微生物生态学复习

1、第1章 绪论1.什么是微生物生态学？微生物生态学（Microbial Ecology）是研究微生物与其周围生物和非生物环境之间相互关系的一门科学。2.微生物生态学研究意义？发现新的、在工农业、食品、医药和环境保护方面有重要用途的微生物菌株；开发和利用自然界中的微生物资源，保护好微生物基因资源；为提高生产效率、保护人类健康和保护生态平衡发挥微生物的最佳作用。开发利用保护微生物资源，保护环境维持环境生态平衡第2章 微生物生态学的基本原理1.生境：是指发现有生物的物理区域。这一区域的物理化学特征可以影响在这一区域中生活的微生物生长、代谢活力、生物与生物之间的相互作用和微生物的生存。2.生态位：生态位

2、不仅指生物生长的空间范围，而且包括生物在这一生境内的活动、它们的功能作用及其与其他生物的相互作用。3.土著微生物：指在一个给定的生境中那些能生存、生长和进行活跃代谢的微生物，并且这些微生物能与来自其他群落的微生物进行有效的竞争。4.外来微生物：指来自于其他生态系统的微生物，所以这些微生物不能在这一生境中长期生活下去。5.微生物区系：在一块土壤碎片内或植物根的表面有可能有很多环境因素不同的微环境。而每一微环境只适宜于某种或某些微生物的生长、繁殖，而不适合其他种微生物的生长，从而形成复杂的微生物区系（microflora）。6.群落演替：是指在某一特定环境内，生物群落随着时间的推移顺序出现或被相继

3、取代，最终形成比较稳定的群落结构的发展过程。第3章 自然环境中的微生物1.生理群：指按生理特性将微生物划分为不同的类群。2.优势种：在一定条件下或在一个生理群中常只有少数种类占优势，即在最高稀释度平皿中出现较多菌落数的菌种，该菌种称优势种。3.水体富营养化：当水体中N、P营养元素的含量大量增加，远远超出正常指标，结果导致原有生态系统破坏，藻类或某些细菌数量猛增，其他生物种类减少，水质变坏的现象。4.为什么说土壤是适合微生物生长的环境？土壤是固体无机物(岩石和矿物质)、有机物、水、空气和生物组成的复合物，是微生物的合适生境。土壤中含有水分，水分中含有可溶性无机和有机营养。土壤团粒的空隙中存在着空

4、气。由于施肥和生物遗体腐败，可以不断提供丰富营养。其中还含有大量而全面的矿质元素，供微生物生活所需。土壤pH的范围在3.5-10.0，多数在5.5-8.5，大多数微生物的适宜生长pH也在这一范围。土壤温度决定于地区、季节因素，一般在030，其中大部分时间为1025。一般土壤溶液浓度在0.11，渗透压0.55个atm，浓度越高，渗透压越高。土壤表层土一般只有几毫米，含量少但作用巨大，因为土壤表层土是微生物的天然保护伞，能吸收太阳辐射的紫外线。5.海洋微生物与陆地微生物相比有哪些特征？嗜盐性：2.44.0嗜压性：耐100大气压嗜冷性：04能生长，最适生长温度为18左右耐贫瘠、广食性增殖很慢，代时很

5、长（几十100多小时）第4章 极端环境中的微生物1.极端微生物：极端微生物是最适合生活在极端环境中的微生物的总称，包括嗜热、嗜冷、嗜酸、嗜碱、嗜压、嗜金、抗辐射、耐干燥和极端厌氧等多种类型。2.嗜冷微生物：0以下或320能生长的微生物，最适生长温度不超过15，最高生长温度不超过20。3.了解研究极端环境中微生物的意义和应用前景。研究其强而稳定的特殊结构、机能和遗传基因以及应答相应的强烈限制因子，对阐明物种起源、生物进化具有重要意义。研究其生理生化特性，可用于量度地球上生命生存的理化极限，对探索宇宙星球上的生物有参考价值；可探索出新的生理途径，生产新酶和新的生物制剂，使用于特殊环境条件，如煤脱硫

