环境工程微生物学微生物的生态 (NXPowerLite)

1、第一节第一节 概概 述述第二节第二节生态环境中的微生物生态环境中的微生物第三节第三节微生物与生物地球化学循环微生物与生物地球化学循环&概概 述述z生态系统生态系统z微生物在生态系统中的角色微生物在生态系统中的角色|生态系统生态系统生态系统生态系统是指在一定的空间内生是指在一定的空间内生物的成分和非生物的成分通过物物的成分和非生物的成分通过物质循环和能量流动互相作用、互质循环和能量流动互相作用、互相依存而构成的一个生态学功能相依存而构成的一个生态学功能单位。单位。生物成分按其在生态系统中的作生物成分按其在生态系统中的作用，可划分为三大类群：用，可划分为三大类群：生产者、生产者、消费者和分

2、解者消费者和分解者。微生物可以在。微生物可以在多个方面但主要作为分解者而在多个方面但主要作为分解者而在生态系统中起重要作用。生态系统中起重要作用。 微生物微生物|是有机物的主要分解者是有机物的主要分解者|是物质循环中的重要成员是物质循环中的重要成员|是生态系统中的初级生产者是生态系统中的初级生产者|是物质和能量的贮存者是物质和能量的贮存者|是地球生物演化中的先锋种类是地球生物演化中的先锋种类 &生态环境中的微生物生态环境中的微生物 |微生物生物环境间的关系微生物生物环境间的关系|土壤中的微生物土壤中的微生物|水体中的微生物水体中的微生物|大气中的微生物大气中的微生物|极端环境下的微生物

3、极端环境下的微生物|动物体中的微生物动物体中的微生物|植物体中的微生物植物体中的微生物|人体微生物及病原微生物的传播人体微生物及病原微生物的传播|种群的相互作用种群的相互作用互生互生(mrtabiosis)共生共生(symbiosis)寄生寄生(parasitism)拮抗拮抗(antagonism)捕食捕食(predation)u种群的相互作用种群的相互作用l种群种群 是指具有相似特性和是指具有相似特性和生活在一定空间内的同种个生活在一定空间内的同种个体群，种群是组成群落的基体群，种群是组成群落的基本组分。本组分。l种群的相互作用种群的相互作用复杂多样，复杂多样，种群密度、代谢能力、增长种群密

4、度、代谢能力、增长速率等方面表述两个种群之速率等方面表述两个种群之间的相互影响及作用。间的相互影响及作用。 l种群相互作用的基本类型种群相互作用的基本类型中立生活中立生活 两种群之间在一起彼此两种群之间在一起彼此没有影响或仅存无关紧要的影响。没有影响或仅存无关紧要的影响。偏利作用偏利作用 一种种群因另一种种群一种种群因另一种种群的存在或生命活动而得利，而后者的存在或生命活动而得利，而后者没有从前者受益或受害。没有从前者受益或受害。协同作用协同作用 相互作用的两种种群相相互作用的两种种群相互有利，二者之间是一种非专性的互有利，二者之间是一种非专性的松散联合。松散联合。互惠共生互惠共生 相互作用的

5、两个种群相相互作用的两个种群相互有利，两者之间是一种专性的和互有利，两者之间是一种专性的和紧密的结合，是协同作用的进一步紧密的结合，是协同作用的进一步延伸。联合的种群发展成一个共生延伸。联合的种群发展成一个共生体，有利于它们去占据限制单个种体，有利于它们去占据限制单个种群存在的生境。地衣是互惠共生的群存在的生境。地衣是互惠共生的典型例子。典型例子。寄生寄生 一种种群对另一种群的直接一种种群对另一种群的直接侵人，寄生者从寄主生活细胞或生侵人，寄生者从寄主生活细胞或生活组织获得营养，而对寄主产生不活组织获得营养，而对寄主产生不利影响。利影响。捕食捕食 一种种群被另一种种群完全一种种群被另一种种群完

6、全吞食，捕食者种群从被食者种群得吞食，捕食者种群从被食者种群得到营养，而对被食者种群产生不利到营养，而对被食者种群产生不利影响。影响。偏害作用偏害作用(拮抗拮抗) 一种种群阻碍另一一种种群阻碍另一种种群的生长，而对第一种种群无种种群的生长，而对第一种种群无影响。影响。竞争竞争 两个种群因需要相同的生长两个种群因需要相同的生长基质或其它环境因子，致使增长率基质或其它环境因子，致使增长率和种群密度受到限制时发生的相互和种群密度受到限制时发生的相互作用，其结果对两种种群都是不利作用，其结果对两种种群都是不利的。的。u互生互生l微生物间的互生微生物间的互生l人与肠道正常菌群的互生人与肠道正常菌群的互生

7、l互生与发酵工业中的混菌培养互生与发酵工业中的混菌培养 u共生共生l微生物间的共生微生物间的共生l微生物与植物间的共生微生物与植物间的共生l根瘤根瘤l菌根菌根l微生物与动物间的共生微生物与动物间的共生l昆虫昆虫l反刍动物反刍动物u寄生寄生l微生物间的寄生微生物间的寄生l微生物与植物间的共生微生物与植物间的共生l微生物与动物间的共生微生物与动物间的共生u拮抗拮抗u捕食捕食|土壤中的微生物土壤中的微生物u土壤是微生物的合适生境土壤是微生物的合适生境u土壤微生物种类齐全、数量多、代土壤微生物种类齐全、数量多、代谢潜力巨大，是谢潜力巨大，是主要的微生物源主要的微生物源 。u土壤微生物的数量和分布主要受

8、到土壤微生物的数量和分布主要受到营养物、含水量、氧、温度、营养物、含水量、氧、温度、ph等等因子的影响，集中分布于土壤表层因子的影响，集中分布于土壤表层和土壤颗粒表面。和土壤颗粒表面。 一、土壤中的生态条件一、土壤中的生态条件 土壤是自然界微生物活动的主要场所，因为土壤具备微土壤是自然界微生物活动的主要场所，因为土壤具备微生物生存的基本条件。生物生存的基本条件。 水分水分土壤的孔隙和土块的表面总会带有一定的，土壤一土壤的孔隙和土块的表面总会带有一定的，土壤一般含有丰富的般含有丰富的有机质有机质，它们来自动植物的遗体。土壤也，它们来自动植物的遗体。土壤也含有多种含有多种矿物质矿物质，含有微生物需

