微生物生态和农业微生物应用技术

关于微生物生态和农业微生物应用技术《微生物学》《微生物学》本章主要内容1、环境与生态

2、环境中的微生物

3、微生物与生物地球化学循环

4、生物间的相互关系

5、应用微生物技术

6、资源微生物开发的理论和实践第2页,共33页，2024年2月25日，星期天《微生物学》环境与生态环境：生物体外的空间；环境因素：化学因素、生物因素、物理因素生态学：研究生态系统内物理、化学、生物因素相互作用的学科。生态与生态系统：生态：区域内生物因素、化学因素和物理因素的协调统一。生态系统：一定空间内生物因子和非生物因子通过物质循环和能量流动形成的相互作用、相互依存而构成的一个系统。包括宏观生态系统和微生态系统生态平衡：一定生态系统内三因素协调的动态稳定生物因素：生产者、消费者、分解者第3页,共33页，2024年2月25日，星期天《微生物学》

生产者消费者（主要自养生物）（各种动物）

分解者（化能有机营养型微生物，分解死亡的生物体）

食物链生态系统中的生物第4页,共33页，2024年2月25日，星期天《微生物学》生态系统内生物之间的相互关系植物动物

微生物食物链协助种群扩大促进植物生长协助种群扩大促进微生物生长（动物体内、体外）促进生长、传染病促进生长、植物病害促进生长和繁殖环境中的微生物第5页,共33页，2024年2月25日，星期天《微生物学》

微生物种群研究，也就是微生物区系分析，微生物区系分析方法包括：传统的基于可培养技术的方法。工作步骤：采样→数量测定、纯种分离→分类鉴定→生物学特性研究（包括表形性状研究和遗传也行研究）；基于非培养技术的方法。包括（1）TGGE技术，DGGE技术，工作步骤：样品总DNA提取→设计引物→PCR扩增保守区段（原核生物为16SrDNA,真核生物是18SrDNA）→TGGE或DGGE电泳技术分离保守区段的扩增混合物→回收保守区段→质粒或噬菌体载体连接→克隆到受体细胞→测序公司对保守区段测序→序列提交GenBank→构建系统发育树。第6页,共33页，2024年2月25日，星期天《微生物学》（2）RNA探针技术。工作步骤：样品总DNA提取→根据保守区段设计合成RNA探针→探针标记（荧光标记、放射性同位素标记、生物素标记）→探针和总DNA杂交→杂交识别第7页,共33页，2024年2月25日，星期天《微生物学》环境中的微生物土壤中的微生物：不同类型土壤和理化性质不同土壤，微生物的种群和数量是不相同的，微生物种群和数量上的变化，直接反映出不同土壤理化性质的不同和变化。土壤中的微生物，从数量看，细菌>放线菌>真菌(霉菌）>真菌（酵母菌）>藻类>原生动物。以重量计，真菌>细菌>原生动物>藻类>酵母菌。特殊的微生物类群可指示土壤类型和土壤优劣的作用.第8页,共33页，2024年2月25日，星期天《微生物学》具体应用：

（1)土宜：什么土壤种植什么植物；

（2）土壤改良的生物指标；根据土壤中微生物种群组成和数量上的变化（土壤微生物区系分析），作为土壤改良的生物指标。

（3）设计种植制度、耕作制度和施肥措施

（4）有机污染的微生物修复；第9页,共33页，2024年2月25日，星期天《微生物学》环境中的微生物水体中的微生物

水体的自净化作用：污染的水体在快速流动和氧气充足时，水体会自我净化。空气中的微生物：空气消毒和过滤是防止病源（或医源）微生物的重要措施，通常的空气消毒方法是紫外灯消毒和化学药剂熏蒸。工业产品上的微生物：农业产品上的微生物：在实际应用中主要是防止腐败和农产品的微生物加工。第10页,共33页，2024年2月25日，星期天《微生物学》环境中的微生物极端环境下的微生物：极端微生物：生长在极端环境如高温、高压、低温、高酸、高碱、高毒、高渗、干旱、强辐射的微生物。

