微生物的生活環(huán)境課件

第八章微生物的生活環(huán)境生態(tài)學(xué)是一門(mén)研究生物系統(tǒng)與其環(huán)境條件間相互作用規(guī)律性的科學(xué)。

微生物生態(tài)學(xué)

就是研究微生物群體——微生物區(qū)系與其周圍的生物和非生物環(huán)境條件相互作用關(guān)系的科學(xué)。

研究微生物間及其與他種生物間的相互關(guān)系，有助于發(fā)展新的微生物農(nóng)藥、微生物肥料以及積極防治人和動(dòng)、植物病蟲(chóng)害微生物在自然界的分布

與

菌種資源的開(kāi)發(fā)一、微生物在自然界的分布二、菌種資源的開(kāi)發(fā)土壤是微生物良好的生活場(chǎng)所

1、為微生物提供了良好的Ｃ源、Ｎ源、能源。2、為微生物提供有機(jī)物、無(wú)機(jī)鹽、微量元素。4、土壤pＨ值范圍5.5－8.5之間。5、溫度、季節(jié)與晝夜溫差不大。6、土壤顆?？障堕g充滿著空氣和水分。7、適宜的滲透壓。3、滿足了微生物對(duì)水分的要求。細(xì)菌（～108）＞放線菌（～107）＞霉菌（～106）＞酵母菌（～105）＞藻類（～104）＞原生動(dòng)物（～103）若按生物量（單位體積內(nèi)活細(xì)胞的重量）計(jì)算則各種微生物的生物量基本相當(dāng)。通過(guò)土壤微生物的代謝活動(dòng)，可改變土壤的理化性質(zhì)，進(jìn)行物質(zhì)轉(zhuǎn)化，因此，土壤微生物是構(gòu)成土壤肥力的重要因素.②土壤中各種微生物含量（按種類遞減）據(jù)估計(jì)每畝耕作層土壤中，約有微生物250kg，其中：霉菌150kg、細(xì)菌75kg、原生動(dòng)物15kg、藻類7.5kg、酵母菌7.5kg。

水體中含有機(jī)物、無(wú)機(jī)物、O2、毒物以及光照、pH、溫度、水壓、流速、滲透壓和生物群體等的明顯差別，在自然界的江、河、湖、海等各種淡水與咸水水域中都生存著相應(yīng)的微生物.（二）水體中的微生物1不同水體中的微生物種類（1）淡水型水體的微生物江、河、湖和水庫(kù)等，根據(jù)其中有機(jī)物含量的多少及其與微生物的關(guān)系還可分為兩類。1）清水型水生微生物在潔凈的湖泊和水庫(kù)蓄水中，因有機(jī)物含量低，故微生物數(shù)量很少（10～103／ml),可認(rèn)為是水體環(huán)境中“土生土長(zhǎng)”的土居微生物或土著種.

典型的清水型微生物以化能自養(yǎng)微生物和光能自養(yǎng)微生物為主，如硫細(xì)菌、鐵細(xì)菌和衣細(xì)菌等，以及含有光合色素的藍(lán)細(xì)菌、綠硫細(xì)菌和紫細(xì)菌等。2）腐敗型水生微生物

流經(jīng)城市的河水、港口附近的海水、滯留的池水以及下水道的溝水中，富營(yíng)養(yǎng)化的湖水，由于流入了大量的人畜排泄物、生活污物和工業(yè)廢水等，因此有機(jī)物的含量大增，同時(shí)也夾入了大量外來(lái)的腐生細(xì)菌.腐敗型水生微生物尤其是細(xì)菌和原生動(dòng)物大量繁殖，每毫升污水的微生物含量達(dá)到107～108個(gè)。其中主要為各種腸道桿菌、芽孢桿菌、弧菌和螺菌等。這些微生物在污水環(huán)境中大量繁殖，逐漸把水中的有機(jī)物分解成簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)物污水也就逐步凈化變清。

海洋是地球上最大的水體。海水與淡水最大的差別在于其中的含鹽量。含鹽量越高，則滲透壓越大，反之則越小。因此海洋微生物與淡水中的微生物在耐滲透壓能力方面有很大的差別。包括：好氧菌對(duì)有機(jī)物的分解作用，原生動(dòng)物對(duì)細(xì)菌等的吞噬作用，噬菌體對(duì)宿主的裂解作用，藻類對(duì)無(wú)機(jī)元素的吸收利用，以及浮游動(dòng)物和一系列后生動(dòng)物通過(guò)食物鏈對(duì)有機(jī)體的攝取和濃縮作用等。2.水體的自凈作用——流水不腐在自然水體尤其是快速流動(dòng)的水體中，存在著對(duì)有機(jī)或無(wú)機(jī)污染物的自凈作用。其原因是多方面的，雖有物理性的稀釋、沉降、吸附等作用和化學(xué)性的氧化作用，但更重要的卻是各種生物學(xué)和生物化學(xué)作用。水中微生物的含量對(duì)該水源的飲用價(jià)值影響很大。

