微生物的生態(tài)

微生物的生態(tài)X年X月第八章微生物的生態(tài)前言第一節(jié)微生物在自然界中的分布第二節(jié)微生物與環(huán)境間的關(guān)系第三節(jié)微生物與自然物質(zhì)循環(huán)第四節(jié)微生物與環(huán)境保護(hù)前言一、生態(tài)學(xué)的概念生態(tài)學(xué)是一門研究生命系統(tǒng)與環(huán)境系統(tǒng)間相互作用規(guī)律的科學(xué)二、什么是微生物生態(tài)學(xué)微生物生態(tài)學(xué)是生態(tài)學(xué)的一個(gè)分支，它的研究對(duì)象是微生物群體與其周圍生物和非生物環(huán)境條件間相互作用的規(guī)律。生命科學(xué)研究領(lǐng)域中，從宏觀到微觀一般可分10個(gè)層次：生物圈（biosphere）、生態(tài)系統(tǒng)（ecosystem）、群落（community）、種群（population）、個(gè)體（individual）、器官（organ）、組織（tissue）、細(xì)胞（cell）、細(xì)胞器（organelle）、分子（molecule），其中前4個(gè)客觀層次都是生態(tài)學(xué)的研究范圍。第一節(jié)微生物在自然界中的分布一、土壤圈及其微生物(一)土壤是微生物生活的良好環(huán)境由于土壤具備了各種微生物生長(zhǎng)發(fā)育所需要的營(yíng)養(yǎng)、空氣、酸堿度、滲透壓和溫度等條件，所以土壤中微生物的種類和數(shù)量是其他任何生態(tài)系統(tǒng)無法比擬的。（1）土壤的礦物質(zhì)成分，提供微生物需要的礦質(zhì)養(yǎng)料；（2）土壤中的動(dòng)植物殘?bào)w，以及耕作土壤中有機(jī)肥料，源源不斷地供給微生物碳素養(yǎng)料和氮素養(yǎng)料；（3）土壤的持水性為微生物提供水分條件；（4）土壤的孔隙性和土壤水分多少，直接影響土壤的通氣條件。（5）土壤的pH范圍在3.5~10.5之間，多數(shù)在5.5~8.5之間，這是大多數(shù)微生物活動(dòng)最適宜的pH；（6）土壤的保溫性，比地面空氣溫度變化小，也為微生物的生長(zhǎng)提供了良好的條件。同一土體由于微環(huán)境的通氣、水分、營(yíng)養(yǎng)等狀況都存在著差異，致使不同微生物呈立體分布。每克肥土中通常含有幾億至幾十億個(gè)微生物，貧瘠土壤每克也有幾百萬至幾千萬個(gè)微生物。（1）細(xì)菌數(shù)量：70~90%；種類：主要為腐生，少數(shù)自養(yǎng)分布：表層最多，隨土層加深減少，厭氧菌反之。（2）放線菌數(shù)量：5~30%（3）真菌（4）藻類（5）原生動(dòng)物（二）土壤中微生物的分布表9－2農(nóng)田土壤上層15cm處微生物數(shù)量和生物量微生物土壤中的數(shù)量(個(gè)/g)生物量（g/m2）細(xì)菌

放線菌

真菌

藻類

原生動(dòng)物9.8×107

2.0×106

1.2×102

2.5×204

3.0×104160

160

200

32

8二、微生物在水中的分布

水具有微生物生命活動(dòng)適宜的溫度、pH、氧氣等，水體中也具備微生物生長(zhǎng)繁殖的其他條件，因此成為微生物棲息的又一天然場(chǎng)所。(一)水體中微生物的來源土壤、空氣、動(dòng)植物尸體、人和動(dòng)物的排瀉物、工業(yè)及生活污水。(二)種類

水中存在的微生物90%為革蘭氏陰性菌，主要有弧菌、假單胞菌、黃桿菌等。鞘細(xì)菌及有柄附生細(xì)菌也常見于水體中。(三)微生物在水體中的分布

表現(xiàn)為水平分布和垂直分布的規(guī)律。此外，相同水域的不同濃度微生物的含量及分布也不同。(四)水體中的病原微生物

通過水體傳播的病原微生物主要有沙門氏菌屬、志賀氏菌屬、霍亂弧菌等。因此，做好水的衛(wèi)生學(xué)檢查至關(guān)重要。影響水體微生物分布的因素有機(jī)物含量溫度水的深度日光與水體的溶解氧量

