新版微生物生态学

新版微生物生态学新版微生物生态学第1页2023/5/142

微生物与环境间有着极为亲密关系，微生物生命活动依赖于环境，同时也影响着环境，研究微生物与环境之间关系，了解它们在自然界分布，可为大家开发微生物资源提供理论依据，以使大家利用微生物在自然界中作用来改造自然，保护自然。微生物之间，微生物与其它生物之间，也存在着相互依存，相互制约关系，研究它们之间关系，使人类更加好地利用微生物，为防治人和动植物疾病，为工农业生产服务。

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生态系统：在一定空间内生物成份和非生物成份经过物质循环和能量流动相互作用、相互依存而组成一个生态学功效单位。生态学：研究生物与其周围生物和非生物环境之间相互关系一门科学。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系。各种环境中微生物种类、分布；微生物和其它生物关系；微生物与物质循环；

微生物与环境保护新版微生物生态学第3页2023/5/144第一节微生物在自然界中分布微生物特点：个体微小，代谢营养类型多样，适应能力强微生物在自然界中分布广泛一、土壤中微生物

(一)土壤是微生物天然培养基

土壤是固体无机物(岩石和矿物质)、有机物、水、空气和生物组成复合物，是微生物适当生境。是微生物天然培养基。

土壤微生物种类多、数量多、代谢潜力巨大，是自然界最丰富微生物资源库。新版微生物生态学第4页2023/5/1451.营养丰富2.水分满足3.酸碱度,渗透压4.氧气5.温度土壤微生物经过其代谢活动可改变土壤理化性质,进行物质转化,所以,土壤微生物是组成土壤肥力主要原因.新版微生物生态学第5页2023/5/1461）土壤微生物数量和分布主要受到营养物、含水量、氧、温度、pH等因子影响，并随土壤类型不一样而有很大改变。2）土壤微生物数量和分布受季节影响；3）微生物数量也与于土层深度相关，普通土壤表层微生物最多，伴随土层加深，微生物数量逐步降低。4）土壤中微生物以细菌最多，其次位放线菌和霉菌。(二)土壤中微生物分布特点新版微生物生态学第6页2023/5/147二、水中微生物（一）淡水微生物1.起源：土壤、空气、污水或动植物尸体等。2.分布特点：1）数量和种类与接触土壤有亲密关系；2）垂直分带分布3）多是吸附在悬浮在水中有机物上及水底；4）多能运动，有些含有很异常形态（比如柄细菌）；5）靠近城市或城市下游水中微生物多，而且有很多对健康不利细菌，所以不宜作为饮用水源；新版微生物生态学第7页2023/5/148（二）海水微生物1）嗜盐，真正海洋细菌在缺乏氯化钠情况下是不能生长。2）低温生长，除了在热带海水表面外，在其它海水中发觉细菌多为嗜冷菌。3）大多数海洋细菌为G—细菌，并含有运动能力。4）耐高压（尤其是生活在深海细菌）。5）更显著垂直分层分布（透光区、无光区、深海区、超深渊海区）新版微生物生态学第8页2023/5/149三、空气中微生物1）无原生微生物区系，主要以气溶胶形式存在；2）起源于土壤、水体及人类生产、生活活动；3）种类主要为真菌和细菌，普通与其所在环境微生物种类相关；4）数量取决于尘埃数量；5）停留时间和尘埃大小、空气流速、湿度、光照等原因相关；6）与人类关系：传输动、植物疾病，造成食品及发酵生产中污染新版微生物生态学第9页2023/5/1410四、工农业产品上微生物1．微生物引发工业产品霉腐大量工业制品都是用用动植物产品作原料来制造

纤维制品、木制品、革制品、橡胶制品、油漆、卷烟、化装品等有些工业产品如塑料、建筑涂料等也有很多微生物能够分解、利用光学仪器上镜头，建筑泥浆、钢缆、地下管道、金属材料等，各种电讯器材、文物、书画等也可被各种特殊微生物所破坏。新版微生物生态学第10页2023/5/14112．食品、农副产品上微生物不利方面：因为微生物生长繁殖而腐烂、变质，不能再食用或使用；病原微生物进入人体主要路径，引发传染性疾病；很多微生物在食品、农产品上生长后会产生对人有害毒素；肉毒毒素、黄曲霉素等有利方面：利用特定微生物制备风味食品，如酱制品、米酒、腌酸菜等；新版微生物生态学第11页2023/5/1412可采取各种方法预防微生物对食品等破坏新版微生物生态学第12页2023/5/1413（五）极端环境下微生物1、嗜热微生物嗜热微生物是一类生活在高温环境中微生物，如火山口及其周围区域、温泉、工厂高温废水排放区等。兼性嗜热菌专性嗜热菌极端嗜热菌耐热菌超嗜热菌

嗜热菌类型：新版微生物生态学第13页2023/5/1414隐蔽热网菌（Pyrodictiumoccultum）嗜酸热硫化叶菌（Sulfolobusacidocaldarius）水生嗜热杆菌(Thermusaquaticus)新版微生物生态学第14页2023/5/14152、嗜冷微生物：嗜冷菌：最适生长温度低于15℃耐冷微生物：最适生长温度为20-40℃主要分布于极地、深海、高山、冰窖和冷藏库3、嗜酸微生物：只能上生活在低pH（<4）条件下耐酸微生物：也可在中性环境中生长最适生长温度低于15℃4、嗜碱微生物：专性生活在pH10-11碱性条件下5、嗜盐微生物：在高盐浓度下才能生长6、嗜压微生物：在高静水压环境中生长7、抗辐射微生物：对辐射含有抗性或耐受性。新版微生物生态学第15页2023/5/1416研究意义：(1)开发利用新微生物资源，包含特异性基因资源；(2)为微生物生理、遗传和分类乃至生命科学及相关学科许多领域，如：功效基因组学、生物电子器材等研究提供新课题和材料；(3)为生物进化、生命起源研究提供新材料。