9、要的金属元素。在土壤，含有微生物需要的金属元素。在土壤团粒结构中含有团粒结构中含有空气空气。这种土壤的。这种土壤的ph接近中性接近中性，其，其温度温度适宜适宜，一年四季变化相对不大。在表层几毫米之下，微一年四季变化相对不大。在表层几毫米之下，微生物可免于阳光直射。这些使土壤成为微生物活动最适生物可免于阳光直射。这些使土壤成为微生物活动最适宜的场所，所以土壤有微生物的宜的场所，所以土壤有微生物的“天然培养基天然培养基”之称。之称。土壤中微生物数量最大，种类最多，人们常称之为土壤中微生物数量最大，种类最多，人们常称之为“微微生物的大本营生物的大本营”。细菌类群细菌类群数量（数量（106 /g 干土

10、）干土）0d15d细菌总数细菌总数芽孢细菌芽孢细菌无芽孢细菌无芽孢细菌球菌球菌节杆菌节杆菌22.86.013.03.10.672.92.20.10.10.60 不同土壤，微生物种类和数量、优势种群不同土壤，微生物种类和数量、优势种群不同；不同； 同一土壤，微生物的分布呈不均匀性和季同一土壤，微生物的分布呈不均匀性和季节性变化；节性变化； 土壤中微生物的垂直分布和水平分布呈现土壤中微生物的垂直分布和水平分布呈现差异。差异。三、土壤自净和污染土壤微生物生态（一）土壤自净（一）土壤自净1、概念、概念2、影响因素、影响因素(二二)污染土壤的微生物生态污染土壤的微生物生态四、土壤污染和土壤生物修复 (一

11、一)土壤污染物的来源及其不良后果土壤污染物的来源及其不良后果1、土壤污染物的来源、土壤污染物的来源2、污染物的去向、污染物的去向3、土壤污染的后果、土壤污染的后果(二)土壤修复1 1、土壤修复的兴起土壤修复的兴起2 2、土壤修复的概念、土壤修复的概念3 3、土壤生物修复技术简介、土壤生物修复技术简介4 4、土壤生物修复工程、土壤生物修复工程生物通风系统修复石油轻度污染土壤的示意图生物通风系统修复石油轻度污染土壤的示意图典型花园土壤不同深度每克土壤的典型花园土壤不同深度每克土壤的微生物菌落数微生物菌落数 /cfu深度深度/cm细菌细菌放线菌放线菌*真菌真菌藻类藻类3-89750000208000

12、01190002500020-25217900024500050000500035-40570000490001400050065-751100050006000100135丝状细菌丝状细菌|水体中的微生物水体中的微生物u水生生境水生生境主要包括湖泊、池塘、溪主要包括湖泊、池塘、溪流、河流、港湾和海洋。流、河流、港湾和海洋。u水体中微生物的数量和分布主要受水体中微生物的数量和分布主要受到到营养物水平、温度、光照、溶解营养物水平、温度、光照、溶解氧、盐分氧、盐分等因素的影响。等因素的影响。 来自溪流的水较为清洁，营养物质缺来自溪流的水较为清洁，营养物质缺乏，其中细菌以乏

13、，其中细菌以革兰氏阴性无芽孢菌革兰氏阴性无芽孢菌为主。含铁和硫的水中则常见鞘细菌为主。含铁和硫的水中则常见鞘细菌和硫细菌和硫细菌 ； 湖泊、池塘、河流中的微生物大部分湖泊、池塘、河流中的微生物大部分来自土壤和生活污水，微生物类群直来自土壤和生活污水，微生物类群直接反映了陆地情况。接反映了陆地情况。 水中的真菌以水中的真菌以水生藻状菌水生藻状菌为主。湖水为主。湖水中最常见的真菌是水霉菌属中最常见的真菌是水霉菌属 (soprolegnia)和绵霉菌属和绵霉菌属 (achalya)的菌种。的菌种。 海水中微生物的种类和数量也很大，海水中微生物的种类和数量也很大，分布极广，特别是藻类最多。分布极广，特

14、别是藻类最多。细菌的细菌的种类和土壤及淡水中的差别不大，但种类和土壤及淡水中的差别不大，但有较多的弧菌和革兰氏阴性杆菌，球有较多的弧菌和革兰氏阴性杆菌，球菌和放线菌较少。海水细菌中能游动菌和放线菌较少。海水细菌中能游动的和有色素的细菌比例较大。的和有色素的细菌比例较大。 海水海水营养物质相对不丰富营养物质相对不丰富，加之，加之海水海水的高盐分、低温、高压的条件的高盐分、低温、高压的条件， 海水中海水中微生物的浓度相对较低微生物的浓度相对较低，异养，异养菌数目相对较少，兼性好氧菌占优势菌数目相对较少，兼性好氧菌占优势而专性好氧菌很少，它们大多是而专性好氧菌很少，它们大多是分解分解蛋白质能力强蛋白

15、质能力强，而，而分解碳水化合物能分解碳水化合物能力弱力弱的菌种。的菌种。 国名国名河河 名名河水中的细菌数河水中的细菌数(个个/ml)作作 者者德国德国巴西巴西捷克捷克福达河福达河莱尔涅尔格罗河莱尔涅尔格罗河多瑙河多瑙河3.52105 9.8106231054.55105jannaschschmidtdaubner湖泊类型湖泊类型细菌总数（细菌总数（103 /ml）贫营养湖泊贫营养湖泊中营养湖泊中营养湖泊富营养湖泊富营养湖泊富营养水库富营养水库503404501400220012300100057900（一）水体自净（一）水体自净1 概念：概念：地面水接受污染物后，水质发生变化，地面水接受污染

16、物后，水质发生变化，经过经过一定时间一定时间(或流过一定距离或流过一定距离)后，后，受多种因素的影响，受多种因素的影响，被污染的地面水被污染的地面水又恢复原有的洁净状态又恢复原有的洁净状态，这一过程称，这一过程称为水体的自净作用。为水体的自净作用。 u自净容量自净容量u自净作用有一定的限度，在自净作用有一定的限度，在水体自净水体自净作用限度内作用限度内能够能够容纳容纳的污染物的的污染物的最大最大数量数量，称为该水体的自净容量。，称为该水体的自净容量。u对于某一特定的水域，若对于某一特定的水域，若污染物的排污染物的排放总量超过了其自净容量，则水体不放总量超过了其自净容量，则水体不能自行恢复至原有