海洋微生物具有耐壓、嗜冷和低營(yíng)養(yǎng)要求的特點(diǎn)。淡水的pH值變幅從3.7到10.5，多數(shù)為6.5-8.5，因而適合于多數(shù)水生微生物的生長(zhǎng)。

三、微生物在空氣中的分布:1．空氣是傳播微生物的重要介質(zhì)空氣本身缺乏微生物生活所必需的營(yíng)養(yǎng)物，日光對(duì)微生物也具有很強(qiáng)的殺菌作用，另外空氣一般是干燥的，因此空氣不是微生物生活的良好環(huán)境。2．空氣中微生物的種類和數(shù)量

空氣中的微生物主要來源于帶有微生物菌體及孢子的灰塵，這類微生物大多數(shù)是腐生性的，還來源于人和動(dòng)物，它們大多數(shù)是通過呼吸道排出的，其中也包含有病原微生物，懸浮在大氣中?？諝庵形⑸锏姆植茧S環(huán)境條件及微生物的抵抗力不同而呈現(xiàn)不同的分布規(guī)律?？諝庵写嬖谳^多的、存活時(shí)間較長(zhǎng)的是各種真菌、放線菌的孢子及細(xì)菌芽胞?？諝庵形⑸锏臄?shù)目決定于塵埃的總量。表9－3不同地點(diǎn)空氣中的微生物數(shù)量地點(diǎn)微生物數(shù)量（個(gè)/ｍ3空氣）北極(北緯80°)0海洋上空1-2市區(qū)公園200城市公園5,000宿舍2,000畜舍1,000,000-2,000,000四、、極極端端環(huán)環(huán)境境中中的的微微生生物物不利利于于一一般般生生物物生生長(zhǎng)長(zhǎng)的的特特殊殊環(huán)環(huán)境境稱稱為為極極端端環(huán)環(huán)境境。。主主要要有有極極端端高高溫溫、、低低溫溫、、高高鹽鹽、、高高壓壓、、高高酸酸、、高高堿堿等等。。例例如如火火山山與與溫溫泉泉、、極極地地或或高高山山冰冰川川、、鹽鹽湖湖、、深深海海底底層層等等。。1．．高高溫溫環(huán)環(huán)境境中中的的微微生生物物高熱熱環(huán)環(huán)境境--高溫溫環(huán)環(huán)境境噴噴發(fā)發(fā)的的火火山山、、地地?zé)釤嵴粽羝?、、沸沸騰騰或或過過熱熱的的溫溫泉泉以以及及高高溫溫堆堆肥肥、、熱熱水水器器和和取取暖暖用用熱熱水水循循環(huán)環(huán)系系統(tǒng)統(tǒng)等等是是常常見見的的天天然然或或人人工工的的高高溫溫環(huán)環(huán)境境。。不不同同微微生生物物對(duì)對(duì)高高溫溫的的適適應(yīng)應(yīng)能能力力見見表表9－－4，，高高溫溫型型微微生生物物中中以以細(xì)細(xì)菌菌居居多多，，只只有有少少數(shù)數(shù)真真菌菌。。如如嗜嗜熱熱脂脂肪肪芽芽孢孢桿桿菌菌、、酸酸熱熱芽芽孢孢桿桿菌菌（（Ｂ．．a(chǎn)cidocaldarius）等等。。表9——4各各類類群群生生長(zhǎng)長(zhǎng)的的上上限限溫溫度度類群上限溫度(℃)真核微生物原生動(dòng)物