极端微生物的细胞结构、生理、代谢、遗传都和普通微生物不同。主要包括以下几种类型：①嗜热微生物

耐热菌：30℃<生长温度<45-55℃

兼性嗜热菌：30℃<生长温度<50-65℃

专性嗜热菌：42℃<生长温度<65-70℃

极端嗜热菌：最低42℃<生长温度最高>70℃

超嗜热菌：最高113℃，最适80-110℃，最低55℃。

分布：草堆、厩肥、堆肥、煤堆、温泉、火山地、地热区域土壤、海底火山口附近。应用：高温堆肥；耐热酶。第11页,共33页，2024年2月25日，星期天《微生物学》环境中的微生物②嗜冷微生物：指一类最适生长温度低于15℃,最高生长温度低于20℃以及一些最低生长温度在0℃以下的微生物。

分布：冰箱；冷库；寒冷地带。③嗜酸微生物：只能生活在PH<4的环境中的微生物。④嗜碱微生物：指专性生活在pH10～11强碱性下的微生物。分布：碱性盐湖、碳酸盐含量高的土壤中。类群：多数是芽孢杆菌属（Bacillus)的细菌，少数是古细菌。应用：开发一些特殊的蛋白酶、脂肪酶、纤维素酶，用于洗涤剂中。第12页,共33页，2024年2月25日，星期天《微生物学》环境中的微生物⑤嗜盐微生物：必须在一定的盐度下才能生存的微生物，有些种类必须生活在含盐高达12-30%的环境中，称为极端嗜盐菌，嗜盐微生物在盐碱地的改良中具有独特的指示作用。⑥嗜压微生物：必须生活在很深的水中和一些油井中，这些地方压力很大。⑦抗辐射微生物：这类微生物只是抗辐射能力强。在辐射生物学，如核生物学研究中具有重要的研究价值。第13页,共33页，2024年2月25日，星期天《微生物学》环境中的微生物生物体内外的微生物：①植物体内外的微生物，包括叶围（表）微生物，植物内生微生物，根围（际）微生物，他们对植物病源微生物的防护，植物营养都有重要的作用。特点：共生微生物和内生微生物。这些微生物主要包括：根际微生物(rhizospheremicroorganisms)根际：邻接根表的土壤区域。根际中的微生物称为根际微生物。根际效应（Rhizophereeffect)：同根际外的微生物相比，根际微生物在数量和种类上同其他非根际微生物相比明显不同，表现出一定的独特的特点，叫根际效应（Rhizophereeffect)。根土比：

根际微生物数量和非根际微生物数量之比。根际微生物植物第14页,共33页，2024年2月25日，星期天《微生物学》环境中的微生物菌根(mycorrhiza)定义：一些土壤真菌和植物根以互惠关系建立起来的共生体称为菌根。陆地上97%以上的绿色植物具有菌根。作用：菌根可以大大促进磷、氮和其他矿物质的吸收。类型：内生菌根：也叫VA菌根或泡囊丛枝菌根（有隔膜真菌形成的和无隔膜真菌形成的）内生菌根的菌丝体主要存在于根的皮层中，在根外较少。内生菌根存在于草、林木和各种作物中。外生菌根：菌丝在根表形成鞘套，一般不侵入根细胞。第15页,共33页，2024年2月25日，星期天《微生物学》泡囊丛枝菌根（VA菌根）第16页,共33页，2024年2月25日，星期天《微生物学》VA菌根（泡囊丛枝菌根）示意图外生菌根两种类型的菌根第17页,共33页，2024年2月25日，星期天《微生物学》环境中的微生物固氮微生物

A:自生固氮微生物

B:共生固氮微生物

1）：根瘤菌和豆科植物的共生固氮

2）:放线菌和非豆科植物共生固氮

结瘤植物多为木本双子叶植物，如桤木、杨梅、沙棘等。

3）:蓝细菌和植物的共生固氮：

蓝细菌(蓝藻)中许多属种除能自生因氮外，念珠藻属、鱼腥藻届等属的蓝细菌与部分苔类植物、蕨类植物、裸子植物和被子植物可建立具有固氮功能的共生体。理论意义，应用不大。人体内外的微生物动物体内外的微生物第18页,共33页，2024年2月25日，星期天《微生物学》Rhizobiumnodulesonapearoot第19页,共33页，2024年2月25日，星期天《微生物学》第20页,共33页，2024年2月25日，星期天《微生物学》微生物与地球化学循环

