第六章微生物生態(tài)及其在環(huán)境物質(zhì)轉(zhuǎn)化中的作用

1、第六章 微生物生態(tài)學第一節(jié)第一節(jié) 微生物生態(tài)系統(tǒng)的概念及其特點微生物生態(tài)系統(tǒng)的概念及其特點 第二節(jié)第二節(jié) 微生物在自然及人為環(huán)境中的分布微生物在自然及人為環(huán)境中的分布第三節(jié)第三節(jié) 微生物之間的相互作用微生物之間的相互作用第四節(jié)第四節(jié) 自然界物質(zhì)循環(huán)中微生物的作用自然界物質(zhì)循環(huán)中微生物的作用第一節(jié)第一節(jié) 微生物生態(tài)系統(tǒng)的概念及其特點微生物生態(tài)系統(tǒng)的概念及其特點一、微生物生態(tài)系統(tǒng)一、微生物生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)系統(tǒng):生物群落與其生存環(huán)境組成的整體系統(tǒng)。微生物生態(tài)系統(tǒng)：微生物生態(tài)系統(tǒng)：微生物與周圍的生物及非生物共同構(gòu)成的整體系統(tǒng)。微生物生態(tài)學：微生物生態(tài)學：研究微生物與其周圍生物和非生物環(huán)境之間相互關

2、系的科學。 第一節(jié)第一節(jié) 微生物生態(tài)系統(tǒng)的概念及其特點微生物生態(tài)系統(tǒng)的概念及其特點二、微生物生態(tài)系統(tǒng)的特點二、微生物生態(tài)系統(tǒng)的特點1 1、穩(wěn)定性、穩(wěn)定性由于微生物生態(tài)系統(tǒng)中微生物種類的多樣性,使之在環(huán)境條件一定范圍的變化時,微生物種類組成比較穩(wěn)定的特性。2 2、適應性、適應性微生物的微環(huán)境發(fā)生劇烈變化時，微生物群落的結(jié)構(gòu)會發(fā)生相應的變化的特性。第二節(jié)第二節(jié) 微生物在自然及人為環(huán)境中的分布微生物在自然及人為環(huán)境中的分布一、大氣中的微生物一、大氣中的微生物1、存在形式、存在形式：多為孢子：多為孢子2、來、來 源源：土壤、水體、動物（包括人體）：土壤、水體、動物（包括人體）3、常見種類：、常見種類：

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、白地霉細細 菌：枯草芽孢桿菌、八疊球菌等菌：枯草芽孢桿菌、八疊球菌等病原菌：結(jié)核桿菌、白喉桿菌、肺炎雙球菌、流感病毒病原菌：結(jié)核桿菌、白喉桿菌、肺炎雙球菌、流感病毒 不同室內(nèi)環(huán)境的微生物總數(shù)及不同室內(nèi)環(huán)境的微生物總數(shù)及致病微生物的種類和數(shù)量（致病微生物的種類和數(shù)量（cfu/m3）場所總微生物數(shù)微生物種類住房180辦公室1400口腔鏈球菌涎鏈球菌教室2500鏈球菌草綠色鏈球菌涎鏈球菌腸球菌乙型溶血性鏈球菌實驗室200醫(yī)院1100金黃色葡萄球菌革蘭氏陰性桿菌魏氏產(chǎn)氣莢膜桿菌第二節(jié)第二節(jié) 微生物在自然及人為環(huán)境中的分布微

4、生物在自然及人為環(huán)境中的分布一、大氣中的微生物一、大氣中的微生物第二節(jié)第二節(jié) 微生物在自然及人為環(huán)境中的分布微生物在自然及人為環(huán)境中的分布一、大氣中的微生物一、大氣中的微生物大氣微生物分布（數(shù)量與種類）的影響因子：大氣微生物分布（數(shù)量與種類）的影響因子： （1）地區(qū)性質(zhì)）地區(qū)性質(zhì) （2）季節(jié)的演替）季節(jié)的演替 （3）氣候條件）氣候條件:日照、降水、氣流日照、降水、氣流二、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、種類：、種類：90%革蘭氏陰性菌革蘭氏陰性菌2、影響微生物在淡水中分布的因子：、影響微生物在淡水中分布的因子：營養(yǎng)物質(zhì)、溫度、溶解氧等。營養(yǎng)物質(zhì)、溫度、溶

