第二十五單元-第八章微生物的生態(tài)(二)

第九章

微生物的生態(tài)（2）第五節(jié)微生物之間的關(guān)系有利關(guān)系：一種生物的生長和代謝對另一種生物的生長產(chǎn)生有利的影響，或相互有利；即“利人利已”（共生，互生）

有害關(guān)系：一種生物的生長對另一種生物的生長產(chǎn)生有害的影響，或相互有害；即“損人利己”（拮抗，寄生，捕食）

中性關(guān)系：二種生物生活在一起時，彼此對對方的生長代謝無明顯的有利或有害影響；即“不利人不利己”（種間共生）微生物間及微生物與其它生物間的關(guān)系（5種）：

1.互生：可分可合，合比分好；

2.共生：難分難解，合二為一；

3.寄生：以小吃大，內(nèi)部攻擊；

4.拮抗：產(chǎn)生毒物，傷害對方；

5.捕食：以大吃小，仗勢欺人.一、互生二種可獨立生活的生物，當(dāng)它們生活在一起時，通過各自的代謝活動而有利于對方，或偏利于一方的一種生活方式?！翱煞挚珊?，合比分好”1.微生物間的互生關(guān)系纖維素分解細菌固氮菌(1)土壤中的纖維素分解菌分解纖維素形成有機酸是固氮菌生長的能源和碳源物質(zhì);(2)固氮菌固氮作用固定的氮素除滿足自身需要外，還可分泌到土壤中作為纖維素分解菌的氮源，同時解除了有機酸對纖維素分解菌的抑制作用。土壤中氨化細菌把有機氮化合物轉(zhuǎn)化為NH4+，后者是亞硝化細菌生長的能源物質(zhì)，而亞硝化細菌轉(zhuǎn)化形成的亞硝酸是硝化細菌生長的能源物質(zhì)氨化細菌亞硝化細菌硝化細菌利用微生物間互生關(guān)系的原理，進行混合培養(yǎng)或混合發(fā)酵成功例子是“二步發(fā)酵法生產(chǎn)維生素C”：反應(yīng)③采用氧化葡糖酸桿菌（Gluconobacteroxydans）和條紋假單胞菌（Pserdomonasstriata）進行混菌發(fā)酵，能將L-山梨糖轉(zhuǎn)化成2-酮基-L-古龍酸。而如果單用前一種菌，不僅生長差且產(chǎn)酸能力微弱；單用后一種菌時，根本不產(chǎn)酸。二、共生二種生物共居在一起，相互分工協(xié)作、相依為命，甚至形成在生理上表現(xiàn)出一定的分工，在組織和形態(tài)上產(chǎn)生了新的結(jié)構(gòu)的特殊的共生體。互惠共生：二者均得利偏利共生：一方得利，但另一方并不受害地衣：藻類（綠藻或藍細菌）和真菌（子囊菌）的共生體真菌無規(guī)則地纏繞藻類細胞，形成一個牢固的聯(lián)合體。（真菌為藻類提供一個穩(wěn)定的生長基質(zhì)，免受風(fēng)雨侵蝕；并促進水的吸收，以防止藻類干枯；提供藻類生長所需的無機鹽，這些無機鹽來自產(chǎn)生地衣酸對巖石的分解）地衣繁殖時，在表面上生出球狀粉芽，粉芽中含有少量的藻類細胞和真菌菌絲，粉芽脫離母體散布到適宜的環(huán)境中，發(fā)育成新的地衣結(jié)構(gòu)上的共生：生理上的共生：真菌：代謝中產(chǎn)生的有機酸分解巖石，從基質(zhì)中吸收水分和無機養(yǎng)料；藻類（綠藻或藍細菌）：通過光合作用合成有機物；

使地衣能在十分貧瘠的環(huán)境中生存。微生物和植物間的共生根瘤菌與豆科植物間的共生------形成根瘤共生體微生物與動物的共生關(guān)系2）與反芻動物的共生關(guān)系

