�生物和非生物環(huán)境之間相互關(guān)系

微生物生態(tài)學(xué)：研究微生物與其周?chē)�生物和非生物環(huán)境之間相互關(guān)系

 

第一節  自然界中的微生物

一、空氣中的微生物

分布特點(diǎn)：

1．無(wú)原生的微生物區系 

2．來(lái)源于土壤、水體及人類(lèi)的生產(chǎn)、生活活動(dòng)， 

3．種類(lèi)主要為真菌和細菌，一般與其所在環(huán)境的微生物種類(lèi)有關(guān) 

4．數量取決于塵埃數量 

5．在空氣中的停留時(shí)間和塵埃大小、空氣流速、濕度、光照等因素有關(guān) 

6．與人類(lèi)生活關(guān)系密切

二、 水體中的微生物

一）  江河水  特點(diǎn)： 

1) 數量和種類(lèi)與接觸的土壤有密切關(guān)系； 

2）分布上更多的是吸附在懸浮在水中的有機物上及水底；

3) 淡水中的微生物是可以運動(dòng)的，而且某些淡水中的細菌例如柄細菌具有很異常的形態(tài)，這些異常形態(tài)使得菌體的表面積與體積之比增加，從而使這些微生物能有效地吸收有限的營(yíng)養物；

4）靠近城市或城市下游水中的微生物多，并且有很多對健康不利的細菌，因此不宜作為飲用水源；

5）水體自身存在自我凈化作用：

二）海水 

1）嗜鹽，真正的海洋細菌在缺少氯化鈉的情況下是不能生長(cháng)的。 

2）低溫生長(cháng)，除了在熱帶海水表面外，在其它海水中發(fā)現的細菌多為嗜冷菌。 

3 ）耐高壓（特別是生活在深海的細菌） ，少數微生物甚至可在 600個(gè)大氣壓下生長(cháng)， 

4） 大多數海洋細菌為 G—細菌，并具有運動(dòng)能力；

三）水體的富營(yíng)養化作用和“水花”、“赤潮” 

當水體接受了大量的有機物或無(wú)機物，特別是磷酸鹽和無(wú)機氮化合物，引起水的富營(yíng)養化。由于水中含有過(guò)多的含氮、磷等的營(yíng)養物質(zhì)，引起藻類(lèi)過(guò)量生長(cháng)，產(chǎn)生大量的有機物（藻類(lèi)）異養微生物氧化這些有機物，耗盡水中的氧，使厭氧菌開(kāi)始大量生長(cháng)和代謝，并分解含硫化合物，產(chǎn)生  H2S，從而導致水有難聞的氣味，并由于缺氧引起魚(yú)和好氧微生物的死亡，最終引起水出現大量沉淀物和水體顏色異常。上述過(guò)程又稱(chēng)富營(yíng)養化作用，它是水體受到污染并使水體自身的正常生態(tài)失去平衡的結果。在水體的富營(yíng)養化作用中，藻類(lèi)、藍細菌等的大量繁殖使水體出現顏色，并變得渾濁，許多藻類(lèi)團塊漂浮在水面上，從而形成所謂的“水花”或“水華”（water  bloom）在海洋中，某些甲藻類(lèi)大量繁殖也可也可以形成水花，從而使海水出現紅色或褐色，即所謂的赤潮或紅潮（red tides） 。

