環(huán)境工程微生物學(xué)-微生物的生態(tài)-課件

1、第二部分 微生物生態(tài)第七章微生物的生態(tài)第一節(jié) 概 述第二節(jié)生態(tài)環(huán)境中的微生物第三節(jié)微生物與生物地球化學(xué)循環(huán)第七章微生物的生態(tài)概 述生態(tài)系統(tǒng)微生物在生態(tài)系統(tǒng)中的角色第七章微生物的生態(tài)生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)系統(tǒng)是指在一定的空間內(nèi)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(gòu)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(tǒng)中的作用，可劃分為三大類群：生產(chǎn)者、消費(fèi)者和分解者。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(tǒng)中起重要作用。第七章微生物的生態(tài) 微生物是有機(jī)物的主要分解者是物質(zhì)循環(huán)中的重要成員是生態(tài)系統(tǒng)中的初級(jí)生產(chǎn)者是物質(zhì)和能量的貯存者是地球生物演化中的先鋒種類 第七章微生物的生態(tài)

2、生態(tài)環(huán)境中的微生物 微生物生物環(huán)境間的關(guān)系土壤中的微生物水體中的微生物大氣中的微生物極端環(huán)境下的微生物動(dòng)物體中的微生物植物體中的微生物人體微生物及病原微生物的傳播第七章微生物的生態(tài)種群的相互作用互生(mrtabiosis)共生(symbiosis)寄生(parasitism)拮抗(antagonism)捕食(predation)第七章微生物的生態(tài)種群的相互作用種群 是指具有相似特性和生活在一定空間內(nèi)的同種個(gè)體群，種群是組成群落的基本組分。種群的相互作用復(fù)雜多樣，種群密度、代謝能力、增長(zhǎng)速率等方面表述兩個(gè)種群之間的相互影響及作用。 第七章微生物的生態(tài)種群相互作用的基本類型中立生活 兩種群之間在一

3、起彼此沒(méi)有影響或僅存無(wú)關(guān)緊要的影響。偏利作用 一種種群因另一種種群的存在或生命活動(dòng)而得利，而后者沒(méi)有從前者受益或受害。協(xié)同作用 相互作用的兩種種群相互有利，二者之間是一種非專性的松散聯(lián)合。第七章微生物的生態(tài)互惠共生 相互作用的兩個(gè)種群相互有利，兩者之間是一種專性的和緊密的結(jié)合，是協(xié)同作用的進(jìn)一步延伸。聯(lián)合的種群發(fā)展成一個(gè)共生體，有利于它們?nèi)フ紦?jù)限制單個(gè)種群存在的生境。地衣是互惠共生的典型例子。寄生 一種種群對(duì)另一種群的直接侵人，寄生者從寄主生活細(xì)胞或生活組織獲得營(yíng)養(yǎng)，而對(duì)寄主產(chǎn)生不利影響。第七章微生物的生態(tài)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(yǎng)，而對(duì)被食者種群產(chǎn)生不

4、利影響。偏害作用(拮抗) 一種種群阻礙另一種種群的生長(zhǎng)，而對(duì)第一種種群無(wú)影響。競(jìng)爭(zhēng) 兩個(gè)種群因需要相同的生長(zhǎng)基質(zhì)或其它環(huán)境因子，致使增長(zhǎng)率和種群密度受到限制時(shí)發(fā)生的相互作用，其結(jié)果對(duì)兩種種群都是不利的。第七章微生物的生態(tài)互生微生物間的互生人與腸道正常菌群的互生互生與發(fā)酵工業(yè)中的混菌培養(yǎng) 第七章微生物的生態(tài)共生微生物間的共生微生物與植物間的共生根瘤菌根微生物與動(dòng)物間的共生昆蟲反芻動(dòng)物第七章微生物的生態(tài)寄生微生物間的寄生微生物與植物間的共生微生物與動(dòng)物間的共生拮抗捕食第七章微生物的生態(tài)土壤中的微生物土壤是微生物的合適生境土壤微生物種類齊全、數(shù)量多、代謝潛力巨大，是主要的微生物源 。土壤微生物的數(shù)量

5、和分布主要受到營(yíng)養(yǎng)物、含水量、氧、溫度、pH等因子的影響，集中分布于土壤表層和土壤顆粒表面。 一、土壤中的生態(tài)條件土壤是自然界微生物活動(dòng)的主要場(chǎng)所，因?yàn)橥寥谰邆湮⑸锷娴幕緱l件。水分土壤的孔隙和土塊的表面總會(huì)帶有一定的，土壤一般含有豐富的有機(jī)質(zhì)，它們來(lái)自動(dòng)植物的遺體。土壤也含有多種礦物質(zhì)，含有微生物需要的金屬元素。在土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)中含有空氣。這種土壤的pH接近中性，其溫度適宜，一年四季變化相對(duì)不大。在表層幾毫米之下，微生物可免于陽(yáng)光直射。這些使土壤成為微生物活動(dòng)最適宜的場(chǎng)所，所以土壤有微生物的“天然培養(yǎng)基”之稱。土壤中微生物數(shù)量最大，種類最多，人們常稱之為“微生物的大本營(yíng)”。土壤逐漸干燥時(shí)，