藻類

真菌56

55-60

60-62原核微生物鹽鹽細(xì)菌

光合細(xì)菌

無機(jī)化能細(xì)菌

異養(yǎng)細(xì)菌70-73

70-73

>90

>90嗜熱機(jī)制--嗜熱菌之所所以耐熱，，主要是其其結(jié)構(gòu)及生生理上具有有一定特點(diǎn)點(diǎn)。近年來來，對(duì)其嗜嗜熱機(jī)制進(jìn)進(jìn)行了分子子水平的研研究，可歸歸納為以下下4種假說說。（1）類脂脂的敏感作作用嗜熱菌細(xì)胞胞質(zhì)膜的化化學(xué)成分，，隨環(huán)境溫溫度的升高高不僅類脂脂總含量增增加，而而且細(xì)胞中中的高熔點(diǎn)點(diǎn)飽和脂肪肪酸也增加加，即長(zhǎng)鏈鏈飽和脂肪肪酸增加，，而不飽和和脂肪酸減減少。因此此，嗜熱菌菌在高溫下下能維持膜膜的功能，，能較好地地生存。（2））重要要代謝謝產(chǎn)物物的迅迅速再再合成成嗜熱菌菌中tRNAr的周周轉(zhuǎn)率率大于于中溫溫菌的的周轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)率，，核核酸中中的GC含含量也也比中中溫菌菌高。。（3））大分分子的的熱穩(wěn)穩(wěn)定性性--嗜熱菌菌的酶酶和蛋蛋白質(zhì)質(zhì)比中中溫菌菌的酶酶和蛋蛋白質(zhì)質(zhì)具有有較高高的熱熱穩(wěn)定定性。。（4））蛋白白質(zhì)合合成系系統(tǒng)的的熱穩(wěn)穩(wěn)定性性--嗜熱菌菌的核核糖體體比中中溫菌菌的核核糖體體抗熱熱性高高。2．高高鹽環(huán)環(huán)境中中的微微生物物高鹽環(huán)環(huán)境--鹽湖、、鹽池池和鹽鹽腌制制的食食品等等是常常見的的高鹽鹽環(huán)境境。通通常把把能在在含鹽鹽量高高于１１５％％的環(huán)環(huán)境中中生長(zhǎng)長(zhǎng)的微微生物物稱為為極端端嗜鹽鹽菌，，常見見的種種類有有鹽細(xì)細(xì)菌屬屬和鹽鹽球菌菌屬(表9-5)。。耐鹽機(jī)機(jī)理：：①嗜鹽鹽菌具具有能能適應(yīng)應(yīng)高鹽鹽環(huán)境境的細(xì)細(xì)菌結(jié)結(jié)構(gòu)和和離子子濃度度。嗜嗜鹽鹽菌有有選擇擇性地地吸收收K＋＋排出出Na＋的的能力力，細(xì)細(xì)胞內(nèi)內(nèi)的高高濃度度K＋＋既可可以防防止原原生質(zhì)質(zhì)脫水水，，又能能維持持酶和和蛋白白質(zhì)等等的活活性;②有嗜嗜鹽的的酶;③光合合鹽桿桿菌的的細(xì)胞胞質(zhì)膜膜上含含有菌菌視紫紫素，，能能利用用光能能造成成膜內(nèi)內(nèi)外H＋的的濃度度梯度度并藉藉以產(chǎn)產(chǎn)生ATP和向向細(xì)胞胞外排排出Na＋＋。對(duì)高鹽鹽濃度度的適適應(yīng)性性酶的嗜嗜鹽性性紫膜的的H+泵作作用和和排鹽鹽作用用表9-5微微生生物的的不同同嗜鹽鹽類群群嗜鹽類群最適生長(zhǎng)鹽濃(NaC1)實(shí)例非嗜鹽微生物＜0.2mol/L淡水微生物弱嗜鹽微生物0.2-0.5mol/L大多數(shù)海洋微生物中等嗜鹽微生物0.5-2.5mol/L某些細(xì)菌和藻類極端嗜鹽微生物2.5-5.2mol/L鹽桿菌和鹽球菌耐鹽微生物耐受范圍0.2-2.5mol/L金黃色葡萄球菌和其他葡萄球菌，耐鹽酵母菌等3．高高壓環(huán)環(huán)境中中的微微生物物自然界界的高高壓環(huán)環(huán)境主主要存存在于于深海海中，，多數(shù)數(shù)海洋洋底部部的壓壓力在在100個(gè)個(gè)大氣氣壓以以上，，最深深處約約為1100個(gè)個(gè)大氣氣壓。。研究究表明明從常常壓環(huán)環(huán)境中中分離離的多多數(shù)微微生物物在200-600個(gè)大大氣壓壓的高高壓環(huán)環(huán)境中中將將受到到抑制制或死死亡，，高壓壓條件件主要要抑制制常壓壓微生生物細(xì)細(xì)胞蛋蛋白質(zhì)質(zhì)合成成、質(zhì)質(zhì)膜上上物質(zhì)質(zhì)和能能量的的傳遞遞及酶酶的代代謝活活性。。