環(huán)境微生物及其對環(huán)境的自凈力課件

第2章環(huán)境微生物及其對環(huán)境的自凈力第2章環(huán)境微生物及其對環(huán)境的自凈力12.1環(huán)境中微生物的主要類群

微生物是對所有形體微小、結(jié)構(gòu)簡單的低等生

物的通稱。

特點：數(shù)量大、種類多、非肉眼可見

2.1環(huán)境中微生物的主要類群22.1.1土壤微生物土壤微生物指占據(jù)于土壤，并將土壤作為天然培養(yǎng)劑的細(xì)菌、真菌、藻類、原生動物等土著微生物，以及由于人類或動物活動而從外界引入的微生物。

大?。杭?xì)菌<真菌<藻類<原生生物數(shù)量：細(xì)菌>真菌>藻類>原生生物2.1.1土壤微生物土壤微生物指占據(jù)于土壤，并將土壤作為天然3微生物類型分布規(guī)律特性細(xì)菌離地面5~20cm處數(shù)量最多隨著土層深度的增加，細(xì)菌數(shù)目明顯減少主要是腐生性細(xì)菌，少數(shù)是自養(yǎng)型的放線菌堿性富含有機(jī)質(zhì)的溫暖土壤在高PH、高溫或缺水環(huán)境下利于其生長能夠利用土壤中的大量基質(zhì)真菌土壤的表層，特別是在酸性森林土壤中更多隨著土壤深度的增加，真菌數(shù)量迅速減少具有很強(qiáng)的分解能力；耐酸性比一般細(xì)菌強(qiáng)藻類土壤表層10cm的區(qū)域夏季或冬季抑制其生長，在春天數(shù)量最大具有光合素，通過光合作用增加土壤中的有機(jī)物原生生物土壤15~20cm上層大多數(shù)是異養(yǎng)小動物，吞食各種有機(jī)物、細(xì)菌、藻類和真菌類生活能夠參加有機(jī)物的降解；對土壤中的物質(zhì)轉(zhuǎn)化和藻類、菌類數(shù)量有調(diào)節(jié)作用微生物類型分布規(guī)律特性細(xì)菌離地面5~20cm處數(shù)量最多隨著土42.1.2微生物氣溶膠

氣溶膠是指固態(tài)或液態(tài)微粒懸浮在氣體介質(zhì)中的分散體系。當(dāng)微粒為微生物時，就是微生物氣溶

膠。大氣中的自然微生物主要是非病原性的腐生菌，包含有各種球菌、芽孢菌、真菌、放線菌、病毒等。2.1.2微生物氣溶膠氣溶膠是指固態(tài)或液態(tài)微5細(xì)菌類：大氣中細(xì)菌約有160種，包括結(jié)核桿菌、肺炎雙球菌、綠膿桿菌、腸桿菌、沙門菌、葡萄球菌等。真菌類：分布廣泛，種群很多，包括球孢子菌、組織胞漿菌、隱球酵母、假絲酵母、北美芽生菌、曲霉和青霉、毛霉等600多種。真菌可借助風(fēng)、水、動物和人類的活動等多種途徑的外部條件，將孢子釋放出去并引起人類的各種疾病。細(xì)菌類：大氣中細(xì)菌約有160種，包括結(jié)核桿菌、肺炎雙球菌、綠6病毒類：大約有幾百種，主要有鼻病毒、腺病毒、麻疹、流感、水痘、風(fēng)疹病毒等。其他：大氣中的微生物還有支原體、衣原體、立克次體等。病毒通過空氣傳播可感染動物引起人類和動物的疾病。病毒類：大約有幾百種，主要有鼻病毒、腺病毒、麻疹、流感、水痘72.1.3水體微生物細(xì)菌水體中的細(xì)菌大多數(shù)為有機(jī)營養(yǎng)型，依賴各種動、植物來源的有機(jī)物而營腐生生活。在不同水體環(huán)境中，細(xì)菌的種群和組成在營養(yǎng)物質(zhì)、PH值、溫度等因素影響下差別很大。2.1.3水體微生物細(xì)菌水體中的細(xì)菌大多數(shù)為有機(jī)營養(yǎng)8真菌真菌9藍(lán)細(xì)菌藍(lán)細(xì)菌102.1.4極端微生物