新版微生物生态学第16页2023/5/1417(六）生物体内外正常菌群1、人体正常菌群在正常人体皮肤、粘膜及外界相通各种腔道（如口腔、鼻咽腔、肠道和泌尿道）等部位，存在着对人体无害微生物群，包含细菌、真菌、螺旋体、支原体等。在长久进化过程中，微生物群内部及其与宿主之间相互依存、相互制约，形成一个能进行物质、能量等交流动态平衡微生态系统，常称之为正常菌群新版微生物生态学第17页2023/5/1418

人体各部位常见正常菌群皮肤：表皮葡萄球菌、类白喉杆菌、绿脓杆菌、耻垢杆菌等口腔：链球菌（甲型或乙型）、乳酸杆菌、螺旋体、梭形杆菌、白色念球菌、（真菌）表皮葡萄球菌、肺炎球菌、奈瑟氏球菌、类白喉杆菌等胃：正常普通无菌肠道：类杆菌、双歧杆菌、大肠杆菌、厌氧性链球菌、粪链球菌、葡萄球菌、白色念球菌、乳酸杆菌、变形杆菌、破伤风杆菌、产气荚膜杆菌等鼻咽腔：甲型链球菌、奈氏球菌、肺炎球菌、流感杆菌、乙型链球菌、葡萄球菌、绿脓杆菌、大肠杆菌、变形杆菌等眼结膜：皮表葡萄球菌、结膜干燥杆菌、类白喉杆菌等阴道：乳酸杆菌、白色念球菌、类白喉杆菌、大肠杆菌等尿道：表皮葡萄球菌、类白喉杆菌、耻垢杆菌等新版微生物生态学第18页2023/5/1419●

眼睛:1g鼻腔:10g口腔:20g皮肤:200g肺:20g肠道:1000g生殖道:20g总量:1271g正常人体微生物数量新版微生物生态学第19页2023/5/1420正常菌群对人体作用营养作用:正常菌群营养来自宿主组织细胞分泌液、脱落细胞，以及一些腔道中食物碎屑和残渣等。菌群代谢产物除供给细菌本身利用外，一个别能够被宿主吸收利用。比如，过去外科医生不太重视肠道正常菌群中大肠埃希氏菌能合成B族维生素和维生素K功效，所以在肠道手术后为防止发生感染，常见抗生素作预防性治疗，结果是手术后感染是预防了，病人却出现了厌食和贫血等维生素B和K缺乏症，因为大肠杆菌也被抗生素杀死了。所以现在碰到这类需施行肠道手术患者，在给予广谱抗生素预防术后感染同时，必须补充分量微生素B和维生素K。新版微生物生态学第20页2023/5/1421免疫作用正常菌群细胞中，有许多成份能够促进宿主免疫器官发育成熟。有学者曾经做过试验，他们把刚孵化出来小鸡分成两组，一组放在没有细菌环境中生活，成为无菌鸡；另一组让它们正常生活，即带菌鸡。结果发觉无菌鸡小肠和回肓部淋巴结都要比普通带菌鸡少80%左右。假如将这些无菌鸡暴露在普通有菌环境中喂养，使之建立正常菌群，则经2周后，它们免疫器官发育和功效就可与普通鸡相近。另外，有些正常菌群细胞组分与病原菌相同，所以，它们能刺激宿主免疫系统产生像抗体一类免疫物质，这些免疫物质也能反抗对应病原菌侵袭。新版微生物生态学第21页2023/5/1422生物拮抗作用将活鼠伤寒沙门氏菌（Salmonellatypymuriumi）喂给小鼠，假如要使小鼠发病死亡，需要10万个细菌；假如先给小鼠口服链霉素，把小鼠肠道中正常菌群都杀死，则只要10个活菌就可置试验鼠于死地。二者菌量竟相差1万倍，表明正常菌群有拮抗病原菌作用。这种现象在人类中也能够见到，比如大肠埃希氏菌、变形杆菌、肠球菌等正常菌，能够抵抗引发痢疾和伤寒志贺菌和伤寒沙门菌等病原菌。咱们把这种现象称为生物拮抗。新版微生物生态学第22页2023/5/1423生物拮抗方式有各种。乳杆菌、大肠埃希氏菌等能产生细菌素，能够抑制一些肠道病原菌生长；一些真菌、放线菌能产生抗生素，抑制或杀死不一样种敏感病原菌；口腔中血链球菌、阴道乳杆菌能产生含有杀伤作用过氧化氢；肠道正常菌群中，99%以上是厌氧菌，它们依靠其数量上绝对优势，在营养竞争方面压倒处于劣势需用氧性病原菌。还有一个方式称为占位性保护。现在已经知道，病原菌侵入宿主机体后，首先要以其特殊结构（配体）和机体粘膜上皮细胞表面特异性受体相结合。也就是说，病原菌和宿主细胞粘附在一起是引发感染第一步。假如这些细胞受体早已被正常菌群配体结合而“占位”，那么以后病原菌就无“位”可结合，当然不可能形成感染了。新版微生物生态学第23页2023/5/1424抗衰老作用现在普通认为，衰老是因为体内积累了过多有毒化学物质——自由基。双歧杆菌、乳杆菌、肠球菌等肠道正常菌群产生超氧化物歧化酶（SOD），能够催化宿主体内自由基歧化反应，消除自由基毒性，保护细胞免受活性氧损伤，所以含有一定抗衰老作用。其它作用肠道正常菌群有一定抗肿瘤作用。其原因是这些正常菌群能产生各种酶，降解肠道内致癌物或能够转变成致癌物物质成为无害物质；它们还能够激发免疫功效，调动处于待命状态巨噬细胞等人体卫士围歼病原菌。新版微生物生态学第24页2023/5/1425条件致病菌人体正常微生物菌群一旦进入非正常聚居部位，或生态结构发生改变而引发人类疾病微生物。在一定条件下，正常菌群中细菌也能使人患病：（1）因为机体防卫功效减弱,引发本身感染。比如皮肤粘膜受伤（尤其是大面积烧伤）、身体受凉、过分疲劳、长久消耗性疾病等，可造成正常菌群本身感染；（2）因为正常菌群借居部位改变，发生了定位转移，也可引发疾病。比如大肠杆菌进入腹腔或泌尿道，可引发腹膜炎、泌尿道感染。人体表面正常菌群，一旦它们进入伤口也会引发感染。新版微生物生态学第25页2023/5/1426菌群失调在正常情况下，人体和正常菌群之间以及正常菌群中各细菌之间，保持一定生态平衡。假如生态平衡失调，以至机体某一部位正常菌群中各细菌百分比关系发生数量和质量上改变，称为菌群失调。

