第六章微生物生态及其在环境物质转化中的作用

1、第六章 微生物生态学第一节第一节 微生物生态系统的概念及其特点微生物生态系统的概念及其特点 第二节第二节 微生物在自然及人为环境中的分布微生物在自然及人为环境中的分布第三节第三节 微生物之间的相互作用微生物之间的相互作用第四节第四节 自然界物质循环中微生物的作用自然界物质循环中微生物的作用第一节第一节 微生物生态系统的概念及其特点微生物生态系统的概念及其特点一、微生物生态系统一、微生物生态系统生态系统生态系统:生物群落与其生存环境组成的整体系统。微生物生态系统：微生物生态系统：微生物与周围的生物及非生物共同构成的整体系统。微生物生态学：微生物生态学：研究微生物与其周围生物和非生物环境之间相互关

2、系的科学。 第一节第一节 微生物生态系统的概念及其特点微生物生态系统的概念及其特点二、微生物生态系统的特点二、微生物生态系统的特点1 1、稳定性、稳定性由于微生物生态系统中微生物种类的多样性,使之在环境条件一定范围的变化时,微生物种类组成比较稳定的特性。2 2、适应性、适应性微生物的微环境发生剧烈变化时，微生物群落的结构会发生相应的变化的特性。第二节第二节 微生物在自然及人为环境中的分布微生物在自然及人为环境中的分布一、大气中的微生物一、大气中的微生物1、存在形式、存在形式：多为孢子：多为孢子2、来、来 源源：土壤、水体、动物（包括人体）：土壤、水体、动物（包括人体）3、常见种类：、常见种类：

3、霉霉 菌：曲霉、青霉、木霉、根霉、毛霉、白地霉菌：曲霉、青霉、木霉、根霉、毛霉、白地霉细细 菌：枯草芽孢杆菌、八叠球菌等菌：枯草芽孢杆菌、八叠球菌等病原菌：结核杆菌、白喉杆菌、肺炎双球菌、流感病毒病原菌：结核杆菌、白喉杆菌、肺炎双球菌、流感病毒 不同室内环境的微生物总数及不同室内环境的微生物总数及致病微生物的种类和数量（致病微生物的种类和数量（cfu/m3）场所总微生物数微生物种类住房180办公室1400口腔链球菌涎链球菌教室2500链球菌草绿色链球菌涎链球菌肠球菌乙型溶血性链球菌实验室200医院1100金黄色葡萄球菌革兰氏阴性杆菌魏氏产气荚膜杆菌第二节第二节 微生物在自然及人为环境中的分布微

4、生物在自然及人为环境中的分布一、大气中的微生物一、大气中的微生物第二节第二节 微生物在自然及人为环境中的分布微生物在自然及人为环境中的分布一、大气中的微生物一、大气中的微生物大气微生物分布（数量与种类）的影响因子：大气微生物分布（数量与种类）的影响因子： （1）地区性质）地区性质 （2）季节的演替）季节的演替 （3）气候条件）气候条件:日照、降水、气流日照、降水、气流二、水圈中的微生物二、水圈中的微生物（一）淡水中微生物（一）淡水中微生物1、种类：、种类：90%革兰氏阴性菌革兰氏阴性菌2、影响微生物在淡水中分布的因子：、影响微生物在淡水中分布的因子：营养物质、温度、溶解氧等。营养物质、温度、溶

5、解氧等。第二节第二节 微生物在自然及人为环境中的分布微生物在自然及人为环境中的分布浸入小河里的载玻片上的发育形成的小菌落二、水圈中的微生物二、水圈中的微生物蓝细菌、藻、水生植物阳光阳光表层输入表层输入(河流河流)产氧光合产氧光合动物、原生动物、好氧细菌动物、原生动物、好氧细菌嗜甲烷菌、无机化能细菌嗜甲烷菌、无机化能细菌不产氧光合不产氧光合发酵发酵厌氧呼吸菌厌氧呼吸菌产甲烷菌产甲烷菌沉积物沉积物厌厌 氧氧 层层好好 氧氧 层层表层输出表层输出层次化湖泊生态层次化湖泊生态Ecology of a Stratified lake 水体不同层次微生物分布水体不同层次微生物分布第二节第二节 微生物在自然