17、的状态，其生态平能自行恢复至原有的状态，其生态平衡将遭到破坏，河水即被污染。衡将遭到破坏，河水即被污染。我国每年的废污水排放总量已经达到了我国每年的废污水排放总量已经达到了620亿吨亿吨v水体水体自净作用的强弱和自净容量的自净作用的强弱和自净容量的大小大小受受水量、水质水量、水质及一系列水文条及一系列水文条件件 ( (如流量、流速、河流弯曲复杂如流量、流速、河流弯曲复杂程度等程度等) )影响。影响。v自净作用是自净作用是自然沉降作用、稀释作自然沉降作用、稀释作用、有机物的生物降解、复氧作用用、有机物的生物降解、复氧作用 ( (溶解氧浓度的恢复溶解氧浓度的恢复) )、日照日照等许多等许多作用联合

18、的结果。作用联合的结果。v若若污染物的排放量在水体的自净容量允许范污染物的排放量在水体的自净容量允许范围围，好氧菌能持续繁殖，随有机物降解，溶，好氧菌能持续繁殖，随有机物降解，溶解氧浓度会下降，水中解氧浓度会下降，水中bod浓度也同时下浓度也同时下降；降；v有机物分解完毕后，有机物分解完毕后，化能异养细菌化能异养细菌停止生长；停止生长；光合微生物光合微生物 (藻类和蓝细菌藻类和蓝细菌)利用水中溶解的利用水中溶解的无机物大量繁殖，随后，无机营养物的减少无机物大量繁殖，随后，无机营养物的减少使光合微生物数量也减少。使光合微生物数量也减少。v水体的水体的bod、溶解氧恢复至原来的水平、溶解氧恢复至原

19、来的水平，河水的自净作用完成。河水的自净作用完成。 废水有时含有的各式各样废水有时含有的各式各样病原微生物病原微生物，进入河流等水域，因环境变化，一定进入河流等水域，因环境变化，一定时间后死去，时间后死去，病原微生物的死亡是自病原微生物的死亡是自净作用的重要内容净作用的重要内容。 a. 有机物排放至河流后，被河水稀释，有机物排放至河流后，被河水稀释，其中的悬浮物沉降至河底。其中的悬浮物沉降至河底。b. 好氧微生物降解有机物，加速繁殖，好氧微生物降解有机物，加速繁殖，河水溶解氧降低，甲壳动物、大多河水溶解氧降低，甲壳动物、大多原生动物死亡，鱼类绝迹，厌氧菌原生动物死亡，鱼类绝迹，厌氧菌大量繁殖大

20、量繁殖。c. 有机物浓度降低，有机物浓度降低，cod和和bod降降低、溶低、溶o2浓度增加浓度增加，甚至达到饱，甚至达到饱和，和，水生生物开始繁殖水生生物开始繁殖。d. 有机物被完全降解，细菌数量减少，有机物被完全降解，细菌数量减少，河水回复到原先的水平，自净作用河水回复到原先的水平，自净作用完成。完成。 有机物质种类及浓度有机物质种类及浓度：排入河流的有：排入河流的有机物被降解的难易程度、有机污染物机物被降解的难易程度、有机污染物的浓度菌直接影响河流的自净作用。的浓度菌直接影响河流的自净作用。 溶解氧浓度溶解氧浓度：来源于藻类、蓝细菌的：来源于藻类、蓝细菌的光合作用和空气中氧的扩散作用。光合

21、作用和空气中氧的扩散作用。 3 3 影响河流自净作用的因素影响河流自净作用的因素 温度温度：水温或气候都影响水体自净作用水温或气候都影响水体自净作用 其它因素其它因素：河流的河流的流量、流速流量、流速、河道弯曲复杂、河道弯曲复杂程度影响到沉降、稀释作用；程度影响到沉降、稀释作用；氧的氧的扩散速率扩散速率。 3 3 影响河流自净作用的因素影响河流自净作用的因素1、p/h指数指数 p代表水体中光合自养型微生物数代表水体中光合自养型微生物数量，量，h代表异养微生物数量，二者代表异养微生物数量，二者之比即为之比即为p/h指数。指数。 一定程度上反映水体污染和自净的一定程度上反映水体污染和自净的程度。程

22、度。p/h指数低指数低，有机物浓度较高，污染，有机物浓度较高，污染重，自净速率高，自净度低；重，自净速率高，自净度低；p/h值高值高，水体逐渐清洁，有机物浓，水体逐渐清洁，有机物浓度较低，污染轻，自净速率较低。度较低，污染轻，自净速率较低。 河流自净作用完成后，河流自净作用完成后，p/h指数也恢指数也恢复到原来的水平，自净度高。复到原来的水平，自净度高。 河流自净过程中，河流自净过程中，好氧菌降低水中好氧菌降低水中溶溶o2；藻类和蓝细菌的光合作用产；藻类和蓝细菌的光合作用产生的生的o2及空气向水体扩散的及空气向水体扩散的o2使溶使溶解氧浓度逐渐上升解氧浓度逐渐上升 (即即复氧作用复氧作用)。

23、河流自净过程中，在耗氧与复氧作河流自净过程中，在耗氧与复氧作用下的水中溶解氧变化曲线称为氧用下的水中溶解氧变化曲线称为氧垂曲线。垂曲线。2、氧垂曲线和氧浓度的昼夜变化幅度 o2的消耗量能反映微生物自净作用的消耗量能反映微生物自净作用的强弱，的强弱，溶溶o2的完全恢复说明自净的完全恢复说明自净作用已完成；作用已完成；氧垂曲线可反应水体自净状况。氧垂曲线可反应水体自净状况。 1 污化系统及其指示生物污化系统及其指示生物污化系统污化系统 (也称有机污染系统也称有机污染系统)是根据水是根据水体体有机物污染程度有机物污染程度的不同，对水体的一的不同，对水体的一种分类法。种分类法。当有机污染物排入河流，在