1）與昆蟲的共生關(guān)系

外共生：例如白蟻與其腸道內(nèi)的微生物之間的共生

內(nèi)共生：昆蟲與其細胞內(nèi)的共生性細菌三、寄生一種小型生物生活在另一種相對較大型生物的體內(nèi)或體表，從中取得營養(yǎng)和進行生長繁殖，同時使后者蒙受損害甚至被殺死的現(xiàn)象。寄生物（parasite）寄主或宿主（host）微生物間的寄生

噬菌體—細菌

蛭弧菌—細菌真菌—真菌

真菌、細菌—原生動物四、拮抗

某種生物產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物可抑制它種生物的生長發(fā)育甚至將后者殺死。

微生物間的“化學(xué)戰(zhàn)術(shù)”抗生菌產(chǎn)生能抑制其它生物生長發(fā)育的抗生素；

微生物間的生長抑制

因某種微生物的生長而引起的其它條件的改變，從而抑制它種生物的生長五、捕食某一種群被另一種群完全吞食，捕食者種群從被食者種群得到營養(yǎng)，而對被食者種群產(chǎn)生不利影響。

原生動物吞食細菌和藻類；

粘菌吞食細菌和其它微生物；

真菌捕食線蟲和其它原生動物.捕蟲菌目（Zoopagales）在長期的自然進化中形成的特化結(jié)構(gòu)，特化菌絲構(gòu)成巧妙的網(wǎng)，可以捕捉小型原生動物或無脊椎動物，捕獲物死后，菌絲伸入體內(nèi)吸收營養(yǎng)。第六節(jié)微生物與環(huán)境保護物理法化學(xué)法生物法（效率高，費用低，簡單方便）污水處理的階段：一級處理（物理法：用篩子除去大塊物體）二級處理（生物法：處理的水可以排放到自然水域中）三級處理（物理化學(xué)過程：沉淀、過濾、加氯消毒）污水的微生物處理方法1.污水處理的微生物學(xué)原理：

利用微生物的催化作用和代謝活性，好氧或厭氧分解和轉(zhuǎn)化污水中的污染物。一系列微生物間的協(xié)同作用（混合培養(yǎng)）。

廢氣（CO2,NH3,H2S,CH4,H2,CO）

微生物區(qū)系分層

高BOD5污水清水（含SO42-,NO3-,PO43-等）

（充分供氧）廢渣（活性污泥，生物膜等）

厭氧處理沼氣廢渣（有機肥料）名詞概念：BOD5(biologicaloxygendemand)，“五日生化需氧量”：一般指在特定時間（5天）和溫度（20℃）下，微生物氧化1L污水中所含的有機物所消耗的水中溶解氧毫克數(shù)。我國規(guī)定：一級水<1mg/L，二級水<3mg/L，三級水<4mg/L；BOD5>10mg/L，魚類無法生存。COD(chemicaloxygendemand)，“化學(xué)需氧量”：水中有機物含量簡便的間接指標(biāo)。

指使用強氧化劑使1L污水中所含的有機物迅速進行化學(xué)氧化時所消耗的氧量（常用氧化劑：KMnO4或使用K2Cr2O7測得數(shù)值稱為CODcr）。

（能在短時間內(nèi)測得，便于現(xiàn)場指導(dǎo)）DO(dissolbedoxygen)

溶解氧量,指溶于水體中的分子態(tài)氧的濃度,是評價水質(zhì)優(yōu)劣的重要指標(biāo)。天然水的DO值一般為5~10mg/L，我國規(guī)定地面水質(zhì)的合格標(biāo)準>4mg/L。TOD(totaloxygendemand)

總需氧量，指污水中能氧化的物質(zhì)在高溫下燃燒變成穩(wěn)定的氧化物時所需的氧量。共代謝(co-metabolism)

指一些人工合成的化學(xué)物質(zhì)不能直接被微生物降解，必須添加一些有機物作為初級能源后才能被降解的現(xiàn)象。頑拗物：一些很難被微生物降解的化合物，即使采用共代謝的方式也很難被降解。2.污水處理的主要裝置

