微生物學(xué)第七章微生物生態(tài)和農(nóng)業(yè)微生物應(yīng)用

1、關(guān)于微生物學(xué)第七章微生物生態(tài)和農(nóng)業(yè)微生物應(yīng)用微生物學(xué)第1頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)21分，星期三微生物學(xué)本章主要內(nèi)容 1、環(huán)境與生態(tài) 2、環(huán)境中的微生物 3、微生物與生物地球化學(xué)循環(huán) 4、生物間的相互關(guān)系 5、應(yīng)用微生物技術(shù) 6、資源微生物開發(fā)的理論和實(shí)踐第2頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)21分，星期三微生物學(xué)環(huán)境與生態(tài)環(huán)境：生物體外的空間；環(huán)境因素：化學(xué)因素、生物因素、物理因素生態(tài)與生態(tài)系統(tǒng)：生態(tài)：區(qū)域內(nèi)生物因素、化學(xué)因素和物理因素的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。生態(tài)系統(tǒng)：一定空間內(nèi)生物因子和非生物因子通過(guò)物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)形成的相互作用、相互依存而構(gòu)成的一個(gè)系統(tǒng)。包括 宏觀生態(tài)

2、系統(tǒng)和微生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)平衡：一定生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)三因素協(xié)調(diào)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定生物因素：生產(chǎn)者、消費(fèi)者、分解者第3頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)21分，星期三微生物學(xué)環(huán)境與生態(tài)生態(tài)學(xué)：研究生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)物理、化學(xué)、生物因素相互作用的學(xué)科。生態(tài)學(xué)研究的主要對(duì)象：生物圈：地球省存在生物的地方；生態(tài)系統(tǒng)：具有不同三因素但三因素穩(wěn)定協(xié)調(diào)的不同區(qū)域環(huán)境；群落：指一定生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)的某類生物的總和；種群：指一定生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)不同類群的某些不同種類的總和；第4頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)21分，星期三微生物學(xué)環(huán)境中的微生物生物圈（biosphere)： 地球上有生物分布的區(qū)域叫生物圈，包括大氣圈、巖石圈、水

3、圈、土壤圈等。生態(tài)系統(tǒng)的生物：生產(chǎn)者、消費(fèi)者和分解者第5頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)21分，星期三微生物學(xué) 生產(chǎn)者 消費(fèi)者 （主要光合生物） （各種動(dòng)物） 分解者（化能有機(jī)營(yíng)養(yǎng)型微生物，分解死亡的生物體） 食物鏈 環(huán)境中的微生物第6頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)21分，星期三微生物學(xué)生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)生物之間的相互關(guān)系 植物 動(dòng)物 微生物食物鏈協(xié)助種群擴(kuò)大促進(jìn)植物生長(zhǎng)協(xié)助種群擴(kuò)大促進(jìn)微生物生長(zhǎng)（動(dòng)物體內(nèi)、體外）促進(jìn)生長(zhǎng)、傳染病促進(jìn)生長(zhǎng)、植物病害促進(jìn)生長(zhǎng)和繁殖環(huán)境中的微生物第7頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)21分，星期三微生物學(xué)研究微生物生態(tài)的意義：有利于了解

4、微生物的生態(tài)分布，任何微生物都有一定的生態(tài)分布；通過(guò)了解微生物生態(tài)分布和變化，有助于了解環(huán)境變化及原因，為人類控制環(huán)境變化提供依據(jù)；研究種群組成，有助于認(rèn)識(shí)微生物的生物多樣性（物種多樣性、遺傳多樣性和生態(tài)多樣性）。研究種群組成，有助于發(fā)掘豐富的資源微生物，同時(shí)推動(dòng)微生物進(jìn)化、分類的研究，為應(yīng)用微生物技術(shù)提供豐富的材料。 環(huán)境中的微生物第8頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)21分，星期三微生物學(xué) 微生物種群研究，也就是微生物區(qū)系分析，微生物區(qū)系分析方法包括：傳統(tǒng)的基于可培養(yǎng)技術(shù)的方法。工作步驟：采樣數(shù)量測(cè)定、純種分離分類鑒定生物學(xué)特性研究（包括表形性狀研究和遺傳也行研究）；基于非培養(yǎng)技