6、及人为环境中的分布微生物在自然及人为环境中的分布二、水圈中的微生物二、水圈中的微生物（二）海洋微生物（二）海洋微生物1、种类：、种类：多数是嗜盐菌多数是嗜盐菌2、分布：、分布：（1）平面分布：近海数量很高）平面分布：近海数量很高（2）垂直分布：）垂直分布： 表层：好氧性微生物表层：好氧性微生物 中层：紫硫细菌中层：紫硫细菌 底层：厌氧菌及硫酸还原菌底层：厌氧菌及硫酸还原菌 第二节第二节 微生物在自然及人为环境中的分布微生物在自然及人为环境中的分布二、水圈中的微生物二、水圈中的微生物（三）水体自净及污染水体的微生物生态（三）水体自净及污染水体的微生物生态1、水体自净过程、水体自净过程第二节第二节

7、 微生物在自然及人为环境中的分布微生物在自然及人为环境中的分布 水体接纳了一定量的有机污染物后，在物理的、化学的及生物等因素的综合作用后得到净化，水质恢复到污染前的水平和状态。二、水圈中的微生物二、水圈中的微生物（三）水体自净及污染水体的微生物生态（三）水体自净及污染水体的微生物生态2、污染水体的微生物生态、污染水体的微生物生态第二节第二节 微生物在自然及人为环境中的分布微生物在自然及人为环境中的分布特特 征征多污带多污带-中污带中污带-中污带中污带寡污带寡污带水色暗灰色，很浑浊灰色，较浑浊浑浊浑浊度低BOD高减少,有悬浮物减少,悬浮物少极少,悬浮极少溶解氧含量极低（或无）少升高恢复正常气体H

8、2S、CO2和CH4NH3、H2S氨及H2S减少H2S消失细菌数量几亿/毫升几千万/毫升几万/毫升极少微生物种类特点（兼）厌气性硫酸还原菌产甲烷菌藻类及原生动物出现藻类大量繁殖纤毛虫活跃鱼腥藻、硅藻、黄藻、钟虫、变形虫动物类型寡毛类（颤蚯蚓） 颤蚯蚓，增多轮虫、浮游甲壳动物轮虫、浮游甲壳动物增多显花植物无无出现增多鱼类无无无有底泥大量的有机质部分无机化大量无机化三、极端环境中的微生物三、极端环境中的微生物 极端环境：极端环境： 高、低温环境高、低温环境 高盐环境高盐环境 高酸、高碱环境高酸、高碱环境 高压环境。高压环境。第二节第二节 微生物在自然及人为环境中的分布微生物在自然及人为环境中的分布

9、三、极端环境中的微生物三、极端环境中的微生物（一）嗜热微生物（一）嗜热微生物1、发现、发现第二节第二节 微生物在自然及人为环境中的分布微生物在自然及人为环境中的分布地热泉地热泉热水系统热水系统 制糖厂制糖厂（二）嗜寒微生物（二）嗜寒微生物1 1、发现、发现（红雪现象：嗜寒水藻）（红雪现象：嗜寒水藻） 三、极端环境中的微生物三、极端环境中的微生物第二节第二节 微生物在自然及人为环境中的分布微生物在自然及人为环境中的分布2、生存机制 特殊的酶、细膜含特殊的脂肪、细胞膜的蜡质程度 土壤是微生物良好的生活场所，土壤是微生物良好的生活场所，为微生物生长提供有利条件：为微生物生长提供有利条件： 土壤中含有