5、解氧等。第二節(jié)第二節(jié) 微生物在自然及人為環(huán)境中的分布微生物在自然及人為環(huán)境中的分布浸入小河里的載玻片上的發(fā)育形成的小菌落二、水圈中的微生物二、水圈中的微生物藍細菌、藻、水生植物陽光陽光表層輸入表層輸入(河流河流)產(chǎn)氧光合產(chǎn)氧光合動物、原生動物、好氧細菌動物、原生動物、好氧細菌嗜甲烷菌、無機化能細菌嗜甲烷菌、無機化能細菌不產(chǎn)氧光合不產(chǎn)氧光合發(fā)酵發(fā)酵厭氧呼吸菌厭氧呼吸菌產(chǎn)甲烷菌產(chǎn)甲烷菌沉積物沉積物厭厭 氧氧 層層好好 氧氧 層層表層輸出表層輸出層次化湖泊生態(tài)層次化湖泊生態(tài)Ecology of a Stratified lake 水體不同層次微生物分布水體不同層次微生物分布第二節(jié)第二節(jié) 微生物在自然

6、及人為環(huán)境中的分布微生物在自然及人為環(huán)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、種類：、種類：多數(shù)是嗜鹽菌多數(shù)是嗜鹽菌2、分布：、分布：（1）平面分布：近海數(shù)量很高）平面分布：近海數(shù)量很高（2）垂直分布：）垂直分布： 表層：好氧性微生物表層：好氧性微生物 中層：紫硫細菌中層：紫硫細菌 底層：厭氧菌及硫酸還原菌底層：厭氧菌及硫酸還原菌 第二節(jié)第二節(jié) 微生物在自然及人為環(huán)境中的分布微生物在自然及人為環(huán)境中的分布二、水圈中的微生物二、水圈中的微生物（三）水體自凈及污染水體的微生物生態(tài)（三）水體自凈及污染水體的微生物生態(tài)1、水體自凈過程、水體自凈過程第二節(jié)第二節(jié)

7、 微生物在自然及人為環(huán)境中的分布微生物在自然及人為環(huán)境中的分布 水體接納了一定量的有機污染物后，在物理的、化學的及生物等因素的綜合作用后得到凈化，水質(zhì)恢復到污染前的水平和狀態(tài)。二、水圈中的微生物二、水圈中的微生物（三）水體自凈及污染水體的微生物生態(tài)（三）水體自凈及污染水體的微生物生態(tài)2、污染水體的微生物生態(tài)、污染水體的微生物生態(tài)第二節(jié)第二節(jié) 微生物在自然及人為環(huán)境中的分布微生物在自然及人為環(huán)境中的分布特特 征征多污帶多污帶-中污帶中污帶-中污帶中污帶寡污帶寡污帶水色暗灰色，很渾濁灰色，較渾濁渾濁渾濁度低BOD高減少,有懸浮物減少,懸浮物少極少,懸浮極少溶解氧含量極低（或無）少升高恢復正常氣體H

8、2S、CO2和CH4NH3、H2S氨及H2S減少H2S消失細菌數(shù)量幾億/毫升幾千萬/毫升幾萬/毫升極少微生物種類特點（兼）厭氣性硫酸還原菌產(chǎn)甲烷菌藻類及原生動物出現(xiàn)藻類大量繁殖纖毛蟲活躍魚腥藻、硅藻、黃藻、鐘蟲、變形蟲動物類型寡毛類（顫蚯蚓） 顫蚯蚓，增多輪蟲、浮游甲殼動物輪蟲、浮游甲殼動物增多顯花植物無無出現(xiàn)增多魚類無無無有底泥大量的有機質(zhì)部分無機化大量無機化三、極端環(huán)境中的微生物三、極端環(huán)境中的微生物 極端環(huán)境：極端環(huán)境： 高、低溫環(huán)境高、低溫環(huán)境 高鹽環(huán)境高鹽環(huán)境 高酸、高堿環(huán)境高酸、高堿環(huán)境 高壓環(huán)境。高壓環(huán)境。第二節(jié)第二節(jié) 微生物在自然及人為環(huán)境中的分布微生物在自然及人為環(huán)境中的分布

9、三、極端環(huán)境中的微生物三、極端環(huán)境中的微生物（一）嗜熱微生物（一）嗜熱微生物1、發(fā)現(xiàn)、發(fā)現(xiàn)第二節(jié)第二節(jié) 微生物在自然及人為環(huán)境中的分布微生物在自然及人為環(huán)境中的分布地熱泉地熱泉熱水系統(tǒng)熱水系統(tǒng) 制糖廠制糖廠（二）嗜寒微生物（二）嗜寒微生物1 1、發(fā)現(xiàn)、發(fā)現(xiàn)（紅雪現(xiàn)象：嗜寒水藻）（紅雪現(xiàn)象：嗜寒水藻） 三、極端環(huán)境中的微生物三、極端環(huán)境中的微生物第二節(jié)第二節(jié) 微生物在自然及人為環(huán)境中的分布微生物在自然及人為環(huán)境中的分布2、生存機制 特殊的酶、細膜含特殊的脂肪、細胞膜的蠟質(zhì)程度 土壤是微生物良好的生活場所，土壤是微生物良好的生活場所，為微生物生長提供有利條件：為微生物生長提供有利條件： 土壤中含有