6、、冶炼金属、处理有毒废水、高压深油井探矿、纤维素高温发酵酒精等。4.嗜冷、嗜酸、嗜盐微生物的抗性机理及潜在应用。嗜冷：通过信号传导使低温微生物适应低温环境；调整细胞膜脂类的组成维持膜的流动性、通透性，保证膜的正常生理功能；低温微生物的蛋白质和蛋白质合成；低温微生物通过产生冷冲击蛋白适应低温环境。潜在应用：应对全球气候变化可能对人类的危害；为研究生物的进化提供材料；为古气候的重建提供信息；为探索诸如火星等外星生命存在的可能性提供线索；低温微生物对受污染环境的原位清洁作用（泄漏于土壤、海洋中的原油、废弃物等的生物降解）；抗冻基因的获取与应用。嗜酸：嗜酸菌细胞表面上存在有大量的重金属离子，如Cu2+

7、，可以与周围H+进行交换，从而阻止H+对细胞的损伤；嗜酸细菌的细胞壁和细胞膜中含有一些特殊的化学成分，如较少的磷、含C40的烷基甘油二醚、硫脂、环丙烷脂肪酸；含有抗酸水解的蛋白质，如氧化硫硫杆菌的鞭毛能抗强酸和高温是因为该菌能合成抗酸水解的蛋白质；在嗜酸细菌中的呼吸过程与嗜中性微生物的基本相似，不同的是嗜酸细菌细胞膜两侧的质子梯度pH非常大，细胞质接近中性；嗜酸细菌通过长期进化适应了SO42-环境，并且细胞中存在有某种活力很大的去除SO42-的体系；另外SO42-极性大，透过脂类双层膜的非特异性穿透能力较小。潜在应用：细菌冶金（利用氧化亚铁硫杆菌通过微生物沥取法可从低含量的矿物中大量提取Cu2

8、+，能耗小）；煤和石油脱硫（在煤和石油燃烧之前，利用有关的微生物分解其中的含硫化合物，把不含有硫化物的煤和石油用于工业生产和日常生活，可以减少SO2对大气的污染）；生产肥料（可以利用氧化硫硫杆菌提高磷矿粉的速效性，以便提高农作物的产量）。嗜盐：嗜盐菌的细胞结构稳定和细胞内K等离子浓度的维持需要高盐浓度；嗜盐菌的酶产生、稳定和活性发挥需要高盐浓度；嗜盐菌细胞膜对高盐浓度的适应；嗜盐菌细胞内积累或产生相容性溶质以适应高盐浓度。潜在应用：生产化工原料；工业酶制剂；紫色膜的应用；应用于工业发酵。第5章 生物群体的相互作用1.群体密度：与种群密度概念相似，指单位体积空间内生物个体数量。2.共代谢：共代谢

9、是指在某种特殊底物上生长的一种群体能顺便氧化第二种底物，而第二种底物不能作为这一种微生物群体的碳源和能源，但是被这种微生物群体氧化过的产物却能被另一种微生物群体利用。3.拮抗：在一个环境中，一个群体产生的代谢产物使共处的另一群体的生长受到抑制，而本身不受影响，这种关系称为拮抗。4.竞争作用：两个或多个群体共同依赖同一个生长基质或环境条件，结果使一方或双方群体大小或生长率受限制的现象。5.根际效应：在根系分泌物选择下促进一类群微生物生长发育的现象。6.R/S：根土比，根际土壤微生物与邻近的非根际土壤微生物数量之比。7.VA菌根：也叫内生菌根。菌丝直接入侵根表皮细胞内和细胞外，不形成哈氏网；在皮层