10、大量的土壤中含有大量的有机物有机物 土壤中含有大量的土壤中含有大量的矿物质矿物质 土壤中含有一定的土壤中含有一定的水分水分 土壤中含有一定的土壤中含有一定的空隙空隙 土壤具有土壤具有保温性保温性 土壤的土壤的pH值一般为值一般为5.58.5之间之间有机质层有机质层淀积层淀积层碳酸盐积累碳酸盐积累疏松母质疏松母质淋溶层淋溶层土体层土体层第二节第二节 微生物在自然及人为环境中的分布微生物在自然及人为环境中的分布四、土壤中的微生物四、土壤中的微生物（二）土壤中微生物的分布（二）土壤中微生物的分布土壤团聚体（土壤团粒）：土壤团聚体（土壤团粒）：由土壤矿物质颗粒（黏粒）、微生物、由土壤矿物质颗粒（黏粒）

11、、微生物、植物残体以及腐殖质构成的微团聚体经过多次复合和团聚而成的植物残体以及腐殖质构成的微团聚体经过多次复合和团聚而成的结构。结构。不同的团聚体微生物的分布不不同的团聚体微生物的分布不同。同一团聚体内外微生物的同。同一团聚体内外微生物的分布不同。分布不同。第二节第二节 微生物在自然及人为环境中的分布微生物在自然及人为环境中的分布四、土壤中的微生物四、土壤中的微生物土壤颗粒表面的微生物团聚体周围的等氧线（二）土壤中微生物的分布（二）土壤中微生物的分布土壤团聚体与微生物的分布土壤团聚体与微生物的分布团聚体周围的等氧线团聚体周围的等氧线 耕地土壤一个团聚耕地土壤一个团聚体等氧压线，在近体等氧压线，

12、在近中心部位为一缺氧中心部位为一缺氧带，由此向外，氧带，由此向外，氧浓度逐渐提高。浓度逐渐提高。O2%第二节第二节 微生物在自然及人为环境中的分布微生物在自然及人为环境中的分布四、土壤中的微生物四、土壤中的微生物3 3、根际微生物、根际微生物溶胞物质溶胞物质植物黏液植物黏液渗出物渗出物黏质黏质植物黏液植物黏液渗出物和渗出物和分泌物分泌物植物黏液植物黏液植物黏液植物黏液植物根际植物根际第二节第二节 微生物在自然及人为环境中的分布微生物在自然及人为环境中的分布根际微生物类群根际微生物类群1、根际细菌：、根际细菌：假单假单胞菌、黄杆菌、产胞菌、黄杆菌、产碱杆菌碱杆菌 2、根际真菌：、根际真菌：镰孢镰

13、孢霉属、黏帚霉属、霉属、黏帚霉属、青霉属青霉属 3、根际原生动物、根际原生动物1、偏利共栖：、偏利共栖： 一群微生物得益，而另一群体不受影响。（普遍）一群微生物得益，而另一群体不受影响。（普遍）氨化氨化细菌细菌亚硝酸菌亚硝酸菌有机氮有机氮氨态氮氨态氮亚硝酸亚硝酸氨化作用氨化作用硝化作用硝化作用第三节第三节 微生物之间的相互作用微生物之间的相互作用2、互利共栖：、互利共栖：两个群体相互协作，达到在某一生境中共同生存的目的。两个群体相互协作，达到在某一生境中共同生存的目的。H2S硫酸盐硫酸盐硫酸盐硫酸盐还原菌还原菌绿硫绿硫细菌细菌第三节第三节 微生物之间的相互作用微生物之间的相互作用3、共生：、共

14、生： 两个群体形成具有特殊结构、功能和绝对互利关系的高度专一的共生体。两个群体形成具有特殊结构、功能和绝对互利关系的高度专一的共生体。 地衣：是由地衣：是由藻类或蓝细菌藻类或蓝细菌与与真菌真菌形成的共生体形成的共生体光合作用运输矿质营养第三节第三节 微生物之间的相互作用微生物之间的相互作用4 4、竞争：、竞争：两个或多个群体共同依赖同一个生长基质或环境因素，两个或多个群体共同依赖同一个生长基质或环境因素，结果一方或两方的群体大小或生长率受到限制的现象。结果一方或两方的群体大小或生长率受到限制的现象。第三节第三节 微生物之间的相互作用微生物之间的相互作用5、偏害或拮抗：、偏害或拮抗：某一微生物群