10、大量的土壤中含有大量的有機物有機物 土壤中含有大量的土壤中含有大量的礦物質(zhì)礦物質(zhì) 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溫性保溫性 土壤的土壤的pH值一般為值一般為5.58.5之間之間有機質(zhì)層有機質(zhì)層淀積層淀積層碳酸鹽積累碳酸鹽積累疏松母質(zhì)疏松母質(zhì)淋溶層淋溶層土體層土體層第二節(jié)第二節(jié) 微生物在自然及人為環(huán)境中的分布微生物在自然及人為環(huán)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團聚體（土壤團粒）：土壤團聚體（土壤團粒）：由土壤礦物質(zhì)顆粒（黏粒）、微生物、由土壤礦物質(zhì)顆粒（黏粒）

11、、微生物、植物殘體以及腐殖質(zhì)構(gòu)成的微團聚體經(jīng)過多次復合和團聚而成的植物殘體以及腐殖質(zhì)構(gòu)成的微團聚體經(jīng)過多次復合和團聚而成的結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。不同的團聚體微生物的分布不不同的團聚體微生物的分布不同。同一團聚體內(nèi)外微生物的同。同一團聚體內(nèi)外微生物的分布不同。分布不同。第二節(jié)第二節(jié) 微生物在自然及人為環(huán)境中的分布微生物在自然及人為環(huán)境中的分布四、土壤中的微生物四、土壤中的微生物土壤顆粒表面的微生物團聚體周圍的等氧線（二）土壤中微生物的分布（二）土壤中微生物的分布土壤團聚體與微生物的分布土壤團聚體與微生物的分布團聚體周圍的等氧線團聚體周圍的等氧線 耕地土壤一個團聚耕地土壤一個團聚體等氧壓線，在近體等氧壓線，

12、在近中心部位為一缺氧中心部位為一缺氧帶，由此向外，氧帶，由此向外，氧濃度逐漸提高。濃度逐漸提高。O2%第二節(jié)第二節(jié) 微生物在自然及人為環(huán)境中的分布微生物在自然及人為環(huán)境中的分布四、土壤中的微生物四、土壤中的微生物3 3、根際微生物、根際微生物溶胞物質(zhì)溶胞物質(zhì)植物黏液植物黏液滲出物滲出物黏質(zhì)黏質(zhì)植物黏液植物黏液滲出物和滲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際植物根際第二節(jié)第二節(jié) 微生物在自然及人為環(huán)境中的分布微生物在自然及人為環(huán)境中的分布根際微生物類群根際微生物類群1、根際細菌：、根際細菌：假單假單胞菌、黃桿菌、產(chǎn)胞菌、黃桿菌、產(chǎn)堿桿菌堿桿菌 2、根際真菌：、根際真菌：鐮孢鐮

13、孢霉屬、黏帚霉屬、霉屬、黏帚霉屬、青霉屬青霉屬 3、根際原生動物、根際原生動物1、偏利共棲：、偏利共棲： 一群微生物得益，而另一群體不受影響。（普遍）一群微生物得益，而另一群體不受影響。（普遍）氨化氨化細菌細菌亞硝酸菌亞硝酸菌有機氮有機氮氨態(tài)氮氨態(tài)氮亞硝酸亞硝酸氨化作用氨化作用硝化作用硝化作用第三節(jié)第三節(jié) 微生物之間的相互作用微生物之間的相互作用2、互利共棲：、互利共棲：兩個群體相互協(xié)作，達到在某一生境中共同生存的目的。兩個群體相互協(xié)作，達到在某一生境中共同生存的目的。H2S硫酸鹽硫酸鹽硫酸鹽硫酸鹽還原菌還原菌綠硫綠硫細菌細菌第三節(jié)第三節(jié) 微生物之間的相互作用微生物之間的相互作用3、共生：、共

14、生： 兩個群體形成具有特殊結(jié)構(gòu)、功能和絕對互利關系的高度專一的共生體。兩個群體形成具有特殊結(jié)構(gòu)、功能和絕對互利關系的高度專一的共生體。 地衣：是由地衣：是由藻類或藍細菌藻類或藍細菌與與真菌真菌形成的共生體形成的共生體光合作用運輸?shù)V質(zhì)營養(yǎng)第三節(jié)第三節(jié) 微生物之間的相互作用微生物之間的相互作用4 4、競爭：、競爭：兩個或多個群體共同依賴同一個生長基質(zhì)或環(huán)境因素，兩個或多個群體共同依賴同一個生長基質(zhì)或環(huán)境因素，結(jié)果一方或兩方的群體大小或生長率受到限制的現(xiàn)象。結(jié)果一方或兩方的群體大小或生長率受到限制的現(xiàn)象。第三節(jié)第三節(jié) 微生物之間的相互作用微生物之間的相互作用5、偏害或拮抗：、偏害或拮抗：某一微生物群

