微生物生态环境

1、关于微生物生态环境第1页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三重点：微生物与植物之间的相互关系 互生、共生、寄生2.微生物在C、N、S、P循环中的作 用及其相关微生物第2页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三第一节 生态系统一、生物圈和生态系统二、生态系统中的能量流和物质流三、微生物生态系统 特点 作用 构成第3页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三生态学是一门研究生命系统与环境系统间相互作用规律的科学微生物生态学（Microbial Ecology）是生态学的一个分支，它的研究对象是微生物群体与其周围生物和非生物环境条件间相互作

2、用的规律生物圈（biosphere）、生态系统（ecosystem）、群落（community）、种群（population）、个体（individual）、器官（organ）、组织（tissue）、细胞（cell）、细胞器（organelle）、分子（molecule）第4页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三生 物 圈(biosphere)：地球表面进行生命活动的有机圈层 生态系统(ecosystem)：生物群落与其生存环境组成的整体系统。它是生物圈的基本组成单元，也是功能单元一、生物圈和生态系统第5页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三二、生态

3、系统中的能量流和物质流能量流：能量通过生态系统从一种生物传递给另一种生物的现象叫做能量流物质流：生态系统内通过生产者、消费者和分解者的作用进行的物质循环食物链：由生产者产生的有机物，以食物的形式从一系列食用和被食用的步骤通过生态系统，形成一种食物链索关系第6页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三微环境：紧密围绕微生物细胞的环境，它与微生物的关系比大环境更为密切稳定性：群落中的优势种作为主导者使群落稳定适应性：通过改变群体的结构适应新环境基因流: 微生物生态系统中基因的平行转移三、微生物生态系统特点第7页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三微生物在生态

4、系统中的主要作用初级生产者的重要成员：光能自养、化能自养微生物最主要的分解者：化能异养微生物参与有机物质的矿化在生物地球化学循环中参与物质转变代谢产物对动植物和其它微生物的促进或抑制作用第8页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三微生物生态系统构成种群(Populations)共位群(Guilds)群落(Communities)生态系统(Ecosystem)第9页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三种群（population): 生活在同一环境中的同种个体细胞生长组成In a microbial ecosystem individual cells g

5、row to form populations第10页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三共位群 (guild): 在代谢作用上相关的种群Metabolically related populations constitute groupings called guilds第11页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三群落（community): 同一环境中两个以上共位群由于生活繁殖与代谢上的连锁而构成相互依赖、制约的生物群体Sets of guilds conducting complementary physiological processes

6、interact to form microbial communities第12页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三生态系统(Ecosystem): 微生物群落与大生物群落和环境相互作用则构成一个完整的生态系统Microbial communities then interact with communities of macroorganisms and environment to define the entire ecosystem第13页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三 生物膜(Biofilm): 微生物细胞与基质表面形成的有组织

7、的微生物系统 微生物垫(Microbial mat): 在特定环境发展的巨大生物膜 单一细胞层复杂多层细胞更为成熟的生物膜细胞团间隙和导管第14页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三A Simple Ecosystem藻类：O2，有机质化能异养细菌第15页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三Community 1Photic zone cyanobacteria and algae 6CO2 + 6H2O C6H6O6 + 6O2Community 2 Oxic zone Chemoorganotrophic bacteria C6H12O6 + 6

8、O2 6CO2 + 6H2OAnoxic zone Community 3Guild 1: methanogenic bacteria (CO2 CH4 ) homoacetogenic bacteria (CO2 acetate )Guild 2: sulfate reducing bacteria (SO42- H2S ) sufur-reducing bacteria (S0 H2S )Guild 3: denitrifying bacteria (NO3- N2 ) ferric iron-reducing bacteria (Fe3+ Fe2+ )Guild 4: fermentat