高壓壓環(huán)境境中生生長(zhǎng)的的主要要是細(xì)細(xì)菌，，如分分離自自深海海淤泥泥的耐耐壓假假單胞胞菌，，生長(zhǎng)長(zhǎng)十分分遲緩緩，代代時(shí)為為33天。。3類嗜嗜壓菌菌及其其生長(zhǎng)長(zhǎng)靜水水壓（（大氣氣壓數(shù)數(shù)）類型最低生長(zhǎng)壓最適生長(zhǎng)壓最高生長(zhǎng)壓耐壓菌未測(cè)1-100500嗜壓菌1400-500700極端嗜壓菌400700-80010354.嗜嗜冷微微生物物（psychrophiles）5.嗜嗜酸微微生物物（acidophiles）6.嗜嗜堿微微生物物（alkalinophiles））7.嗜嗜酸微微生物物（acidophiles）8.抗抗輻射射微生生物其他極極端環(huán)環(huán)境的的微生生物五、工工農(nóng)業(yè)業(yè)產(chǎn)品品上的的微生生物工業(yè)產(chǎn)產(chǎn)品上上的霉霉腐大量的的工業(yè)業(yè)產(chǎn)品品都是是直接接或間間接用用動(dòng)植植物作作原料料制成成的,例如如木制制品、、纖維維制品品、革革裘制制品、、橡膠膠制品品、卷卷煙、、化妝妝品、、中成成藥等等。食品品上上的的微微生生物物糧、、油油、、肉肉、、蛋蛋、、奶奶、、蔬蔬菜菜和和水水果果等等各各類類食食品品含含有有豐豐富富的的營(yíng)營(yíng)養(yǎng)養(yǎng)成成分分，，因因而而是是微微生生物物生生長(zhǎng)長(zhǎng)繁繁殖殖的的天天然然營(yíng)營(yíng)養(yǎng)養(yǎng)基基質(zhì)質(zhì)。。1．．糧糧食食上上的的微微生生物物2．．肉肉類類上上的的微微生生物物3．．魚魚類類上上的的微微生生物物4．．乳乳制制品品中中的的微微生生物物第二二節(jié)節(jié)微微生生物物與與環(huán)環(huán)境境間間的的關(guān)關(guān)系系互生生關(guān)關(guān)系系共生生關(guān)關(guān)系系競(jìng)爭(zhēng)爭(zhēng)關(guān)關(guān)系系寄生生關(guān)關(guān)系系獵食食關(guān)關(guān)系系拮抗抗作作用用一、、互互生生關(guān)關(guān)系系概念念：：兩兩種種生生物物都都可可以以單單獨(dú)獨(dú)生生活活，，當(dāng)當(dāng)生生活活在在一一起起時(shí)時(shí)，，比比單單獨(dú)獨(dú)生生活活的的好好，，但但二二者者不不形形成成共共生生組組織織(生生命命整整體體)的的關(guān)關(guān)系系。。（一一））微微生生物物間間的的互互生生:例如如:好好氧氧性性自自生生固固氮氮菌菌(N源源)與與纖纖維維素素分分解解菌菌(有有機(jī)機(jī)酸酸)（二二））人人體體腸腸道道中中正正常常菌菌群群與與人人的的互互生生（三三））微微生生物物-植植物物的的互互生生（四四））互互生生現(xiàn)現(xiàn)象象與與發(fā)發(fā)酵酵工工業(yè)業(yè)的的混混菌菌培培養(yǎng)養(yǎng)例如如:““二二步步發(fā)發(fā)酵酵法法生生產(chǎn)產(chǎn)維維生生素素C””需需要要弱弱氧氧化化醋醋酸酸桿桿菌菌（（Acetobactersuboxydans））和和生生黑黑葡葡糖糖酸酸桿桿菌菌（（Gluconobactermelanogenes））。。二、、共共生生關(guān)關(guān)系系概念念：：指指兩兩種種生生物物在在一一起起生生活活，，互互相相提提供供必必要要的的生生活活條條件件，，彼彼此此依依賴賴，，形形成成一一個(gè)個(gè)在在形形態(tài)態(tài)上上具具有有共共同同結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)，，而而在在生生理理上上卻卻相相互互分分工工，，互互換換生生命命活活動(dòng)動(dòng)產(chǎn)產(chǎn)物物的的生生存存關(guān)關(guān)系系。。如如將將二二者者分分開開，，各各自自都都生生活活不不好好。。