菌群失调常见诱因：

主要是使用抗生素、同位素、激素、患有慢性消耗性疾病时肠道、呼吸道、泌尿生殖道功效失常也是主要原因。去除诱因后普通可使菌群复常，也有长久失调难于逆转情况。新版微生物生态学第26页2023/5/1427常见菌群失调症有：（1）耐药性葡萄球菌繁殖成优势菌而发生腹泻，偶然发生致死性葡萄球菌脓毒血症；（2）变形杆菌和假单胞菌生长旺盛并侵入组织发生肾炎或膀胱炎；（3）白色念珠菌大量繁殖，引发肠道、肛门或阴道感染，也可发展成全身感染；（4）艰难梭菌在结肠内大量繁殖，并产生一个肠毒素及细菌毒素，造成假膜性肠炎。

能够经过口服一些活微生物制剂来治疗因为正常菌群失调而造成腹泻，比如，含蜡状芽孢杆菌（Bcereus）“促菌生”，含地衣芽孢杆菌“整肠生”等，它们都是经过芽孢杆菌生长，为肠道重新创造良好厌氧环境，促使肠道内正常厌氧菌生长繁殖，这类活微生物制剂又称微生态制剂。

微生态制剂普通用于恢复肠道内正常生态环境，若肠道功效正常，普通不需要服用。新版微生物生态学第27页2023/5/14282、无菌动物和悉生生物无菌动物：是指不能检出任何活微生物和寄生虫动物悉生生物：指整个个体不携带或只携带已知微生物生物种类喂养方法说明附记无菌动物隔离系统以封闭无菌技术取得，用现有方法不能检出任何微生物和寄生虫动物

悉生动物隔离系统确知所带微生物丛（植物和动物）经特殊喂养动物。确知所带有微生物无特定病原体动物屏障系统没有指定致病性微生物和寄生虫动物。确知不带有微生物通常动物开放系统不明确所带微生物、寄生虫动物，称普通动物，但不得带有些人畜共患传染病病原体。对微生物带有情况不明确新版微生物生态学第28页2023/5/14293、根际微生物和附生微生物根际微生物：生活在植物根系周围土壤中微生物，为正常菌群，多为G-

细菌附生微生物：生活在植物地上个别表面微生物新版微生物生态学第29页2023/5/1430第二节微生物与生物环境之间关系在自然界中，各种微生物极少单独存在，总是较多地聚在一起，也经常与其它生物出现在一个限定空间内，它们之间可能发生相互作用，并由此组成微生物以及微生物与其它生物间非常复杂而多样化关系。一、互生定义：两种生物能够独立生活。也能够形成相互联合，对一方有利，或双方都有利。新版微生物生态学第30页2023/5/1431（一）微生物间互生关系

固氮菌和纤维素分解菌，二者互生关系较为经典，固氮菌可利用纤维素分解菌产生有机酸作为碳源和能源而大量繁殖，并进行固氮；使纤维素分解菌也防止因为本身代谢产物积累过多而中毒；同时可利用固氮菌前提氮素营养物质，生长愈加旺盛。增强了分解纤维素能力。因为它们互生关系，提升了土壤肥力。新版微生物生态学第31页2023/5/1432（二）微生物与人及动物间互生关系

人及动物与其正常菌群即是互生关系。在人体肠道中，正常菌群能够完成各种代谢反应，对人体生长发育有主要意义，而人体肠道则为微生物提供了良好生态环境。（三）微生物与高等植物之间互生关系

根际微生物与高等植物间也为互生关系。植物根在生长过程中，向周围土壤中分泌各种有机物质，并有些脱落物，都为微生物提供所需营养物质，植物发达根系改进了土壤结构，水分和空气条件，有利于微生物生长。新版微生物生态学第32页2023/5/1433二、共生定义：两种微生物紧密地生活在一起，彼此依赖，相互为对方创造有利生存条件。特点：在生理上相互分工，交换代谢活动产物；在组织上形成了新结构，一旦彼此分离，各自就不能很好地生活。新版微生物生态学第33页2023/5/1434（一）微生物间共生经典例子是地衣。地衣组成：真菌（子囊菌，担子菌）、单细胞藻类（绿藻，蓝藻）。地衣结构：形成有固定形态叶状结构，真菌无规则地缠绕藻类细胞，或二者组成一定层次排列。地衣代谢：地衣中真菌和藻类已形成特殊形态整体了，在生理上相互依存，真菌营异养生活，藻类制造养料，真菌提供水分、无机盐供藻类光合作用。