9、ive bacteria (fermenting sugar, et al)Individual Population lakeecosystem第16页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三第二节 自然界中的微生物微生物无处不在 ！第17页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三第二节 自然界中的微生物一、 土壤中的微生物二、自然水域中的微生物三、 空气中的微生物四、极端环境下的微生物五、未培养微生物第18页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三一、土壤中的微生物（一）土壤是适合微生物生活的 “天然培养基”由于土壤具备了各种微生物生长

10、发育所需要的营养、空气、酸碱度、渗透压和温度等条件，所以土壤中微生物的种类和数量是其他任何生态系统无法比拟的。第19页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三 动植物残体、有机肥料 矿物质成分 团粒结构调节了空气和水分的含量 渗透压在3-6之间 pH范围多数在之间 土壤的保温性 阻挡紫外线杀伤第20页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三Very few：free in the soil solutionMost as： microcolonies attached to soil particles第21页，共171页，2022年，5月20日，18点23

11、分，星期三原位杂交法得到的微生物在土壤颗粒上的微菌落形态第22页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三Soil particles are not homogeneous in terms of their oxygen content第23页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三Visualization of microorganisms on the surface of soil particles by use of SEMLeft: Rod-shape bacteriaCenter: Actinomycete spores（放线菌孢子） Ri

12、ght: Fungus hyphae（真菌菌丝）第24页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三细菌：细菌最多，占土壤微生物总量的70-90%放线菌：数量次于细菌，约占5-30%真菌：数量次于细菌和放线菌，但生物量最高。藻类：单细胞硅藻或丝状绿藻等，约占1%原生动物：主要包括纤毛虫、鞭毛虫等。它们数量不多，但对土壤有机质的分解起着重要的作用。病毒：主要以噬菌体的形态存在，其生物量甚微。（二）土壤中的微生物及生物量第25页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三Proportion of different soil microorganisms 第26页，共

13、171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三耕作层(15cm)土壤中的微生物数量和生物量类群菌数(cfu/g)生物量(g/m2）细菌108160真菌105200放线菌105 - 106160藻类104 - 10532原生动物10438From L. Hawker: Microorganisms第27页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三第28页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三20世纪80年代，美国能源部- 地下科学计划（Deep Subsurface Program） 地下的微生物在陆地可达4公里处！第29页，共171页，2022年，5

14、月20日，18点23分，星期三九十年代初期从地下数公里发现的超微型细菌，用代谢产生的CO2作指标，计算出其代谢速率仅为地上正常细菌的10-15，认为它们需要100年才能分裂一次。1）作为地质标记2）分离特殊的蛋白（基因）第30页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三在特定土壤中存在的具有特征性的微生物类群，称为土壤微生物区系。采用多种培养基和培养方法，培养土壤中微生物区系的各个组分，从而认识特定土壤的微生物区系在数量和类群上的特点，称为土壤微生物区系分析（三）土壤微生物区系第31页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三1、土壤微生物区系分析法测定细菌、放

15、线菌和真菌数量：分别采用牛肉膏蛋白胨、高氏一号、马铃薯蔗糖培养基选择培养基: 测定土壤中特定生理功能群的数量，如固氮菌、硝化细菌，反硝化细菌、硫化细菌、纤维素分解细菌，厌气菌等第32页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三2、土壤微生物区系的特点类群、数量和分布主要受到营养物、含水量、氧、温度、pH等因子的影响土壤类型的不同而有很大变化季节影响第33页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三微生物的数量也与于土层的深度有关，一般土壤表层微生物最多，随着土层的加深，微生物的数量逐步减少Profile of a mature soil第34页，共171页，20

16、22年，5月20日，18点23分，星期三土著性区系是以土壤腐殖质为主要有机养料，生长慢，数量稳定，作用持久。主要以G无芽胞杆菌和放线菌等为主发酵性区系是以在新鲜动植物分泌物、排泄物和残体为主要有机养料，其代谢活性和数量表现为大起大落的间歇性。主要包括假单胞菌属、芽胞杆菌属的细菌、青霉、曲霉和毛霉属的真菌等3、土著性区系与发酵性区系第35页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三二、自然水域中的微生物(一) 自然水域具有微生物的良好生活条件营养物质溶解氧渗透压温度第36页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三1、水是良好的溶剂，有较丰富的营养物质 固有生物死