此此可可視視為為互互生生關(guān)關(guān)系系的的高高度度發(fā)發(fā)展展。。（一））微生生物間間的共共生藻類或或藍(lán)細(xì)細(xì)菌與與真菌菌共生生所形形成的的地衣衣是共共生關(guān)關(guān)系的的典型型代表表，藻藻類和和藍(lán)細(xì)細(xì)菌通通過過光合合作用用向真真菌提提供有有機(jī)養(yǎng)養(yǎng)料，，固氮氮藍(lán)細(xì)細(xì)菌還還可以以同時(shí)時(shí)供給給有機(jī)機(jī)氮素素營(yíng)養(yǎng)養(yǎng)，真真菌則則利用用菌絲絲的吸吸收作作用為為藻類類和藍(lán)藍(lán)細(xì)菌菌提供供水、、礦質(zhì)質(zhì)養(yǎng)料料及某某些生生長(zhǎng)素素和在在基質(zhì)質(zhì)上牢牢固附附著的的條件件，這這一共共生關(guān)關(guān)系使使地衣衣具有有極強(qiáng)強(qiáng)的適適應(yīng)性性和生生命力力(圖圖9-1)。圖9-1A.囊衣衣屬(pgtsucia)地地衣原原植體體的縱縱切面面；B.peltigerapraetextata的裂裂芽；；C.牛牛皮葉葉屬(Sticta)地地衣的的杯點(diǎn)點(diǎn)。（二）微生生物和植物物的共生關(guān)關(guān)系類型共生關(guān)系是是兩個(gè)生物物間相互有有利的共居居關(guān)系，彼彼此間有直直接的營(yíng)養(yǎng)養(yǎng)物質(zhì)交流流，一種生生物對(duì)另一一種生物的的生長(zhǎng)有促促進(jìn)作用。。種子植物物和微生物物間的共生生關(guān)系現(xiàn)像像，一般有有兩類型：：根瘤（rootnodule)和菌根（mycorrhiza）。。（1）細(xì)菌菌和植物的的共生關(guān)系系有的植物（（豆科植物居居多）的根上，常常有各種形形狀的瘤狀狀突起，稱稱為根瘤。。根瘤的產(chǎn)產(chǎn)生是由于于土壤內(nèi)的的一種細(xì)菌菌，即根瘤瘤菌，由根根毛侵入根根的皮層內(nèi)內(nèi)，一方面面根瘤菌在皮層細(xì)胞胞內(nèi)迅速分分裂繁殖；；另一方面面，受到根根瘤菌侵入的皮層層細(xì)胞，因因根瘤的分分泌物的刺刺激也迅速速分裂，產(chǎn)產(chǎn)生大量新新細(xì)胞，使使皮層部分分的體積膨膨大和凸出出，形成根根瘤。根瘤瘤最大的特特點(diǎn)，就是是具有固氮氮的作用。。根根瘤菌的的三大特性性：感染性性專一性有效性（2）真菌菌和植物的的共生關(guān)系系有些真菌能能在一些植植物根上發(fā)發(fā)育，菌絲絲體包圍在在根面（外外生菌根））或侵入根根內(nèi)或根組組織（內(nèi)生生菌根），，共同發(fā)育育，建立共共生關(guān)系。。這種共生生體稱為菌菌根。植物：2000多種種，包括被被子植物、、裸子植物物和蕨類植植物。真菌：擔(dān)子子菌、子囊囊菌和藻狀狀菌。（三）微生生物與動(dòng)物物間的共生生（1）微生生物與昆蟲蟲的共生微生物與昆昆蟲間的共共生關(guān)系表表現(xiàn)有多種種形式并具具有較高的的特異性。。切葉蟻同同絲狀真菌菌的共生是是很有趣的的。它們將將地面的樹樹葉切碎帶帶回并混以以唾液和糞糞便等含氮氮物質(zhì)，在在巢室里專專門培養(yǎng)絲絲狀真菌使使其生長(zhǎng)。。螞蟻則以以食取部分分菌絲和孢孢子為營(yíng)養(yǎng)養(yǎng)。一些研研究表明切切葉蟻同真真菌的共生生關(guān)系具有有很高的特特異性，它它們培育的的真菌幾乎乎是純培養(yǎng)養(yǎng)體，為此此而特稱為為蟻的“真真菌園”。。真菌與切切葉蟻的共共生對(duì)熱帶帶雨林地表表的落葉轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為土壤壤有機(jī)質(zhì)有有重要意義義。