在自然界存在很多極端環(huán)境，為一般生物生長和存活的極限，但卻能生長相應(yīng)的，能適應(yīng)這些極端環(huán)境的微生物。具備強(qiáng)且穩(wěn)定的特殊結(jié)構(gòu)、機(jī)能和遺傳基因高鹽高堿低溫高酸高溫高酸熱高干旱高壓高輻射高濃度重金屬離子低營養(yǎng)2.1.4極端微生物在自然界存在很多極端環(huán)境，11分類生長環(huán)境菌類嗜熱微生物自然界陸地或海底的某些熱泉溫度高達(dá)50~60℃某些藍(lán)細(xì)菌、光合細(xì)菌、硫氧化細(xì)菌、硫還原菌，某些藻和真菌嗜酸微生物酸熱泉、胃腸道、酸礦水和無機(jī)氧化酸性環(huán)境硫桿菌屬、丙酮丁醇梭菌、胃八疊球菌、真菌、藻類等嗜冷微生物最高生長溫度近20℃，最低為0℃或更低，最適15℃或更低假單孢菌、弧菌、無色桿菌、黃桿菌、噬纖維菌和螺菌嗜鹽菌常見高鹽湖泊和死海水體中嗜鹽桿菌屬、鹽厭氧菌屬、外硫紅螺菌、某些藻類和真菌嗜堿菌最適生長PH>10.0，在中性條件下不生長嗜鹽芽孢桿菌、堅強(qiáng)芽孢桿菌嗜壓微生物生活在深海，耐受程度可達(dá)1000atm無色桿菌、假單孢菌、芽孢桿菌、弧菌分類生長環(huán)境菌類嗜熱微生物自然界陸地或海底的某些熱泉溫度高達(dá)122.2環(huán)境微生物的生理特性2.2.1微生物的營養(yǎng)微生物的化學(xué)組成水分（70%~90%）

干物質(zhì)（10%~30%）有機(jī)物（占干物質(zhì)總量的90%~97%）無機(jī)物（占干物質(zhì)總量的3%~10%）包括蛋白質(zhì)、核酸、糖類和脂類等包括P、S、K、Na、Ca、Mg、Fe、Cl和微量元素2.2環(huán)境微生物的生理特性2.2.1微生物的營13微生物的營養(yǎng)需求細(xì)胞內(nèi)外物質(zhì)的運輸?shù)拿浇?、控制?xì)胞溫度包括氨基酸、維生素、嘌呤和嘧啶堿及其衍生物化學(xué)物質(zhì)輻射能光能自養(yǎng)和光能異養(yǎng)型微生物的能源有機(jī)物（碳源）化能異養(yǎng)微生物的能源無機(jī)物（還原態(tài)）為化能自養(yǎng)型微生物的能源CO2、碳酸鹽、糖、脂類、醇類、有機(jī)酸、烴類等可作為碳源分子態(tài)氮、含氮化合物可作為氮源水碳源氮源無機(jī)鹽生長因子能源不能從氮源、碳源中合成從外界獲得主要有磷酸鹽、硫酸鹽、氯化物、碳酸鹽等微生物的營養(yǎng)需求細(xì)胞內(nèi)外物質(zhì)的運輸?shù)拿浇?、控制?xì)胞溫度包括氨14微生物的營養(yǎng)類型光能營養(yǎng)型化能營養(yǎng)型能源自養(yǎng)型異養(yǎng)型碳源光能自養(yǎng)型光能異養(yǎng)型化能自養(yǎng)型化能異養(yǎng)型微生物的營養(yǎng)類型光能營養(yǎng)型化能營養(yǎng)型能源自養(yǎng)型異養(yǎng)型碳源光能152.2.2微生物生長微生物群體的生長，即包括群體細(xì)胞物質(zhì)的增加，又有個體數(shù)量增多的現(xiàn)象。微生物生長和培養(yǎng)方式：分批培養(yǎng)連續(xù)培養(yǎng)補(bǔ)料分批培養(yǎng)2.2.2微生物生長微生物群體的生長，即包括群體細(xì)16遲滯期長短與接種物的狀態(tài)及接種物濃度有關(guān)對數(shù)期內(nèi)細(xì)胞的生長速度大大加快，并達(dá)到最大值當(dāng)細(xì)胞停止分裂，或細(xì)胞增加速度與死亡速度達(dá)到平衡，就進(jìn)入了穩(wěn)定期衰亡期細(xì)胞的能量儲備已經(jīng)消耗完畢并且開始死亡遲滯期長短與接種物的狀態(tài)及接種物濃度有關(guān)對數(shù)期內(nèi)細(xì)胞的生長速17連續(xù)培養(yǎng)：連續(xù)培養(yǎng)是指以一定的速度向發(fā)酵罐內(nèi)添加新鮮培養(yǎng)基，同時以相同的速度流出培養(yǎng)液，從而使發(fā)酵罐內(nèi)的液量維持穩(wěn)定，使培養(yǎng)物在近似恒定狀態(tài)下生長的培養(yǎng)方式。