15、體產(chǎn)生某種物質(zhì)，使另一微生物群體生長某一微生物群體產(chǎn)生某種物質(zhì)，使另一微生物群體生長受到抑制，而本身不受影響的現(xiàn)象。受到抑制，而本身不受影響的現(xiàn)象。根瘤菌接種劑與土壤中的土著性根瘤菌的競爭關系根瘤菌接種劑與土壤中的土著性根瘤菌的競爭關系酸泡菜與酸牛奶；抗生素產(chǎn)生菌酸泡菜與酸牛奶；抗生素產(chǎn)生菌6、寄生：、寄生：一種微生物寄生在另一種微生物細胞中或細胞表面，從寄主中取得養(yǎng)料，一種微生物寄生在另一種微生物細胞中或細胞表面，從寄主中取得養(yǎng)料，并引起寄主病害或死亡。并引起寄主病害或死亡。第三節(jié)第三節(jié) 微生物之間的相互作用微生物之間的相互作用蛭弧菌寄生于革蘭氏陰性菌蛭弧菌寄生于革蘭氏陰性菌（蛭弧菌被噬菌體

16、寄生（蛭弧菌被噬菌體寄生超寄生現(xiàn)象）超寄生現(xiàn)象）7、捕食：、捕食：一種微生物直接吞食另一種微生物的現(xiàn)象。一種微生物直接吞食另一種微生物的現(xiàn)象。 原生動物對細菌的捕食原生動物對細菌的捕食 藻類對細菌和其它藻的捕食藻類對細菌和其它藻的捕食一、一、 碳素循環(huán)中微生物的作用碳素循環(huán)中微生物的作用 纖維素的分解纖維素的分解 半纖素的分解半纖素的分解 果膠物質(zhì)的分解果膠物質(zhì)的分解 木質(zhì)素的分解木質(zhì)素的分解 幾丁質(zhì)的分解幾丁質(zhì)的分解二、二、 氮素循環(huán)中微生物的作用氮素循環(huán)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節(jié)第四節(jié) 自然界物質(zhì)循環(huán)中微生物的作用自然界

17、物質(zhì)循環(huán)中微生物的作用環(huán)境污染、臭氧層破壞、物種滅絕地球的承受極限在哪里？2009年，瑞典斯德哥爾摩環(huán)境研究所所長約翰羅克斯特倫與來自環(huán)境、地球系統(tǒng)領域的28位國際專家組成了一個研究小組。1.海洋酸化海洋酸化；2.臭氧濃度臭氧濃度； （暫時安全）（暫時安全）3.淡水消耗量淡水消耗量； 4.生物多樣性生物多樣性； 5.氮磷循環(huán)氮磷循環(huán)； 6.土地使用率土地使用率； 7.二氧化碳濃度二氧化碳濃度； 8.氣溶膠濃度氣溶膠濃度； 9.化學污染化學污染；紅色紅色為超過臨界；為超過臨界；綠色綠色為接近臨界；為接近臨界；藍色藍色為當為當前認知所限無法確定；前認知所限無法確定；9大極限大極限：碳循環(huán)微生物在碳

18、循環(huán)中的作用降解作用呼吸作用發(fā)酵作用甲烷形成光合作用第四節(jié)第四節(jié) 自然界物質(zhì)循環(huán)中微生物的作用自然界物質(zhì)循環(huán)中微生物的作用纖維素的分解纖維素的分解微生物分解纖維素的生化機制微生物分解纖維素的生化機制 纖維素纖維素 單糖單糖纖維素復合酶的類型纖維素復合酶的類型（按作用場所分）：（按作用場所分）：表面酶：表面酶：分布于細胞表面分布于細胞表面, ,不能在其細胞培養(yǎng)液中起作用的酶（食纖維菌）不能在其細胞培養(yǎng)液中起作用的酶（食纖維菌）外外 酶：酶：分泌到胞外分泌到胞外, ,在細胞生活環(huán)境中起作用的酶（真菌的纖維素酶）。在細胞生活環(huán)境中起作用的酶（真菌的纖維素酶）。內(nèi)切葡萄糖酶內(nèi)切葡萄糖酶外切葡萄糖酶外切葡萄糖酶-