標(biāo)準(zhǔn)：（1）細(xì)菌數(shù)<100個(gè)/mL，當(dāng)500>個(gè)/mL不宜作飲水。（2）用以E.coli為代表的大腸菌群數(shù)為指標(biāo)大腸菌群數(shù)/1000mL自來(lái)水<3個(gè)（37℃，48h）。

對(duì)飲用水來(lái)說(shuō)，更重要的指標(biāo)是其中微生物的種類。因此，在飲用水的微生物學(xué)檢驗(yàn)中，不僅要檢查其總菌數(shù)，還要檢查其中所含的病原菌數(shù)。

3.飲用水的微生物學(xué)標(biāo)準(zhǔn)

由于水中病原菌的含量總是較少，難以直接找到，但只要通過(guò)檢查水樣中的指示菌——E．coli數(shù)即可知道該水源被糞便污染程度，從而間接推測(cè)其他病原菌存在的概率。檢驗(yàn)E．coli可用以前介紹過(guò)的伊紅美藍(lán)鑒別性培養(yǎng)基（EMB）。（三）空氣中的微生物

1、無(wú)原生的微生物區(qū)系空氣中不含微生物生長(zhǎng)繁殖所必須的營(yíng)養(yǎng)物、充足的水分和其他條件，且日光中的UV還具強(qiáng)烈的殺菌作用，因而不宜于微生物的生存。

2、來(lái)源土壤、水體及人類的生產(chǎn)、生活活動(dòng)。

3、種類主要為真菌和細(xì)菌，一般與其所在環(huán)境的微生物種類有關(guān)。

4、數(shù)量取決于塵埃數(shù)量?？諝庵械奈⑸锏臄?shù)量是大氣污染程度的標(biāo)志之一。凡含塵埃越多的空氣，其中所含的微生物種類和數(shù)量也就越多。因此，灰塵可被稱作“微生物的飛行器”。一般在畜舍、公共場(chǎng)所、醫(yī)院、宿舍、城市街道的空氣中，微生物的含量最高。在大洋、高山、高空、森林地帶、終年積雪的山脈或極地上空的空氣中，微生物的含量就極少.微生物在空氣傳播的距離是無(wú)限的，因而其分布是世界性的。測(cè)定空氣中微生物的數(shù)目可用培養(yǎng)皿沉降法或液體阻留法等方法進(jìn)行.凡須進(jìn)行空氣消毒的場(chǎng)所，例如醫(yī)院的手術(shù)室、病房、微生物接種室或培養(yǎng)室等處可以用紫外線消毒、福爾馬林等藥物的熏蒸或噴霧消毒等方法進(jìn)行。為防止空氣中的雜菌對(duì)微生物培養(yǎng)物或發(fā)酵罐內(nèi)的純種培養(yǎng)物的污染，可用棉花、紗布（8層以上）、石棉濾板、活性炭或超細(xì)玻璃纖維過(guò)濾紙進(jìn)行空氣過(guò)濾.1.工業(yè)產(chǎn)品的霉腐大量的工業(yè)產(chǎn)品都是直接或間接用動(dòng)、植物作原料制成的，含有微生物需要的各種營(yíng)養(yǎng)物。因此，其上分布大量的、種類各異的微生物。一旦遇適宜的溫度、濕度時(shí)會(huì)大量生長(zhǎng)繁殖，引起嚴(yán)重霉腐、變質(zhì)。

（四）、工農(nóng)業(yè)產(chǎn)品上的微生物霉腐微生物學(xué)

研究各種工農(nóng)業(yè)產(chǎn)品上有害微生物的分布、種類、霉腐機(jī)制及其防治方法的微生物學(xué)分支，稱為霉腐微生物學(xué)。防止工業(yè)產(chǎn)品霉腐的方法:(1)控制其溫度、濕度、氧氣和養(yǎng)料等微生物賴以生長(zhǎng)繁殖的外界環(huán)境條件；(2)是采用有效的化學(xué)抑菌劑、殺菌劑或物理殺菌劑，以抑制它們的生長(zhǎng)繁殖或直接殺死它們；(3)三是在工業(yè)產(chǎn)品加工、包裝過(guò)程中，盡量保持環(huán)境衛(wèi)生并嚴(yán)防雜菌的污染等。

2．食品上的微生物食品是用營(yíng)養(yǎng)豐富的動(dòng)、植物或微生物等原料經(jīng)加工后的制成品。污染食品的微生物主要是（曲霉屬）（青霉屬）、（鐮孢霉屬）、（鏈格孢霉屬）、（擬青霉屬）、（根霉屬）、毛霉屬）等.3.農(nóng)產(chǎn)品上的微生物各種農(nóng)產(chǎn)品上存在著大量微生物，由此引起的霉腐以及使人和動(dòng)、植物中毒，危害極大。在目前知道的5萬(wàn)多種真菌中，已知至少其中有兩百多個(gè)種可產(chǎn)生一百余種真菌毒素。在這些真菌毒素中有14種能致癌，其中之一黃曲霉菌株產(chǎn)生的黃曲霉毒素.黃曲霉毒素有B1、B2、G1、G2等多種衍生物，其中以B1的毒性為最高。含黃曲霉毒素最多的食品是霉變花生及其制品、玉米、“紅變米”、“黃變米”、自制的醬等。