唾液纖維質(zhì)飼料料自然菌源CO2，CH4，H2有機(jī)酸大量菌體，，固型物肉、奶吸收轉(zhuǎn)化糞便進(jìn)入瘤胃微生生物物大大量量繁繁殖殖反芻芻動(dòng)動(dòng)物物與與瘤瘤胃胃微微生生物物的的共共生生原原理理（2））瘤瘤胃胃微微生生物物與與反反芻芻動(dòng)動(dòng)物物的的共共生生牛、、羊羊、、鹿鹿等等反反芻芻動(dòng)動(dòng)物物的的胃胃結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)復(fù)復(fù)雜雜，，包包括括瘤瘤胃胃、、蜂蜂窩窩胃胃、、重重瓣瓣胃胃和和皺皺胃胃四四個(gè)個(gè)胃胃室室。。反反芻芻動(dòng)動(dòng)物物以以草草、、葉葉或或嫩嫩枝枝等等為為食食，，但但它它們們本本身身缺缺乏乏消消化化纖纖維維素素的的酶酶，，而而是是靠靠定定居居在在瘤瘤胃胃中中的的微微生生物物來來分分解解轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化化纖纖維維素素等等物物質(zhì)質(zhì)再再供供動(dòng)動(dòng)物物吸吸收收利利用用。。瘤胃胃為為微微生生物物提提供供了了一一個(gè)個(gè)穩(wěn)穩(wěn)定定的的厭厭氧氧、、中中溫溫（（39-40℃℃））和和偏偏酸酸性性（（ｐｐH5.5-7.0））的的良良好好生生態(tài)態(tài)環(huán)環(huán)境境，，在在瘤瘤胃胃中中生生活活有有大大量量專專性性厭厭氧氧的的細(xì)細(xì)菌菌和和以以纖纖毛毛蟲蟲為為主主的的原原生生動(dòng)動(dòng)物物。。細(xì)細(xì)菌菌的的主主要要類類群群有有擬擬桿桿菌菌屬屬、、瘤瘤胃胃球球菌菌屬屬、、琥琥珀珀酸酸單單胞胞菌菌屬屬、、產(chǎn)產(chǎn)甲甲烷烷桿桿菌菌屬屬、、丁丁酸酸弧弧菌菌屬屬、、月月形形單單胞胞菌菌屬屬、、琥琥珀珀酸酸弧弧菌菌屬屬、、鏈鏈球球菌菌屬屬和和乳乳桿桿菌菌屬屬等等。。部部分分原原生生動(dòng)動(dòng)物物類類群群也也有有分分解解淀淀粉粉和和纖纖維維素素的的能能力力，，但但它它們們主主要要以以細(xì)細(xì)菌菌為為食食并并將將其其所所含含的的蛋蛋白白質(zhì)質(zhì)等等營(yíng)營(yíng)養(yǎng)養(yǎng)物物質(zhì)質(zhì)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化化貯貯存存起起來來以以進(jìn)進(jìn)一一步步被被動(dòng)動(dòng)物物所所利利用用。。牛瘤胃的的容積可可達(dá)100L以以上，其其中約生生長(zhǎng)著100種種細(xì)菌和和原生動(dòng)動(dòng)物。三、競(jìng)爭(zhēng)爭(zhēng)關(guān)系多多種微生生物共同同生活于于一個(gè)環(huán)環(huán)境中時(shí)時(shí)，或因因一種微微生物優(yōu)優(yōu)先利用用有限養(yǎng)養(yǎng)料，致致使另一一種微生生物養(yǎng)料料缺乏，，生長(zhǎng)發(fā)發(fā)育受阻阻；或因因一種微微生物生生長(zhǎng)迅速速，占領(lǐng)領(lǐng)基質(zhì)表表面和充充斥空間間，使另另一種微微生物無無處容身身而生長(zhǎng)長(zhǎng)受抑。。競(jìng)爭(zhēng)導(dǎo)導(dǎo)致優(yōu)勢(shì)勢(shì)種群的的勝利和和劣勢(shì)種種群的淘淘汰。Gause(1934)用綠綠膿芽孢孢桿菌喂喂養(yǎng)雙小小核草履履蟲和大大草履蟲蟲，單獨(dú)獨(dú)培養(yǎng)時(shí)時(shí)兩種草草履蟲均均表現(xiàn)出出Ｓ型型的數(shù)量量增長(zhǎng)曲曲線，但但混合培培養(yǎng)16天后，，由于競(jìng)競(jìng)爭(zhēng)同一一食物只只有生長(zhǎng)長(zhǎng)較快的的雙小核核草履蟲蟲生存，，而大草草履蟲完完全被淘淘汰。