6、細(xì)菌數(shù)量的變化細(xì)菌類群數(shù)量（106 /g 干土）0d15d細(xì)菌總數(shù)芽孢細(xì)菌無(wú)芽孢細(xì)菌球菌節(jié)桿菌22.86.013.03.10.672.92.20.10.10.60二、土壤微生物的分布特點(diǎn)不同土壤，微生物種類和數(shù)量、優(yōu)勢(shì)種群不同；同一土壤，微生物的分布呈不均勻性和季節(jié)性變化；土壤中微生物的垂直分布和水平分布呈現(xiàn)差異。三、土壤自凈和污染土壤微生物生態(tài)（一）土壤自凈1、概念2、影響因素(二)污染土壤的微生物生態(tài)四、土壤污染和土壤生物修復(fù) (一)土壤污染物的來(lái)源及其不良后果1、土壤污染物的來(lái)源2、污染物的去向3、土壤污染的后果(二)土壤修復(fù)1、土壤修復(fù)的興起2、土壤修復(fù)的概念3、土壤生物修復(fù)技術(shù)簡(jiǎn)介4

7、、土壤生物修復(fù)工程生物通風(fēng)系統(tǒng)修復(fù)石油輕度污染土壤的示意圖典型花園土壤不同深度每克土壤的微生物菌落數(shù) /CFU深度/cm細(xì)菌放線菌*真菌藻類3-8975000020800001190002500020-25217900024500050000500035-40570000490001400050065-751100050006000100135絲狀細(xì)菌第七章微生物的生態(tài)水體中的微生物水生生境主要包括湖泊、池塘、溪流、河流、港灣和海洋。水體中微生物的數(shù)量和分布主要受到營(yíng)養(yǎng)物水平、溫度、光照、溶解氧、鹽分等因素的影響。 一、水體中微生物的分布特點(diǎn)來(lái)自溪流的水較為清潔，營(yíng)養(yǎng)

8、物質(zhì)缺乏，其中細(xì)菌以革蘭氏陰性無(wú)芽孢菌為主。含鐵和硫的水中則常見(jiàn)鞘細(xì)菌和硫細(xì)菌 ；湖泊、池塘、河流中的微生物大部分來(lái)自土壤和生活污水，微生物類群直接反映了陸地情況。 水中的真菌以水生藻狀菌為主。湖水中最常見(jiàn)的真菌是水霉菌屬 (Soprolegnia)和綿霉菌屬 (Achalya)的菌種。海水中微生物的種類和數(shù)量也很大，分布極廣，特別是藻類最多。細(xì)菌的種類和土壤及淡水中的差別不大，但有較多的弧菌和革蘭氏陰性桿菌，球菌和放線菌較少。海水細(xì)菌中能游動(dòng)的和有色素的細(xì)菌比例較大。海水營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)相對(duì)不豐富，加之海水的高鹽分、低溫、高壓的條件，海水中微生物的濃度相對(duì)較低，異養(yǎng)菌數(shù)目相對(duì)較少，兼性好氧菌占優(yōu)勢(shì)而

9、專性好氧菌很少，它們大多是分解蛋白質(zhì)能力強(qiáng)，而分解碳水化合物能力弱的菌種。 不同水體微生物數(shù)量國(guó)名河 名河水中的細(xì)菌數(shù)(個(gè)/mL)作 者德國(guó)巴西捷克福達(dá)河萊爾涅爾格羅河多瑙河3.52105 9.8106231054.55105JannaschSchmidtDaubner湖泊類型細(xì)菌總數(shù)（103 /mL）貧營(yíng)養(yǎng)湖泊中營(yíng)養(yǎng)湖泊富營(yíng)養(yǎng)湖泊富營(yíng)養(yǎng)水庫(kù)503404501400220012300100057900二、水體自凈作用（一）水體自凈1 概念：地面水接受污染物后，水質(zhì)發(fā)生變化，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間(或流過(guò)一定距離)后，受多種因素的影響，被污染的地面水又恢復(fù)原有的潔凈狀態(tài)，這一過(guò)程稱為水體的自凈作用。 自凈

10、容量自凈作用有一定的限度，在水體自凈作用限度內(nèi)能夠容納的污染物的最大數(shù)量，稱為該水體的自凈容量。對(duì)于某一特定的水域，若污染物的排放總量超過(guò)了其自凈容量，則水體不能自行恢復(fù)至原有的狀態(tài)，其生態(tài)平衡將遭到破壞，河水即被污染。我國(guó)每年的廢污水排放總量已經(jīng)達(dá)到了620億噸水體自凈作用的強(qiáng)弱和自凈容量的大小受水量、水質(zhì)及一系列水文條件 (如流量、流速、河流彎曲復(fù)雜程度等)影響。自凈作用是自然沉降作用、稀釋作用、有機(jī)物的生物降解、復(fù)氧作用 (溶解氧濃度的恢復(fù))、日照等許多作用聯(lián)合的結(jié)果。若污染物的排放量在水體的自凈容量允許范圍，好氧菌能持續(xù)繁殖，隨有機(jī)物降解，溶解氧濃度會(huì)下降，水中BOD濃度也同時(shí)下降；有