新版微生物生态学第34页2023/5/1435叶状地衣（南极石耳）壳状地衣（南极中国长城站海边崖岩上地衣群落）壳状地衣（南极丽石黄衣，红色和赤星衣，米黄色）

壳状地衣（南极瘿茶渍衣）

新版微生物生态学第35页2023/5/1436（二）微生物与植物间共生体1、根瘤：豆科植物与固氮菌共生、非豆科植物与放线菌共生。根瘤菌固定大气中氮气，为植物提供氮素养料，而豆科植物根分泌物能刺激根瘤菌生长，同时，还为根瘤菌提供保护和稳定生长条件。新版微生物生态学第36页2023/5/14372、菌根菌和植物

菌根：有些真菌能够在一些植物根上发育，菌丝体着生根表面或侵入根内，形成两种生物共生体－菌根。能够与植物共生形成菌根真菌，称为菌根菌。菌根菌包含藻状菌，子囊菌和半知菌。以担子菌为最多。能与真菌共生植物有２０００种。比如兰科植物种子若无菌根菌共生就无法发育，杜鹃科植物幼苗若无菌根菌共生就不能存活。新版微生物生态学第37页2023/5/1438菌根作用：①帮助植物吸收水分和养料；②调整植物代谢；③增强植物抗病能力菌根种类：（1）外生菌根：主要分布于木本乔、灌木；可形成菌套；或哈蒂氏网（2）内生菌根：菌丝体存在于根皮层薄壁细胞之间，而且进入细胞内部，而在根系较少，所以具内生菌根植物，普通都保留着根毛。最常见和最主要是泡囊-丛枝状菌根新版微生物生态学第38页2023/5/1439（三）微生物与动物共生

1、微生物与昆虫共生：外共生：比如白蚁与其肠道内微生物之间共生食木质白蚁本身并不能分解纤维素，必须依赖肠道内共生原生动物和细菌经过厌氧发酵过程来分解纤维素。内共生：昆虫与其细胞内共生性细菌这些细胞内共生性细菌能为宿主提供B族维生素，使昆虫能以缺乏维生素植物为生。新版微生物生态学第39页2023/5/14402、瘤胃微生物牛羊等反刍动物，草是主要饲料，但它们本身没有分解纤维素能力，而是靠瘤胃微生物帮助分解，使纤维素变成能被牛羊吸收糖类。反刍动物有四个胃，前两个胃叫瘤胃和网胃，后两个胃叫瓣胃和皱胃，瘤胃和网胃是草料暂时贮存，分解，加工场所，ＰＨ5.8－6.8之间，适宜微生物生长，有大量纤维素、淀粉、脂肪分解菌。当草料抵达瘤胃和网胃时，首先是纤维素菌将纤维素分解为纤维二糖、葡萄糖被其它微生物吸收利用转化，产生乳酸，丁酸、脂肪酸等有机酸和ＣＯ２；ＣＨ４等气体，前两个胃没有消化完草料进入后两胃，由其分泌蛋白酶消化分解产生氨基酸、维生素等。被动物体吸收利用。

新版微生物生态学第40页2023/5/1441三、寄生定义：一个生物侵入另一个生物体内吸收自己所需要营养物质进行生长繁殖，在一定条件下对后者造成损害或死亡现象。类型：专性寄生（寄生物离开寄主不能生活）兼性寄生（寄生物可离开寄主营腐生生活）或细胞内寄生、细胞外寄生新版微生物生态学第41页2023/5/1442（一）微生物间寄生关系1、噬菌细菌：一个细菌能够寄生在另一个细菌体内，如食菌蛭弧菌能寄生在大肠杆菌等许多Ｇ-菌体内。2、真菌间：一个真菌寄生在另一个真菌间较普遍，其方式：（1）寄生物先分泌毒素，引发寄主活力衰退，然后再缠绕致死（2）有些寄生真菌不分泌毒素，由菌丝将寄主菌丝紧紧地缠绕起来，由接触部位侵入寄主菌丝内，吸收营养使之死亡。（3）还有些寄生真菌将菌丝或吸器伸到寄主真菌丝内或寄生菌丝与寄主菌丝接触，溶解寄主细胞膜，吸收其营养物质进行生长繁殖。新版微生物生态学第42页2023/5/1443寄生型放线菌照片真菌寄生于其它真菌中照片

