第八章微生物生态及其在环境物质转化中的作用

第八章微生物生态及其在环境物质转化中的作用第1页，共52页。第一节微生物生态系统的概念及其特点一、微生物生态系统生态系统: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：研究微生物与其周围生物和非生物环境之间相互关系的科学。第2页，共52页。第一节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1、微环境微生物的微环境指直接影响微生物生存和发展的，与微生物的关系最为密切的微生物细胞周围环境。2、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。3、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3页，共52页。第二节微生物在自然及人为环境中的分布一、大气中的微生物1、存在形式：多为孢子2、来源：土壤、水体、动物3、常见种类：霉菌：曲霉、青霉、木霉、根霉、毛霉、白地霉细菌：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

第4页，共52页。表8-1不同室内环境的微生物总数及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微生物数量住房180——办公室1400口腔链球菌涎链球菌111.4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36181171.1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71103.5第二节微生物在自然及人为环境中的分布一、大气中的微生物第5页，共52页。第二节微生物在自然及人为环境中的分布一、大气中的微生物4、大气微生物分布（数量与种类）的影响因子：（1）地区性质（2）季节的演替（3）气候条件:日照、降水、气流表8-2不同场所的上空微生物数量（cfu/m3）场所畜舍宿舍城市街道市区公园海洋上空微生物10000002000050002001-2第6页，共52页。二、水圈中的微生物（一）淡水微生物1、来源：土壤、空气、污水及有机残体2、种类：自养菌3、影响微生物在淡水中分布的因子：营养物质、温度、溶解氧等。第二节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第7页，共52页。二、水圈中的微生物蓝细菌、藻、水生植物阳光表层输入(河流)产氧光合动物、原生动物、好氧细菌嗜甲烷菌、无机化能细菌不产氧光合发酵厌氧呼吸菌产甲烷菌沉积物厌氧层好氧层表层输出层次化湖泊生态EcologyofaStratifiedlake水体不同层次微生物分布第二节微生物在自然及人为环境中的分布第8页，共52页。二、水圈中的微生物（二）海洋微生物1、种类：多数是嗜盐菌2、分布：（1）平面分布：近海数量很高（2）垂直分布：表层：好氧性微生物中层：紫硫细菌底层：厌氧菌及硫酸还原菌

第二节微生物在自然及人为环境中的分布第9页，共52页。二、水圈中的微生物（三）水体自净及污染水体的微生物生态1、水体自净过程第二节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。第10页，共52页。二、水圈中的微生物（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第二节微生物在自然及人为环境中的分布特征多污带α-中污带β-中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H2S、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第11页，共52页。三、极端环境中的微生物

极端环境：高、低温环境高盐环境高酸、高碱环境高压环境。。。。第二节微生物在自然及人为环境中的分布第12页，共52页。三、极端环境中的微生物（一）嗜热微生物1、发现第二节微生物在自然及人为环境中的分布地热泉热水系统制糖厂第13页，共52页。三、极端环境中的微生物（一）嗜热微生物2、生存机制（高温对微生物的一般影响是什么？）有限的保护机制：细胞膜的蜡质程度、震热蛋白极端嗜热菌的保护机制：高溶点脂肪、抗热蛋白、核酸保护蛋白第二节微生物在自然及人为环境中的分布第14页，共52页。（二）嗜冷微生物1、发现（红雪现象：嗜寒水藻）

三、极端环境中的微生物第二节微生物在自然及人为环境中的分布耐寒喜温型嗜冷型第15页，共52页。（二）嗜冷微生物2、生存机制特殊的酶、细膜含特殊的脂肪三、极端环境中的微生物第二节微生物在自然及人为环境中的分布第16页，共52页。四、土壤中的微生物（一）土壤与微生物相互作用1、微生物对土壤的作用：（1）微生物是土壤形成的先驱生物自养固氮菌固氮，使成土母质间有了氮素成分。（2）为植物生长提供有效氮源。