11、機(jī)物分解完畢后，化能異養(yǎng)細(xì)菌停止生長(zhǎng)；光合微生物 (藻類和藍(lán)細(xì)菌)利用水中溶解的無(wú)機(jī)物大量繁殖，隨后，無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)物的減少使光合微生物數(shù)量也減少。水體的BOD、溶解氧恢復(fù)至原來(lái)的水平，河水的自凈作用完成。 廢水有時(shí)含有的各式各樣病原微生物，進(jìn)入河流等水域，因環(huán)境變化，一定時(shí)間后死去，病原微生物的死亡是自凈作用的重要內(nèi)容。 2 河流污染和自凈過(guò)程有機(jī)物排放至河流后，被河水稀釋，其中的懸浮物沉降至河底。好氧微生物降解有機(jī)物，加速繁殖，河水溶解氧降低，甲殼動(dòng)物、大多原生動(dòng)物死亡，魚類絕跡，厭氧菌大量繁殖。2 河流污染和自凈過(guò)程有機(jī)物濃度降低，COD和BOD降低、溶O2濃度增加，甚至達(dá)到飽和，水生生物開(kāi)始

12、繁殖。有機(jī)物被完全降解，細(xì)菌數(shù)量減少，河水回復(fù)到原先的水平，自凈作用完成。有機(jī)物質(zhì)種類及濃度：排入河流的有機(jī)物被降解的難易程度、有機(jī)污染物的濃度菌直接影響河流的自凈作用。溶解氧濃度：來(lái)源于藻類、藍(lán)細(xì)菌的光合作用和空氣中氧的擴(kuò)散作用。 3 影響河流自凈作用的因素溫度：水溫或氣候都影響水體自凈作用其它因素：河流的流量、流速、河道彎曲復(fù)雜程度影響到沉降、稀釋作用；氧的擴(kuò)散速率。 3 影響河流自凈作用的因素（二）衡量水體自凈的參考指標(biāo)1、P/H指數(shù)P代表水體中光合自養(yǎng)型微生物數(shù)量，H代表異養(yǎng)微生物數(shù)量，二者之比即為P/H指數(shù)。一定程度上反映水體污染和自凈的程度。P/H指數(shù)低，有機(jī)物濃度較高，污染重，自

13、凈速率高，自凈度低；P/H值高，水體逐漸清潔，有機(jī)物濃度較低，污染輕，自凈速率較低。河流自凈作用完成后，P/H指數(shù)也恢復(fù)到原來(lái)的水平，自凈度高。 河流自凈過(guò)程中，好氧菌降低水中溶O2；藻類和藍(lán)細(xì)菌的光合作用產(chǎn)生的O2及空氣向水體擴(kuò)散的O2使溶解氧濃度逐漸上升 (即復(fù)氧作用)。河流自凈過(guò)程中，在耗氧與復(fù)氧作用下的水中溶解氧變化曲線稱為氧垂曲線。2、氧垂曲線和氧濃度的晝夜變化幅度 O2的消耗量能反映微生物自凈作用的強(qiáng)弱，溶O2的完全恢復(fù)說(shuō)明自凈作用已完成；氧垂曲線可反應(yīng)水體自凈狀況。 （三）污染水體的微生物生態(tài)1 污化系統(tǒng)及其指示生物污化系統(tǒng) (也稱有機(jī)污染系統(tǒng))是根據(jù)水體有機(jī)物污染程度的不同，對(duì)

14、水體的一種分類法。當(dāng)有機(jī)污染物排入河流，在其下游河段的自凈過(guò)程中，形成一系列污化帶。因各種水生生物需要不同的生存條件，故在各個(gè)帶中可找到不同的代表性指示生物，包括細(xì)菌、真菌、藻類、原生動(dòng)物等微生物，以及輪蟲、浮游甲殼動(dòng)物、魚類及底棲動(dòng)物等。根據(jù)指示生物的不同，污化帶可分為多污帶、-中污帶、-中污帶和寡污帶。 (1)多污帶（polysaprobic zone）靠近排污點(diǎn)下游，河水深暗、渾濁，含大量有機(jī)物，BOD高，呈缺氧或厭氧狀態(tài)，污染嚴(yán)重。有機(jī)物分解產(chǎn)生H2S、NH3，使河水有異味。水生生物種類極少，以厭氧和兼性厭氧微生物為主，無(wú)魚類、顯花植物等。代表性的指示生物是細(xì)菌，且種類多、數(shù)量大，每m