地球化学循环：

地球化学元素在物理、化学、生物的作用下不断的转化和运动。生物地球化学循环(biogeochemicalcycles)：定义：是指生物圈中的各种化学元素，经生物化学作用在生物圈中的转化和运动，是地球化学循环的重要组成部分。这种循环受二个主要的生物过程控制：自养生物对无机营养物的同化；异养生物对有机物质的矿化（分解）。微生物在有机物的矿化中起决定性作用，地球上90%以上有机物的矿化都是由细菌和真菌完成的。第21页,共33页，2024年2月25日，星期天《微生物学》各主要循环1、碳循环过程：

CO2固定和高分子物质的合成：生物多聚物的分解淀粉纤维素和半纤维素果胶质木质素脂类

微生物与地球化学循环第22页,共33页，2024年2月25日，星期天《微生物学》生物地球化学循环2、氮循环氮循环由6种氮化合物的转化反应所组成，包括以下几个过程：固氮作用氨化(脱氨)作用硝化作用硝酸盐还原与反硝化作用及脱氮作用第23页,共33页，2024年2月25日，星期天《微生物学》固氮固氮作用：N2被还原为氨和其它氨化物的过程。包括非生物固氮和生物固氮。

非生物固氮：有两个来源，一是氮肥厂，二是雷电。N2被固定成氨（铵盐）和硝酸（硝酸盐）

生物固氮：由固氮微生物将N2固定成氨（铵盐），固氮微生物有类，一是共生固氮微生物，二是自身固氮微生物。

生物地球化学循环第24页,共33页，2024年2月25日，星期天《微生物学》氨化(脱氨)作用

氨化作用是有机氮化物转化成氨(铵)的过程。氨的硝化

氨的硝化称为硝化作用，硝化作用是好氧条件下在硝化细菌作用下，氨被氧化成硝酸盐的过程。

微生物：硝化细菌，是严格的化能自养细菌包括两个群，即亚硝酸细菌和硝酸细菌4）硝酸盐还原与反硝化作用

硝酸盐亚硝酸盐氨(N2)N20生物地球化学循环再次利用脱氮作用固氮作用第25页,共33页，2024年2月25日，星期天《微生物学》生物地球化学循环3、硫循环硫的循环包括还原态无机硫化物的氧化，异化硫酸盐还原，同化硫酸盐还原，硫化氢的释放（脱硫作用）。微生物参与所有这些循环过程。

第26页,共33页，2024年2月25日，星期天《微生物学》4、磷循环

磷的生物地球化学循环包括三个基本过程：

①难溶性的无机磷转化为可溶性的无机磷（磷的有效化：物理、化学和解磷菌）

②可溶性的无机磷转化为有机磷（磷的同化）

③有机磷转化成溶解性无机磷(有机磷矿化)。

生物残体中的磷以植酸的形式存在植酸。植酸酶的来源是土壤中的微生物。5、铁循环6、其它元素的循环生物地球化学循环第27页,共33页，2024年2月25日，星期天《微生物学》生物间相互关系

生物间的相互关系是生物学和生态学研究的重要领域，了解生物间的相互关系有助于认识生物的生命活动的规律和特点，为应用生物技术提供有效的科学的思路和方法。微生物间的相互关系主要：1、中性关系：两种群之间在一起彼此基本没有影响2、偏利作用：一种种群因另一种种群的存在或生命活动而得利，而后者没有受益或受害。3、互生关系：两种种群相互促进生长，离开能单独生存。4、共生：相互作用的两个种群相互有利，两者形成共生体，地衣、菌根、根瘤是互惠共生的典型例子。5、寄生：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活组织获得营养，而对寄主产生不利影响。第28页,共33页，2024年2月25日，星期天《微生物学》生物间相互关系6、捕食：一种种群被另一种种群完全吞食，捕食者种群从被食者种群得到营养，对被食者种群产生不利影响。7、拮抗：一种种群阻碍另一种种群的生长，而对第一种种群无影响。8、竞争：两个种群因需要相同的生长基质或其它环境因子，致使增长率和种群密度受到限制时发生的相互作用，其结果