三、土壤中的微生物 

1）土壤微生物的數量和分布主要受到營(yíng)養物、含水量、氧、溫度、pH等因子的影響，并隨土壤類(lèi)型的不同而有很大變化。

2）土壤微生物的數量和分布受季節影響； 

3）微生物的數量也與于土層的深度有關(guān)，一般土壤表層微生物最多，隨著(zhù)土層的加深，微生物的數量逐步減少。

四、工農業(yè)產(chǎn)品上的微生物 

1．微生物引起的工業(yè)產(chǎn)品的霉腐 

2．食品、農副產(chǎn)品上的微生物

五、極端環(huán)境下的微生物

極端環(huán)境下微生物的研究有三個(gè)方面的重要意義：

(1)開(kāi)發(fā)利用新的微生物資源，包括特異性的基因資源；

(2)為微生物生理、遺傳和分類(lèi)乃至生命科學(xué)及相關(guān)學(xué)科許多領(lǐng)域，

如：功能基因組學(xué)、生物電子器材等的研究提供新的課題和材料；

(3)為生物進(jìn)化、生命起源的研究提供新的材料。 

極端環(huán)境下的微生物 ：1、嗜熱微生物 2、嗜冷微生物 3、嗜酸微生物 4、嗜堿微生物 5、嗜鹽微生物 6、嗜壓微生物

六、不可培養的微生物

在自然界中存在的微生物中，已為人們所認識的僅占很小一部分（通常認為僅 10%，有人認為在土壤中生活的微生物僅有 1%可用目前的方法在實(shí)驗室進(jìn)行培養） ，其中的原因就在于在在自然界中存在的大多數微生物在目前的條件下不能在實(shí)驗室進(jìn)行人工培養，不可能得到其純培養并對其進(jìn)行形態(tài)及生理、遺傳等特性進(jìn)行研究。CARL WOESE在 1977就提出的用 rRNA（原核的16s 和真核的 18s）揭示生物的系統發(fā)育的方法為我們研究并開(kāi)發(fā)不可培養微生物提供了可能。  其方法通常是用各種特定的引物（例如所有真細菌（eubacteria）的保守 16s  rRNA 區段或某種微生物的特異 DNA 或 16s rRNA保守序列等）進(jìn)行 PCR從各種生態(tài)環(huán)境中克隆 16s rRNA，并對其進(jìn)行序列分析和同源性分析，發(fā)現和開(kāi)發(fā)不可培養微生物。

 

 

第二節  微生物與生物環(huán)境間的相互關(guān)系

自然環(huán)境中的微生物一般都不是單獨存在的，存在個(gè)體、種群、群落和生態(tài)系統從低到高的組織層次。

群體（population） ：具有相似特性和生活在一定空間內的同種個(gè)體群，是組成群落的基本組分。

群落（community） ：在一定區域或一定生態(tài)環(huán)境內，各種生物群體構成的一個(gè)生態(tài)學(xué)結構單位，群落中各生物群體之間存在各種相互作用。

生態(tài)系統（ecosystems） ：生物群落和它們所生活的非生物環(huán)境結合起來(lái)的一個(gè)整體。

生態(tài)系統是生物圈的組成單元，  生物圈內的任何一個(gè)相對完整的自然整體都可以被看作為生態(tài)系統，如一個(gè)池塘，一片森林，一個(gè)污水處理池，等等。

生物圈（biosphere） ：地球上所有生物及其所生活的非生命環(huán)境的總稱(chēng)。

一般來(lái)說(shuō)，在生態(tài)系統中生物之間的相互關(guān)系歸納起來(lái)有如下三種： 

1．  有利關(guān)系：一種生物的生長(cháng)和代謝對另一種生物的生長(cháng)產(chǎn)生有利的影響，或相互有利； 

2．  有害關(guān)系：一種生物的生長(cháng)對另一種生物的生長(cháng)產(chǎn)生有害的影響，或相互有害； 

3．  中性關(guān)系：二種生物生活在一起時(shí)，彼此對對方的生長(cháng)代謝無(wú)明顯的有利或有害影響。

 

微生物間及微生物與其它生物間最常見(jiàn)的幾種相互關(guān)系

 

一、互生

二種可以單獨生活的生物，當它們生活在一起時(shí)，通過(guò)各自的代謝活動(dòng)而有利于對方，或偏利于一方的一種生活方式。因此，這是一種“可分可合，合比分好”的相互關(guān)系

（一）  微生物間的互生關(guān)系  在自然界中，微生物間的互生關(guān)系非常普遍，也很重要。

（二）  人體腸道正常菌群  人體腸道正常菌群與宿主間的關(guān)系，主要是互生關(guān)系，但在某些特殊條件下，也會(huì )轉化為寄生關(guān)系。

 

二、  共生

二種生物共居在一起，相互分工協(xié)作、相依為命，甚至形成在生理上表現出一定的分工，在組織和形態(tài)上產(chǎn)生了新的結構的特殊的共生體。

共生一般有二種情況：互惠共生（二者均得利）和偏利共生（一方得利，但另一方并不受害）

（一）  微生物間的共生關(guān)系

例如地衣  地衣是微生物間典型的互惠共生形式，它是藻類(lèi)和真菌的共生體，

結構上的共生：生理上的共生：這種共生關(guān)系具有重要的生態(tài)學(xué)意義，對土壤形成具有重要作用。

（二）  微生物和植物間的共生關(guān)系

根瘤菌與豆科植物間的共生關(guān)系就是典型的例子­­­­­­形成根瘤共生體。根瘤菌固定大氣中的氣態(tài)氮為植物提供氮素養料，而豆科植物的根的分泌物能刺激根瘤菌的生長(cháng)，同時(shí)，還為根瘤菌提供保護和穩定的生長(cháng)條件。