15、l水中可達(dá)幾億個(gè)，例如硫酸鹽還原菌與產(chǎn)甲烷菌等，此外還有顫蚯蚓、蚊蠅幼蟲。 (2) 中污帶(-mesosaprobic zone) 在多污帶下游，有機(jī)物量略減少，BOD下降，河水依然灰暗，溶解氧低，水面上可有浮沫和浮泥。生物種類增加，細(xì)菌數(shù)減少，但每毫升仍有幾千萬(wàn)個(gè)。代表性的指示生物舉例如下：天藍(lán)喇叭蟲、椎尾水輪蟲、櫛蝦、獨(dú)縮蟲、顫藻、小球藻等。 (3) -中污帶（-mesosaprobic zone）光合微生物和綠色浮游生物大量出現(xiàn)，水中溶解氧升高，有機(jī)質(zhì)含量少，BOD很低，懸浮物進(jìn)一步減少，有機(jī)氮已轉(zhuǎn)變?yōu)镹H4+、NO2-和NO3- ，CO2與H2S含量減少。細(xì)菌數(shù)量減少，藻類大量繁殖，輪

16、蟲、甲殼動(dòng)物和昆蟲增加，生根的植物、魚類出現(xiàn)。代表性生物：藻類的水花束絲藻、變異直鏈硅藻、短棘盤星藻、舟形藻、梭裸藻 ；原生動(dòng)物的草履蟲、聚縮蟲；微型后生動(dòng)物的腔輪蟲、水蚤。 (4) 寡污帶(oligosaprobic zone)有機(jī)物完全分解為無(wú)機(jī)物，BOD極低，溶O2恢復(fù)正常，不含H2S，CO2含量較低，N元素全部氧化為NO3- ，自凈作用完成 。指示生物：魚腥藍(lán)細(xì)菌 、隔板硅藻 、黃群藻 、玫瑰旋輪蟲及其它藻類，鐘蟲、旋輪蟲、水生植物與魚類等。以上污化系統(tǒng)只能反映有機(jī)污染的程度，不能反映有毒廢水的污染。 2 水體有機(jī)污染指標(biāo)BIP指數(shù) (Biologic Index of Water P

17、ollution)：根據(jù)水生生物種類的變化來(lái)評(píng)價(jià)水體污染程度的方法仍缺乏定量概念，可用水生生物的數(shù)量求出某種指數(shù)來(lái)定量表示水體污染程度。污染程度清潔水輕微污染中等污染嚴(yán)重污染BIP08820206060100利用BIP判斷水體的有機(jī)污染程度BIP =BA + B 100A 有光合作用微生物的數(shù)量B 非光合作用微生物的數(shù)量水污染生物指數(shù)的含義為：2）細(xì)菌菌落總數(shù)（CFU）指1mL水樣品在營(yíng)養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基中，于37C培養(yǎng)24hr后所生長(zhǎng)出來(lái)的細(xì)菌菌落總數(shù)。用于指示被檢測(cè)水源水受有機(jī)污染的程度，為生活飲用水做衛(wèi)生學(xué)評(píng)價(jià)提供依據(jù)。我國(guó)規(guī)定，1mL生活飲用水中的細(xì)菌總數(shù)0.20.3mg/L, P0.010

18、.02mg/L，生化需氧量10mg/L，細(xì)菌總數(shù)105 個(gè)，葉綠素a10g/L。不同湖泊類型的主要特征特征貧營(yíng)養(yǎng)湖泊富營(yíng)養(yǎng)湖泊湖的形態(tài)水色透明度溶解氧營(yíng)養(yǎng)物生物群落深、湖岸陡淡、呈藍(lán)色高濃度高N0.3mg/LP0.3mg/LP0.03mg/L種類少，數(shù)量多，主要是藍(lán)藻，一般缺乏底棲動(dòng)物。富營(yíng)養(yǎng)湖泊貧營(yíng)養(yǎng)湖泊數(shù) 量品 種分 布晝夜間的遷移水華現(xiàn)象主要藻類豐 富較 少主要在水體表面有 限經(jīng)常發(fā)生藍(lán)藻科魚腥藻屬、囊絲藻屬、微囊藻屬等，片硅藻科直鏈藻屬、脆桿藻屬、冠盤藻屬、星干藻屬。稀 少很 多可生長(zhǎng)至深層頻繁很少出現(xiàn)綠藻科角星鼓藻屬、片硅藻科平板藻屬，小環(huán)藻屬；金藻可錐囊藻屬富營(yíng)養(yǎng)湖泊與貧營(yíng)養(yǎng)湖泊比

19、較eutrophicationLarge phytoplankton blooms can cause huge ugly foams on beaches. These blooms are not toxic but temporarily ruin the beach, reducing its recreational value.Algae bloom in Mounds Dam impoundment caused by eutrophication3 富營(yíng)養(yǎng)化的危害水體外觀呈色、變濁、影響景觀：內(nèi)陸湖：水華（水花 Water bloom);海洋：赤潮（紅潮 Red tide)水體