A.木霉寄生于马铃薯丝核菌菌丝内

B.盘菌寄生于毛霉菌丝上

新版微生物生态学第43页2023/5/1444（二）微生物对植物寄生微生物对植物寄生很普遍，这是植物发生病害主要原因，能引发植物病害微生物称为植物病原微生物。植物或染病微生物发病后，出现变色，组织坏死，萎蔫和畸形等症状，能引发植物病害有真菌、细菌、病毒等。新版微生物生态学第44页2023/5/14451、植物病害中以真菌病害为主，占９５％担子菌纲病原菌能引发小麦铁锈病，和黑穗病。半知菌类可引发棉花炭疽病，立枯病，黄萎病，水稻稻瘟病等。藻菌纲可引发马铃薯与蕃茄晚疫病。子囊菌纲可引发大麦和苹果白粉病等。2、菌性植物病害占３％。大多为无芽孢，具鞭毛Ｇ－菌。如假单胞杆菌属，黄杆菌属，土壤杆菌属，棒杆菌属和欧文氏菌属等，这些病原菌主要从植物气孔等自然孔口和伤口侵入植物体内，寄生在组织细胞间或导管中，引发传染病害。新版微生物生态学第45页2023/5/1446（三）微生物对人与动物寄生微生物在人体和动物体内寄生引发人与动物传染病，这些微生物称为动物病原微生物。常见畜禽传染病有炭疽病，口蹄疫，猪瘟，鸡瘟病等。病原微生物寄生在有益动植物体内会给大家造成经济损失，寄生有害在动物体内，则对人类是有益，能够加以利用。如微生物寄生在有害昆虫体内，引发害虫致病死亡，对农产品发展是有利，昆虫病原菌包含细菌真菌病毒等几类。当前利用微生物毁灭农业害虫已成为微生物防治一个主要方面。现被大家利用微生物有苏云金杆菌等细菌、白僵菌等真菌及昆虫病毒等。新版微生物生态学第46页2023/5/1447

新版微生物生态学第47页2023/5/1448四、拮抗定义：一个微生物生命活动中，经过产生一些代谢产物或改变环境条件，能抑制其它微生物生长繁殖，或毒害杀死其它微生物现象。类型：1、非特异拮抗关系如乳酸菌能产生乳酸，能抑制腐败菌生长，酸菜泡菜不易烂就因如此。这种抑制作用没有特定专一性，对不耐酸菌都有抑制作用。2、特异拮抗关系一个微生物在生命活动中，能产生某种或某类特殊代谢产物，含有选择性地抑制或杀死其它种微生物前种菌称为抗生菌，后者称为敏感菌，拮抗性物质称抗生素。如青霉素产生与病原菌之间关系。

新版微生物生态学第48页2023/5/1449五、捕食定义：一个大型生物直接捕捉、吞食其它小型生物来满足生存需要现象。类型：1、原生动物：捕食水体和土壤中细菌，放线菌，真菌孢子及单细胞藻类为食。2、捕食性真菌：捕食线虫。新版微生物生态学第49页2023/5/1450第三节微生物与自然界物质循环自然界物质处于由无机物转化成有机物，再由有机物转化成无机物往复循环之中。无机物有机物光合作用分解作用生产者：从无机物合成有机物，如植物、微生物消费者：利用有机物进行生活，如动物分解者：分解有机物成无机物，如微生物新版微生物生态学第50页2023/5/1451微生物在生态系统中地位1、微生物是有机物主要分解者；微生物最大价值也在于其分解功效。它们分解生物圈内存在动物和植物残体等复杂有机物质，并最终将其转化成最简单无机物，再供初级生产者使用。2、微生物是物质循环中主要组员；微生物参加全部物质循环，大个别元素及其化合物都受到微生物作用。在一些物质循环中，微生物是主要组员，起主要作用；而一些过程只有微生物才能进行，起独特作用；而有是循环中关键过程，起关键作用。新版微生物生态学第51页2023/5/14523、微生物是生态系统中初级生产者；光能营养和化能营养微生物是生态系统初级生产者，它们具有初级生产者所含有二个显著特征，即可直接利用太阳能、无机物化学能作为能量起源，另首先其积累下来能量又能够在食物链、食物网中流动。4、微生物是物质和能量贮存者；微生物和动物、植物一样也是由物质组成和由能量维持生命有机体。在土壤、水体中有大量微生物生物量，贮存着大量物质和能量。5、微生物在地球生物演化中作用；微生物是最早出现生物体，并进化成以后动、植物。藻类产氧作用，改变大气圈中化学组成，为以后动、植物出现打下基础。新版微生物生态学第52页2023/5/1453一、微生物在碳素循环中作用

微生物在碳素循环中含有非常主要作用，它们既参加固定CO２光合作用，又参加再生CO２分解作用。1、光合作用：参加光合作用微生物主要是藻类，蓝细菌和光合细菌，它们经过光合作用，将大气中和水体中ＣＯ２合成为有机碳化物。尤其是在大多数水生环境中，主要光合生物是微生物，在有氧区域以蓝细菌和藻类占优势；而在无氧区域则以光合细菌占优势。2、分解作用：自然界有机碳化物分解，主要是微生物作用。陆地和水域在有氧条件中，经过好氧微生物分解被彻底氧化为CO２；无氧条件经过厌氧微生物发酵被不完全氧化成有机酸、甲烷、氢和CO２。能分解有机碳化物微生物很多，主要有细菌、真菌和放线菌。新版微生物生态学第53页2023/5/1454碳素循环包含CO２固定:绿色植物和微生物经过光合作用固定自然界中CO２，合成有机物碳化物。CO２再生:动物、植物和微生物进行呼吸作用取得能量，同时放了CO２。动、植物和微生物尸体等有机碳化物被微生物分解时，产生大量CO２