所貯糧食含水量低于８％造成低溫缺氧環(huán)境（密閉）使用防霉化學(xué)藥劑防止糧食污染霉變的辦法是

極端環(huán)境：高溫、低溫、高酸、高堿、高鹽、高毒、高滲、高壓、干旱或高輻射強(qiáng)度等絕大多數(shù)生物都無(wú)法生存的環(huán)境。

極端微生物（嗜極菌）：凡依賴于這些極端環(huán)境才能正常生長(zhǎng)繁殖的微生物。（五）極端環(huán)境下的微生物1.嗜熱微生物（嗜熱菌）嗜熱微生物主要為嗜熱細(xì)菌?？煞譃?類：耐熱菌：最高生長(zhǎng)溫度45~55oC，最低<30oC；兼性嗜熱菌：最高生長(zhǎng)溫度50~65oC，最低<30oC；專性嗜熱菌：最適生長(zhǎng)溫度65~70oC，最低42oC；極端嗜熱菌：最高生長(zhǎng)溫度>70oC，最適>65oC，最低>40oC；超嗜熱菌：最高生長(zhǎng)溫度113oC，最適80～110oC，最低～55oC。2.嗜冷微生物（嗜冷菌）

最適生長(zhǎng)溫度<15oC，最高生長(zhǎng)溫度<20oC，最低生長(zhǎng)溫度<0oC的細(xì)菌、真菌和藻類等微生物。3.嗜酸微生物（嗜酸菌）只能生活在低pH（<4）條件下，在中性pH下即死亡的微生物。pH2，甚至pH0.5的酸性條件下也有生活，如：硫化葉菌屬、硫細(xì)菌屬、熱原體屬。4.嗜堿微生物（嗜堿菌）能專性生活在pH10~11的堿性條件下而不能生活在中性條件下的微生物。5.嗜鹽微生物（嗜鹽菌）必須在高鹽濃度下才能生長(zhǎng)的微生物。一般Nacl濃度3%左右，鹽桿菌等極端嗜鹽菌必須生活在12~30%Nacl中。6.嗜壓微生物（嗜壓菌）必須生長(zhǎng)在高靜水壓環(huán)境中的微生物。均為原核微生物,可分為：耐壓菌、嗜壓菌、極端嗜壓菌。7.抗輻射微生物對(duì)輻射這一不良環(huán)境因素有抗性的微生物。人體：正常微生物區(qū)系；

植物體表：分泌物可被微生物利用；

動(dòng)物：為動(dòng)物體正常菌群。（六）生物體內(nèi)外的正常菌群

1．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。

生活在健康動(dòng)物各部位，數(shù)量大、種類較穩(wěn)定且一般是有益無(wú)害的微生物，稱為正常菌群.

正常菌群與人體的關(guān)系：一般能維持平衡，菌群內(nèi)部的各種微生物之間，也相互制約而維持相對(duì)穩(wěn)定。

機(jī)體防御機(jī)能減弱時(shí)，一部分正常菌群會(huì)成為病原微生物；正常菌群在非正常部位時(shí)也可引起疾??；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(huì)引起疾?。ň菏д{(diào)癥）。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(zhuǎn)化為寄生關(guān)系。所謂正常菌群，實(shí)際上是相對(duì)的、可變的和有條件的。正常菌群失調(diào)：正常菌群的微生態(tài)平衡是相對(duì)的、可變的、有條件的。一旦宿主的防御功能減弱、正常菌群生長(zhǎng)部位改變或長(zhǎng)期服用抗生素等制菌藥物后，就會(huì)引起菌群失調(diào)。條件致病菌：由于正常菌群失調(diào)，原先某些不致病的正常菌群成員就會(huì)乘機(jī)轉(zhuǎn)移或大量繁殖，成為致病菌。內(nèi)源感染：由條件致病菌引起的感染。微生態(tài)制劑：根據(jù)微生態(tài)學(xué)理論而制成的含有有益菌的活菌制劑。微生態(tài)學(xué)：從細(xì)胞和分子水平上研究微觀層次上的生態(tài)學(xué)規(guī)律。人體五大微生態(tài)系統(tǒng)：消化道、呼吸道、泌尿生殖道、口腔及皮膚。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。2．無(wú)菌動(dòng)物與悉生生物

無(wú)菌動(dòng)物:凡在其體內(nèi)外檢查不到任何正常菌群的動(dòng)物，稱為無(wú)菌動(dòng)物。悉生生物:凡已人為地接種上某已知純種微生物的無(wú)菌動(dòng)物或無(wú)菌植物，就稱作悉生生物，意即已知其上所含微生物群的大生物。用悉生生物學(xué)的觀點(diǎn)來(lái)看待每一個(gè)高等動(dòng)物或高等植物的正常個(gè)體時(shí)，它們實(shí)際上都是一個(gè)與有關(guān)正常菌群形成一體的“共生復(fù)合體”。