20、散發(fā)不良?xì)馕叮和列人兀╣eosmin)，硫醇、吲哚、胺類、酮類等；溶解氧下降：分解有機(jī)物及藻類殘?bào)w造成細(xì)菌的大量繁殖，消耗掉水中的氧氣。水生生物大量死亡。有些產(chǎn)生毒素：甲藻產(chǎn)生石房毒素、進(jìn)入食物鏈。 滇池藍(lán)藻水華收集區(qū)里，自動(dòng)吸藻器在吸取厚達(dá)5 cm的微囊藻水華。4 優(yōu)勢(shì)藻種海洋中引起赤潮的主要藻種多為甲藻綱，常見(jiàn)的有：甲藻屬、膝蓋藻屬、多甲藻屬；湖泊水華產(chǎn)生以藍(lán)細(xì)菌為主：微囊藻屬、魚腥藻屬、束絲藻屬、顫藻等屬的一些種，有些能固氮。5 富營(yíng)養(yǎng)化的檢測(cè)與防治監(jiān)測(cè)：N、P元素的含量，水體中N0.3mg/L、P0.03mg/L時(shí)，藻類生長(zhǎng)加快。 日本學(xué)者提出，按下式計(jì)算： 耗O2量 無(wú)機(jī)N(g/L)

21、 無(wú)機(jī)P(g/L) 1500 若結(jié)果 1，富營(yíng)養(yǎng)化將出現(xiàn)。 1評(píng)價(jià)水體富營(yíng)養(yǎng)化的方法與AGP評(píng)價(jià)水體富營(yíng)養(yǎng)化的方法是：觀察藍(lán)藻等指示生物；測(cè)定生物的現(xiàn)存量；測(cè)定原初生產(chǎn)力；測(cè)定透明度；測(cè)定氮和磷等導(dǎo)致富營(yíng)養(yǎng)化的物質(zhì)。將五方面綜合起來(lái)對(duì)水體的富營(yíng)養(yǎng)化作出全面、充分地評(píng)價(jià)。為了控制排入水體的廢水量和水質(zhì)，以便采取防止廢水對(duì)水體產(chǎn)生負(fù)面影響的措施，必須測(cè)定該廢水中藻類的潛在生產(chǎn)力(AGP)。AGP即藻類生產(chǎn)的潛在能力。把特定的藻類接種在天然水體或廢水中，在一定的光照度和溫度條件下培養(yǎng)，使藻類增長(zhǎng)到穩(wěn)定期為止，通過(guò)測(cè)干重或細(xì)胞數(shù)來(lái)測(cè)其增長(zhǎng)量。此即藻類生產(chǎn)的潛在能力(AGP)。 歐、美已制訂藻類培養(yǎng)試驗(yàn)

22、標(biāo)準(zhǔn)法，日本也在使用。具體藻類培養(yǎng)試驗(yàn)的培養(yǎng)方法如下：藻種：羊角月芽藻、小毛枝藻、小球藻屬、衣藻屬、谷皮菱形藻、裸藻屬、柵列藻屬、纖維藻屬、實(shí)球藻屬、微囊藻屬及魚腥藻屬等。 方法：將培養(yǎng)液用濾膜(1.2m)或高壓蒸汽滅菌器(121C，15min)除去SS和雜菌。取500mL置于L型培養(yǎng)管(1,000mL)，接入羊角月芽藻，將培養(yǎng)管放在往復(fù)振蕩器上(3040r/min)，20，光照度為4,000 6,000 lx條件下振蕩培養(yǎng)720d(每天照明培養(yǎng)14h，暗培養(yǎng)10h)后，取適量培養(yǎng)液用濾膜過(guò)濾，置105烘至衡重，稱干重，計(jì)算藻類中的干重即為該水樣的AGP。日本天然水體貧營(yíng)養(yǎng)湖的AGP在1 mg

23、L，中營(yíng)養(yǎng)湖AGP為l10mgL，富營(yíng)養(yǎng)湖AGP為550mgL。若加人生活污水處理水，AGP明顯增加。 防治：加強(qiáng)生態(tài)管理：防止含N、P及生活污水未經(jīng)處理直接排入河流；污水深度處理：徹底去除有機(jī)污染物；化學(xué)殺藻：漂白粉、CuSO4 (0.10.5mg/L)撒入產(chǎn)生赤潮的河流或海洋；生物殺藻劑：尋找藻類的致病微生物；混層法：人為增加溶氧，強(qiáng)力攪拌，防止藻類過(guò)度繁殖。這是“滇池藍(lán)藻水華污染控制技術(shù)研究”基地的重力斜篩自動(dòng)脫水設(shè)備在對(duì)滇池藍(lán)藻水華進(jìn)行脫水處理。脫水后形成的藻漿經(jīng)去毒處理，成為上好的有機(jī)肥料或飼料。中科院水生所“滇池藍(lán)藻水華污染試驗(yàn)技術(shù)研究”課題組示范區(qū)6.1 km2的滇池水面在治理中