有机态氮向无机氮（氨态氮、硝态氮）的转换

第二节微生物在自然及人为环境中的分布第17页，共52页。2、土壤对微生物的作用土壤是微生物良好的生活场所。土壤为微生物生长提供有利条件：①土壤中含有大量的有机物②土壤中含有大量的矿物质③土壤中含有一定的水分④土壤中含有一定的空隙⑤土壤具有保温性⑥土壤的pH值一般为5.5~8.5之间第二节微生物在自然及人为环境中的分布四、土壤中的微生物第18页，共52页。（二）土壤中微生物的分布1、土壤剖面结构与微生物垂直分布有机质层淀积层碳酸盐积累疏松母质淋溶层土体层第二节微生物在自然及人为环境中的分布四、土壤中的微生物第19页，共52页。（二）土壤中微生物的分布2、土壤团聚体与微生物的分布土壤团聚体（土壤团粒）：由土壤矿物质颗粒（黏粒）、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结构。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分布不同。第二节微生物在自然及人为环境中的分布四、土壤中的微生物土壤颗粒表面的微生物第20页，共52页。团聚体周围的等氧线（二）土壤中微生物的分布2、土壤团聚体与微生物的分布团聚体周围的等氧线

耕地土壤一个团聚体等氧压线，在近中心部位为一缺氧带，由此向外，氧浓度逐渐提高。O2%第二节微生物在自然及人为环境中的分布四、土壤中的微生物第21页，共52页。3、根际微生物（1）几个基本概念根际根际效应根土比溶胞物质植物黏液渗出物黏质植物黏液渗出物和分泌物植物黏液植物黏液植物根际第二节微生物在自然及人为环境中的分布四、土壤中的微生物（二）土壤中微生物的分布第22页，共52页。（2）根际微生物类群1、根际细菌：假单胞菌、黄杆菌、产碱杆菌

2、根际真菌：镰孢霉属、黏帚霉属、青霉属

3、根际原生动物第二节微生物在自然及人为环境中的分布3、根际微生物（二）土壤中微生物的分布四、土壤中的微生物第23页，共52页。第二节微生物在自然及人为环境中的分布五、活性污泥中的微生物活性污泥：由细菌、微型动物为主的微生物与悬浮物质、胶体物质混杂在一起形成的具有很强吸附分解有机物的能力和良好的沉降性能的絮状体颗粒。

经过初沉的废水空气曝气池二次沉淀池出水剩余污泥回流污泥第24页，共52页。第二节微生物在自然及人为环境中的分布五、活性污泥中的微生物动胶菌属丛毛单胞菌属

产碱杆菌属微球菌属棒状杆菌属黄杆菌属无色杆菌属芽孢杆菌属假单胞菌属亚硝化单胞菌属短杆菌属固氮菌属浮游球衣属微丝菌属大肠杆菌属产气杆菌属节杆菌属螺菌属其中可分为优势菌、较多、一般、及少量四个数量等级。

１、构成正常活性污泥的主要细菌第25页，共52页。第二节微生物在自然及人为环境中的分布五、活性污泥中的微生物２、活性污泥中的原生动物教材P113表6-4活性污泥的成熟度与原生动物的种类分布活性污泥逐步成熟游动型纤毛虫肉足类鞭毛类爬行型纤毛虫附着型纤毛虫教材P114表6-5第26页，共52页。1、偏利共栖：

一群微生物得益，而另一群体不受影响。（普遍）氨化细菌亚硝酸菌有机氮氨态氮亚硝酸氨化作用硝化作用第三节微生物之间的相互作用第27页，共52页。2、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。H2S硫酸盐硫酸盐还原菌绿硫细菌第三节微生物之间的相互作用第28页，共52页。3、共生：

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。地衣：是由藻类或蓝细菌与真菌形成的共生体光合作用运输矿质营养第三节微生物之间的相互作用第29页，共52页。4、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，结果一方或两方的群体大小或生长率受到限制的现象。根瘤菌接种剂与土壤中的土著性根瘤菌的竞争关系第三节微生物之间的相互作用第30页，共52页。5、偏害或拮抗：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。酸泡菜与酸牛奶：水体中的产氧藻类：抗生素产生菌：第三节微生物之间的相互作用第31页，共52页。6、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，并引起寄主病害或死亡。噬菌体与细菌蛭弧菌寄生于革兰氏阴性菌（蛭弧菌被噬菌体寄生——超寄生现象）粘细菌对细菌的寄生：依靠胞外酶溶解敏感菌群，释放出营养物第三节微生物之间的相互作用第32页，共52页。7、捕食：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藻类对细菌和其它藻的捕食各种捕食线虫的真菌和捕捉器1234a4b5a5b1梯状捕捉网2环状捕捉网3环状捕捉网4a三环菌丝网4b绞环和被勒死的昆虫5a环状网5b被两个环状网勒死的线虫和侵入虫体的菌丝第三节微生物之间的相互作用第33页，共52页。一、碳素循环中微生物的作用