17、亡、排泄和分泌产生 陆地上的污染物2、天然水体的温度 淡水水体的温度在0-36之间 海洋水温100米以下在5以下，表层超过35 温泉水温在70以上，甚至超过1003、天然水体的pH值 大多数湖泊，江河及池塘在；海水pH在8-8.34、水中溶解氧的存在 适合于好气性M生长，流动江河静止水域，淡水海水第37页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三（二）淡水水域中的微生物类群：细菌 、真菌 、藻类 、原生动物等特点：运动性（随水流动)、在低营养浓度下生存。 第38页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三江河水中的微生物数量、种类与接触的土壤有密切关系吸附悬浮有

18、机物及水底多能运动，有些具有异常形态（如柄细菌）靠近城市或城市下游水中的微生物多，并且有很多危害健康的细菌，不宜饮用第39页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三水中的病原微生物会对水质产生重要影响饮用水的微生物指标：总菌数： 100个/ml大肠杆菌： 3 个/L第40页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三 占地球表面面积的71% 海洋生境有机营养物含量低含盐量高低温(表层35以下,100米以下0-5)pH值 （三）海水中的微生物环境第41页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三类群：包括细菌、放线菌、真菌、藻类、原生动物和噬菌体等

19、各类群。特点：嗜盐、嗜冷、耐压、低营养。 嗜盐菌 如 Halobacterium halobuim，在12%饱和盐水中生长。嗜压菌 如 Pseudomoas xanthocrus，在400-500个大气压下生长。（三）海水中的微生物第42页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三富营养化作用-水体受到污染并使水体自身的正常生态失去平衡的结果“水华”（water bloom）藻类（主要是微藻）的大量繁殖使水体出现颜色，并变得浑浊，许多藻类团块漂浮在水面上形成红潮（red tides）在海洋中，某些甲藻类大量繁殖也可形成水花，使海水出现红色或褐色第43页，共171页，2022年，

20、5月20日，18点23分，星期三第44页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三引起水体富营养化的藻类除通过消耗水中的氧气危害养殖业外，很多藻类还能产生各种毒素，使动物得病或死亡，因此由于富营养化作用致死的鱼等水产品不能食用。第45页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三空气不具有微生物生活的良好条件 主要来自： 1、土壤扬起的灰尘 2、水面吹起的水沫 3、动、植物体表 主要包括： 抗逆性强的芽胞，G+球菌，霉菌和放线菌的孢子三、 空气中的微生物第46页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三农村 城市 海洋上空 9 (胞内中性)嗜碱菌

21、(alkaliphiles) Bacillus rotans 能在pH11下生长 （五）高盐环境极端嗜盐菌(halophiles)，最适生长盐浓度为摩尔/L（六）高压环境 (海底、油井)深海中的极端嗜压菌 (barophiles) Pseudomonas bathycete 能在 1.01108 Pa, 3 生长 第51页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三Wang et al. (2004) Journal of Bacteriology 186: 3187-3194Halobacterium sp. NRC-1 是一个能够在饱和盐水环境下生长的极端嗜盐古菌Haloar

22、cula sp. D1第52页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三嗜盐菌抗盐机制: 紫膜光能质子泵作用将光能转化为ATPNa+在细胞壁外表面对维持细胞膜、细胞壁构造和功能的重要作用采用细胞内积累高浓度+来对抗胞外的高渗环境细胞内积累相容性物质来抵抗细胞外的高渗透压第53页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三五、尚未培养的微生物 （uncultivated microorganisms）基于对rRNA（16s和18s）基因序列的分析、同源性比较和系统进化树的建立，发现了大量的尚未在人工条件下获得培养的微生物类群。已为人们所认识的仅占很小一部分（通常认为