24、其下游河段当有机污染物排入河流，在其下游河段的自净过程中，形成一系列的自净过程中，形成一系列污化带污化带。因各种水生生物需要不同的生存条件，因各种水生生物需要不同的生存条件，故在各个带中可找到不同的故在各个带中可找到不同的代表性指示代表性指示生物生物，包括，包括细菌、真菌、藻类、原生动细菌、真菌、藻类、原生动物等微生物，以及轮虫、浮游甲壳动物、物等微生物，以及轮虫、浮游甲壳动物、鱼类及底栖动物鱼类及底栖动物等。等。根据指示生物的不同，污化带可分为根据指示生物的不同，污化带可分为多多污带、污带、 -中污带、中污带、 -中污带和寡污带中污带和寡污带。 靠近排污点下游，河水深暗、浑浊，靠近排污点下游

25、，河水深暗、浑浊，含大量有机物，含大量有机物，bod高，高，呈缺氧或厌氧状态，污染严重。呈缺氧或厌氧状态，污染严重。有机物分解产生有机物分解产生h2s、nh3，使河水，使河水有异味。有异味。水生生物种类极少，以厌氧和兼性厌氧水生生物种类极少，以厌氧和兼性厌氧微生物为主，无鱼类、显花植物等。微生物为主，无鱼类、显花植物等。代表性的指示生物是细菌，且种类多、代表性的指示生物是细菌，且种类多、数量大，每数量大，每ml水中可达几亿个，例如水中可达几亿个，例如硫酸盐还原菌与产甲烷菌等，此外还有硫酸盐还原菌与产甲烷菌等，此外还有颤蚯蚓、蚊蝇幼虫。颤蚯蚓、蚊蝇幼虫。 在多污带下游，有机物量略减少，在多污带下

26、游，有机物量略减少，bodbod下降，河水依然灰暗，溶解氧低，水面下降，河水依然灰暗，溶解氧低，水面上可有浮沫和浮泥。生物种类增加，细上可有浮沫和浮泥。生物种类增加，细菌数减少，但每毫升仍有几千万个。菌数减少，但每毫升仍有几千万个。 代表性的指示生物举例如下：天蓝喇叭代表性的指示生物举例如下：天蓝喇叭虫、椎尾水轮虫、栉虾、独缩虫、颤藻、虫、椎尾水轮虫、栉虾、独缩虫、颤藻、小球藻等。小球藻等。 光合微生物和绿色浮游生物大量出现，光合微生物和绿色浮游生物大量出现，水中溶解氧升高，有机质含量少，水中溶解氧升高，有机质含量少，bod很低，悬浮物进一步减少，有机氮已转很低，悬浮物进一步减少，有机氮已转变

27、为变为nh4+、no2-和和no3- ，co2与与h2s含含量减少。量减少。 细菌数量减少，藻类大量繁殖，轮虫、细菌数量减少，藻类大量繁殖，轮虫、甲壳动物和昆虫增加，生根的植物、鱼甲壳动物和昆虫增加，生根的植物、鱼类出现。类出现。 代表性生物代表性生物：藻类的水花束丝藻、变异：藻类的水花束丝藻、变异直链硅藻、短棘盘星藻、舟形藻、梭裸直链硅藻、短棘盘星藻、舟形藻、梭裸藻藻 ；原生动物的草履虫、聚缩虫；微型；原生动物的草履虫、聚缩虫；微型后生动物的腔轮虫、水蚤。后生动物的腔轮虫、水蚤。 有机物完全分解为无机物，有机物完全分解为无机物，bod极低，溶极低，溶o2恢复正常，不含恢复正常，不含h2s，c

28、o2含量较低，含量较低，n元素全部氧化为元素全部氧化为no3- ，自净作用完成，自净作用完成 。 指示生物指示生物：鱼腥蓝细菌：鱼腥蓝细菌 、隔板硅藻、隔板硅藻 、黄、黄群藻群藻 、玫瑰旋轮虫及其它藻类，钟虫、旋、玫瑰旋轮虫及其它藻类，钟虫、旋轮虫、水生植物与鱼类等。轮虫、水生植物与鱼类等。v以上污化系统只能反映有机污染的程度，不能以上污化系统只能反映有机污染的程度，不能反映有毒废水的污染。反映有毒废水的污染。 1) bip指数指数 (biologic index of water pollution)：根据水生生物种类的变化来评价水体污根据水生生物种类的变化来评价水体污染程度的方法仍缺乏定量

29、概念，可用水染程度的方法仍缺乏定量概念，可用水生生物的数量求出某种指数来定量表示生生物的数量求出某种指数来定量表示水体污染程度。水体污染程度。污染污染程度程度清洁水清洁水轻微轻微污染污染中等中等污染污染严重严重污染污染bip08820206060100利用利用bipbip判断水体的有机污染程度判断水体的有机污染程度bip =ba + b 100a a 有光合作用微生物的数量有光合作用微生物的数量b b 非光合作用微生物的数量非光合作用微生物的数量水污染生物指数的含义为：水污染生物指数的含义为： 指指1ml水样品在营养琼脂培养基中，于水样品在营养琼脂培养基中，于37c培养培养24hr后所生长出来

30、的细菌菌后所生长出来的细菌菌落总数。落总数。 用于指示被检测水源水受有机污染的程用于指示被检测水源水受有机污染的程度，为生活饮用水做卫生学评价提供依度，为生活饮用水做卫生学评价提供依据。据。 我国规定，我国规定，1ml生活饮用水中的细菌总生活饮用水中的细菌总数数0.20.3mg/l, p0.010.02mg/l，生化需氧量生化需氧量10mg/l，细菌总数，细菌总数105 个，个，叶绿素叶绿素a10 g/l。特征特征贫营养湖泊贫营养湖泊富营养湖泊富营养湖泊湖的形态湖的形态水色水色透明度透明度溶解氧溶解氧营养物营养物生物群落生物群落深、湖岸陡深、湖岸陡淡、呈蓝色淡、呈蓝色高高浓度高浓度高n0.3m

31、g/lp0.3mg/lp0.03mg/l种类少，数量多，主要种类少，数量多，主要是蓝藻，一般缺乏底栖是蓝藻，一般缺乏底栖动物。动物。富营养湖泊富营养湖泊贫营养湖泊贫营养湖泊数数 量量品品 种种分分 布布昼夜间的迁移昼夜间的迁移水华现象水华现象主要藻类主要藻类丰丰 富富较较 少少主要在水体表面主要在水体表面有有 限限经常发生经常发生蓝藻科鱼腥藻属、囊蓝藻科鱼腥藻属、囊丝藻属、微囊藻属等，丝藻属、微囊藻属等，片硅藻科直链藻属、片硅藻科直链藻属、脆杆藻属、冠盘藻属、脆杆藻属、冠盘藻属、星干藻属。星干藻属。稀稀 少少很很 多多可生长至深层可生长至深层频繁频繁很少出现很少出现绿藻科角星鼓藻绿藻科角星鼓藻

