第二十四至二十六教學(xué)單元-第9章微生物的生態(tài)第10章分類和鑒定2

第九章

微生物生態(tài)學(xué)本章內(nèi)容第一節(jié)自然界中的微生物第二節(jié)微生物生態(tài)學(xué)的研究方法第三節(jié)微生物活性的測(cè)定方法第四節(jié)微生物在自然界物質(zhì)循環(huán)中的作用第五節(jié)微生物之間的關(guān)系第六節(jié)微生物與環(huán)境治理第七節(jié)瘤胃微生物生態(tài)系統(tǒng)第八節(jié)產(chǎn)甲烷作用和互養(yǎng)共棲第七節(jié)瘤胃微生物生態(tài)系統(tǒng)

一、瘤胃中的微生物發(fā)酵草食動(dòng)物進(jìn)食后，由纖維素分解菌和原生動(dòng)物將纖維素分解為纖維二糖，最終降解為葡萄糖，葡萄糖經(jīng)過微生物發(fā)酵產(chǎn)生乙酸、丙酸、丁酸、CO2和CH4，小分子的有機(jī)酸通過瘤胃壁進(jìn)入血液，進(jìn)一步氧化，為動(dòng)物的生命活動(dòng)提供能量來源，瘤胃中的這些反應(yīng)大約需要9~12小時(shí)完成。瘤胃微生物不僅為反芻動(dòng)物提供能量來源，而且提供氨基酸和維生素，這些都是動(dòng)物必須的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。二、瘤胃細(xì)菌種類革氏染色形狀發(fā)酵產(chǎn)物纖維素分解菌產(chǎn)琥珀酸絲狀菌陰性桿狀琥珀酸、乙酸、甲酸溶纖維丁酸弧菌陰性彎曲桿狀乙酸、乳酸、丁酸、甲酸、H2、CO2白色瘤胃球菌陰性球形乙酸、甲酸、H2、CO2Clostridiumlochheadii陰性球形乙酸、丁酸、甲酸、H2、CO2淀粉分解菌拉氏擬桿菌陰性桿狀乙酸、甲酸、琥珀酸嗜淀粉瘤胃桿菌陰性桿狀乙酸、甲酸、琥珀酸反芻月形單胞菌陰性彎曲桿狀乙酸、丙酸、乳酸溶淀粉琥珀酸單胞菌陰性卵圓形乙酸、丙酸、琥珀酸牛鏈球菌陽性球形乳酸乳酸分解菌解乳月形單胞菌陰性彎曲桿狀乙酸、琥珀酸埃氏巨球形菌陽性球形乙酸、丁酸、丙酸、戊酸、己酸、H2、CO2果膠分解菌多對(duì)毛螺菌陽性彎曲桿狀乙酸、甲酸、乳酸、H2、CO2產(chǎn)甲烷菌瘤胃甲烷短桿菌陽性桿狀CH4運(yùn)動(dòng)甲烷微球菌陰性桿狀CH4三、瘤胃原生動(dòng)物和真菌的作用瘤胃中特有的原生動(dòng)物群落（約106/ml）主要由專性厭氧的纖毛蟲組成，雖然它們不是瘤胃發(fā)酵所必須的生物種群，但它們捕食瘤胃細(xì)菌，起著控制瘤胃細(xì)菌密度的重要作用。另外原生動(dòng)物還參與纖維素和淀粉的分解以及葡萄糖的發(fā)酵，產(chǎn)生同細(xì)菌發(fā)酵一樣的有機(jī)酸。瘤胃真菌是嚴(yán)格厭氧的真菌類群，其作用主要是：參與控制瘤胃細(xì)菌的密度、參與發(fā)酵纖維素的過程和降解其它植物多糖如木質(zhì)素、半纖維素和果膠。四、瘤胃生態(tài)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)瘤胃生態(tài)系統(tǒng)的一個(gè)主要特征是其恒定性。不同反芻動(dòng)物含有同樣主要的瘤胃細(xì)菌種群，但隨著飲食的略有不同，每個(gè)種群的比例也略有變化；產(chǎn)生的揮發(fā)性脂肪酸的性質(zhì)和比例以及瘤胃CO2和CH4的水平在不同種的反芻動(dòng)物中是相對(duì)恒定的。瘤胃中微生物的組成改變可引起動(dòng)物生病甚至死亡，如牛的飲食突然從纖維飼料改為谷物，則其瘤胃中牛鏈球菌大量生長(zhǎng)，從正常的107細(xì)胞/ml，快速增長(zhǎng)到1010細(xì)胞/ml以上，牛鏈球菌進(jìn)行乳酸發(fā)酵產(chǎn)生大量的乳酸，酸化瘤胃（即酸中毒）殺死正常的瘤胃菌群。嚴(yán)重的酸中毒可以引起動(dòng)物的死亡。為了避免酸中毒，動(dòng)物需要一段時(shí)間逐漸地從飼料轉(zhuǎn)變成谷物，在飲食中緩慢地添加淀粉，選擇產(chǎn)生揮發(fā)性脂肪酸的淀粉降解者來替代牛鏈球菌。一、甲烷生成的環(huán)境甲烷的產(chǎn)生菌是專性厭氧產(chǎn)甲烷細(xì)菌.自然界有三個(gè)基本環(huán)境產(chǎn)生甲烷:第一是水體的沉積物、沼澤、凍土、水稻田、厭氧污水處理消化池等常見水體環(huán)境。第二是動(dòng)物腸胃系統(tǒng)，尤其是反芻動(dòng)物。第三是高溫的地?zé)釡厝?。第八?jié)產(chǎn)甲烷作用和互養(yǎng)共棲二、產(chǎn)甲烷作用和微生物的互養(yǎng)共棲產(chǎn)甲烷過程大致可以分為三個(gè)階段:第一階段主要由擬桿菌屬、月形單胞菌屬、丁酸梭菌屬、丁酸弧菌和一些腐敗菌利用胞外酶將碳水化合物、蛋白、脂肪等多聚物水解成氨基酸、單糖和脂肪酸，并發(fā)酵這些中間產(chǎn)物成各種低級(jí)脂肪酸和醇類。第二階段是由產(chǎn)醋酸的細(xì)菌把低級(jí)脂肪酸如丙酸鹽、丁酸鹽、琥珀酸鹽和乙醇轉(zhuǎn)化為醋酸、CO2和H2。第三階段由產(chǎn)甲烷細(xì)菌利用H2還原CO2生成甲烷，另外一些產(chǎn)甲烷細(xì)菌還可以把乙酸轉(zhuǎn)化為甲烷。甲烷發(fā)酵中,將有機(jī)物轉(zhuǎn)化為甲烷的主要細(xì)菌是將低級(jí)脂肪酸轉(zhuǎn)化為乙酸、CO2和H2的次級(jí)發(fā)酵者產(chǎn)醋酸細(xì)菌，尤其是產(chǎn)生氫的脂肪酸氧化細(xì)菌，這類細(xì)菌以小分子的脂肪酸或乙醇為能源，但在這些底物存在的純培養(yǎng)中，生長(zhǎng)很差或不能生長(zhǎng)，只有它們與耗氫的生物（如產(chǎn)甲烷菌或硫酸鹽還原菌）聯(lián)合時(shí)，才能旺盛生長(zhǎng)，即它們依賴于與其它細(xì)菌的互養(yǎng)共棲關(guān)系而生長(zhǎng)，所以這種生物也稱為互養(yǎng)共棲菌，這種依存關(guān)系的本質(zhì)是H2的種間轉(zhuǎn)移。沼氣又稱生物氣，是一種混合可燃的氣體，主要成分為甲烷，另有少量的H2、N2和CO2。沼氣發(fā)酵的化學(xué)本質(zhì)是產(chǎn)甲烷細(xì)菌在厭氧條件下，利用H2還原CO2等碳源營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)以產(chǎn)生細(xì)胞物質(zhì)、能量和代謝廢物CH4的過程。沼氣發(fā)酵的三大功能：飼料、能源、肥料三、沼氣發(fā)酵與環(huán)境保護(hù)沼氣發(fā)酵意義：