23、仅为1-10%) 第54页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三Phylogenetic analysis of microbial community第55页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三重要意义生物多样性和系统发生多样性（Biodiversity and Phylogenetic Diversity）从未培养微生物中分离筛选新型基因和天然产物(Novel genes and natural products)美国recombinant biocatalysts Inc公司已从未培养微生物中获得了约300个与工业生产相关的新蛋白第56页，共17

24、1页，2022年，5月20日，18点23分，星期三宏基因组（Metagenome）作为一个新名词最初由美国科学家 Handelsman 及其研究组于1998年提出，定义为“the Genomes of the Total Microbiota Found in Nature”， 即指任何特定环境样品中全部微生物遗传物质的总和 第57页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三环境样品抽提DNA 克隆(多种载体) 转化宿主细菌(如大肠杆菌) 宏基因组文库Metagenomic Library通过 PCR 或杂交筛选特定序列随机序列分析Random Sequencing通过功能活性

25、筛选特定表型的阳性克隆第58页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三第三节 微生物与生物环境间的相互关系一、微生物与植物间的关系二、微生物与动物间的关系三、微生物与微生物间的关系 第59页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三一、微生物与植物间的关系（一）互生关系（二）共生关系（三）寄生关系第60页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三互生关系：根际微生物 附生微生物共生关系：根瘤，菌根寄生：病原微生物一、微生物与植物间的关系第61页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三互生关系：两种可以独立生活的生物生活在一起时

26、，都从对方受益，相互提供营养或生态位“可分可合，合比分好” 松散关系第62页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三1、植物根际与根际微生物（一）互生关系根圈: 植物根系直接影响的土壤范围，包括根系表面至几毫米土壤区域第63页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三根圈是根系分泌作用旺盛的部位，根圈的营养成分、氧气、水分等与根外土壤差别较大，形成了一个有利于微生物生长的特殊生态环境第64页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三根圈效应（Rhizosphere Effect): 植物根圈对微生物数量和种类的影响生活在根圈中的微生物，在数量、

27、种类和活性上都有明显不同，表现出一定的特异性第65页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三根土比（R/S): 根圈微生物数量同相应无根系影响的土壤中微生物数量之比称(一般在 5 20 之间)第66页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三根际微生物对植物的作用 有利作用：提供有机养料和生长素类物质提高土壤矿质养料的有效性消除H2S等对植物的毒害作用，如水田产生拮抗类物质抑制病原菌生长第67页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三不利作用：过快生长的根圈微生物与植物竞争营养某些根圈微生物产生有毒物质根际微生物对植物的作用第68页，共171

28、页，2022年，5月20日，18点23分，星期三2、附生微生物植物茎、叶、果实表面的微生物以植物外渗物质和分泌物为营养。每克新鲜植物叶子表面附生着100万个微生物 Yeasts; Pseudomonas; Lactobacillus; Staphylococcus等第69页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三（二）微生物与植物的共生根瘤菌与豆科植物：根瘤弗兰克氏菌与非豆科植物真菌与植物：菌根蓝细菌与蕨类植物：红萍第70页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三两种生物生活在一起，相互依赖，相互得益，形成特殊的共生结构共生关系第71页，共171页，2022

29、年，5月20日，18点23分，星期三共生（1）根瘤菌与豆科植物（细菌与植物共生）形成根瘤共生体第72页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三根瘤菌：生物固氮为植物提供氮素养料植物根的分泌物促进根瘤菌的生长和定殖，根瘤结构为固氮作用提供厌氧环境，光合产物为其提供碳源和能源第73页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三第74页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三根瘤菌的 “三性”结瘤性固氮性专一性第75页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三第76页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三类菌体第7