10、细胞内的菌丝，其顶端膨大且分枝，形成泡囊（Vesicule）丛枝（Arbuscule）菌根，故又称VA菌根；8.正常菌群：正常人体的体表及与外界相通的腔道中，都存在着不同种类和数量的微生物。在正常情况下，这些微生物对人类无害，称为正常菌群。9.群体密度对微生物生长的影响如果群体密度小，个体的代谢产物不能得到合理使用，生长缓慢，生长率增加也缓慢；如果群体密度大，生长速率加快。10.微生物群体之间的相互关系，并举例说明中立关系 群体密度很小的两个群体偏利共生关系 如共代谢在污染环境中的污染物降解过程起着很大的作用。协作关系 纤维分解细菌，将纤维素分解为葡萄糖，提供给自生固氮菌作为碳源；自生固氮菌，

11、固定N2为NH3，提供给纤维素分解菌作为氮源。互惠共生关系 地衣竞争作用 强者生存，弱者淘汰（主要）拮抗作用 酸牛奶、酸泡菜，乳酸菌生长，产生乳酸而抑制其他微生物生长，以防腐败并保持风味。寄生关系 蛭弧菌寄生于G菌的细胞壁和质膜之间。捕食作用 捕食性真菌11.根际微生物与植物之间的关系1）植物根系对根际微生物的作用根系分泌物和脱落物是根际微生物的重要营养来源和能源；根系的呼吸作用影响根际土壤的气体组分、pH、Eh等；根系的吸收作用对根际土壤微生物的影响；根际温度一般比非根际土壤温度高12。2）根际微生物对植物的作用有益影响：有效化营养元素；促进植物生长；根际微生物分泌的抗生素类物质，有助于作物

12、避免土著性病原菌的侵染；产生铁载体，改善植物的生长条件，促进植物生长。不利影响：微生物与植物竞争矿质营养，在一定时间内减少了对植物养分的供应，造成对植物生长的不利；由于不同植物根际条件的选择性，某些病原菌在相应植物的根际得到加富，更助长了病害的发生；某些微生物产生的有毒物质能抑制种子的发芽、幼苗的生长和根系的伸长。第6-9章 微生物在生物地球化学循环中的作用1.硝化作用：微生物将氨氧化为硝酸的生物学过程。2.反硝化作用：凡是将NO3从氧化态变为还原态（NO2-，N2O，NO，N2，NH4+），不管产物是什么都统称为反硝化作用。3.反硫化作用：在厌气条件下，微生物利用SO42作为最终电子受体进行

13、无氧呼吸，将SO42还原为H2S的生物学过程。4.联合固氮体系：介于自生固氮体系和共生固氮体系之间的中间类型，即这类固N微生物能独自固N，固N活性较低；当它与相应的植物共栖后，表现较高的固N活性。5.氨化作用：微生物分解有机物释放NH4+（NH3）的过程。6.微生物在C素循环中有哪些特殊作用？请举例说明。微生物在碳素循环中，既是有机质的制造者，又是有机物质的唯一分解者，通过它的分解作用，可为大气补充95以上的CO2。陆地，有机质的制造者主要是高等植物，微生物也是参与者；极端环境，有机质的制造者主要是微生物；微生物具有分解简单有机营养物和某些天然多聚物（淀粉、果胶、蛋白质）的能力；微生物还参与C

14、O的循环：7.简述微生物在氮素循环中的作用。氮素是构成生物体的一种必需元素，自然界中的氮素循环包括许多转化作用。空气中的氮气被固氮微生物及植物与微生物的共生体固定成氨态氮，经过硝化微生物的硝化作用转化成硝态氮，后者被植物或微生物同化成有机氮化物。动物食用含氮的植物，又转变成动物体内的蛋白质。动物、植物、微生物的尸体及排泄物被微生物分解后，又以氨的形式释放出来，这种过程叫做氨化作用。由硝化菌产生的硝酸盐在无氧条件下被一些微生物还原成为氮气，重新回到大气中，开始新的氮素循环。微生物在氮素循环中的几种作用归纳为：固氮作用、硝化作用、同化作用、氨化作用和反硝化作用。8.微生物对硫的循环对环境会产生哪些