特點：微生物細(xì)胞的生長速度、代謝活性處于恒定狀態(tài)，達(dá)到穩(wěn)定高速培養(yǎng)微生物或產(chǎn)生大量代謝產(chǎn)物的目的補(bǔ)料分批培養(yǎng)：補(bǔ)料分批培養(yǎng)是指在分批培養(yǎng)過程中，間歇地或連續(xù)地補(bǔ)加含有限制性營養(yǎng)物的培養(yǎng)基的培養(yǎng)方法，又稱半連續(xù)培養(yǎng)。連續(xù)培養(yǎng)：特點：微生物細(xì)胞的生長速度、代謝活性處于恒定狀態(tài)，18環(huán)境微生物及其對環(huán)境的自凈力課件19微生物有機(jī)營養(yǎng)物質(zhì)酶37℃一部分用于產(chǎn)生微生物自身生長繁殖所需的能量另一部分轉(zhuǎn)化成維持細(xì)胞生命活動所需的小分子物質(zhì)2.2.3微生物代謝微生物有機(jī)營養(yǎng)物質(zhì)酶37℃一部分用于產(chǎn)生微生物自身生長繁殖所20酶的種類：氧化還原酶、轉(zhuǎn)移酶、水解酶、

裂解酶、異構(gòu)酶、合成酶酶的特性：高效性、專一性、作用條件溫和、

活性可變酶的種類：氧化還原酶、轉(zhuǎn)移酶、水解酶、酶的特性：高效性、專一21分解代謝（異化作用）消耗有機(jī)物產(chǎn)能合成代謝（同化作用）合成有機(jī)物耗能微生物代謝微生物產(chǎn)能代謝以光能合成ATP的光合磷酸化作用從物質(zhì)的氧化獲得能量生成ATP的氧化磷酸化作用分解代謝合成代謝微生物代謝微生物產(chǎn)能代謝以光能合成ATP的光22呼吸作用類型電子受體反應(yīng)條件微生物類型有氧呼吸分子氧有氧條件好氧和兼性微生物無氧呼吸分子氧以外的無機(jī)氧化物無氧條件厭氧菌或兼性菌發(fā)酵有機(jī)物無氧條件厭氧微生物呼吸作用類型電子受體反應(yīng)條件微生物類型有氧呼吸分子氧有氧條件232.3環(huán)境微生物的生態(tài)2.3.1生態(tài)系統(tǒng)與生態(tài)平衡2.3環(huán)境微生物的生態(tài)2.3.1生態(tài)系統(tǒng)與生242.3.2微生物生態(tài)系統(tǒng)2.3.2微生物生態(tài)系統(tǒng)252.3.3微生物之間的相互關(guān)系2.3.3微生物之間的相互關(guān)系262.4微生物與環(huán)境污染的相互作用