30、7页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三CH2NHOOOHOOONHCOCH3CH2OHHOOOCH2ONHCOCH3OOHOOOOHHOOHOHChromosomepSymD J I C BA D F ENod Proteins类黄酮结瘤因子 根瘤菌 豆科植物根瘤菌与豆科植物之间的分子对话第78页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三共生 (2)弗兰克氏菌与非豆科植物 （放线菌与植物共生）有 190 种以上宿主植物，如: Alnus （桤木） Casuarina （木麻黄） Myrica （杨梅） Coriaria （马桑）等第79页，共171页，2

31、022年，5月20日，18点23分，星期三弗兰克氏菌形成的根瘤第80页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三弗兰克氏菌与非豆科植物共生的生态学意义先锋植物：具有很强的适应性和抗逆能力，改善生态环境。固氮作用第81页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三共生（3）：菌根（ Mycorrhiza ） （真菌与植物共生）菌根真菌：担子菌、子囊菌、藻状菌等第82页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三外生菌根(Ecotomycorrhiza)： 取代根毛，吸收面积大。内生菌根(Endomycorrhiza)丛枝菌根( VA菌根,vesicul

32、ar-arbuscular mycorrhiza)：无隔真菌非丛枝菌根：有隔真菌第83页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三 有花植物，具有外生菌根约占 3% ，绝大部分都是乔灌木树种 具有丛枝菌根的植物占90%，多为草本植物，少数为木本植物 其它内生菌根的植物占4% 没有发现菌根的植物占3%自然界中大多数植物根本没有单纯的根系，菌根存在的普遍性 !第84页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三第85页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三外生菌根的结构特点其共生真菌一般为有隔菌丝，主要有担子菌、子囊菌和半知菌等根外形成菌套；在根内

33、菌丝可侵入植物皮层细胞间隙，形成特殊的网状结构（哈蒂氏网，Hartig net）第86页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三菌套哈蒂氏网四种不同外生菌根横切剖面图第87页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三外生菌根的作用促进植物生长：增强植物对水分、P、K、N和Ca等矿质养料的吸收；提供生长素、抗生素、维生素等提高植物抗逆性：抗病、干旱、酸碱等维护植被的稳定性第88页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三内生菌根的种类丛枝菌根（VA菌根，vesicular-arbuscular mycorrhiza）： 存在于80%以上维管植物中

34、 ；无隔真菌，近200个种，在植物皮层内形成泡囊和丛枝。尚未获得纯培养！非丛枝菌根：有隔真菌，担子菌；兰科和杜鹃花科植物。（略）第89页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三泡囊丛枝丛枝菌根（ AM 真菌）泡囊丛枝菌根（VA菌根）第90页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三丛枝菌根真菌的主要作用促进植物对磷素等的吸收，促进植物生长，提高产量和品质改善土壤结构及理化性质提高植物抗逆性：抗旱、抗病、抗盐碱、耐酸、抗污染、抗重金属等生态意义重大：影响植物多样性，生态系统功能和稳定性第91页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三丛枝菌根真菌

35、对植物生长的促进作用第92页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三共生（4）：蓝细菌与蕨类植物蕨类植物满江红属（Azolla）：有6个种鱼腥蓝细菌（Anabaena azollae）红萍第93页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三（三）寄生关系： 植物病原微生物 病毒类 细菌类：植物病害的 3% 真菌类：植物病害的 95%第94页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三病毒类病害小麦丛矮病小麦黄矮病小麦红矮病第95页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三假单胞菌病害 细菌类病害瓜类果斑病 炭疽病 第96页，共171

36、页，2022年，5月20日，18点23分，星期三水稻纹枯病小麦秆锈病小麦真菌类病害第97页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三真菌类病害第98页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三第三节 微生物与生物环境间的相互关系一、微生物与植物间的关系二、微生物与动物间的关系三、微生物与微生物间的关系 第99页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三二、微生物与人和动物之间的关系 互生关系 共生关系 寄生关系第100页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三（一）互生关系如人体肠道正常菌群与宿主的关系主要是互生关系，肠道为微生