新版微生物生态学第54页2023/5/1455参考图P213图9-3新版微生物生态学第55页2023/5/1456二、微生物在氮素循环中作用

氮素是组成生物体另一个必需元素，自然界中氮素循环包含许多转化作用。空气中氮气被固氮微生物及植物与微生物共生体固定成氨态氮，经过硝化微生物作用转化成硝态氮，后者被植物或微生物同化成有机氮化物。动物食用含氮植物，又转变成动物体内蛋白质。动物、植物、微生物尸体及排泄物被微生物分解后，又以氨形式释放出来，这种过程叫做氨化作用。由硝化菌产生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，开始新氮素循环。新版微生物生态学第56页2023/5/1457大气体积中约有７９％是分子态氮，但全部植物、动物和大多数微生物都不能直接利用。初级生产者植物体需要氨盐、硝酸盐等无机氮化物、在自然界为数不多，经常限制了植物体发展，只有将分子氮进行转化和循环，才能满足植物体对氮素营养需要。所以氮素物质相互转化和不停地循环，在自然界十分主要。微生物在氮素循环中几个作用归纳为：固氮作用、硝化作用、同化作用、氨化作用和反硝化作用。新版微生物生态学第57页2023/5/14581、固氮作用分子态氮被还原成氨和其它氮化物过程称为固氮作用。自然界氮固定，有两种方式，一是非生物固氮，即经过闪电高温放电等固氮，这么形成氮化物极少；二是生物固氮，即经过微生物作用固氮，大气中９０％以上分子态氮都是微生物活性而固定成氮化物。新版微生物生态学第58页2023/5/14592、氨化作用微生物分解有机氮化物产生氨过程称为氨化作用。很多细菌、真菌和放线菌都能分解蛋白质及其含氮衍生物，氨化作用产生氨，一个别供微生物，植物同化，一个别被转变成硝酸盐。新版微生物生态学第59页2023/5/1460４、反硝化作用微生物还原硝酸盐，释放出分子态氮和ＮＯ过程称为反硝化作用,参加这一作用细菌称为反硝化作用细菌。

3、硝化作用微生物将ＮＨ３氧化成硝酸盐过程称为硝化作用；整个过程由两类细菌分两个阶段进行。第一阶段是ＮＨ３被氧化为亚硝酸盐，靠亚硝酸细菌完成，第二阶段是亚硝酸盐被氧化为硝酸盐，靠硝酸盐细菌完成。硝化作用形成硝酸盐，在有氧环境中，被植物微生物同化，但缺氧环境中，则被还原成份子态氮，从环境中消失。新版微生物生态学第60页2023/5/1461参考P213图9-4新版微生物生态学第61页2023/5/1462三、微生物在硫素循环中作用

在自然界，硫素以元素Ｓ，Ｈ２Ｓ，硫酸盐和有机态硫形式存在，而植物普通只能以无机盐类作为养料。所以，S素各种形式循环转化，对植物营养非常主要.

微生物在硫素循环中作用：硫酸盐还原，脱硫作用，硫氧化作用，同化作用，异化性硫酸盐还原。微生物参加Ｓ素循环全过程，并起很主要作用。新版微生物生态学第62页2023/5/1463有机硫化物硫酸盐Ｈ２Ｓ元素Ｓ分解作用分解作用同化作用同化作用无机硫氧化作用无机硫氧化作用无机硫还原作用1、分解作用：动、植物和微生物尸体中有机硫化物，被微生物降解成无机物（硫酸盐、Ｈ２Ｓ等）过程称为分解作用。2、同化作用微生物利用硫酸盐和Ｈ２Ｓ，组成本身细胞物质过程称为同化作用，细菌、放线菌、真菌中都有能利用硫酸盐作为硫源种类。仅少数微生物同化Ｈ２Ｓ。新版微生物生态学第63页2023/5/14643、无机硫氧化作用无机硫氧化作用是微生物氧化硫化氢、元素Ｓ或ＦeＳ等生成硫酸盐过程。主要是硫细菌。4、无机硫还原作用无机硫化物还原作用是在厌氧条件下微生物将硫酸盐还原成Ｈ２Ｓ过程。参加此过程微生物是硫酸盐还原细菌。（脱硫弧菌属、脱硫肠状菌属）有机硫化物硫酸盐Ｈ２Ｓ元素Ｓ分解作用分解作用同化作用同化作用无机硫氧化作用无机硫氧化作用无机硫还原作用新版微生物生态学第64页2023/5/1465参考P215图9-5新版微生物生态学第65页2023/5/1466四、微生物在磷素循环中作用磷素循环主要包含无机磷溶解、无机磷同化、有机磷矿化。新版微生物生态学第66页2023/5/1467第四节微生物与环境保护

生物圈内各种物质，都是处于不停地合成，分解和转化动态平衡状态之中。由此组成一个自我调整，自我维持一个协调整体，从而确保了地球上生命延续。当大家违反了自然界生态平衡规律，将粪便垃圾，污水等生活废弃物和工业生产所形成“三废”及农业生产中使用农药残留物等，大量排入环境中，这些物质超出了生态系统自净能力，打破坏了自然界正常生态平衡，其结果造成环境污染。环境污染不但危及国民经济，而且对人类健康有严重危胁，甚至影响到子孙后代繁衍兴盛。所以保护环境已成为大家日益关心重大问题。环境保护除保护自然环境外，就是防治污染和其它公害等。微生物不但能够处理污染物，还可用于环境检测，所以微生物在环境保护方面起主要作用。新版微生物生态学第67页2023/5/1468水资源污染日益严重新版微生物生态学第68页2023/5/1469富营养化；水体中氮、磷等元素含量过高而引发水体表层蓝细菌和藻类过分生长繁殖。新版微生物生态学第69页2023/5/1470水华：淡水水体中富营养化新版微生物生态学第70页2023/5/1471赤潮：咸水水体中富营养化新版微生物生态学第71页2023/5/1472新版微生物生态学第72页2023/5/1473一、微生物与污水处理生物法化学法物理法主要方法投资大、成本高、易造成二次污染。效率高、费用低、简单方便。污水处理分级