重金屬、鹵化物、染料、輻射環(huán)境污染微生物借助空氣、水、土壤等介質(zhì)傳播2.4微生物與環(huán)境污染的相互作用重金屬、鹵化物、染27水體富營養(yǎng)化發(fā)生因素

當(dāng)含有大量氮、磷等植物營養(yǎng)物質(zhì)的污水排入水體造成水中營養(yǎng)過剩，在適宜的條件下，水體中的藻類進(jìn)行光合作用，合成并快速繁殖，水中嚴(yán)重缺氧，導(dǎo)致生物死亡。水體富營養(yǎng)化發(fā)生因素當(dāng)含有大量氮、磷等植物營養(yǎng)物質(zhì)的污28第2章環(huán)境微生物及其對環(huán)境的自凈力第2章環(huán)境微生物及其對環(huán)境的自凈力292.1環(huán)境中微生物的主要類群

微生物是對所有形體微小、結(jié)構(gòu)簡單的低等生

物的通稱。

特點：數(shù)量大、種類多、非肉眼可見

2.1環(huán)境中微生物的主要類群302.1.1土壤微生物土壤微生物指占據(jù)于土壤，并將土壤作為天然培養(yǎng)劑的細(xì)菌、真菌、藻類、原生動物等土著微生物，以及由于人類或動物活動而從外界引入的微生物。

大小：細(xì)菌<真菌<藻類<原生生物數(shù)量：細(xì)菌>真菌>藻類>原生生物2.1.1土壤微生物土壤微生物指占據(jù)于土壤，并將土壤作為天然31微生物類型分布規(guī)律特性細(xì)菌離地面5~20cm處數(shù)量最多隨著土層深度的增加，細(xì)菌數(shù)目明顯減少主要是腐生性細(xì)菌，少數(shù)是自養(yǎng)型的放線菌堿性富含有機(jī)質(zhì)的溫暖土壤在高PH、高溫或缺水環(huán)境下利于其生長能夠利用土壤中的大量基質(zhì)真菌土壤的表層，特別是在酸性森林土壤中更多隨著土壤深度的增加，真菌數(shù)量迅速減少具有很強(qiáng)的分解能力；耐酸性比一般細(xì)菌強(qiáng)藻類土壤表層10cm的區(qū)域夏季或冬季抑制其生長，在春天數(shù)量最大具有光合素，通過光合作用增加土壤中的有機(jī)物原生生物土壤15~20cm上層大多數(shù)是異養(yǎng)小動物，吞食各種有機(jī)物、細(xì)菌、藻類和真菌類生活能夠參加有機(jī)物的降解；對土壤中的物質(zhì)轉(zhuǎn)化和藻類、菌類數(shù)量有調(diào)節(jié)作用微生物類型分布規(guī)律特性細(xì)菌離地面5~20cm處數(shù)量最多隨著土322.1.2微生物氣溶膠

