【正文】 ， 淺綠色為藻類 ， 棕色為真菌 ， 黃色為原生動物 ， 綠色為植物 ， 紫色是動物 。 Rocco L. Mancinelli Nature, 2022, Vol. 409, 10921101 極端環(huán)境微生物的研究意義 ? 由于極端環(huán)境微生物能產(chǎn)生許多獨特的穩(wěn)定蛋白，在生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)上有很高的價值，它們產(chǎn)生的許多酶已經(jīng)在市場上得到廣泛的應(yīng)用。 ? 對極端環(huán)境微生物中古細菌的研究，顯示這一類微生物和已知的微生物有顯著的差別，從而，提出了新的分類系統(tǒng)，即三域分類系統(tǒng)－古菌、細菌和真核生物。 Rocco L. Mancinelli Nature, 2022, Vol. 409, 10921101 人體的正常菌群 在人類的皮膚、粘膜以及一切與外界環(huán)境相通的腔道，如口腔、鼻咽腔、消化道和泌尿生殖道中經(jīng)常有大量的微生物存在著。 機體防御機能減弱時，一部分正常菌群會成為病原微生物； 正常菌群在非正常部位時也可引起疾病； 由于外界因素的影響，破壞了各種微生物之間的相互制約關(guān)系，正常菌群也會引起疾?。ň菏д{(diào)癥）。所謂正常菌群，實際上是相對的、可變的和有條件的。一旦宿主的防御功能減弱、正常菌群生長部位改變或長期服用抗生素等制菌藥物后，就會引起菌群失調(diào)。 ? 內(nèi)源感染： 由條件致病菌引起的感染。 ? 微生態(tài)學： 從細胞和分子水平上研究微觀層次上的生態(tài)學規(guī)律。 ? 益生菌劑： 一類分離自正常菌群，以高含量活菌為主體，以口服或粘膜途徑投入，以改善宿主特定部位微生態(tài)平衡并有其他有益生理活性的生物制劑。 研究微生物的 分布規(guī)律 ， 有助于開發(fā)豐富的菌種資源，防止有害微生物的活動； 現(xiàn)代分子生態(tài)學 ?微生物生態(tài)學研究什么？ ? 1，有什么 ? 2，做什么 ? 3，能做什么 ? 4，我們利用他們做什么 ?對環(huán)境中微生物種群的類型和數(shù)量進行及時和準確的分析測定在微生物生態(tài)研究中十分重要，傳統(tǒng)的微生物分析測定方法，包括顯微鏡微生物形態(tài)觀察、選擇性培養(yǎng)基計數(shù)、純種分離和生理生化鑒定等，在環(huán)境樣品研究中都存在巨大缺陷。 ? 其中，以 16S rRNA／ DNA為基礎(chǔ)的分子生物學技術(shù)已成為普遍接受的方法，該技術(shù)主要利用不同微生物在 16S核糖體 RNA (rRNA)及其基因 (rDNA)序列上的差異來進行微生物種類的鑒定和定量分析。混合物中序列的多樣性和不同序列的豐度在一定程度上反映了原始樣品中微生物種群的多樣性和不同物種的豐度。經(jīng)過多年的研究，現(xiàn)在已經(jīng)有多種 DNA指紋技術(shù)，又稱為多態(tài)性分析 變性梯度凝膠電泳 (Denaturing Gradient Gel Electrophoresis， DGGE） ? DGGE的原理是：在堿基序列上存在差異的不同 DNA雙鏈解鏈時需要不同的變性劑濃度， DNA雙鏈一旦解鏈，其在聚丙烯酰胺凝膠中的電泳速度將會急劇下降；因此，將 PCR擴增得到的等長的 DNA片段加入到含有變性劑梯度的凝膠中進行電泳，序列不同的 DNA片段就會在各自相應(yīng)的變性劑濃度下變性，發(fā)生空間構(gòu)型的變化，導(dǎo)致電泳速度的急劇下降，以至停留在其相應(yīng)的不同變性劑梯度位置，染色后可以在凝膠上呈現(xiàn)為分開的條帶。在不同泳道中停留在相同位置的條帶，一般可視為具有相同的 DNA序列。 Gen Bank將按照與測得序列的相似性高低列出已知序列名單、相似性程度以及這些序列相對應(yīng)的微生物種類，但更為精確的微生物分類還取決于系統(tǒng)發(fā)育分析 (phylogeic analysis)。 基因探針設(shè)計 ?雖然上述從核酸提取到 PCR、克隆、測序和系統(tǒng)發(fā)育分析的技術(shù)路線，可以給出 ?詳細的微生物種群分析結(jié)果，但費時費力，不能對目標種群進行原位和實時的檢測， ?而且由于核酸提取和 PCR過程中存在的偏差，上述實驗結(jié)果也有可能存在錯誤。 ?