32、属、片硅藻科平属、片硅藻科平板藻属，小环藻板藻属，小环藻属；金藻可锥囊属；金藻可锥囊藻属藻属富营养湖泊与贫营养湖泊比较富营养湖泊与贫营养湖泊比较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 eutrophica

33、tion1)水体外观呈色、变浊、影响景观：水体外观呈色、变浊、影响景观：内陆湖：水华（水花内陆湖：水华（水花 water bloom);海洋：赤潮（红潮海洋：赤潮（红潮 red tide)2)水体散发不良气味：土腥素（水体散发不良气味：土腥素（geosmin)，硫醇、，硫醇、吲哚、胺类、酮类等；吲哚、胺类、酮类等；3)溶解氧下降：分解有机物及藻类残体造成细菌的溶解氧下降：分解有机物及藻类残体造成细菌的大量繁殖，消耗掉水中的氧气。大量繁殖，消耗掉水中的氧气。4)水生生物大量死亡。水生生物大量死亡。5)有些产生毒素：甲藻产生石房毒素、进入食物链。有些产生毒素：甲藻产生石房毒素、进入食物链。 滇池蓝

34、藻水华滇池蓝藻水华收集区里，自收集区里，自动吸藻器在吸动吸藻器在吸取厚达取厚达5 cm的的微囊藻水华。微囊藻水华。 海洋中引起赤潮的主要藻种多为甲海洋中引起赤潮的主要藻种多为甲藻纲，常见的有：甲藻属、膝盖藻藻纲，常见的有：甲藻属、膝盖藻属、多甲藻属；属、多甲藻属； 湖泊水华产生以蓝细菌为主：微囊湖泊水华产生以蓝细菌为主：微囊藻属、鱼腥藻属、束丝藻属、颤藻藻属、鱼腥藻属、束丝藻属、颤藻等属的一些种，有些能固氮。等属的一些种，有些能固氮。 监测：监测：n、p元素的含量，水体中元素的含量，水体中n0.3mg/l、p0.03mg/l时，藻类生长加快。时，藻类生长加快。 日本学者提出，按下式计算：日本学

35、者提出，按下式计算： 耗耗o2量量 无机无机n( g/l) 无机无机p( g/l) 1500 若结果若结果 1，富营养化将出现。，富营养化将出现。 1 评价水体富营养化的方法是：评价水体富营养化的方法是：观察蓝藻等指示生物；观察蓝藻等指示生物；测定生物的现存量；测定生物的现存量；测定原初生产力；测定原初生产力；测定透明度；测定透明度；测定氮和磷等导致富营养化的物质。测定氮和磷等导致富营养化的物质。 将五方面综合起来对水体的富营养化作将五方面综合起来对水体的富营养化作出全面、充分地评价。为了控制排入水出全面、充分地评价。为了控制排入水体的废水量和水质，以便采取防止废水体的废水量和水质，以便采取防

36、止废水对水体产生负面影响的措施，必须测定对水体产生负面影响的措施，必须测定该废水中藻类的潜在生产力该废水中藻类的潜在生产力(agp)。agp即藻类生产的潜在能力。把特定的藻即藻类生产的潜在能力。把特定的藻类接种在天然水体或废水中，在一定的光类接种在天然水体或废水中，在一定的光照度和温度条件下培养，使藻类增长到稳照度和温度条件下培养，使藻类增长到稳定期为止，通过测干重或细胞数来测其增定期为止，通过测干重或细胞数来测其增长量。此即藻类生产的潜在能力长量。此即藻类生产的潜在能力(agp)。 欧、美已制订藻类培养试验标准法，日欧、美已制订藻类培养试验标准法，日本也在使用。具体藻类培养试验的培养本也在使

37、用。具体藻类培养试验的培养方法如下：方法如下： 藻种：羊角月芽藻、小毛枝藻、小球藻藻种：羊角月芽藻、小毛枝藻、小球藻属、衣藻属、谷皮菱形藻、裸藻属、栅属、衣藻属、谷皮菱形藻、裸藻属、栅列藻属、纤维藻属、实球藻属、微囊藻列藻属、纤维藻属、实球藻属、微囊藻属及鱼腥藻属等。属及鱼腥藻属等。 方法：方法： 将培养液用滤膜将培养液用滤膜(1.2m)或高压蒸汽灭菌器或高压蒸汽灭菌器(121c，15min)除去除去ss和杂菌。和杂菌。 取取500ml置于置于l型培养管型培养管(1,000ml)，接入，接入羊角月芽藻，将培养管放在往复振荡器上羊角月芽藻，将培养管放在往复振荡器上(3040r/min)，20，光

38、照度为，光照度为4,000 6,000 lx条件下振荡培养条件下振荡培养720d(每天照明每天照明培养培养14h，暗培养，暗培养10h)后，后， 取适量培养液用滤膜过滤，置取适量培养液用滤膜过滤，置105烘至衡烘至衡重，称干重，计算藻类中的干重即为该水重，称干重，计算藻类中的干重即为该水样的样的agp。 日本天然水体贫营养湖的日本天然水体贫营养湖的agp在在1 mgl，中营养湖中营养湖agp为为l10mgl，富营养湖，富营养湖agp为为550mgl。若加人生活污水处。若加人生活污水处理水，理水，agp明显增加。明显增加。 防治：防治：加强生态管理：防止含加强生态管理：防止含n、p及生活污水未经

39、及生活污水未经处理直接排入河流；处理直接排入河流；污水深度处理：彻底去除有机污染物；污水深度处理：彻底去除有机污染物；化学杀藻：漂白粉、化学杀藻：漂白粉、cuso4 (0.10.5mg/l)撒入产生赤潮的河流或海洋；撒入产生赤潮的河流或海洋；生物杀藻剂：寻找藻类的致病微生物；生物杀藻剂：寻找藻类的致病微生物；混层法：人为增加溶氧，强力搅拌，防止藻混层法：人为增加溶氧，强力搅拌，防止藻类过度繁殖。类过度繁殖。这是这是“滇池蓝藻水华污染控制技术研究滇池蓝藻水华污染控制技术研究”基地的重力斜筛自动脱水设备在对滇池蓝基地的重力斜筛自动脱水设备在对滇池蓝藻水华进行脱水处理。脱水后形成的藻浆藻水华进行脱水