一级处理：（预处理）目标：经过格栅等过滤器去除固体物、油脂、泥沙、中和pH值。二级处理：利用微生物代谢活动去除污水中可溶性有机物，经过一级处理污水能够排入生物反应池中，其中污染物经过微生物氧化产生CO2、H2O和生物量。三级处理：除去微生物无法降解污染物和无机营养物。如含氮和含磷无机盐及生物量。假如二级处理污水直接排入水体，则会产生富营养化。新版微生物生态学第73页2023/5/1474（一）好氧微生物处理1.活性污泥法活性污泥都是由各种微生物、有机物和无机物胶体、悬浮物组成结构复杂肉眼可见绒絮状微生物共生体。这么共生体有很强吸附能力和降解能力，能够吸附和降解很多污染物，能够达处处理和净化污水目标。新版微生物生态学第74页2023/5/1475新版微生物生态学第75页2023/5/1476新版微生物生态学第76页2023/5/1477曝气池新版微生物生态学第77页2023/5/14782.生物膜法生物膜（Biofilm）是经过附着而固定于特定载体上结构复杂微生物共生体。相对于活性污泥来说，在单位体积生物膜中所含微生物数量更高、比表面积更大。生物膜比活性污泥含有更强吸附能力和降解能力，能够吸附和降解污水中各种污染物，含有速度快、效率高特点。在使用生物膜法处理污水时，要求在处理系统构筑物中装填一定数量填料，这些填料首先能够扩充处理系统比表面积，另首先为微生物提供附着固定载体。生物膜处理系统性能、效率取决于其中微生物活性高低和所装填料多少及其比表面积。普通来说，生物膜法较多应用于特殊行业废水处理中，如印染废水等。新版微生物生态学第78页2023/5/1479生物转盘法：所用机械设备简单并节约人力，不存在污泥回流、污泥膨胀等问题，卫生条件好。此法处理含丙烯腈废水、含酚废水、啤酒厂废水和医院污水等效果好。依据介质与水接触方式不一样，生物膜法分为生物转盘法、塔式生物滤池法。塔式生物滤池法：占地面积小，易设计、造价低、通风效果好。因为生物膜与污水接触时间较普通生物滤池长，另外塔内不一样高度存在不一样生物相，有利于各类微生物和微型动物充分发挥作用，塔式生物滤池法污水处理效果要好于生物转盘法。新版微生物生态学第79页2023/5/14803.氧化塘是利用自然生态系统净化污水一处大面积、敝开式污水处理池塘。氧化塘是利用细菌和藻类共生关系来分解有机污染物一个废水处理法。细菌利用藻类光合作用产生氧和空气溶解在水中溶解氧氧化分解塘内有机污染物；藻类利用细菌氧化分解产生无机物和小分子有机物作为营养源繁殖本身。如此不停循环，使有机物逐步降低，污水得以净化。过多细菌和藻体易被微型动物捕食。

另外，流入污水中沉淀下来固体及衰亡细胞沉入塘底，这些有机物被兼性厌氧菌分解产生有机酸、醇等简单有机物，其中一个别被上层好氧菌或兼性厌氧菌继续分解，另一个别波污泥中产甲烷细菌分解成CH4。只要上述各个步骤保持良好平衡，氧化塘这个生态系统就能相对稳定，污水得以不停净化。效果好氧化塘，能使污水中BOD去除率到达80％一95％，磷降低90％，氮去除率80％以上。因为供氧量低，处理同量污水同暖气池、生物转盘相比，氧化塘需面积大、时间长，但氧化塘构筑简单，投资少，操作轻易。此法适宜处理生活污水以及、制革、造纸、石油化工、乙烯、焦化和农药等部门工业废水，还可养藻、养鱼、养鸭、鹅等。

新版微生物生态学第80页2023/5/1481（二）厌氧生物处理厌氧生物处理是在缺氧条件下，利用厌氧性微生物(包含兼性厌氧微生物)分解污水中有机污染物方法。因为发酵产物产生甲烷，又称甲烷发酵。此法既能消除环境污染，又能开发生物能源，所以倍受大家重视。

污水厌氧发酵是一个极为复杂生态系统，它包括各种交替作用菌群，各要求不一样基质和条件，形成复杂生态体系，甲烷发酸包含3个阶段：

1．液化阶段

由厌氧或兼性厌氧细菌将复杂有机物如纤维素、蛋白质、脂肪等分解为有机酸、醇等。

2．产氢产乙酸阶段

由产氢产乙酸细菌群利用液化阶段产生各种脂肪酸、醇等深入转化为乙酸、H2和CO2。新版微生物生态学第81页2023/5/14823．产甲烷阶段

产甲烷菌利用乙酸、甲酸、甲醇、CO2、H2等、形成甲烷。产甲烷菌属于古细菌，严格厌氧，主要包含甲烷杆菌属、甲烷八叠球菌属和甲烷球菌属等。产甲烷菌是严格厌氧菌，故污水厌氧处理必须在厌氧消化池中进行。