采用這一技術(shù)可以同時對不同類群的細菌在細胞水平上進行原位的定性定量分析和空間位置標示 In situ identification of archaea/SRB aggregates with fluorescently labelled rRNAtargeted oligonucleotide probes. The archaea are shown in red, and the SRB in green. The aggregates were visualized using filter sets specific for DAPI, CY3 and FLUOS for identical microscopic fields. 第二節(jié) 微生物與生物環(huán)境間的關(guān)系 自然環(huán)境中的微生物一般都不是單獨存在的。微生物與生物環(huán)境間的關(guān)系分為： 一、互生 二、共生 三、寄生 四、拮抗 五、捕食 一、互生 兩種可單獨生活的生物，當它們在一起時，通過各自的代謝活動而有利于對方，或偏利于一方的生活方式。 固氮菌 纖維素分解菌 固氮 碳源 微生物與高等植物之間的互生關(guān)系 根際微生物與高等植物：高等植物為微生物提供所需的營養(yǎng)物質(zhì)，植物發(fā)達的根系改善了土壤結(jié)構(gòu)，水分和空氣條件，有利于微生物的生長。一般不會致病。如：氧化葡糖酸桿菌、條紋假單胞菌和巨大芽孢桿菌協(xié)同參與 VC生產(chǎn)發(fā)酵。生理上相互分工，組織上形成了新的結(jié)構(gòu)，彼此分離各自就不能很好地生活。 生理： 地衣中的真菌和藻類已形成特殊形態(tài)的整體，在生理上相互依存。 地衣 藻類和真菌的共生體 形成有固定形態(tài)的葉狀結(jié)構(gòu)： 真菌無規(guī)則地纏繞藻類細胞，或二者組成一定的層次排列。 （二）微生物與植物間的共生 根毛 根瘤菌 侵入線 已侵入的 根瘤菌 根瘤 根瘤的形成過程 1. 根瘤菌與植物間的共生 2. 菌根菌與植物 菌根具有改善植物營養(yǎng)、調(diào)節(jié)植物代謝和增強植物抗病能力等功能。 菌根可分為 外生菌根（哈蒂氏網(wǎng)，主要是擔子菌、其次是子囊菌形成）、 內(nèi)生菌根 （叢枝狀菌根，內(nèi)囊霉科中部分真菌形成）。 有的生活在共生體的細胞外（外共生生物），有的生活在共生體的細胞內(nèi)（內(nèi)共生生物）。 反芻動物與瘤胃微生物的共生原理 2. 瘤胃微生物與反芻動物的共生 牛羊等反芻動物，草食，但它們本身沒有分解纖維素的能力，而是靠瘤胃微生物幫助分解，使纖維素變成能被牛羊吸收的糖類。 三、寄生 一種小型生物生活在另一種較大型生物的體內(nèi)（包括細胞內(nèi)）或體表，從中奪取營養(yǎng)并生長繁殖，同時使后者蒙受損害甚至被殺死的一種相互關(guān)系。 各種各樣的寄生微生物多是致病菌。） 真菌 — 真菌； 真菌、細菌 — 原生動物。 有些寄生真菌不分泌毒素，由菌絲將寄主的菌絲緊緊地纏繞起來，再由接觸部位侵入寄主菌絲內(nèi)吸收營養(yǎng)使之死亡。 （二）微生物與植物間的寄生 微生物對植物的寄生很普遍，這是植物發(fā)生病害的重要原因。 植物或染病微生物發(fā)病后，出現(xiàn)變色，組織壞死，萎蔫和畸形等癥狀。 植物病害以真菌病害為主，占９５％。 ? 寄生于動物的微生物即為動物的病原菌。這些微生物若寄生于對人有害的動物，則可用它們制成微生物殺蟲劑或生物農(nóng)藥。 （三）微生物與動物間的寄生 微生物在人體和動物體內(nèi)寄生引起人與動物的傳染病 常見的畜禽傳染：炭疽病，口蹄疫，豬瘟，雞瘟病等 病原微生物寄生在有益的動植物體內(nèi)會給人們造成經(jīng)濟損失，寄生有害在動物體內(nèi)，則對人類是有益的，可以加以利用。 ?典型例子：抗生素（抗菌素）、乳酸。 ? 原生動物 捕食 水體和土壤中的細菌，放線菌，真菌的孢子及單細胞藻類 （凈化污水）。 微生物在生態(tài)系統(tǒng)中的作用 1. 微生物是有機物的主要分解者 2. 微生物是物質(zhì)循環(huán)中的重要成員 3. 微生物是生態(tài)系統(tǒng)中的初級生產(chǎn)者 4. 微生物是物質(zhì)和能量的貯存者 5. 微生物是地球生物演化中的先行者 第三節(jié) 微生物與自然界物質(zhì)循環(huán) 微生物與生物地球化學循環(huán) 碳素循環(huán) 氮素循環(huán) 硫素循環(huán) 其他元素的微生物轉(zhuǎn)化 磷素循環(huán) 鐵循環(huán) 整個生物圈要獲得繁榮昌盛的發(fā)展，其能量來源主要依賴于太陽，而其元素來源則主要依賴于微生物所推動的物質(zhì)循環(huán)。其中有大氣中的 CO2（含量為 ％）、溶于水中 CO2,H2CO3中的碳、含碳巖石（石灰石、大理石）和化石燃料（煤、石油、天然氣等）中所含的碳以及有機物中的碳。經(jīng)光合作用固定的 CO2中，大部分以聚糖的形式累積在木本和草本植物軀體中。在木材中，約 75％是由多