40、处理。脱水后形成的藻浆经去毒处理，成为上好的有机肥料或饲料。经去毒处理，成为上好的有机肥料或饲料。中科院水生所中科院水生所“滇池蓝藻水华污染试验技术研究滇池蓝藻水华污染试验技术研究”课题组示范区课题组示范区6.1 km2的滇池水面在治理中水质逐的滇池水面在治理中水质逐渐好转，成群的红嘴鸥飞至湖面捕食、嬉戏。渐好转，成群的红嘴鸥飞至湖面捕食、嬉戏。 返回|大气中的微生物大气中的微生物u大气中大气中没有固定的微生物种类没有固定的微生物种类。u大气中的微生物大气中的微生物来源于来源于土壤、水土壤、水体和其他微生物源体和其他微生物源。 不同地点大气中的微生物数量不同地点大气中的微生物数量 地点地点微生

41、物数量微生物数量/cfu/cfum m-3-3北极北极( (北纬北纬80800 0) )0 0海洋上空海洋上空l-2l-2市区公园市区公园200200城市街道城市街道50005000宿舍宿舍2000020000畜舍畜舍1000000-20000001000000-2000000|极端环境下的微生物极端环境下的微生物u极端环境下微生物的研究意义极端环境下微生物的研究意义u类群类群l嗜热微生物嗜热微生物l嗜冷微生物嗜冷微生物l嗜酸微生物嗜酸微生物l嗜碱微生物嗜碱微生物l嗜盐微生物嗜盐微生物l嗜压微生物嗜压微生物l抗辐射微生物抗辐射微生物 |动物体中的微生物动物体中的微生物 l微生物和昆虫的共生微生

42、物和昆虫的共生l瘤胃共生瘤胃共生l发光细菌和海洋鱼类的共生发光细菌和海洋鱼类的共生 |植物体中的微生物植物体中的微生物l植物表面微生物与植物病害植物表面微生物与植物病害l微生物和植物根相互关系微生物和植物根相互关系l蓝细菌和植物的共生固氮蓝细菌和植物的共生固氮 u微生物和植物根相互关系微生物和植物根相互关系l 根际微生物根际微生物(rhizosphere microorganisms) l菌根菌根(mycorrhiza) l共生固氮共生固氮 l根瘤菌和豆科植物的共生固氮根瘤菌和豆科植物的共生固氮 l放线菌和非豆科植物共生固氮放线菌和非豆科植物共生固氮 rhizobium nodules on

43、a pea root|人体微生物人体微生物z皮肤皮肤 z口腔口腔z胃肠道胃肠道 |病原微生物通过水体的传播病原微生物通过水体的传播|病原微生物通过土壤的传播病原微生物通过土壤的传播|病原微生物通过空气的传播病原微生物通过空气的传播通过水传播的主要病原微生物及所引发的传染病通过水传播的主要病原微生物及所引发的传染病细菌细菌病原微生物病原微生物潜伏期潜伏期临床症状细菌临床症状细菌空肠弯曲杆菌空肠弯曲杆菌2-5天天胃肠炎，常伴有发热胃肠炎，常伴有发热产肠道毒素大肠埃希氏菌产肠道毒素大肠埃希氏菌6-36h胃肠炎胃肠炎沙门氏菌属沙门氏菌属6-48h胃肠炎，常伴有发热；伤寒或肠外感染胃肠炎，常伴有发热；伤

44、寒或肠外感染伤寒沙门氏菌伤寒沙门氏菌10-14天天伤寒伤寒 发热、厌食、不适、短暂疹、脾肿大发热、厌食、不适、短暂疹、脾肿大志贺氏菌属志贺氏菌属12-48h胃肠炎，常伴有发热和血样腹泻胃肠炎，常伴有发热和血样腹泻霍乱弧菌霍乱弧菌011-5天天 胃肠炎，常有明显的脱水胃肠炎，常有明显的脱水小肠结肠炎耶尔森氏菌小肠结肠炎耶尔森氏菌3-7天天胃肠炎，肠系淋巴结炎，或急性末端回肠炎；胃肠炎，肠系淋巴结炎，或急性末端回肠炎；可能类似阑尾炎可能类似阑尾炎病毒病毒a型肝炎病毒型肝炎病毒2-6星期星期肝炎肝炎恶心、厌食、黄疸和黑尿恶心、厌食、黄疸和黑尿诺沃克病毒诺沃克病毒24-48h胃肠炎胃肠炎短期短期轮状病

45、毒轮状病毒24-72h胃肠炎胃肠炎常有明显脱水常有明显脱水原生动物原生动物痢疾内变形虫痢疾内变形虫2-4星期星期 从温和的胃肠炎到急性暴发性痢疾，从温和的胃肠炎到急性暴发性痢疾，有发热和血样腹泻有发热和血样腹泻表吮贾第虫表吮贾第虫1-4星期星期慢性腹泻，上腹部疼痛，胃胀，吸收慢性腹泻，上腹部疼痛，胃胀，吸收不良和消瘦不良和消瘦第三节第三节 微生物与生物地球化学循环微生物与生物地球化学循环碳循环碳循环氮循环氮循环硫循环硫循环磷循环磷循环铁循环铁循环锰循环锰循环 一、生物地球化学循环一、生物地球化学循环(biogeochemical cycles) 指生物圈中的各种化学元素，经生指生物圈中的各种化

46、学元素，经生物化学作用在生物圈中的转化和运物化学作用在生物圈中的转化和运动的过程。动的过程。是地球化学循环的重要组成部分。是地球化学循环的重要组成部分。碳、氮、磷、硫的循环受二个碳、氮、磷、硫的循环受二个主要的生物过程控制，主要的生物过程控制，一是光一是光合生物对无机营养物的同化，合生物对无机营养物的同化，二是后来进行的异养生物的矿二是后来进行的异养生物的矿化。化。实际上所有的生物都参与实际上所有的生物都参与生物地球化学循环。生物地球化学循环。微生物在微生物在有机物的矿化中起决定性作用，有机物的矿化中起决定性作用，地球上地球上90%以上有机物的矿化以上有机物的矿化都是由细菌和真菌完成的。都是由