37、物提供生存环境，肠道微生物进行多种代谢，为人体提供有益物质如维生素第101页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三人体内的正常菌群人体各部位存在大量微生物，这些微生物(主要是细菌)在宿主细胞上定居、生长和繁殖，为人体正常菌群正常菌群对宿主新陈代谢、营养物质转化和消化吸收都具有重要作用，是保持人体生态平衡和内环境稳定的重要因素第102页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三人体不同部位的正常菌群 部位主要微生物皮 肤葡萄球菌属、八叠球菌、JK群棒状杆菌、 绿脓杆菌、痤疮丙酸杆菌、厌氧革兰阳性球菌、青霉菌属等。口 腔表皮葡萄球菌、型溶血或不溶血链球菌、肺炎球

38、菌、肠球菌屑、奈瑟球菌属、他莫拉菌、大肠杆菌、嗜血杆菌属、乳杆菌、类白喉杆菌、真杆菌属、梭杆菌属、类杆菌属、厌氧革兰氏阳性和阴性球菌、白念珠菌等。第103页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三部位主要微生物眼结膜表皮葡萄球菌、JK群棒状杆菌、丙酸杆菌屑等。鼻咽腔葡萄球菌属、型和型溶血链球菌、肺炎球菌、奈瑟球菌属、嗜血杆菌属、大肠杆菌属、变形杆菌属、厌氧球菌、白念珠菌等。肠 道大肠杆菌、产气杆菌、变形杆菌属、绿脓杆菌、葡萄球菌属、八叠球菌、肠球菌属、产气荚膜杆菌、类杆菌属、双岐杆菌、真杆菌属、梭杆菌属、消化球菌、消化链球菌、白念珠菌、艾柯病毒、腺病毒等。第104页，共171

39、页，2022年，5月20日，18点23分，星期三（二）共生关系 反刍动物瘤胃与微生物的共生关系：前者为后者提供生存环境；后者分解纤维素为纤维二糖和葡萄糖，为动物提供能量来源第105页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三瘤胃蜂巢胃重瓣胃皱胃第106页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三共生：反刍动物的瘤胃瘤胃环境：厌氧、中温、微生物：纤维分解菌、淀粉分解菌、果胶分解菌、甲烷产生菌、乳酸分解菌和原生动物等，超过100种产发酵物：甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、乳酸、琥珀酸、甲烷等第107页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三（三）寄生

40、关系 parasitism专性寄生和兼性寄生（机会致病菌）人和动物具有较完备的天然屏障和防御系统第108页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三第三节 微生物与生物环境间的相互关系一、微生物与植物间的关系二、微生物与动物间的关系三、微生物与微生物间的关系 第109页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三三、微生物种群之间的相互关系 中性关系 Neutralism 偏利关系 Commensalism协同关系 Synergism共生关系 Mutualism竞争关系 Competition 拮抗关系 Amensalism寄生关系 Parasitism 捕食关系

41、 Predation 第110页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三互生关系共生关系对抗关系偏利关系协同作用竞争拮抗寄生捕食中性关系 总体而言，主要有四大类第111页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三互生关系互生：两种可单独生活的生物，当它们在一起时，通过各自的代谢活动而有利于双方，或偏利于一方的生活方式 “可分可合，合比分好”的松散关系第112页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三（一）中性关系（neutralism）两个微生物种群之间没有影响或存在无关紧要的相互作用例子：杆菌和链球菌在恒化器内单独培养和混合培养，计数结果表

42、明，两种情况下种群密度相同。第113页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三（二）偏利关系（commensalism ） 两种微生物可独立生活；当生活在一起时，一种群因另一种群的存在而单方获利。 举例 兼性厌氧菌生长消耗了O2，为厌氧菌创造无氧环境。 氮素转化中，氨化细菌分解有机氮化物，产生氨，为亚硝酸菌的生活创造了条件。第114页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三（三）协同作用（ synergism） 两个微生物种群之间相互受益并保持各自独立性的松散关系。 举例土壤中纤维素分解菌分解纤维素成葡萄糖，为自生固氮菌提供碳源，固氮菌为纤维菌提供氮源。第1