发酵后污水和污泥分别从池上部和底部排出，所产生沼气则由顶部排出，可作为能源加以利用。发酵池中也可产生如H2S、CO等一些有毒气体，故不能冒然进入。

此法主要用于处理农业和生活废弃物或污水厂剩下污泥，也可用工业废水处理。

新版微生物生态学第82页2023/5/1483（三）氮、磷去除技术氮磷是造成水体富营养化主要元素。1.氮去除：废水中氮化物在厌氧池和好氧池中发生氨化作用，在好氧池中发生硝化作用。回流混合液把大量硝酸盐带回厌氧池进行反硝化作用，氨化物被转化成N2O和N2，从而挥发到空气中，到达脱氮目标。2.磷去除：细菌在厌氧条件下吸收低分子有机物，同时将细胞原生质中聚合磷酸盐异染颗粒中磷释放。在好氧条件下，所吸收有机物被氧化并提供能量，同时从废水中吸收超出其生长所需磷，并以聚磷酸盐形式贮存起来，经过排放污泥到达去磷目标。新版微生物生态学第83页2023/5/1484二、微生物对污染物降解与转化因为微生物代谢类型多样，所以自然界全部有机物几乎都能被微生物降解与转化。伴随工业发展，许多人工合成新化合物，掺入到自然环境中，引发环境污染。微生物以其个体小、繁侠、适应性强、易变异等特点，可随环境改变，产生新自发突变株，也可能经过形成诱导酶、生新酶系，具备新代谢功效以适应新环境，从而降解和转化那些“陌生”化合物。大事实证实微生物有着降解、转化物质巨大潜力。新版微生物生态学第84页2023/5/1485（一)环境中主要污染物

所谓污染物，是指人类在生产生活中，排人大气、水体或土壤内能引发环境污染，并对人环境有不利影响物质总称。这些物质主要有农药、污泥、烃类、合成聚合物、重金属、放射性核素等。总体可归为无毒和有毒污染物2大类，前者如纤维素、淀粉等有机物和酸、碱等无机物，后者如苯酚、多氯联苯等有机毒物和氰化物、各种重金属等无机毒物。污染物对人类危害是极其复杂，有些污染物在短期内经过空气、水、食物链等各种媒介侵入人体，造成急性危。也有些污染物经过小剂量连续不停地侵人人体，经过相当长时间，才显露出对人体慢性危害或远期危害，甚至影响到子孙后代健康。新版微生物生态学第85页2023/5/1486严重污染水会经过食物链生物放大作用危害人类健康新版微生物生态学第86页2023/5/1487（二)微生物对农药等有毒污染物降解

我国每年使用50多万吨农药，利用率只“

10％。绝大个别残留在土壤中，有被土壤吸附，有经空气、江河传输扩散，引发大范围污染。当前农药多是有机氯、有机磷、有机氮、有机硫农药，其中有机氯农药危害性最大。这些有毒化合物在自然界存留时间长、对人畜危害严重。试验证实，环境中农药去除主要靠细菌、放线菌、真菌等微生物作用，

微生物降解农药方式有2种，一个是以农药作为唯一碳源和能源，或作为唯一氮源物质，这类农药能很快被微生物降解，如氟乐灵，这是一个新型除草剂，它可作为曲霉属唯一碳源，所以很易被分解；另一个是经过共代谢作用，共代谢是指一些极难降解有机物，虽不能作为微生物唯一碳源或能源被降解，但可经过微生物利用其它有机物作为碳源或能源同时被降解现象，如直肠梭菌降解666时需要有蛋白胨之类物质提供能量才能降解。微生物降解农药主要是经过脱卤作用、脱烃作用，对酰胺及脂水解、氧化作用、还原作用及环裂解、缩合等方式把农药分子一些化学基础结构改变而到达。新版微生物生态学第87页2023/5/1488（三）微生物对重金属转化

环境污染中所说重金属普通指汞、锅、铬、铅、砷、银、硒、锡等。微生物尤其是细菌、真菌在重金属生物转化中起主要作用。微生物能够改变重金属在环境中存在状态，会使化学物毒性增强，引发严重环境问题，还能够浓缩重金属，并经过食物链积累。另首先微生物直接和间接作用也能够去除环境中重金属，有利于改进环境。

汞所造成环境污染最早受到关注。汞微生物转化包含三个方面无机汞甲基化；有机汞还原成汞；甲基汞和其它有机汞化合物裂解并还原成汞。包含梭茵、脉胞菌、假单胞菌等和许多真菌在内微生物含有甲基化汞能力。能使无机汞和有机汞转化为单质汞微生物也被称为抗汞微生物，包含铜绿假单胞菌、金黄色葡萄球菌、大肠埃希氏菌等。微生物抗汞功效是由质粒控制。微生物对其它重金属也含有转化能力，硒、铅、锡、镐、砷、铝、镁、金也能够甲基化转化。微生物即使不能降解重金属，但经过对重金属转化作用，控制其转化路径，能够到达减轻毒性作用。新版微生物生态学第88页2023/5/1489（四）固体废物生物处理

固体废弃物处理方法有物理法、化学法和生物法。其中生物法主要是利用微生物分解有机物，制作有机肥料和沼气。且在发酵过程70一80℃高温能杀死病原菌、虫卵及杂草种子，到达无害化目标。依据微生物与氧关系，可分为好氧性堆肥法和厌氧发酵法两大类。

1．好氧堆肥法

好氧堆肥法是指有机弃废物，在好氧微生物作用下，到达稳定化，转变为有利于土壤性状改良并利于作物吸收和利用有机物方法。所谓稳定化是指病原性生物失活，有机物分解及腐殖质生成。从堆肥到腐殖质整个过程中有机污染物发生复杂分解与合成改变，可分为3个阶段。新版微生物生态学第89页2023/5/14901)发烧阶段：堆肥早期，中温性好氧细菌和真菌，充分利用堆肥中易分解、可溶性物质(淀粉、糖类)而旺盛增殖，释放出热量，使堆肥温度逐步上升。

(2)高温阶段：堆肥温度上升到50℃以上进入高