5、術(shù)的方法。包括（1）TGGE技術(shù)，DGGE技術(shù)，工作步驟：樣品總DNA提取設(shè)計(jì)引物PCR擴(kuò)增保守區(qū)段（原核生物為16S rDNA,真核生物是18S rDNA）TGGE或DGGE電泳技術(shù)分離保守區(qū)段的擴(kuò)增混合物回收保守區(qū)段質(zhì)?；蚴删w載體連接克隆到受體細(xì)胞測(cè)序公司對(duì)保守區(qū)段測(cè)序序列提交GenBank 構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹。第9頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)21分，星期三微生物學(xué)（2） RNA探針技術(shù)。工作步驟： 樣品總DNA提取根據(jù)保守區(qū)段設(shè)計(jì)合成RNA探針探針標(biāo)記（熒光標(biāo)記、放射性同位素標(biāo)記、生物素標(biāo)記） 探針和總DNA雜交雜交識(shí)別第10頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)21

6、分，星期三微生物學(xué)環(huán)境中的微生物土壤中的微生物：不同類型的土壤和理化性質(zhì)不同的土壤，微生物的種群和數(shù)量是不相同的，微生物種群和數(shù)量上的變化，直接反映出不同土壤理化性質(zhì)的不同和變化。土壤中的微生物，從數(shù)量看，細(xì)菌放線菌真菌(霉菌）真菌（酵母菌）藻類原生動(dòng)物。以重量計(jì)，真菌細(xì)菌原生動(dòng)物藻類酵母菌。特殊的微生物類群可指示土壤類型和土壤優(yōu)劣的作用。根據(jù)土壤中微生物種群組成和數(shù)量上的變化（土壤微生物區(qū)系分析），作為土壤改良的生物指標(biāo)。 第11頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)21分，星期三微生物學(xué)環(huán)境中的微生物水體中的微生物 水體的自凈化作用：污染的水體在快速流動(dòng)和氧氣充足時(shí)，水體會(huì)自我凈化。

7、空氣中的微生物：空氣消毒和過(guò)濾是防止病源（或醫(yī)源）微生物的重要措施，通常的空氣消毒方法是紫外燈消毒和化學(xué)藥劑熏蒸。工業(yè)產(chǎn)品上的微生物：農(nóng)業(yè)產(chǎn)品上的微生物：在實(shí)際應(yīng)用中主要是防止腐敗和農(nóng)產(chǎn)品的微生物加工。第12頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)21分，星期三微生物學(xué)環(huán)境中的微生物極端環(huán)境下的微生物：極端微生物：生長(zhǎng)在極端環(huán)境如高溫、高壓、低溫、高酸、高堿、高毒、高滲、干旱、強(qiáng)輻射的微生物。 極端微生物的細(xì)胞結(jié)構(gòu)、生理、代謝、遺傳都和普通微生物不同。主要包括以下幾種類型：嗜熱微生物 耐熱菌：30生長(zhǎng)溫度45-55 兼性嗜熱菌：30生長(zhǎng)溫度50-65 專性嗜熱菌：42生長(zhǎng)溫度65-70 極

8、端嗜熱菌：最低4270 超嗜熱菌：最高113，最適80-110，最低55。 分布：草堆、廄肥、堆肥、煤堆、溫泉、火山地、地?zé)釁^(qū)域土壤、海底火山口附近。 極端微生物中古細(xì)菌占很大部分。 應(yīng)用：高溫堆肥；耐熱酶。第13頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)21分，星期三微生物學(xué)環(huán)境中的微生物嗜冷微生物：指一類最適生長(zhǎng)溫度低于15,最高生長(zhǎng)溫度低于20以及一些最低生長(zhǎng)溫度在0以下的微生物。 分布：冰箱；冷庫(kù)；寒冷地帶。嗜酸微生物：只能生活在PH4的環(huán)境中的微生物。嗜堿微生物：指專性生活在pH1011強(qiáng)堿性下的微生物。分布：堿性鹽湖、碳酸鹽含量高的土壤中。類群：多數(shù)是芽孢桿菌屬（Bacillus