24、水質(zhì)逐漸好轉(zhuǎn)，成群的紅嘴鷗飛至湖面捕食、嬉戲。 返回第七章微生物的生態(tài)大氣中的微生物大氣中沒(méi)有固定的微生物種類。大氣中的微生物來(lái)源于土壤、水體和其他微生物源。 不同地點(diǎn)大氣中的微生物數(shù)量 地點(diǎn)微生物數(shù)量/CFum-3北極(北緯800)0海洋上空l(shuí)-2市區(qū)公園200城市街道5000宿舍20000畜舍1000000-2000000第七章微生物的生態(tài)極端環(huán)境下的微生物極端環(huán)境下微生物的研究意義類群嗜熱微生物嗜冷微生物嗜酸微生物嗜堿微生物嗜鹽微生物嗜壓微生物抗輻射微生物 第七章微生物的生態(tài)動(dòng)物體中的微生物 微生物和昆蟲的共生瘤胃共生發(fā)光細(xì)菌和海洋魚類的共生 第七章微生物的生態(tài)植物體中的微生物植物表面微

25、生物與植物病害微生物和植物根相互關(guān)系藍(lán)細(xì)菌和植物的共生固氮 第七章微生物的生態(tài)微生物和植物根相互關(guān)系 根際微生物(rhizosphere microorganisms) 菌根(mycorrhiza) 共生固氮 根瘤菌和豆科植物的共生固氮 放線菌和非豆科植物共生固氮 Rhizobium nodules on a pea root第七章微生物的生態(tài)人體微生物皮膚 口腔胃腸道 病原微生物通過(guò)水體的傳播病原微生物通過(guò)土壤的傳播病原微生物通過(guò)空氣的傳播通過(guò)水傳播的主要病原微生物及所引發(fā)的傳染病細(xì)菌病原微生物潛伏期臨床癥狀細(xì)菌空腸彎曲桿菌2-5天胃腸炎，常伴有發(fā)熱產(chǎn)腸道毒素大腸埃希氏菌6-36h胃腸炎沙門

26、氏菌屬6-48h胃腸炎，常伴有發(fā)熱；傷寒或腸外感染傷寒沙門氏菌10-14天傷寒 發(fā)熱、厭食、不適、短暫疹、脾腫大志賀氏菌屬12-48h胃腸炎，常伴有發(fā)熱和血樣腹瀉霍亂弧菌011-5天 胃腸炎，常有明顯的脫水小腸結(jié)腸炎耶爾森氏菌3-7天胃腸炎，腸系淋巴結(jié)炎，或急性末端回腸炎；可能類似闌尾炎病毒A型肝炎病毒2-6星期肝炎惡心、厭食、黃疸和黑尿諾沃克病毒24-48h胃腸炎短期輪狀病毒24-72h胃腸炎常有明顯脫水原生動(dòng)物痢疾內(nèi)變形蟲2-4星期 從溫和的胃腸炎到急性暴發(fā)性痢疾，有發(fā)熱和血樣腹瀉表吮賈第蟲1-4星期慢性腹瀉，上腹部疼痛，胃脹，吸收不良和消瘦第七章微生物的生態(tài)第三節(jié) 微生物與生物地球化學(xué)循

27、環(huán)碳循環(huán)氮循環(huán)硫循環(huán)磷循環(huán)鐵循環(huán)錳循環(huán) 第七章微生物的生態(tài)一、生物地球化學(xué)循環(huán)(biogeochemical cycles) 指生物圈中的各種化學(xué)元素，經(jīng)生物化學(xué)作用在生物圈中的轉(zhuǎn)化和運(yùn)動(dòng)的過(guò)程。是地球化學(xué)循環(huán)的重要組成部分。第七章微生物的生態(tài)碳、氮、磷、硫的循環(huán)受二個(gè)主要的生物過(guò)程控制，一是光合生物對(duì)無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)物的同化，二是后來(lái)進(jìn)行的異養(yǎng)生物的礦化。實(shí)際上所有的生物都參與生物地球化學(xué)循環(huán)。微生物在有機(jī)物的礦化中起決定性作用，地球上90%以上有機(jī)物的礦化都是由細(xì)菌和真菌完成的。 二、碳循環(huán)（一）碳在生物圈中的總循環(huán)Carbon cycle/recycle第七章微生物的生態(tài)（二）碳循環(huán)主要途徑CO