（三）  微生物與動(dòng)物的共生關(guān)系 

1． 與昆蟲(chóng)的共生關(guān)系

 1）外共生：

2）內共生： 

2．與反芻動(dòng)物的共生關(guān)系

反芻動(dòng)物，如牛、羊、駱駝、長(cháng)頸鹿等以植物的纖維素為主要食物，它們在瘤胃中經(jīng)微生物發(fā)酵變成有機酸和菌體蛋白再供動(dòng)物吸收利用。與此同時(shí)，瘤胃也為里面居住的微生物提供了必要的營(yíng)養和生長(cháng)條件

 

三、 寄生  所謂寄生，一般指一種小型生物生活在另一種相對較大型生物的體內或體表，從中取得營(yíng)養和進(jìn)行生長(cháng)繁殖，同時(shí)使后者蒙受損害甚至被殺死的現象。  前者稱(chēng)為寄生物（parasite） ，后者稱(chēng)為寄主或宿主（host）

（一）  微生物間的寄生 

1．噬菌體—細菌； 

2．蛭弧菌—細菌； 

3．真菌— 真菌； 

4．真菌、細菌—原生動(dòng)物；

（二） 微生物與動(dòng)植物

各種各樣的致病菌多是行寄生生活。

擇生生物，現一般稱(chēng)為悉生生物或定菌生物（Gnotobiote）指整個(gè)個(gè)體不攜帶或只攜帶已知微生物的生物。與通常攜帶眾多種類(lèi)微生物且數量很多的普通生物相比，用它做實(shí)驗研究有很多優(yōu)點(diǎn)：干擾因素少，操作易控制，既可進(jìn)行定性分析，也可進(jìn)行定量分析，實(shí)驗結果準確、可靠，對于了解微生物與宿主之間復雜的關(guān)系及其機理具有十分重要的作用。

 

四、拮抗  所謂拮抗，系指某種生物產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物可抑制它種生物的生長(cháng)發(fā)育甚至將后者殺死。

在一般情況下，拮抗多是指微生物間的“化學(xué)戰術(shù)”，最典型的就是抗生菌所產(chǎn)生的能抑制其它生物生長(cháng)發(fā)育的抗生素；

此外，有時(shí)因某種微生物的生長(cháng)而引起的其它條件的改變（例如缺氧、pH改變等） ，從而抑制它種生物的現象也稱(chēng)拮抗。

 

五、競爭  競爭：兩個(gè)種群因需要相同的生長(cháng)基質(zhì)或其它環(huán)境因子，致使增長(cháng)率和種群密度受到限制時(shí)發(fā)生的相互作用，其結果對兩種種群都是不利的。

 

六、捕食  捕食：一種種群被另一種種群完全吞食，捕食者種群從被食者種群得到營(yíng)養，而對被食者種群產(chǎn)生不利影響。

 

對微生物來(lái)說(shuō)，一般有如下幾種情況： 

1．  原生動(dòng)物吞食細菌和藻類(lèi)； 

2．  粘細菌吞食細菌和其它微生物； 

3．  真菌捕食線(xiàn)蟲(chóng)和其它原生動(dòng)物；

 

 

第三節  微生物在生態(tài)系統中的作用

生態(tài)系統是生物群落和它們所生活的非生物環(huán)境結合起來(lái)的一個(gè)整體

特點(diǎn)：  在一定的空間內，  生物的成分和非生物的成分通過(guò)物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)互相作用、互相依存而構成的一個(gè)生態(tài)學(xué)功能單位。

生物成分按其在生態(tài)系統中的作用，  可劃分為三大類(lèi)群：  生產(chǎn)者  （從無(wú)機物合成有機物，例如植物、某些微生物） 、消費者（利用有機物進(jìn)行生活，一般不能將有機物直接分解成有機物，例如動(dòng)物、某些微生物）和分解者（分解有機物成無(wú)機物，形成完整的物質(zhì)循環(huán)） 。微生物可以在多個(gè)方面但主要作為分解者而在生態(tài)系統中起重要作用。