纤维素的分解半纤素的分解果胶物质的分解木质素的分解几丁质的分解二、氮素循环中微生物的作用

氨化作用硝化作用反硝化作用生物固氮第四节自然界物质循环中微生物的作用第34页，共52页。一、碳素循环中微生物的作用CO2有机质第四节自然界物质循环中微生物的作用第35页，共52页。（一）纤维素的分解(C6H10O5）n10141、分解纤维素的微生物(1)有氧、中温条件a.真菌(木霉属)木材腐朽：

棕色腐朽（褐腐）：真菌分解纤维素剩下木质素

白腐：真菌分解木质素剩下纤维素b.细菌（食纤维菌属)c.放线菌一、碳素循环中微生物的作用第四节自然界物质循环中微生物的作用第36页，共52页。(2)无氧中温条件

细菌：纤维分解梭菌。

真菌：木朽菌、层孔菌

放线菌：（一）纤维素的分解(3)高温条件：在60—70℃条件下生长，并分解纤维素

细菌：热纤维菌

放线菌：链霉菌属、小单孢菌属第四节自然界物质循环中微生物的作用一、碳素循环中微生物的作用第37页，共52页。（一）纤维素的分解2、微生物分解纤维素的生化机制纤维素单糖纤维素复合酶的类型（按作用场所分）：表面酶：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）外酶：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）。内切葡萄糖酶外切葡萄糖酶β-葡萄糖苷酶纤维素复合酶第四节自然界物质循环中微生物的作用一、碳素循环中微生物的作用第38页，共52页。（二）半纤维素的分解五碳糖、六碳糖及糖醛酸的组成的多糖分解半纤维素的微生物：真菌（双孢蘑菇）放线菌（青铜色小单孢菌）细菌（枯草杆菌）原生动物藻类第四节自然界物质循环中微生物的作用一、碳素循环中微生物的作用第39页，共52页。（三）果胶物质的分解半乳糖醛酸以α-1，4糖苷键连成的多糖1、分解果胶的微生物细菌：芽孢杆菌、梭菌、假单孢菌等放线菌：链霉菌、小单孢菌、游动放线菌等真菌：青霉、曲霉、木霉、根霉等第四节自然界物质循环中微生物的作用一、碳素循环中微生物的作用第40页，共52页。

水浸法：把麻类物质浸入水中，利用厌气微生物分解其中的果胶。

露浸法：把麻类物质堆置并保持一定的湿度，利用好氧微生物分解果胶。2、果胶分解的应用---麻类脱胶（三）果胶物质的分解第四节自然界物质循环中微生物的作用一、碳素循环中微生物的作用第41页，共52页。（四）木质素的分解带支链的芳香族化合物的聚合体。降解特点：主要微生物：真菌中的担子菌。芳香族化合物酚类酚酶第四节自然界物质循环中微生物的作用一、碳素循环中微生物的作用第42页，共52页。（五）几丁质的分解

N-乙酰氨基葡萄糖以β-1，4糖苷键连接细菌：嗜几丁质芽孢杆菌放线菌：链霉菌第四节自然界物质循环中微生物的作用一、碳素循环中微生物的作用第43页，共52页。有机氮无机氮无机氮无机氮氮气植物及微生物的固定微生物微生物微生物微生物微生物第四节自然界物质循环中微生物的作用二、氮素循环中微生物的作用第44页，共52页。（一）氨化作用有机态N被微生物降解形成NH3的过程(1)蛋白质物质的氨化作用过程蛋白质蛋白酶水解肽肽酶水解氨基酸降解NH3氧化脱氨基作用水解脱氨基作用还原脱氨基作用第四节自然界物质循环中微生物的作用二、氮素循环中微生物的作用第45页，共52页。二、氮素循环中微生物的作用（一）氨化作用(2)尿素的氨化CO(NH2)2+2H2O(NH4)2CO3尿酶2NH3+CO2+H2O第四节自然界物质循环中微生物的作用第46页，共52页。（一）氨化作用(2)尿素的氨化尿素细菌：1、