15、有利或不利的影响。使土壤中不溶性的磷酸盐和其他无机物得到溶解，对微生物和植物生长有利；硫杆菌去除其中的硫化物，可以减轻酸雨污染。微生物对硫的固结与吸收，使土壤损失硫元素，不利于植物的生长。通过硫化作用产生的SO42，随着雨雪进入水体，使水体富营养化。第10章 微生物与化学污染物之间的相互关系1.难降解物质：人工合成、具有特殊的化学结构，微生物不易降解的化合物。如杀虫剂、塑料等。2.生物放大作用：指某些在自然界不能降解或难降解的化学物质，在环境中通过食物链的延长和营养级的增加在生物体内逐级富集，浓度越来越大的现象。3.降解质粒：是指某些质粒编码的基因能够控制某些污染物的微生物降解。4.重金属使微

16、生物致毒的机理抗代谢物；很容易与细胞膜结合，干扰细胞的正常功能；与基本代谢物形成沉淀物，使这些代谢物不能被细胞利用；取代了一些酶的重要元素，干扰酶和细胞的正常功能；许多重金属对其他生物配位体，如磷酸、嘌呤、嘧啶和核酸有强烈的亲和力； Hg很容易损伤三羧酸循环和呼吸链，从而影响ATP的产生。5.微生物对重金属的抗性机制以及抗重金属菌株的应用。1）抗性机制：生物吸附作用；细胞外的沉淀作用和结晶作用；与细胞运输有关的抗性机制；细胞内的隔离作用和解毒作用；金属的转化作用。2）抗重金属菌株的应用：生产抗微生物药物、环境保护、回收贵重金属。第11章 污染物的微生物处理1.BOD：生物需氧量，指水中有机污染

17、物在需氧微生物作用下氧化分解所消耗的O2量。2.活性污泥：指污水中需氧微生物通过大量繁殖，加上污水中有机和无机胶体和悬浮物等组成的一种肉眼可见的绒絮状泥粒。3.请谈谈活性污泥中微生物和它们在污水处理过程中的作用1）细菌（主要为G-细菌）：气杆菌、亚硝化单胞菌、假单胞菌、芽孢杆菌、棒杆菌、诺卡氏菌、球衣菌、螺菌、动胶菌、产碱杆菌、大肠杆菌、丝状细菌等。作用：对污水中污染物有很强的吸附能力和降解能力。2）原生动物：纤毛虫、鞭毛虫、轮虫、线虫等。作用：稳定活性污泥中的微生物群体，改善排出的水质，对活性污泥的絮凝起一定作用。3）真菌：主要是丝状真菌，如毛霉属、根霉属、曲霉属、青霉属、头孢霉属、木霉属等

18、，大约有20种真菌。数量不大，不是活性污泥微生物区系中的主要成员。拓展1.有机氮矿化：有机态N经微生物分解，形成无机态N（NH4，NO3）的过程。2.生物固结作用：微生物将有机矿化后的产物吸入体内，形成细胞的各种含N有机物的过程。3.生物固氮作用:分子态N在部分微生物体内经固氮酶催化还原为NH3的生物学过程。4.自生固N体系:固氮微生物在其独自生活过程中，将分子态N还原为氨，由这类固N微生物建立的体系。5.共生固N体系:固氮微生物必须与相应的植物建立共生体系，才能固定分子态N为氨，由这类共生固氮微生物建立的体系。6.硫化作用:在好气条件下微生物将还原态的无机硫化物氧化成SO4 2的生物学过程。7.有机态硫化物的矿化作用:在好气或厌气条件下，微生物将有机硫化物分解，释放出无机硫化物（氧化态或化合态）的生物学过程。8.矿化作用:一个有机分子被微生物完全分解成无机物，如CO2和H2O等的过程。9.降解质粒的用途:生物修复，尤其是降解质粒的酶可以用于生物难降解污染物、杀虫剂、爆炸物（TNT）的降解；产生的酶可以将环境污染物分解成工业生产过程中所必需的中间产物；用于环境监测。10.微生物对有机污染物的抗性机制：抗污染物的基因，能编码合成一些酶，分解污染物，使污染物去除毒性。这是微生物抗有机污