47、细菌和真菌完成的。 二、碳循环二、碳循环（一）碳在生物圈中的总循环（一）碳在生物圈中的总循环carbon cycle/recycle（二）碳循环主要途径（二）碳循环主要途径1.co2固定固定2.生物多聚物的分解生物多聚物的分解（1）淀粉）淀粉（2）纤维素和半纤维素）纤维素和半纤维素（3）果胶质）果胶质（4）木质素）木质素（5）脂类）脂类 （1）淀粉分解）淀粉分解在磷酸化酶作用下分解在磷酸化酶作用下分解pipig go oh hp pg gp pg g) )o oh h(c(c磷酸化酶磷酸化酶popoh h) )o oh h(c(c2 21 1- -n n5 510106 64 43 3n n5

48、 510106 6在淀粉酶作用下分解在淀粉酶作用下分解6 612126 62 21111222212122 2n n5 510106 6o oh hncnc麦芽糖酶麦芽糖酶o on/2hn/2h) )o oh hn/2(cn/2(c淀粉酶淀粉酶o on/2hn/2h) )o oh h(c(c（2）纤维素和半纤维素的分解）纤维素和半纤维素的分解纤维素纤维素l化学组成化学组成l纤维素酶纤维素酶l微生物微生物s微生物依次通过三种酶：微生物依次通过三种酶：内切内切葡萄糖酶、外切葡萄糖葡萄糖酶、外切葡萄糖(纤维二纤维二糖水解酶糖水解酶) 和和 -葡萄糖苷酶葡萄糖苷酶(纤维纤维二糖酶二糖酶)完成对纤维素的

49、分解。完成对纤维素的分解。s首先破坏纤维素的结晶状态，首先破坏纤维素的结晶状态，打断氢键，内切酶切开打断氢键，内切酶切开 (1,4)糖糖苷键，外切酶从暴露的纤维链苷键，外切酶从暴露的纤维链素末端切下二糖单位，最后素末端切下二糖单位，最后 -葡萄糖苷酶对纤维二糖水解得葡萄糖苷酶对纤维二糖水解得葡萄糖。葡萄糖。|分解纤维素的微生物|细菌、真菌、放线菌都有；|好氧细菌： 粘细菌较多，如生孢食纤维菌、食纤维菌、堆囊粘菌；镰状纤维菌、纤维弧菌。u厌氧细菌：产纤维二糖芽孢梭菌嗜热纤维芽孢梭菌u真菌：青霉菌、曲霉、镰刀霉、木霉及毛霉.|化学组成化学组成聚戊糖（木糖和阿拉伯糖）；聚戊糖（木糖和阿拉伯糖）；聚己

50、糖（半乳糖、甘露糖）；聚己糖（半乳糖、甘露糖）；聚糖醛酸（葡萄糖醛酸和半乳醛糖）聚糖醛酸（葡萄糖醛酸和半乳醛糖）半纤维素的分解半纤维素的分解o o2 2h h2 2coco有氧分解有氧分解有机酸、醇有机酸、醇无氧分解无氧分解单糖和糖醛酸单糖和糖醛酸o o2 2h h多缩醛酶多缩醛酶半纤维素半纤维素u半纤维素的分解半纤维素的分解u分解半纤维素的微生物分解半纤维素的微生物z细菌：芽孢杆菌、假单胞细菌：芽孢杆菌、假单胞杆菌、节杆菌杆菌、节杆菌z放线菌放线菌z真菌：根霉、曲霉、小克真菌：根霉、曲霉、小克银汉霉、青霉、镰刀霉银汉霉、青霉、镰刀霉（3）果胶质）果胶质化学组成化学组成z d-半乳糖醛酸以半乳

51、糖醛酸以-1,4糖苷键构成的直糖苷键构成的直链高分子化合物；链高分子化合物；z存在于植物细胞壁和细胞间质中。存在于植物细胞壁和细胞间质中。z造纸、制麻废水中亦含有果胶物质造纸、制麻废水中亦含有果胶物质多缩戊糖多缩戊糖可溶性果胶可溶性果胶原果胶酶原果胶酶o o2 2h h原果胶原果胶甲醇甲醇果胶酸果胶酸果胶甲基酯酶果胶甲基酯酶o o2 2h h可溶性果胶可溶性果胶半半乳乳糖糖醛醛酸酸多多缩缩半半乳乳糖糖酶酶o o2 2h h果果胶胶酸酸果胶的分解果胶的分解分解果胶的微生物分解果胶的微生物:z好氧细菌：枯草芽孢杆菌、多粘芽孢杆好氧细菌：枯草芽孢杆菌、多粘芽孢杆菌、浸软芽孢杆菌、无芽孢的软腐欧氏菌、

52、浸软芽孢杆菌、无芽孢的软腐欧氏杆菌；杆菌；z厌氧细菌：蚀果胶梭菌和费辛尼亚浸麻厌氧细菌：蚀果胶梭菌和费辛尼亚浸麻梭菌；梭菌；z真菌：青霉、曲霉、木霉、小克银汉霉、真菌：青霉、曲霉、木霉、小克银汉霉、根霉和毛霉；根霉和毛霉；z放线菌。放线菌。（4）木质素）木质素化学组成化学组成 苯丙烷单元通过苯丙烷单元通过醚键和碳碳键醚键和碳碳键连接并难以被水解的复杂无定形连接并难以被水解的复杂无定形高聚物。高聚物。酶系酶系 目前尚未完全清楚，研究较多目前尚未完全清楚，研究较多的有：的有：漆酶、木素过氧化物酶、漆酶、木素过氧化物酶、锰过氧化物酶锰过氧化物酶等等木质素降解微生物：木质素降解微生物：白腐菌白腐菌，属

53、于担子菌，如干朽菌、，属于担子菌，如干朽菌、多孔菌、伞菌；多孔菌、伞菌；以黄孢原毛平革菌研究较多，其以黄孢原毛平革菌研究较多，其特点是培养温度高（特点是培养温度高（37），无），无性繁殖迅速，菌丝生长快且分泌性繁殖迅速，菌丝生长快且分泌木质素降解酶能力强，已成为研木质素降解酶能力强，已成为研究白腐真菌的模式微生物。究白腐真菌的模式微生物。厚孢毛霉；厚孢毛霉；假单孢菌的个别种假单孢菌的个别种（5）脂类）脂类组成：由甘油和高级脂肪酸组成；组成：由甘油和高级脂肪酸组成；酶系：脂肪酶酶系：脂肪酶脂肪脂肪+h2o脂肪酶脂肪酶甘油甘油+高级脂肪酸高级脂肪酸类脂质类脂质+h2o磷肪酶类磷肪酶类甘油或其他醇类