悉生生物學(xué)（悉生學(xué)）：研究悉生生物的學(xué)科。用于了解微生物與宿主之間復(fù)雜的關(guān)系及其機(jī)理，用它做實(shí)驗(yàn)研究有很多優(yōu)點(diǎn)：干擾因素少，操作易控制，既可定性分析，也可定量分析，實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確、可靠。通過(guò)對(duì)無(wú)菌動(dòng)物的研究后發(fā)現(xiàn)：①在沒(méi)有正常菌群存在的狀態(tài)下，其免疫系統(tǒng)的機(jī)能特別低下，若干器官變小，這在原來(lái)充滿大量細(xì)菌的盲腸中表現(xiàn)得尤為突出；②營(yíng)養(yǎng)要求變得特殊，例如需要維生素K；③對(duì)屬于非致病菌的Bacillussubtilis（枯草桿菌）和Micrococcus（藤黃微球菌）等變得極為敏感，并易患??；④對(duì)原來(lái)易患的阿米巴痢疾，因這種原生動(dòng)物得不到細(xì)菌作食物，所以無(wú)菌動(dòng)物反而不易患了，等等3．根際微生物和附生微生物與動(dòng)物體表面存在著大量正常菌群一樣，在植物體表面也存在著正常微生物區(qū)系.（1）根際微生物（根圈微生物）生活在根系臨近土壤，依賴根系的分泌物、外滲物和脫落細(xì)胞而生長(zhǎng)，一般對(duì)植物發(fā)揮有益作用的正常菌群。多數(shù)為G-細(xì)菌：假單孢菌屬、土壤桿菌屬、無(wú)色桿菌屬、節(jié)桿菌屬等。（2）附生微生物生活在植物地上部分表面，借植物外滲或分泌物質(zhì)為營(yíng)養(yǎng)的微生物。主要為葉面微生物，鮮葉表面一般含106個(gè)/g細(xì)菌，還有少量酵母菌和霉菌，放線菌很少。二、菌種資源的開(kāi)發(fā)菌種開(kāi)發(fā)的一般步驟：采集菌樣→富集培養(yǎng)→純種分離→性能測(cè)定。

研究微生物的分布規(guī)律，有助于開(kāi)發(fā)豐富的菌種資源，防止有害微生物的活動(dòng)；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(dú)存在的。生物間的關(guān)系既多樣又復(fù)雜雜。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(dú)生活的生物，當(dāng)它們?cè)谝黄饡r(shí)，通過(guò)各自的代謝活動(dòng)而有利于對(duì)方，或偏利于一方的生活方式。1、微生物間的互生關(guān)系在土壤微生物中，互生關(guān)系十分普遍。

固氮菌纖維素分解菌

固氮碳源2、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(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，植物發(fā)達(dá)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(zhǎng)。3、微生物與人及動(dòng)物間的互生關(guān)系某些種類微生物在數(shù)量穩(wěn)定的情況下對(duì)人及動(dòng)物物體是有益的。一般不會(huì)致病。4、互生現(xiàn)象與發(fā)酵工業(yè)中的混菌培養(yǎng)混菌培養(yǎng)又稱混菌發(fā)酵或混合發(fā)酵。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。二、共生兩種微生物緊密生活在一起，彼此依賴，相互為對(duì)方創(chuàng)造有利條件，有的達(dá)到了難以分離的程度。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。微生物間的共生微生物與植物共生體——菌根微生物與動(dòng)物共生（一）微生物間的共生-地衣組成：由菌藻（子囊類真菌與藻類）共生或菌菌（真菌與藍(lán)細(xì)菌）共生的地衣。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。其中的藻類或藍(lán)細(xì)菌進(jìn)行光合作用，為真菌提供養(yǎng)料，真菌以產(chǎn)生的有機(jī)酸分解巖石為藻類或藍(lán)細(xì)菌提供礦質(zhì)元素。地衣內(nèi)部由藻類和絲狀真菌形成的組織a、混層葉狀體，在形成網(wǎng)狀菌絲（m）之前，散布著由藻類細(xì)胞集合而成的的綠色顆粒（g）；b、異層葉狀體，最外部是由菌絲組成的皮層（c），其內(nèi)側(cè)是綠色顆粒層。（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(guò)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(yíng)養(yǎng)、調(diào)節(jié)植物代謝和增強(qiáng)植物抗病能力等功能。菌根菌主要為真菌中的擔(dān)子菌和子囊菌。

菌根可分為外生菌根（哈蒂氏網(wǎng)，主要是擔(dān)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）。

（三）微生物與動(dòng)物間的共生1、微生物和昆蟲(chóng)的共生在白蟻、蟑螂等昆蟲(chóng)的腸道中有大量的細(xì)菌和原生動(dòng)物與其共生。有的生活在共生體的細(xì)胞外（外共生生物），有的生活在共生體的細(xì)胞內(nèi)（內(nèi)共生生物）。它們可在厭氧條件下分解纖維素供白蟻營(yíng)養(yǎng)，而微生物則可獲得穩(wěn)定的營(yíng)養(yǎng)和其他生活條件。反芻動(dòng)物與瘤胃微生物的共生原理2.瘤胃微生物與反芻動(dòng)物的共生牛羊等反芻動(dòng)物，草食，但它們本身沒(méi)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。瘤胃中生活著多種細(xì)菌和原生動(dòng)物。