43、15页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三（四）共生关系（symbiosis or mutualism ）两种微生物生活在一起，分工合作、相互依赖，甚至形成一种整体结构第116页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三共生关系：地衣（ Lichens ）蓝细菌（或藻类）与真菌共生第117页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三生态学意义：共生真菌从基质中吸收水分和无机养料；共生蓝细菌（或藻类）进行光合作用，合成有机物。使地衣能在十分贫瘠的环境中生存第118页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三（五）竞争 （com

44、petition）在自然界中很普遍，如争夺养料或双方均需要的其它生活条件第119页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三竞争关系举例大小两种草履虫争夺营养第120页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三(六) 拮抗（antagonism）也称偏害作用 (amensalism) 某种微生物所产生的特定代谢产物可抑制或杀死其它微生物 特异性拮抗（如抗生素） 非特异性拮抗（如淹制泡菜）第121页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三特异性拮抗关系举例青霉菌对G+细菌的抑制作用第122页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期

45、三(七) 寄生关系（parasitism） 一种微生物生活在另一种微生物内体表或体内，从后者的细胞、组织中获得营养。前者称寄生物，后者为寄主。 举例噬菌体寄生于细菌蛭弧菌寄生于细菌，最终导致细菌裂解第123页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三(八) 捕食（predation） 一种微生物直接吞食另一种微生物。 捕食者和被捕食者之间的数量往往呈周期性波动第124页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三4.1 碳素循环4.2 氮素循环4.3 磷素循环4.4 硫素循环第四节 微生物在生态系统中的作用第125页，共171页，2022年，5月20日，18点23

46、分，星期三化学物质在生物与非生物之间反复交换和转运的结果两个对立过程：化学元素有机质化(生物合成作用)有机物质无机质化(分解作用)生物地球化学循环（ Biogeochemistry cycle ）第126页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三在二氧化碳和组成生物体的各种有机物质之间进行循环碳素约为生物体干重的一半；陆地植物和海洋生物每年从地球表面吸收的二氧化碳约为空气总含量的1/20第127页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三无机碳: CO2有机碳: 单糖、多糖、有机酸、纤维素、脂肪、CH4大气中CO2的蓄积 化石燃料的燃烧 微生物对动植物残体的分

47、解 动植物的呼吸作用 碳酸盐和珊湖礁的分解大气中 CO2 的利用植物的光合作用溶入水中转变为碳酸盐4.1 碳素循环第128页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三第129页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三微生物在碳素循环中作用将二氧化碳合成有机物将含碳有机物分解为二氧化碳第130页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三光合细菌(CH2O)n 有机物(CH2O)n 有机物有氧呼吸 植物动物 微生物CH4(CO2)光合作用植物、藻类、蓝细菌化能无机营养细菌甲烷氧化细菌沉积 作用厌氧发酵厌氧微生物，包括光合细菌OxicAnoxic甲烷

48、菌第131页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三4.2 氮素循环氮素是生命物质的重要组成部分，在氮素循环多数环节只能由微生物来完成自然界的氮素包括分子氮（N2）、无机态铵盐和硝酸盐、有机态的蛋白质和核酸等第132页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三第133页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三OxicAnoxicNitrification NO2-N2NO3-NH2 groups of protein同化作用氨化作用N2 fixationNO N2ODenitrificationNH3，NH4+氨化作用NH2 groups o