15、体产生某种物质，使另一微生物群体生长某一微生物群体产生某种物质，使另一微生物群体生长受到抑制，而本身不受影响的现象。受到抑制，而本身不受影响的现象。根瘤菌接种剂与土壤中的土著性根瘤菌的竞争关系根瘤菌接种剂与土壤中的土著性根瘤菌的竞争关系酸泡菜与酸牛奶；抗生素产生菌酸泡菜与酸牛奶；抗生素产生菌6、寄生：、寄生：一种微生物寄生在另一种微生物细胞中或细胞表面，从寄主中取得养料，一种微生物寄生在另一种微生物细胞中或细胞表面，从寄主中取得养料，并引起寄主病害或死亡。并引起寄主病害或死亡。第三节第三节 微生物之间的相互作用微生物之间的相互作用蛭弧菌寄生于革兰氏阴性菌蛭弧菌寄生于革兰氏阴性菌（蛭弧菌被噬菌体

16、寄生（蛭弧菌被噬菌体寄生超寄生现象）超寄生现象）7、捕食：、捕食：一种微生物直接吞食另一种微生物的现象。一种微生物直接吞食另一种微生物的现象。 原生动物对细菌的捕食原生动物对细菌的捕食 藻类对细菌和其它藻的捕食藻类对细菌和其它藻的捕食一、一、 碳素循环中微生物的作用碳素循环中微生物的作用 纤维素的分解纤维素的分解 半纤素的分解半纤素的分解 果胶物质的分解果胶物质的分解 木质素的分解木质素的分解 几丁质的分解几丁质的分解二、二、 氮素循环中微生物的作用氮素循环中微生物的作用 氨化作用氨化作用 硝化作用硝化作用 反硝化作用反硝化作用 生物固氮生物固氮第四节第四节 自然界物质循环中微生物的作用自然界

17、物质循环中微生物的作用环境污染、臭氧层破坏、物种灭绝地球的承受极限在哪里？2009年，瑞典斯德哥尔摩环境研究所所长约翰罗克斯特伦与来自环境、地球系统领域的28位国际专家组成了一个研究小组。1.海洋酸化海洋酸化；2.臭氧浓度臭氧浓度； （暂时安全）（暂时安全）3.淡水消耗量淡水消耗量； 4.生物多样性生物多样性； 5.氮磷循环氮磷循环； 6.土地使用率土地使用率； 7.二氧化碳浓度二氧化碳浓度； 8.气溶胶浓度气溶胶浓度； 9.化学污染化学污染；红色红色为超过临界；为超过临界；绿色绿色为接近临界；为接近临界；蓝色蓝色为当为当前认知所限无法确定；前认知所限无法确定；9大极限大极限：碳循环微生物在碳

18、循环中的作用降解作用呼吸作用发酵作用甲烷形成光合作用第四节第四节 自然界物质循环中微生物的作用自然界物质循环中微生物的作用纤维素的分解纤维素的分解微生物分解纤维素的生化机制微生物分解纤维素的生化机制 纤维素纤维素 单糖单糖纤维素复合酶的类型纤维素复合酶的类型（按作用场所分）：（按作用场所分）：表面酶：表面酶：分布于细胞表面分布于细胞表面, ,不能在其细胞培养液中起作用的酶（食纤维菌）不能在其细胞培养液中起作用的酶（食纤维菌）外外 酶：酶：分泌到胞外分泌到胞外, ,在细胞生活环境中起作用的酶（真菌的纤维素酶）。在细胞生活环境中起作用的酶（真菌的纤维素酶）。内切葡萄糖酶内切葡萄糖酶外切葡萄糖酶外切葡萄糖酶-