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(xì)胞內(nèi)）或體表，從中奪取營(yíng)養(yǎng)并生長(zhǎng)繁殖，同時(shí)使后者蒙受損害甚至被殺死的一種相互關(guān)系。前者稱為寄生物，后者稱為寄主或宿主。各種各樣的寄生微生物多是致病菌。微生物間的寄生關(guān)系微生物對(duì)植物的寄生微生物對(duì)人與動(dòng)物的寄生（一）微生物間的寄生1、噬菌體—細(xì)菌；2、蛭弧菌—細(xì)菌；蛭弧菌的生活史示意圖（蛭弧菌能寄生在大腸桿菌等許多Ｇ-菌體內(nèi)。）3、真菌—真菌；4、真菌、細(xì)菌—原生動(dòng)物。真菌寄生于真菌菌絲細(xì)菌寄生于真菌菌絲寄生物先分泌毒素，引起寄主活力衰退，然后再纏繞致死。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(lái)，再由接觸部位侵入寄主菌絲內(nèi)吸收營(yíng)養(yǎng)使之死亡。還有些寄生真菌將菌絲或吸器伸到寄主真菌絲內(nèi)或寄生菌絲與寄主菌絲接觸，溶解寄主細(xì)胞膜，吸取其營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)行生長(zhǎng)繁殖。（二）微生物與植物間的寄生微生物對(duì)植物的寄生很普遍，這是植物發(fā)生病害的重要原因。能引起植物病害的微生物稱為植物病原微生物。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。能引起植物病害的有真菌、細(xì)菌、病毒等。植物病害以真菌病害為主，占９５％。細(xì)菌性植物病害占３％。寄生于動(dòng)物的微生物即為動(dòng)物的病原菌。種類極多，包括：各種病毒、細(xì)菌、真菌和原生動(dòng)物等。這些微生物若寄生于對(duì)人有害的動(dòng)物，則可用它們制成微生物殺蟲(chóng)劑或生物農(nóng)藥。冬蟲(chóng)夏草：寄生于昆蟲(chóng)的真菌。（三）微生物與動(dòng)物間的寄生微生物在人體和動(dòng)物體內(nèi)寄生引起人與動(dòng)物的傳染病常見(jiàn)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(dòng)植物體內(nèi)會(huì)給人們?cè)斐山?jīng)濟(jì)損失，寄生有害在動(dòng)物體內(nèi)，則對(duì)人類是有益的，可以加以利用。四、拮抗（抗生）指由某種生物所產(chǎn)生的特定的代謝產(chǎn)物可抑制它種生物的生長(zhǎng)繁殖甚至殺死它們的一種相互關(guān)系。典型例子：抗生素（抗菌素）、乳酸。五、捕食一種大型的生物直接捕捉、吞食另一種小型生物以滿足其營(yíng)養(yǎng)需要的一種相互關(guān)系。原生動(dòng)物捕食水體和土壤中的細(xì)菌，放線菌，真菌的孢子及單細(xì)胞藻類（凈化污水）。捕食性真菌捕食土壤線蟲(chóng)，對(duì)生物防治具有一定意義。微生物在生態(tài)系統(tǒng)中的作用微生物是有機(jī)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(jí)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(xué)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(gè)生物圈要獲得繁榮昌盛的發(fā)展，其能量來(lái)源主要依賴于太陽(yáng)，而其元素來(lái)源則主要依賴于微生物所推動(dòng)的物質(zhì)循環(huán)。一、碳素循環(huán)微生物在碳循環(huán)中的作用降解作用呼吸作用發(fā)酵作用甲烷形成光合作用在自然界中，碳及含碳化合物以多種狀態(tài)存在著。其中有大氣中的CO2（含量為0.032％）、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(jī)物中的碳。CO2+H2OCO2+CH2O醇有機(jī)酸CO2+H2CH4光合作用發(fā)酵作用呼吸作用化石燃料碳、氫、氧元素在自然界的循環(huán)有氧條件下無(wú)氧條件下

據(jù)估計(jì)，地球上有90％的CO2是靠微生物的分解作用而形成的。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。在陸地上所固定的CO2中，幾乎有60％構(gòu)成了木材。在木材中，約75％是由多糖即纖維素、半纖維素、淀粉、果膠和阿拉伯聚糖所構(gòu)成，另有20％以上是由木質(zhì)素和木聚糖所構(gòu)成，而蛋白質(zhì)的含量?jī)H達(dá)1％左右。微生物在氮素循環(huán)中的作用生物固氮氨化作用硝化作用硝酸鹽還原二、氮素循環(huán)