54、甘油或其他醇类+高级脂肪酸高级脂肪酸+磷酸磷酸+有机碱类有机碱类蜡脂蜡脂+h2o脂酶类脂酶类高级醇高级醇+高级脂肪酸高级脂肪酸降解微生物降解微生物|好氧为主要种类好氧为主要种类|细菌：假单孢菌、分枝杆菌、细菌：假单孢菌、分枝杆菌、无色杆菌、芽孢杆菌和球菌；无色杆菌、芽孢杆菌和球菌；|真菌：青霉、曲霉、枝孢霉、真菌：青霉、曲霉、枝孢霉、粉孢霉粉孢霉|放线菌中的有些种。放线菌中的有些种。u思考：思考： 植物多聚物的降解产物去向？其植物多聚物的降解产物去向？其生产和生态意义如何？生产和生态意义如何？三、氮素循环三、氮素循环（一）定义（一）定义|自然界中不同氮化合物的在微自然界中不同氮化合物的在微生物

55、作用下的转化过程。生物作用下的转化过程。（二）氮素循环途径：（二）氮素循环途径： 固氮作用固氮作用 氨化氨化(脱氨脱氨)作用作用 硝化作用硝化作用 硝酸盐还原与反硝化作用硝酸盐还原与反硝化作用1、固氮作用、固氮作用（1）定义：）定义：n2被还原为氨和其它被还原为氨和其它氨化物的过程。氨化物的过程。（2）类型：）类型：l非生物固氮非生物固氮: 雷电、合成氨工业雷电、合成氨工业l生物固氮生物固氮: 占全部固氮量的占全部固氮量的75%左左右。右。l生物固氮作用生物固氮作用l微生物：微生物：原核微生物原核微生物如固氮菌、根瘤如固氮菌、根瘤菌与豆科植物的共生固氮、弗兰克氏菌与豆科植物的共生固氮、弗兰克氏

56、放线菌与非豆科植物的共生固氮放线菌与非豆科植物的共生固氮u生物固氮作用反应式生物固氮作用反应式 n n2 2+6e+6h+6e+6h+ +natp +natp nhnh3 3+nadp+npi+nadp+npi|生物固氮生物固氮(biological nitrogen fixation)定义定义|固氮微生物固氮微生物z自生固氮菌自生固氮菌z共生固氮菌共生固氮菌z联合固氮菌联合固氮菌 分布于根际、叶面、动物肠道分布于根际、叶面、动物肠道等处等处好氧自生固氮菌兼性厌氧自生固氮菌厌氧自生固氮菌根瘤 豆科植物植物 地衣 满江红鱼腥藻地衣满江红鱼星藻满江红鱼星藻|根瘤菌和根瘤的形成z根瘤与根瘤菌的形态z

57、根瘤菌特点感染性-结瘤专一性-互接种族有效性-固氮z根瘤的形成根毛弯曲松驰变软根瘤菌侵入根毛根瘤形成|固氮作用生化机制z生物固氮反应的6要素z测定固氮酶活力的乙方法z固氮的生化途径z固氮酶的产氢反应atp的供应还原力及其传递载体固氮酶还原底物- n2镁离子严格的厌氧微环境固二氮酶还原酶组份固二氮酶组份|固氮作用生化机制固氮作用生化机制 生物固氮总反应生物固氮总反应|n2+8h+1824atp 2nh3+h2+1824adp+1824pi电子来源丙 酮 酸(fe4s4)2.2e- fd.2e- fd (fe4s4)2 atpadp+pifemoco.2e- femoco 2nh3n2氧障2、氨化

58、、氨化(脱氨脱氨)作用作用（1）定义：）定义：l有机氮化物转化成氨有机氮化物转化成氨(铵铵)的过程。的过程。（2）蛋白质的氨化）蛋白质的氨化l氧化脱氨基作用；氧化脱氨基作用；l水解脱氨基作用；水解脱氨基作用；l还原脱氨基作用；还原脱氨基作用；（3）尿素和尿酸的氨化）尿素和尿酸的氨化co(nh2)2+2h2o (nh4)2co3 nh3+co2+h2o（4）参与微生物）参与微生物l细菌、放线菌、真菌。细菌、放线菌、真菌。3、硝化作用、硝化作用（1）定义）定义u好氧条件下，氨在硝化细菌作用下，被氧好氧条件下，氨在硝化细菌作用下，被氧化成硝酸盐的过程。化成硝酸盐的过程。 （2）硝化作用过程）硝化作用

59、过程l分两步完成分两步完成 l第一步：氨被氧化成亚硝酸/ /m mo ol l) )g g2 27 76 6k kj j( (o oh h2 2h hn no oo o2 21 11 1n nh h 0 02 22 22 24 4l第二步：亚硝酸被氧化成硝酸第二步：亚硝酸被氧化成硝酸 / /m mo ol l) )g g7 73 3k kj j( (n no oo o2 21 1n no o 0 03 32 22 2（3）参与的微生物）参与的微生物l亚硝酸细菌亚硝酸细菌l硝酸细菌硝酸细菌4、硝酸盐还原与反硝化作用、硝酸盐还原与反硝化作用l硝酸盐还原包括硝酸盐还原包括同化硝酸盐同化硝酸盐还原还原

60、和和异化硝酸盐还原异化硝酸盐还原。l同化硝酸盐还原同化硝酸盐还原是是硝酸盐硝酸盐被还被还原成原成亚硝酸盐亚硝酸盐和和氨氨，氨氨被同化被同化成成氨基酸氨基酸的过程。这里的氮化的过程。这里的氮化物被还原成为物被还原成为微生物的氮源微生物的氮源。l异化硝酸盐还原又分为发酵性硝异化硝酸盐还原又分为发酵性硝酸盐还原酸盐还原(fermentative nitrate reduction)和呼吸性硝酸盐还原和呼吸性硝酸盐还原(respiratory nitrate reduction)。l如呼吸性硝酸盐还原的产物是气如呼吸性硝酸盐还原的产物是气态的态的n2o、n2，则这个过程被称，则这个过程被称为为反硝化作用反硝化作用。l