9、)的細(xì)菌，少數(shù)是古細(xì)菌。應(yīng)用：開發(fā)一些特殊的蛋白酶、脂肪酶、纖維素酶，用于洗滌劑中。第14頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)21分，星期三微生物學(xué)環(huán)境中的微生物嗜鹽微生物：必須在一定的鹽度下才能生存的微生物，有些種類必須生活在含鹽高達(dá)12-30%的環(huán)境中，稱為極端嗜鹽菌，嗜鹽微生物在鹽堿地的改良中具有獨(dú)特的指示作用。嗜壓微生物：必須生活在很深的水中和一些油井中，這些地方壓力很大?？馆椛湮⑸铮哼@類微生物只是抗輻射能力強(qiáng)。在輻射生物學(xué)，如核生物學(xué)研究中具有重要的研究?jī)r(jià)值。第15頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)21分，星期三微生物學(xué)環(huán)境中的微生物生物體內(nèi)外的微生物：植物體內(nèi)外

10、的微生物，包括葉圍（表）微生物，植物內(nèi)生微生物，根圍（際）微生物，他們對(duì)植物病源微生物的防護(hù)，植物營(yíng)養(yǎng)都有重要的作用。特點(diǎn)：共生微生物和內(nèi)生微生物。這些微生物主要包括：根際微生物(rhizosphere microorganisms)根際：鄰接根表的土壤區(qū)域。根際中的微生物稱為根際微生物。根際效應(yīng)（Rhizophere effect)：同根際外的微生物相比，根際微生物在數(shù)量和種類上同其他非根際微生物相比明顯不同，表現(xiàn)出一定的獨(dú)特的特點(diǎn)，叫根際效應(yīng)（Rhizophere effect)。根土比： 根際微生物數(shù)量和非根際微生物數(shù)量之比。 根際微生物 植物第16頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，

11、18點(diǎn)21分，星期三微生物學(xué)環(huán)境中的微生物菌根(mycorrhiza)定義： 一些土壤真菌和植物根以互惠關(guān)系建立起來(lái)的共生體稱為菌根。作用：菌根可以大大促進(jìn)磷、氮和其他礦物質(zhì)的吸收。類型：內(nèi)生菌根：也叫VA菌根或泡囊叢枝菌根（有隔膜真菌形成的和無(wú)隔膜真菌形成的）外生菌：菌絲在根表形成鞘套，一般不侵入根細(xì)胞。內(nèi)生菌根的菌絲體主要存在于根的皮層中，在根外較少。內(nèi)生菌根存在于草、林木和各種作物中。陸地上97%以上的綠色植物具有菌根。第17頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)21分，星期三微生物學(xué)泡囊叢枝菌根（VA菌根）第18頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)21分，星期三微生物學(xué)V

12、A菌根（泡囊叢枝菌根）示意圖第19頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)21分，星期三微生物學(xué)外生菌根第20頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)21分，星期三微生物學(xué)環(huán)境中的微生物共生固氮微生物 A:根瘤菌和豆科植物的共生固氮 B:放線菌和非豆科植物共生固氮 結(jié)瘤植物多為木本雙子葉植物，如凱木、楊梅、沙棘等。 C:藍(lán)細(xì)菌和植物的共生固氮： 藍(lán)細(xì)菌(藍(lán)藻)中的許多屬種除能自生因氮外，念珠藻屬、魚腥藻屆等屬的藍(lán)細(xì)菌與部分苔類植物、蕨類植物、棵子植物和被子植物可建立具有固氮功能的共生體。具理論意義，實(shí)際應(yīng)用不大。人體內(nèi)外的微生物動(dòng)物體內(nèi)外的微生物第21頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20

13、日，18點(diǎn)21分，星期三微生物學(xué)Rhizobium nodules on a pea root第22頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)21分，星期三微生物學(xué)第23頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)21分，星期三微生物學(xué)微生物與地球化學(xué)循環(huán) 地球化學(xué)循環(huán)： 地球化學(xué)元素在物理、化學(xué)、生物的作用下不斷的轉(zhuǎn)化和運(yùn)動(dòng)。生物地球化學(xué)循環(huán)(biogeochemical cycles) ： 定義：是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)，是地球化學(xué)循環(huán)的重要組成部分。這種循環(huán)受二個(gè)主要的生物過(guò)程控制：光合生物對(duì)無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)物的同化；異養(yǎng)生物對(duì)有機(jī)物質(zhì)的礦化。實(shí)際上所有