燃燒放熱：利用率10%

秸桿等一步利用：秸桿草木灰：低效肥(土壤退化)

生物量（植物殘?bào)w）梯級(jí)利用：秸桿飼料禽畜糞便

沼氣發(fā)酵

有機(jī)肥料CH4

（改良土壤）（能量90%）本章重點(diǎn)1.了解微生物在自然界中的分布。2.從含菌樣品中或從自然界篩選菌種，一般要經(jīng)過哪些環(huán)節(jié)，掌握純種分離的方法和純種驗(yàn)證的方法。3.理解嗜酸菌、嗜堿菌等極端環(huán)境微生物的概念。4.了解微生物間的關(guān)系（互生，共生，拮抗，寄生，捕食及例子。5.掌握微生物在自然界C，N循環(huán)中的作用。6.了解微生物法處理污水的基本原理，并了解污水處理的幾種裝置（活性污泥法，生物膜法）。名詞概念：BOD5,COD，活性污泥

第十章

微生物分類與鑒定本章內(nèi)容一、分類單元二、命名規(guī)則三、分類鑒定方法四、微生物的分類系統(tǒng)

據(jù)保守估計(jì)，地球上真菌約150萬種，細(xì)菌4萬種，病毒130萬種但認(rèn)識(shí)的微生物僅是估計(jì)數(shù)量的5~10%，即15萬~20萬種要認(rèn)識(shí)、研究和利用類群龐大的微生物資源，必須對(duì)它們進(jìn)行分類。分類(classification)：根據(jù)一定的原則(表型特征相似性或系統(tǒng)發(fā)育相關(guān)性)對(duì)微生物進(jìn)行分群歸類，根據(jù)相似性或相關(guān)性水平排列成系統(tǒng)，并對(duì)各個(gè)分類群的特征進(jìn)行描述，以便查考和對(duì)未被分類的微生物進(jìn)行鑒定。(根據(jù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)建立系統(tǒng)的過程)分類學(xué)的具體任務(wù)有三個(gè)：鑒定分類、命名、命名(nomenclature)：是根據(jù)命名法規(guī)，給每一個(gè)分類群一個(gè)專有的名稱。鑒定(identification或determination)：借助于現(xiàn)有的微生物分類系統(tǒng)，通過特征測(cè)定，確定未知的、或新發(fā)現(xiàn)的、或未明確分類地位的微生物所應(yīng)歸屬分類群的過程。(根據(jù)現(xiàn)有系統(tǒng)確定未知微生物分類歸屬的過程)1.種以上的系統(tǒng)分類單元界門綱目科屬