氣溶膠是指固態(tài)或液態(tài)微粒懸浮在氣體介質(zhì)中的分散體系。當(dāng)微粒為微生物時，就是微生物氣溶

膠。大氣中的自然微生物主要是非病原性的腐生菌，包含有各種球菌、芽孢菌、真菌、放線菌、病毒等。2.1.2微生物氣溶膠氣溶膠是指固態(tài)或液態(tài)微33細(xì)菌類：大氣中細(xì)菌約有160種，包括結(jié)核桿菌、肺炎雙球菌、綠膿桿菌、腸桿菌、沙門菌、葡萄球菌等。真菌類：分布廣泛，種群很多，包括球孢子菌、組織胞漿菌、隱球酵母、假絲酵母、北美芽生菌、曲霉和青霉、毛霉等600多種。真菌可借助風(fēng)、水、動物和人類的活動等多種途徑的外部條件，將孢子釋放出去并引起人類的各種疾病。細(xì)菌類：大氣中細(xì)菌約有160種，包括結(jié)核桿菌、肺炎雙球菌、綠34病毒類：大約有幾百種，主要有鼻病毒、腺病毒、麻疹、流感、水痘、風(fēng)疹病毒等。其他：大氣中的微生物還有支原體、衣原體、立克次體等。病毒通過空氣傳播可感染動物引起人類和動物的疾病。病毒類：大約有幾百種，主要有鼻病毒、腺病毒、麻疹、流感、水痘352.1.3水體微生物細(xì)菌水體中的細(xì)菌大多數(shù)為有機(jī)營養(yǎng)型，依賴各種動、植物來源的有機(jī)物而營腐生生活。在不同水體環(huán)境中，細(xì)菌的種群和組成在營養(yǎng)物質(zhì)、PH值、溫度等因素影響下差別很大。2.1.3水體微生物細(xì)菌水體中的細(xì)菌大多數(shù)為有機(jī)營養(yǎng)36真菌真菌37藍(lán)細(xì)菌藍(lán)細(xì)菌382.1.4極端微生物

在自然界存在很多極端環(huán)境，為一般生物生長和存活的極限，但卻能生長相應(yīng)的，能適應(yīng)這些極端環(huán)境的微生物。具備強(qiáng)且穩(wěn)定的特殊結(jié)構(gòu)、機(jī)能和遺傳基因高鹽高堿低溫高酸高溫高酸熱高干旱高壓高輻射高濃度重金屬離子低營養(yǎng)2.1.4極端微生物在自然界存在很多極端環(huán)境，39分類生長環(huán)境菌類嗜熱微生物自然界陸地或海底的某些熱泉溫度高達(dá)50~60℃某些藍(lán)細(xì)菌、光合細(xì)菌、硫氧化細(xì)菌、硫還原菌，某些藻和真菌嗜酸微生物酸熱泉、胃腸道、酸礦水和無機(jī)氧化酸性環(huán)境硫桿菌屬、丙酮丁醇梭菌、胃八疊球菌、真菌、藻類等嗜冷微生物最高生長溫度近20℃，最低為0℃或更低，最適15℃或更低假單孢菌、弧菌、無色桿菌、黃桿菌、噬纖維菌和螺菌嗜鹽菌常見高鹽湖泊和死海水體中嗜鹽桿菌屬、鹽厭氧菌屬、外硫紅螺菌、某些藻類和真菌嗜堿菌最適生長PH>10.0，在中性條件下不生長嗜鹽芽孢桿菌、堅強(qiáng)芽孢桿菌嗜壓微生物生活在深海，耐受程度可達(dá)1000atm無色桿菌、假單孢菌、芽孢桿菌、弧菌分類生長環(huán)境菌類嗜熱微生物自然界陸地或海底的某些熱泉溫度高達(dá)402.2環(huán)境微生物的生理特性2.2.1微生物的營養(yǎng)微生物的化學(xué)組成水分（70%~90%）