14、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。第24頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)21分，星期三微生物學(xué)各主要循環(huán)1、碳循環(huán)過(guò)程： CO2固定和高分子物質(zhì)的合成： 生物多聚物的分解 淀粉 纖維素和半纖維素 果膠質(zhì) 木質(zhì)素 脂類 微生物與地球化學(xué)循環(huán)第25頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)21分，星期三微生物學(xué)生物地球化學(xué)循環(huán)2、氮循環(huán)氮循環(huán)由6種氮化合物的轉(zhuǎn)化反應(yīng)所組成，包括以下幾個(gè)過(guò)程：固氮作用氨化(脫氨)作用硝化作用硝酸鹽還原與反硝化作用及脫氮作用第26頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，1

15、8點(diǎn)21分，星期三微生物學(xué)固氮固氮作用：N2被還原為氨和其它氨化物的過(guò)程。包括非生物固氮和生物固氮。 非生物固氮：有兩個(gè)來(lái)源，一是氮肥廠，二是雷電。 N2被固定成氨（銨鹽）和硝酸（硝酸鹽） 生物固氮：由固氮微生物將N2固定成氨（銨鹽），固氮微生物有類，一是共生固氮微生物，二是自身固氮微生物。 生物地球化學(xué)循環(huán)第27頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)21分，星期三微生物學(xué)氨化(脫氨)作用 氨化作用是有機(jī)氮化物轉(zhuǎn)化成氨(銨)的過(guò)程。氨的硝化 氨的硝化稱為硝化作用，硝化作用是好氧條件下在硝化細(xì)菌作用下，氨被氧化成硝酸鹽的過(guò)程。 微生物：硝化細(xì)菌，是嚴(yán)格的化能自養(yǎng)細(xì)菌 包括兩個(gè)群，即亞硝酸細(xì)

16、菌和硝酸細(xì)菌4）硝酸鹽還原與反硝化作用 硝酸鹽亞硝酸鹽氨(N2)N20生物地球化學(xué)循環(huán)第28頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)21分，星期三微生物學(xué)生物地球化學(xué)循環(huán)3、硫循環(huán)硫的循環(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29頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)21分，星期三微生物學(xué)4、磷循環(huán) 磷的生物地球化學(xué)循環(huán)包括三種基本過(guò)程： 有機(jī)磷轉(zhuǎn)化成溶解性無(wú)機(jī)磷(有機(jī)磷礦化)。 不溶性無(wú)機(jī)磷變成溶解性無(wú)機(jī)磷(磷的有效化)。 溶解性無(wú)機(jī)磷變成有機(jī)磷(磷的同化)。 植物殘?bào)w中的磷以植酸的形式存在植酸。植酸酶

17、的來(lái)源是土壤中的微生物。5、鐵循環(huán)6、其它元素的循環(huán) 生物地球化學(xué)循環(huán)第30頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)21分，星期三微生物學(xué)生物間相互關(guān)系 生物間的相互關(guān)系是生物學(xué)和生態(tài)學(xué)研究的重要領(lǐng)域，了解生物間的相互關(guān)系有助于認(rèn)識(shí)生物的生命活動(dòng)的規(guī)律和特點(diǎn)，為應(yīng)用生物技術(shù)提供有效的科學(xué)的思路和方法。微生物間的相互關(guān)系主要：1、中性關(guān)系：兩種群之間在一起彼此基本沒有影響2、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，而后者沒有受益或受害。3、互生關(guān)系：兩種種群相互促進(jìn)生長(zhǎng)，離開能單獨(dú)生存。4、共生：相互作用的兩個(gè)種群相互有利，兩者形成共生體，地衣、菌根、根瘤是互惠共生的典型例子。

18、5、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31頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)21分，星期三微生物學(xué)生物間相互關(guān)系6、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)，對(duì)被食者種群產(chǎn)生不利影響。7、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。8、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32頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)21分，星期三微生物學(xué)農(nóng)業(yè)微生物應(yīng)用1、農(nóng)業(yè)、林業(yè)畜牧業(yè)微生物應(yīng)用技術(shù) 傳染病害的控制；微生物肥料；微生物農(nóng)藥（微生物殺蟲劑、殺菌劑）；造林；2、食品的應(yīng)用微生物技術(shù) 食品的微生物加工；食品的微生物污染和控制；3、環(huán)境微生物技術(shù) 1）、環(huán)境污染的微生物監(jiān)