氮元素在自然界中的存在形式主要有以下五種：銨鹽、亞硝酸鹽、硝酸鹽、有機(jī)含氮物和大氣中的游離氮?dú)狻?/p>

反硝化作用自然界中的氮素循環(huán)生物固氮：據(jù)70年代中期的統(tǒng)計(jì)全球生物圈每年生物固氮達(dá)1.7108噸，其中草原3.5107噸，林地4.0108噸，海洋3.6108噸，其它土壤0.6108噸。根瘤菌屬每年可為每公頃土地固氮達(dá)250Kg。硝化作用（nitrification）定義：土壤或水體中的氨態(tài)氮經(jīng)化能自養(yǎng)菌的氧化而成為硝酸態(tài)氮的過(guò)程。過(guò)程：兩階段——（1）由亞硝化細(xì)菌參與，銨→亞硝酸；（2）由硝化細(xì)菌參與，亞硝酸→硝酸。意義：是自然界氮素循環(huán)中不可缺少的一環(huán)，對(duì)農(nóng)業(yè)無(wú)益。氨化作用（ammonnification）定義：含氮有機(jī)物經(jīng)微生物的分解產(chǎn)生氨的作用。含氮有機(jī)物的種類：蛋白質(zhì)、尿素、尿酸、幾丁質(zhì)等。許多好氧和一些厭氧菌都有強(qiáng)烈的氨化作用能力。分解蛋白質(zhì)的微生物種類：Proteusvulgaris（普通變形桿菌），Bacillusmegaterium（巨大芽孢桿菌），Clostridiumputrificum（腐敗梭菌）。分解尿素的細(xì)菌：Sporosarcinaureae（脲芽孢八疊球菌）和Bacilluspasteurii（巴氏芽孢桿菌）。分解幾丁質(zhì)的細(xì)菌：Bacteriumchitinophilum（嗜幾丁桿菌）等。意義：含氮有機(jī)物必須經(jīng)過(guò)微生物降解才能被植物利用。反硝化作用定義：由硝酸鹽還原成NO2–并進(jìn)一步還原成N2的過(guò)程（廣義）。狹義的反硝化作用僅指由亞硝酸還原成N2的過(guò)程。條件：厭氧（淹水的土壤或死水塘中）。菌種：少數(shù)異養(yǎng)和化能自養(yǎng)菌。如：Pseudomonasaeruginosa（銅綠假單胞菌）、Ps.stutzeri（施氏假單胞菌）、Thiobacillusdenitrificans（脫氮硫桿菌）以及Spirillum（螺菌屬）和Moraxella（莫拉氏菌屬）等。意義：土壤中氮元素流失的重要原因之一。水稻田中施用化學(xué)氮肥，有效利用率只有25%左右。另外可以利用水生性反硝化細(xì)菌去除污水中的硝酸鹽。土壤及水環(huán)境氧被消耗而造成局部的厭氧環(huán)境松土，排除過(guò)多的水分，保證土壤中有良好的通氣條件。硝酸鹽是一種容易溶解于水的物質(zhì)，通常通過(guò)水從土壤流入水域中。如果沒(méi)有反硝化作用，硝酸鹽將在水中積累，會(huì)導(dǎo)致水質(zhì)變壞與地球上氮素循環(huán)的中斷。反硝化作用的生態(tài)學(xué)作用：好氧性機(jī)體的呼吸作用硝酸鹽還原細(xì)菌進(jìn)行厭氧呼吸反硝化作用在氮素循環(huán)中的重要作用土壤中植物能利用的氮（硝酸鹽NO3-）還原成氮?dú)舛?，從而降低了土壤的肥力。三、硫素循環(huán)

硫是生命物質(zhì)所必需的元素，其需要量大約是氮素的十分之一（在生物體內(nèi)C∶N∶S=100∶10∶1）。硫元素在自然界中的貯量十分豐富。硫素循環(huán)類似于氮素循環(huán)，其各個(gè)環(huán)節(jié)都有相應(yīng)的微生物參與。（一）S素循環(huán)微生物在硫素循環(huán)中的作用硫的氧化硫酸鹽還原有機(jī)硫化物的礦化（硫化氫釋放）生物體有機(jī)硫SO42-H2S原素S硫酸鹽還原脫硫作用硫氧化作用硫氧化作用同化作用異化性硫酸鹽還原（一）硫素循環(huán)（二）細(xì)菌瀝濾銅礦的細(xì)菌瀝濾原理四、磷素循環(huán)

（一）不溶性無(wú)機(jī)磷的可溶化（二）可溶性無(wú)機(jī)磷的有機(jī)化（三）有機(jī)磷的礦化（1）（3）（2）第四節(jié)、微生物與環(huán)境保護(hù)環(huán)境中的主要污染物環(huán)境污染：指土壤或水體等生態(tài)結(jié)構(gòu)和功能受外來(lái)有害因素的破壞而失去了平衡，導(dǎo)致物質(zhì)流、能量流無(wú)法正常運(yùn)轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。例：土壤自凈能力、水體自凈能力的喪失。無(wú)毒有機(jī)物