Gemerden(1974)在硫硫化物為為限制因因子的條條件下混混合培養(yǎng)養(yǎng)酒色紅紅硫菌(Chromatiumvinosum)和韋氏氏紅硫菌菌(Chromatiumwerissei)，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)它們之之間的競(jìng)競(jìng)爭(zhēng)能力力與光照照條件有有關(guān)，當(dāng)當(dāng)連續(xù)光光照或光光照時(shí)間間大于或或等于黑黑暗時(shí)間間時(shí)，酒酒色紅硫硫菌占優(yōu)優(yōu)勢(shì)；；當(dāng)黑暗暗時(shí)間大大于光照照時(shí)間時(shí)時(shí)，韋氏氏紅硫菌菌占優(yōu)勢(shì)勢(shì)。許多多研究結(jié)結(jié)果表明明限制性性養(yǎng)料種種類、濃濃度、ｐｐH、溫溫度和氧氧氣等條條件均會(huì)會(huì)影響微微生物種種群間的的競(jìng)爭(zhēng)能能力。此外，，微生生物對(duì)對(duì)干旱旱、高高溫溫和低低溫等等極端端因子子的抗抗性也也對(duì)其其競(jìng)爭(zhēng)爭(zhēng)能力力有重重要影影響。。在發(fā)發(fā)酵工工業(yè)上上,常常利用用加大大接種種量來來控制制少量量雜菌菌的污污染,也是是利用用微生生物的的競(jìng)爭(zhēng)爭(zhēng)關(guān)系系。四、寄寄生關(guān)關(guān)系寄寄生生是一一種生生物生生活在在另一一種生生物表表面或或體內(nèi)內(nèi)并對(duì)對(duì)后者者產(chǎn)生生危害害的相相互關(guān)關(guān)系。。在這這一關(guān)關(guān)系中中前者者稱為為寄生生物，，后者者稱為為寄主主。微生物物間的的寄生生關(guān)系系有時(shí)時(shí)也會(huì)會(huì)給工工農(nóng)業(yè)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)帶來來巨大大的損損失。。例如如，蘇蘇蕓金金芽孢孢桿菌菌的生生產(chǎn)中中，常常遇到到噬菌菌體的的危害害而造造成損損失。。但另另一方方面人人們又又能利利用它它們的的寄生生關(guān)系系來殺殺死有有害微微生物物，防防治動(dòng)動(dòng)植物物病害害。五、獵獵食關(guān)關(guān)系這是一一種微微生物物直接接吞食食另一一種微微生物物的關(guān)關(guān)系。。捕食者者從被被食者者獲得得營(yíng)養(yǎng)養(yǎng)，在在極端端情況況下，，捕食食者的的吞食食可能能導(dǎo)致致被食食者種種群的的消失失，進(jìn)進(jìn)而也也反過過來威威脅到到捕食食者本本身的的生存存。但但在一一般情情況下下總有有部分分生活活力強(qiáng)強(qiáng)的被被食者者能逃逃避捕捕食并并能在在捕食食者因因食物物減少少而消消減時(shí)時(shí)重新新繁殖殖起來來，從從而導(dǎo)導(dǎo)致捕捕食者者與被被食者者種群群數(shù)量量交替替消漲漲的周周期性性波動(dòng)動(dòng)。絕絕大多多數(shù)的的原生生動(dòng)物物、、粘菌菌的變變形蟲蟲階段段和某某些粘粘細(xì)菌菌以捕捕食為為營(yíng)養(yǎng)養(yǎng)方式式。六、拮拮抗作作用這是一一種微微生物物通過過產(chǎn)生生某種種特殊殊的代代謝產(chǎn)產(chǎn)物或或改變變環(huán)境境條件件來抑抑制或或殺死死另一一微生生物種種群的的現(xiàn)象象?？煽梢詫⑥卓箍棺饔糜脜^(qū)分分為特特異性性和非非特異異性兩兩種類類型。。1．非非特異異性拮拮抗作作用指一種種微生生物通通過自自身的的代謝謝活動(dòng)動(dòng)改變變環(huán)境境條件件,非非特異異性地地抑制制其他他微生生物的的作用用。其作用用方式式：①①產(chǎn)酸酸。②②產(chǎn)生生乙醇醇。③③改改變氧氧分壓壓。2．特特異性性拮抗抗作用用是一種種微生生物在在代謝謝活動(dòng)動(dòng)中專專門產(chǎn)產(chǎn)生的的一些些特殊殊次生生代謝謝產(chǎn)物物能在在低濃濃度下下有選選擇性性地抑抑制或或殺死死另一一種微微生物物的作作用。。依產(chǎn)物物的作作用性性質(zhì)可可分為為兩類類：細(xì)細(xì)菌素素和抗抗生素素。