種（基本分類單元）一、分類單元七級(jí)根據(jù)CarlWoese的理論，現(xiàn)在還在界之上使用域(domain)，即：古生菌域、細(xì)菌域、真核生物域。圖10-5生命世界的系統(tǒng)發(fā)育樹狀圖（Olsen&Woese1993）種是生物分類中基本的分類單元和分類等級(jí)。

微生物的種：指具有高度特征相似性的菌株群，這個(gè)菌株群與其他類群的菌株有很明顯的區(qū)別。2.種（species）種的具體代表：稱為“模式種”（typespecies）由于細(xì)菌分類單元的劃分缺乏一個(gè)易于操作的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，為了減少因采用不同標(biāo)準(zhǔn)界定分類單元所造成的混亂，細(xì)菌系統(tǒng)分類也像其他生物分類一樣采用“模式概念”種和亞種指定模式菌株（typestrain）；亞屬和屬指定模式種（typespecies）；屬以上至目級(jí)分類單元指定模式屬（typegenus）。3.種以下的分類單元1）亞種(subspecies)和變種(variety)：2）型(form或type)：常指亞種以下的細(xì)分。當(dāng)同種或同亞種不同菌株之間的性狀差異，不足以分為新的亞種時(shí)，可以細(xì)分為不同的型。例如：抗原特征的差異，分為不同的血清型；對(duì)噬菌體裂解反應(yīng)的不同，分為不同的噬菌體型3）菌株(strain)：從自然界中分離得到的任何一種微生物的純培養(yǎng)物都可以稱為一個(gè)菌株；用實(shí)驗(yàn)方法(如通過誘變)所獲得的某一菌株的變異型，也可以稱為一個(gè)新的菌株，以便與原來的菌株相區(qū)別。菌株是微生物分類和研究工作中最基礎(chǔ)的操作實(shí)體菌株與型的區(qū)別：菌株之間不存在鑒別特征的差異，命名不同的菌株無需分類學(xué)依據(jù)；不同型的細(xì)菌之間存在鑒別特征的差異，命名或鑒定不同的型必需有分類學(xué)依據(jù)。二、微生物的命名微生物名稱：俗名（commonname）學(xué)名（scientificname）（1）學(xué)名國(guó)際命名法規(guī)：雙名法：屬名+種名加詞屬名在前，一般用拉丁文名詞表示，字首字母大寫種名在后，常用拉丁文形容詞表示，全部小寫

一般用斜體表示

當(dāng)兩個(gè)或多個(gè)學(xué)名排在一起時(shí)，若它們的屬名相同，則后面的屬名可縮寫成1個(gè)、2個(gè)或3個(gè)字母，在其后加一個(gè)點(diǎn)。如：Bacillus可縮寫成“B.”或“Bac.”

若所分離的菌株只鑒定到屬而未鑒定到種，用sp.（單數(shù)）或spp.（復(fù)數(shù)）表示。如：Bacillussp.（2）在分類學(xué)文獻(xiàn)中

學(xué)名=屬名+種名+（首次定名人）+現(xiàn)名定名人+現(xiàn)名定名年份必要（斜體）可省略（正體）（3）三名法

有亞種或變種時(shí)，學(xué)名由“三名法”構(gòu)成

學(xué)名=屬名

+種名加詞

+subsp或var+亞種或變種的加詞斜體正體（可省略）斜體（不可省略）三、微生物分類鑒定的方法菌種鑒定步驟：獲得純培養(yǎng)物測(cè)定必要的鑒定指標(biāo)查找權(quán)威性的菌種鑒定手冊(cè)分類鑒定方法：經(jīng)典分類鑒定法微生物遺傳型的鑒定細(xì)胞化學(xué)成分的鑒定現(xiàn)代方法數(shù)值分類法（一）經(jīng)典分類鑒定法形態(tài)學(xué)特征生理學(xué)特征生態(tài)學(xué)特征經(jīng)典鑒定指標(biāo)：生活史，有性生殖情況血清學(xué)反應(yīng)對(duì)噬菌體的敏感性其他形態(tài)和生理生化特征是最常用的細(xì)菌分類、鑒定指標(biāo)

以生物學(xué)表型為指標(biāo)的傳統(tǒng)方法，正在向微量化、簡(jiǎn)便化、快速化、智能化的方向發(fā)展。目前，已有商品化的鑒定系統(tǒng)，如：

API系統(tǒng)

“Enterotube”

“Biolog”全自動(dòng)和手動(dòng)系統(tǒng)

按大量表型性狀的相似性程度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、歸類

特點(diǎn):

使用盡可能多的性狀，每個(gè)性狀同等重要。