從能量角度分類：節(jié)能型氧化塘法

灑水濾床法好氧處理推流式曝氣法

活性污泥法完全混合曝氣法耗能型生物轉(zhuǎn)盤法

生物膜法塔式濾池法厭氧處理產(chǎn)能型：厭氧消化法（即沼氣發(fā)酵）（1）活性污泥法（又稱“曝氣法”）利用含有好氧微生物的活性污泥，在通氣條件下，使污水得到凈化的生物學(xué)方法?；钚晕勰啵╝ctivatedsludge）：

指由菌膠團形成細菌、原生動物和其它微生物群聚集在一起形成的凝絮團，在污水處理中具有很強的吸附、分解有機物和毒物的能力。（活性污泥中細菌占90~95%，常見的有生枝動膠菌、假單胞菌屬、無色桿菌屬、黃桿菌屬、節(jié)桿菌屬等）這種方法對生活污水的BOD5去除率可達95%凈化過程包括兩種作用：生化作用，污水中的有機物被微生物分解；物理吸附、化學(xué)分解等作用；（2）生物膜法生物膜與活性污泥中的微生物基本相同。菌膠團是活性污泥和生物膜的主體。生物轉(zhuǎn)盤由一組串聯(lián)在同一橫軸上的圓盤組成。每片圓盤的下半部侵在污水槽中，上半部暴露在空氣中，整個轉(zhuǎn)盤由電動機緩慢驅(qū)動。隨著轉(zhuǎn)盤的不停轉(zhuǎn)動，污水中的有機物被生物膜上的微生物吸附、氧化和分解。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)酵草食動物進食后，由纖維素分解菌和原生動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，小分子的有機酸通過瘤胃壁進入血液，進一步氧化，為動物的生命活動提供能量來源，瘤胃中的這些反應(yīng)大約需要9~12小時完成。瘤胃微生物不僅為反芻動物提供能量來源，而且提供氨基酸和維生素，這些都是動物必須的營養(yǎng)物質(zhì)。二、瘤胃細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運動甲烷微球菌陰性桿狀CH4三、瘤胃原生動物和真菌的作用瘤胃中特有的原生動物群落（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，但它們捕食瘤胃細菌，起著控制瘤胃細菌密度的重要作用。另外原生動物還參與纖維素和淀粉的分解以及葡萄糖的發(fā)酵，產(chǎn)生同細菌發(fā)酵一樣的有機酸。瘤胃真菌是嚴格厭氧的真菌類群，其作用主要是：參與控制瘤胃細菌的密度、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)的動力學(xué)瘤胃生態(tài)系統(tǒng)的一個主要特征是其恒定性。不同反芻動物含有同樣主要的瘤胃細菌種群，但隨著飲食的略有不同，每個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物中是相對恒定的。瘤胃中微生物的組成改變可引起動物生病甚至死亡，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，從正常的107細胞/ml，快速增長到1010細胞/ml以上，牛鏈球菌進行乳酸發(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。嚴重的酸中毒可以引起動物的死亡。為了避免酸中毒，動物需要一段時間逐漸地從飼料轉(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)甲烷細菌.自然界有三個基本環(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。第二是動物腸胃系統(tǒng)，尤其是反芻動物。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)物成各種低級脂肪酸和醇類。第二階段是由產(chǎn)醋酸的細菌把低級脂肪酸如丙酸鹽、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)甲烷細菌利用H2還原CO2生成甲烷，另外一些產(chǎn)甲烷細菌還可以把乙酸轉(zhuǎn)化為甲烷。甲烷發(fā)酵中,將有機物轉(zhuǎn)化為甲烷的主要細菌是將低級脂肪酸轉(zhuǎn)化為乙酸、CO2和H2的次級發(fā)酵者產(chǎn)醋酸細菌，尤其是產(chǎn)生氫的脂肪酸氧化細菌，這類細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，生長很差或不能生長，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，才能旺盛生長，即它們依賴于與其它細菌的互養(yǎng)共棲關(guān)系而生長，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)甲烷細菌在厭氧條件下，利用H2還原CO2等碳源營養(yǎng)物質(zhì)以產(chǎn)生細胞物質(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)