49、f proteinNO2-同化作用固氮微生物亚硝酸细菌硝化作用硝酸细菌硝化作用反硝化作用反硝化细菌第134页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三氨化作用指含氮有机物经生物降解转化为无机态氮的过程。硝化作用是还原态的氮在硝化细菌的作用下氧化为硝酸和亚硝酸的过程。硝化作用分两个阶段：反硝化作用是氧化态的氮在反硝化细菌的作用下还原为氮气的过程，反硝化作用可造成土壤中氮素的损失。生物固氮指在微生物作用下将空气中的氮气转化为有机态氮的过程，包括自生固氮、共生固氮和联合固氮三种方式。 亚销化细菌氧化：NH4+ NO2硝化细菌氧化：NO2- NO3-反硝化过程：NO3- N2第135页

50、，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三4.3 磷素循环与其它元素循环相比，磷素无化合价态的变化，循环比较简单不溶性无机磷的可溶化；可溶性无机磷的有机化；有机磷的矿化第136页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三第137页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三磷肥土壤中的不溶性磷酸盐进入土壤中的有机磷植物及微生物体中的有机磷动物排泄物中的含磷物质微生物的作用PO43-动物体中的有机磷第138页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三4.4 硫素循环自然界硫素多，硫是构成生命物质的必须元素，生物体内，C:N:S 比率约

51、为 100:10:1硫素有多种氧化还原形态，有机与无机态，每个转化的环节都有微生物的参与第139页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三第140页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三硫的氧化：化能自养细菌同化性硫酸盐的还原脱硫作用SH groups of protein异化性硫酸盐的还原SO42-H2SS0S0SH groups of protein同化性硫酸盐的还原脱硫作用OxicAnoxic还原作用无色硫细菌化能自养细菌化能自养细菌脱硫弧菌厌氧光合细菌厌氧光合细菌有的化能自养细菌硫的氧化第141页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，

52、星期三环境保护 生态平衡 环境污染（废气、废液、废渣）治理微生物与环境保护，关系极为密切，利用微生物处理环境污染物和监测环境，已取得很大成就。并在不断发展第五节 微生物与环境保护第142页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三微生物与环境保护处理污水固体有机垃圾的分解沼气发酵降低重金属毒害环境监测生防以减少化学农药的使用第143页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三5.1 有毒污染物的降解 (1) 对石油中烃类物质的降解能降解石油的微生物很多，已报道的约有70余属200多种。包括土壤和海洋中的真菌和细菌，其中以灰绿青霉(Penicillium glau

53、cum)、产朊假丝酵母(Candida utilis)等真菌，和假单胞菌属、诺卡氏菌属、分枝杆菌属中的一些种类，降解能力最强由于石油是多种烃类的混合物，一般由多种微生物共同作用而使其降解第144页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三微生物对烃类物质的降解途径第145页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三(2) 表面活性剂的降解表面活性剂主要是合成脂肪酸衍生物、烷基磺酸盐、烷基苯磺酸盐、烷基硫酸盐等有机化合物。具有亲水性和疏水性两重性质，故它们倾向于聚集在“空气-水”界面和水界面上，降低表面张力，促进乳化作用第146页，共171页，2022年，5月20

54、日，18点23分，星期三环境中表面活性剂的消失，几乎完全是微生物的作用例如，广泛使用的烷基苯磺酸盐类，能被芽孢杆菌和恶臭假单胞菌降解：经过脱磺基和-氧化两步来降解第147页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三(3) 含苯化合物的降解含苯化合物耐酸碱、耐腐蚀，具有稳定性、绝缘性、不燃性、耐热性等特点，广泛用于工业(绝缘油、载热体、软化剂、涂料、添加剂等) 但也造成环境污染，引起人和动物中毒第148页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三降解多氯联苯的微生物：蜡状芽孢杆菌、邻单胞菌、产碱菌和不动杆菌、无色细菌；并通过解脂假丝酵母、小球诺卡氏菌、红色诺卡菌和酿酒酵母等混合菌的共代谢，能使多氯联苯完全降解第149页，共171页，2022年，5月20日，18点23分，星期三微生物对苯的降解