有毒有機(jī)物

無(wú)毒無(wú)機(jī)物

有毒無(wú)機(jī)物

微生物對(duì)污染物的降解與轉(zhuǎn)化微生物對(duì)無(wú)毒有機(jī)物的降解

微生物對(duì)有毒有機(jī)物的降解

微生物對(duì)重金屬的轉(zhuǎn)化

生物降解（biodegradation）：是微生物對(duì)物質(zhì)（特別是環(huán)境污染物）的分解作用。

農(nóng)藥、石油、洗滌劑、多氯聯(lián)苯、氰和腈等都可被相應(yīng)種類的微生物所降解。一、水體的污染——富營(yíng)養(yǎng)化二、用微生物治理污染三、沼氣發(fā)酵與環(huán)境保護(hù)四、用微生物監(jiān)測(cè)環(huán)境污染

一、水體的污染——富營(yíng)養(yǎng)化

（一）水體的富營(yíng)養(yǎng)化水體中因氮、磷等元素含量過(guò)高，引起水體表層的藍(lán)細(xì)菌和藻類過(guò)量生長(zhǎng)繁殖的現(xiàn)象。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(jié)果?，F(xiàn)象：下層水體缺光、少氧，大量死藻因異養(yǎng)細(xì)菌的分解而進(jìn)一步造成了厭氧、有毒（H2S）的環(huán)境。產(chǎn)生大量的有機(jī)物（藻類），異養(yǎng)微生物氧化這些有機(jī)物，耗盡水中的氧，使厭氧菌開(kāi)始大量生長(zhǎng)和代謝，并分解含硫化合物，產(chǎn)生H2S，從而導(dǎo)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，最終引起水體出現(xiàn)大量沉淀物和顏色異常。（二）“水華”、“赤潮”1、“水華”（“水花”）淡水水體的富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象。溫暖季節(jié)，水體中N/P達(dá)15~20/1時(shí)，浮游藻類、藍(lán)細(xì)菌突然快速繁殖，使水體變得渾濁，水面形成一薄層藍(lán)、綠色的藻體和泡沫，從而形成所謂的“水花”或“水華”（waterbloom）。2、“赤潮”河口、港灣或淺海等咸水區(qū)水體的富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象。在海洋中，某些甲藻類、藍(lán)細(xì)菌、原生動(dòng)物等大量繁殖，從而使海水出現(xiàn)紅色或褐色，即所謂的“赤潮”（“紅潮”redtides）。

“水華”、“赤潮”等大面積水體污染一旦發(fā)生，很難治理，預(yù)防是關(guān)鍵。

（一）污水處理的微生物處理二、用微生物治理污染污水的種類很多，有生活污水、工業(yè)有機(jī)污水（如屠宰、造紙、淀粉和發(fā)酵工業(yè)等的污水）、工業(yè)有毒污水（農(nóng)藥、炸藥、石油化工、電鍍、印染、制革等工業(yè)污水）和其他污水等。其中所含的各種有害物質(zhì)，例如農(nóng)藥、炸藥（TNT、黑索金等）、多氯聯(lián)苯（PCB）、多環(huán)芳烴（致癌劑）、酚、氰和丙烯腈等的污染后果尤為嚴(yán)重。在污水處理方法中，最關(guān)鍵、最有效和最常用的方法是微生物處理法。1、微生物處理污水的原理

用微生物凈化污水的過(guò)程，實(shí)質(zhì)上就是在污水處理裝置這一小型人工生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)，利用不同生理、生化性能的微生物類群間的協(xié)同作用而進(jìn)行的一種物質(zhì)循環(huán)過(guò)程。

當(dāng)高BOD5的污水進(jìn)入污水處理裝置后，其中的自然微生物區(qū)系在好氧條件下，根據(jù)其中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)或有毒物質(zhì)的情況，在客觀上造成了一個(gè)選擇性的培養(yǎng)條件，并隨著時(shí)間的推移，發(fā)生了微生物區(qū)系的有規(guī)律的更迭，從而使水中的有機(jī)物或毒物不斷被降解、氧化、分解、轉(zhuǎn)化或吸附沉降，進(jìn)而達(dá)到去除污染物和沉降、分層的效果。自然去除廢氣后的低BOD5清水，可流入河道。而經(jīng)好氧性微生物處理后的廢渣——活性污泥或生物膜的殘余物，是比原來(lái)污水的BOD5更高的有機(jī)物，它們可通過(guò)厭氧處理（又稱污泥消化或沼氣發(fā)酵）而生產(chǎn)出有用的沼氣和有機(jī)肥料。（1）BOD（biochemicaloxygendemand）是一種表示水中有機(jī)物含量的間接指標(biāo)，一般指在20℃下，1L污水中所含的有機(jī)物（主要是有機(jī)碳源），在進(jìn)行微生物氧化時(shí)，5日內(nèi)所消耗的分子氧的毫克數(shù)（或ppm數(shù)）。生（物）化需（耗）氧量、BOD52、污水處理中的幾個(gè)常用名詞