干物質(zhì)（10%~30%）有機(jī)物（占干物質(zhì)總量的90%~97%）無機(jī)物（占干物質(zhì)總量的3%~10%）包括蛋白質(zhì)、核酸、糖類和脂類等包括P、S、K、Na、Ca、Mg、Fe、Cl和微量元素2.2環(huán)境微生物的生理特性2.2.1微生物的營41微生物的營養(yǎng)需求細(xì)胞內(nèi)外物質(zhì)的運輸?shù)拿浇?、控制?xì)胞溫度包括氨基酸、維生素、嘌呤和嘧啶堿及其衍生物化學(xué)物質(zhì)輻射能光能自養(yǎng)和光能異養(yǎng)型微生物的能源有機(jī)物（碳源）化能異養(yǎng)微生物的能源無機(jī)物（還原態(tài)）為化能自養(yǎng)型微生物的能源CO2、碳酸鹽、糖、脂類、醇類、有機(jī)酸、烴類等可作為碳源分子態(tài)氮、含氮化合物可作為氮源水碳源氮源無機(jī)鹽生長因子能源不能從氮源、碳源中合成從外界獲得主要有磷酸鹽、硫酸鹽、氯化物、碳酸鹽等微生物的營養(yǎng)需求細(xì)胞內(nèi)外物質(zhì)的運輸?shù)拿浇?、控制?xì)胞溫度包括氨42微生物的營養(yǎng)類型光能營養(yǎng)型化能營養(yǎng)型能源自養(yǎng)型異養(yǎng)型碳源光能自養(yǎng)型光能異養(yǎng)型化能自養(yǎng)型化能異養(yǎng)型微生物的營養(yǎng)類型光能營養(yǎng)型化能營養(yǎng)型能源自養(yǎng)型異養(yǎng)型碳源光能432.2.2微生物生長微生物群體的生長，即包括群體細(xì)胞物質(zhì)的增加，又有個體數(shù)量增多的現(xiàn)象。微生物生長和培養(yǎng)方式：分批培養(yǎng)連續(xù)培養(yǎng)補(bǔ)料分批培養(yǎng)2.2.2微生物生長微生物群體的生長，即包括群體細(xì)44遲滯期長短與接種物的狀態(tài)及接種物濃度有關(guān)對數(shù)期內(nèi)細(xì)胞的生長速度大大加快，并達(dá)到最大值當(dāng)細(xì)胞停止分裂，或細(xì)胞增加速度與死亡速度達(dá)到平衡，就進(jìn)入了穩(wěn)定期衰亡期細(xì)胞的能量儲備已經(jīng)消耗完畢并且開始死亡遲滯期長短與接種物的狀態(tài)及接種物濃度有關(guān)對數(shù)期內(nèi)細(xì)胞的生長速45連續(xù)培養(yǎng)：連續(xù)培養(yǎng)是指以一定的速度向發(fā)酵罐內(nèi)添加新鮮培養(yǎng)基，同時以相同的速度流出培養(yǎng)液，從而使發(fā)酵罐內(nèi)的液量維持穩(wěn)定，使培養(yǎng)物在近似恒定狀態(tài)下生長的培養(yǎng)方式。

特點：微生物細(xì)胞的生長速度、代謝活性處于恒定狀態(tài)，達(dá)到穩(wěn)定高速培養(yǎng)微生物或產(chǎn)生大量代謝產(chǎn)物的目的補(bǔ)料分批培養(yǎng)：補(bǔ)料分批培養(yǎng)是指在分批培養(yǎng)過程中，間歇地或連續(xù)地補(bǔ)加含有限制性營養(yǎng)物的培養(yǎng)基的培養(yǎng)方法，又稱半連續(xù)培養(yǎng)。連續(xù)培養(yǎng)：特點：微生物細(xì)胞的生長速度、代謝活性處于恒定狀態(tài)，46環(huán)境微生物及其對環(huán)境的自凈力課件47微生物有機(jī)營養(yǎng)物質(zhì)酶37℃一部分用于產(chǎn)生微生物自身生長繁殖所需的能量另一部分轉(zhuǎn)化成維持細(xì)胞生命活動所需的小分子物質(zhì)2.2.3微生物代謝微生物有機(jī)營養(yǎng)物質(zhì)酶37℃一部分用于產(chǎn)生微生