28、2固定生物多聚物的分解（1）淀粉（2）纖維素和半纖維素（3）果膠質(zhì)（4）木質(zhì)素（5）脂類 第七章微生物的生態(tài)（1）淀粉分解在磷酸化酶作用下分解在淀粉酶作用下分解第七章微生物的生態(tài)（2）纖維素和半纖維素的分解纖維素化學(xué)組成纖維素酶微生物第七章微生物的生態(tài)微生物依次通過(guò)三種酶：內(nèi)切葡萄糖酶、外切葡萄糖(纖維二糖水解酶) 和-葡萄糖苷酶(纖維二糖酶)完成對(duì)纖維素的分解。首先破壞纖維素的結(jié)晶狀態(tài)，打斷氫鍵，內(nèi)切酶切開(kāi)(1,4)糖苷鍵，外切酶從暴露的纖維鏈素末端切下二糖單位，最后-葡萄糖苷酶對(duì)纖維二糖水解得葡萄糖。第七章微生物的生態(tài)分解纖維素的微生物細(xì)菌、真菌、放線菌都有；好氧細(xì)菌： 粘細(xì)菌較多，如生孢

29、食纖維菌、食纖維菌、堆囊粘菌；鐮狀纖維菌、纖維弧菌。厭氧細(xì)菌：產(chǎn)纖維二糖芽孢梭菌嗜熱纖維芽孢梭菌真菌：青霉菌、曲霉、鐮刀霉、木霉及毛霉.第七章微生物的生態(tài)化學(xué)組成聚戊糖（木糖和阿拉伯糖）；聚己糖（半乳糖、甘露糖）；聚糖醛酸（葡萄糖醛酸和半乳醛糖）半纖維素的分解O2H2CO有氧分解有機(jī)酸、醇無(wú)氧分解單糖和糖醛酸O2H多縮醛酶半纖維素+半纖維素的分解第七章微生物的生態(tài)分解半纖維素的微生物細(xì)菌：芽孢桿菌、假單胞桿菌、節(jié)桿菌放線菌真菌：根霉、曲霉、小克銀漢霉、青霉、鐮刀霉第七章微生物的生態(tài)（3）果膠質(zhì)化學(xué)組成 D-半乳糖醛酸以-1,4糖苷鍵構(gòu)成的直鏈高分子化合物；存在于植物細(xì)胞壁和細(xì)胞間質(zhì)中。造紙、制

30、麻廢水中亦含有果膠物質(zhì)果膠的分解第七章微生物的生態(tài)分解果膠的微生物:好氧細(xì)菌：枯草芽孢桿菌、多粘芽孢桿菌、浸軟芽孢桿菌、無(wú)芽孢的軟腐歐氏桿菌；厭氧細(xì)菌：蝕果膠梭菌和費(fèi)辛尼亞浸麻梭菌；真菌：青霉、曲霉、木霉、小克銀漢霉、根霉和毛霉；放線菌。第七章微生物的生態(tài)（4）木質(zhì)素化學(xué)組成 苯丙烷單元通過(guò)醚鍵和碳碳鍵連接并難以被水解的復(fù)雜無(wú)定形高聚物。酶系 目前尚未完全清楚，研究較多的有：漆酶、木素過(guò)氧化物酶、錳過(guò)氧化物酶等第七章微生物的生態(tài)木質(zhì)素降解微生物：白腐菌，屬于擔(dān)子菌，如干朽菌、多孔菌、傘菌；以黃孢原毛平革菌研究較多，其特點(diǎn)是培養(yǎng)溫度高（37），無(wú)性繁殖迅速，菌絲生長(zhǎng)快且分泌木質(zhì)素降解酶能力強(qiáng)，已

31、成為研究白腐真菌的模式微生物。厚孢毛霉；假單孢菌的個(gè)別種（5）脂類組成：由甘油和高級(jí)脂肪酸組成；酶系：脂肪酶脂肪+H2O脂肪酶甘油+高級(jí)脂肪酸類脂質(zhì)+H2O磷肪酶類甘油或其他醇類+高級(jí)脂肪酸+磷酸+有機(jī)堿類蠟脂+H2O脂酶類高級(jí)醇+高級(jí)脂肪酸第七章微生物的生態(tài)第七章微生物的生態(tài)降解微生物好氧為主要種類細(xì)菌：假單孢菌、分枝桿菌、無(wú)色桿菌、芽孢桿菌和球菌；真菌：青霉、曲霉、枝孢霉、粉孢霉放線菌中的有些種。思考： 植物多聚物的降解產(chǎn)物去向？其生產(chǎn)和生態(tài)意義如何？第七章微生物的生態(tài)三、氮素循環(huán)（一）定義自然界中不同氮化合物的在微生物作用下的轉(zhuǎn)化過(guò)程。第七章微生物的生態(tài)（二）氮素循環(huán)途徑： 固氮作用 氨

32、化(脫氨)作用 硝化作用 硝酸鹽還原與反硝化作用第七章微生物的生態(tài)1、固氮作用（1）定義：N2被還原為氨和其它氨化物的過(guò)程。（2）類型：非生物固氮: 雷電、合成氨工業(yè)生物固氮: 占全部固氮量的75%左右。第七章微生物的生態(tài)生物固氮作用微生物：原核微生物如固氮菌、根瘤菌與豆科植物的共生固氮、弗蘭克氏放線菌與非豆科植物的共生固氮生物固氮作用反應(yīng)式 N2+6e+6H+nATP NH3+nADP+nPi生物固氮(Biological Nitrogen Fixation)定義固氮微生物自生固氮菌共生固氮菌聯(lián)合固氮菌 分布于根際、葉面、動(dòng)物腸道等處好氧自生固氮菌兼性厭氧自生固氮菌厭氧自生固氮菌根瘤 豆科植