在水處理技術(shù)中，污水處理前后水中BOD5值之差，即可理解為這一處理過(guò)程對(duì)有機(jī)物處理效率的高低。

BOD5的測(cè)定，起始于英國(guó)（1870年），目的是為了判斷河水污染的程度以保護(hù)河流。由于英國(guó)的泰晤士河水自源頭至大海流程僅5天左右，且英國(guó)夏天河水的平均溫度在20℃左右，故至今全世界還一直以這一條件為依據(jù)來(lái)測(cè)定BOD5。我國(guó)對(duì)地面水環(huán)境的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)：一級(jí)水BOD5<1mg/L，二級(jí)水BOD5<3mg/L，三級(jí)水BOD5<4mg/L，若>10mg/L時(shí)已嚴(yán)重污染。（2）COD（chemicaloxygendemand）使用強(qiáng)氧化劑使1L污水中的有機(jī)物質(zhì)迅速進(jìn)行化學(xué)氧化時(shí)所消耗氧的毫克數(shù)，稱COD或化學(xué)需氧量。污水中除有機(jī)物外，其中的許多無(wú)機(jī)物也能被氧化而產(chǎn)生COD值。COD能在短時(shí)間中測(cè)得，有利于指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)操作。使用的氧化劑一般有KMnO4和K2Cr2O7。KMnO4的氧化力較弱，因此，實(shí)際使用對(duì)常采用K2Cr2O7，作氧化劑，并把測(cè)得的數(shù)值稱為CODcr。同一污水的BOD5與COD值是不一致的，但一般都呈明顯的比例關(guān)系。（3）TOD（總需氧量）污水中能被氧化的物質(zhì)（主要為有機(jī)物）在高溫下燃燒變成穩(wěn)定氧化物時(shí)所需的氧量。（4）DO（溶解氧量）溶于水體中的分子態(tài)氧。評(píng)價(jià)水質(zhì)的重要指標(biāo)，地面水質(zhì)的合格標(biāo)準(zhǔn)DO>4mg/L。（5）SS（懸浮物含量）污水中不溶性固態(tài)物質(zhì)的含量。（6）TOC（總有機(jī)碳含量）水體內(nèi)所含有機(jī)物中全部有機(jī)碳的含量。通過(guò)其中有機(jī)物全部氧化為CO2的量來(lái)計(jì)算。3、污水處理中的特殊微生物例如，已知的能分解氰的微生物就有諾卡氏菌屬、腐皮鐮孢霉、木素木霉和假單胞菌屬等14個(gè)屬的49個(gè)種。在自然界中，廣泛存在著能分解特定污染物的微生物。如：分解氰、丙烯腈、多氯聯(lián)苯、多環(huán)芳烴類、炸藥成分、芳香族磺酸鹽、聚乙烯醇，人工合成的殺蟲(chóng)劑、殺菌劑、除草劑等。芳香族磺酸鹽可被Pseudomonasputida（惡臭假單胞菌）所降解；1-苯基-十一烷磺酸鹽（ABS）可被Bacillus（芽孢桿菌屬）的菌種所降解。

污水處理的裝置很多，按其耗能程度或產(chǎn)能情況分類如下:3、污水處理的方法和裝置活性污泥法（activatedsludgeprocess）

又稱生化曝氣法。此法最早由英人Ardern和Lockett創(chuàng)建于1914年。經(jīng)多年修正、改進(jìn)，至今該法一直是污水處理中的主要方法?；钚晕勰?，是指一種由細(xì)菌、原生動(dòng)物和其他微生物群體與污水中的懸浮有機(jī)物、膠狀物和吸附物質(zhì)在一起構(gòu)成的凝絮團(tuán)，在污水處理中具有很強(qiáng)的吸附、分解和利用有機(jī)物或毒物的能力。

活性污泥中以細(xì)菌和原生動(dòng)物為主。細(xì)菌有生枝動(dòng)膠菌、浮游球衣菌、、亞硝化單胞菌屬、蛭弧菌屬等?；钚晕勰嗳コ鬯哪芰κ菢O高的，它對(duì)生活污水的BOD5去除率可達(dá)95％左右，懸浮固體去除率也達(dá)95％左右，對(duì)污水中的病原細(xì)菌和病毒的去除率均很高。污水入口處完全混合曝氣法處理污水的裝置為使對(duì)特殊污染物具有較強(qiáng)的分解效果，還應(yīng)人為地補(bǔ)充一些有機(jī)氮源和磷素營(yíng)養(yǎng)，并培育、接種入相應(yīng)的優(yōu)良分解微生物。如，接入某些鐮孢霉屬和諾卡氏菌屬的一些菌種就能更好地分解氰化物；接入能生長(zhǎng)在0.2％酚溶液中的幾種假單胞菌，例如，食酚假單胞菌和解酚假單胞菌，就能更好地分解污水中的酚。

北京高碑店污水處理廠活性污泥法（活性污泥法）氧化塘法（oxidationponds或lagoon）是近年來(lái)一種利用自然生態(tài)系統(tǒng)凈化污水并具有良好節(jié)能效果的方法。氧化塘是一個(gè)面積大、能接受陽(yáng)光照射的淺池，污水從一端流入，從另一端溢流而出。在氧化塘中存在著三種作用：（1）有