33、物植物 地衣 滿江紅魚腥藻地衣滿江紅魚星藻根瘤菌和根瘤的形成根瘤與根瘤菌的形態(tài)根瘤菌特點(diǎn)感染性-結(jié)瘤專一性-互接種族有效性-固氮根瘤的形成根毛彎曲松馳變軟根瘤菌侵入根毛根瘤形成固氮作用生化機(jī)制生物固氮反應(yīng)的6要素測(cè)定固氮酶活力的乙方法固氮的生化途徑固氮酶的產(chǎn)氫反應(yīng)ATP的供應(yīng)還原力及其傳遞載體固氮酶還原底物- N2鎂離子嚴(yán)格的厭氧微環(huán)境固二氮酶還原酶組份固二氮酶組份固氮作用生化機(jī)制 生物固氮總反應(yīng)N2+8H+1824ATP 2NH3+H2+1824ADP+1824Pi電子來(lái)源丙 酮 酸(Fe4S4)2.2e- Fd.2e- Fd (Fe4S4)2 ATPADP+PiFeMoCo.2e- FeM

34、oCo 2NH3N2氧障第七章微生物的生態(tài)2、氨化(脫氨)作用（1）定義：有機(jī)氮化物轉(zhuǎn)化成氨(銨)的過(guò)程。（2）蛋白質(zhì)的氨化氧化脫氨基作用；水解脫氨基作用；還原脫氨基作用；第七章微生物的生態(tài)（3）尿素和尿酸的氨化CO(NH2)2+2H2O (NH4)2CO3 NH3+CO2+H2O（4）參與微生物細(xì)菌、放線菌、真菌。3、硝化作用（1）定義好氧條件下，氨在硝化細(xì)菌作用下，被氧化成硝酸鹽的過(guò)程。 （2）硝化作用過(guò)程分兩步完成 第一步：氨被氧化成亞硝酸第二步：亞硝酸被氧化成硝酸 （3）參與的微生物亞硝酸細(xì)菌硝酸細(xì)菌第七章微生物的生態(tài)4、硝酸鹽還原與反硝化作用硝酸鹽還原包括同化硝酸鹽還原和異化硝酸鹽還

35、原。第七章微生物的生態(tài)同化硝酸鹽還原是硝酸鹽被還原成亞硝酸鹽和氨，氨被同化成氨基酸的過(guò)程。這里的氮化物被還原成為微生物的氮源。第七章微生物的生態(tài)異化硝酸鹽還原又分為發(fā)酵性硝酸鹽還原(fermentative nitrate reduction)和呼吸性硝酸鹽還原(respiratory nitrate reduction)。如呼吸性硝酸鹽還原的產(chǎn)物是氣態(tài)的N2O、N2，則這個(gè)過(guò)程被稱為反硝化作用。第七章微生物的生態(tài)呼吸性硝酸鹽還原中硝酸鹽作為末端電子受體被還原成亞硝酸鹽、氨或產(chǎn)生氣態(tài)氮(反硝化作用)。在反硝化過(guò)程中硝酸鹽經(jīng)一系列酶的作用，細(xì)胞色素傳遞電子，最后被還原成N2O和N2，大量的N2O

36、、N2釋放到大氣中去。反硝化過(guò)程也是一個(gè)偶聯(lián)產(chǎn)能過(guò)程，但電子傳遞鏈較短，一個(gè)硝酸鹽還原過(guò)程產(chǎn)生2個(gè)ATP，反硝化細(xì)菌的生長(zhǎng)緩慢。第七章微生物的生態(tài)具有異化硝酸鹽還原能力的微生物很多，大部分是異養(yǎng)的，少量自養(yǎng)，有的能兼營(yíng)異養(yǎng)和自養(yǎng)。但它們都是好氧菌或兼性厭氧菌。反硝化作用的效應(yīng)是造成氮的損失，降低氮肥效率，N2O的釋放會(huì)破壞臭氧層。自然界中，反硝化作用損失的氮可由固氮過(guò)程增加的氮得到平衡。 第七章微生物的生態(tài)硫循環(huán)硫的生物地球化學(xué)循環(huán)包括還原態(tài)無(wú)機(jī)硫化物的氧化，異化硫酸鹽還原，同化硫酸鹽還原，硫化氫的釋放（脫硫作用）。微生物參與所有這些循環(huán)過(guò)程。 第七章微生物的生態(tài)硫的氧化硫氧化是還原態(tài)的無(wú)機(jī)硫化物(如S0、H2S、FeS2、S2O22-和S4O62-等)被微生物氧化成