第三節(jié)節(jié)微微生物物與自自然物物質(zhì)循循環(huán)一、碳碳素循循環(huán)二、氮氮素循循環(huán)三、硫硫素循循環(huán)和和細(xì)菌菌過濾濾四、磷磷素循循環(huán)碳素循循環(huán)光合作作用藻藻類、、綠色色植物物、藍(lán)藍(lán)細(xì)菌菌（CH2O）n有機(jī)機(jī)化合合物呼吸作作用動(dòng)動(dòng)植物物及微微生物物需氧厭氧CO2厭氧呼呼吸、、發(fā)酵酵厭氧氧微生生物，，包括括光合合細(xì)菌菌有機(jī)化化合物物（CH2O）n光合細(xì)細(xì)菌沉積作作用產(chǎn)甲烷烷細(xì)菌菌甲基化化合物物甲烷氧氧化細(xì)細(xì)菌CH4含磷礦礦物風(fēng)化作作用PO43-不溶性性磷酸酸鹽有機(jī)磷磷化物物土壤固固定微生物物溶磷磷作用用植物微微生物物同化化作用用微生物物解磷磷作用用磷的生生物循循環(huán)1.有有機(jī)磷磷化物物的分分解(解磷磷作用用)2.不不溶性性無機(jī)機(jī)磷化化物的的轉(zhuǎn)化化(溶溶磷作作用)3.有有效磷磷的微微生物物固定定磷的生生物循循環(huán)（一））根際微微生物物（教教材P193））什么叫叫根際際也稱根根圈（（rhizosphere）），指指生長(zhǎng)長(zhǎng)中的的植物物根系系直接接影響響的土土壤范范圍，，包括括表面面至幾幾毫米米的土土壤區(qū)區(qū)域。。它是是植植物物根根系系有有效效吸吸收收養(yǎng)養(yǎng)料料和和水水分分的的范范圍圍，，也也是是根根系系分分泌泌作作用用旺旺盛盛的的部部位位，，因因而而是是微微生生物物和和植植物物相相互互作作用用的的界界面面。。根際際釋釋放放物物質(zhì)質(zhì)的的類類型型：：（1））滲滲出出物物（2））分分泌泌物物（3））植植物物黏黏液液（4））粘粘質(zhì)質(zhì)（5））溶溶胞胞產(chǎn)產(chǎn)物物（三三））微微生生物物-植植物物生生態(tài)態(tài)系系根際際效效應(yīng)應(yīng)（1））概概念念根根際際同同根根際際外外土土壤壤中中的的微微生生物物群群落落相相比比，，生生活活在在植植物物根根際際中中的的微微生生物物，，在在數(shù)數(shù)量量、、種種類類和和活活性性上上有有明明顯顯不不同同，，表表現(xiàn)現(xiàn)出出特特異異性性，，這這種種現(xiàn)現(xiàn)象象稱稱為為根根際際效效應(yīng)應(yīng)。。（2）根土土比------反反應(yīng)根圈效效應(yīng)的重要要指標(biāo)根土比是指指根圈中的的微生物數(shù)數(shù)量同相應(yīng)應(yīng)的無根系系影響的土土壤中的微微生物數(shù)量量之比。不同的植物物和土壤的的特性不一一樣，根土土比差異較較大。（2）有害害影響A.引起作作物病害。。B.某些有有害微生物物雖無致病病性，但它它們產(chǎn)生的的有毒物質(zhì)質(zhì)能抑制種種子的發(fā)芽芽、幼苗的的生長(zhǎng)和根根系的發(fā)展展。C.競(jìng)爭(zhēng)有有限養(yǎng)分。。根際微微生物物對(duì)植植物的的影響響（1））有利利影響響A.改改善植植物的的營(yíng)養(yǎng)養(yǎng)代代謝謝產(chǎn)物物（糖糖類、、有機(jī)機(jī)酸有有機(jī)酸酸、氨氨基酸酸以及及維生生素和和生長(zhǎng)長(zhǎng)素類類物質(zhì)質(zhì)。B.根根際微微生物物分泌泌的維維生素素、氨氨基酸酸、生生長(zhǎng)刺刺激素素等生生長(zhǎng)調(diào)調(diào)節(jié)物物質(zhì)能能促進(jìn)進(jìn)植物物的生生長(zhǎng)。。C.根根際微微生物物分泌泌的抗抗菌素素類物物質(zhì)，，有利利于作作物避避免土土著性性病原原菌的的侵染染。D.產(chǎn)產(chǎn)生鐵鐵載體體（siderophore）,這些些是一一些植植物促促長(zhǎng)細(xì)細(xì)菌(PGPR)的重重要功功能之之一。。（二））附生生微生生物附生微微生物物是指指直接接著生生在植植物地地上部部分表表面的的微生生物，，附生生在根根表面面的微微生物物，通通常稱稱根表表微生生物。。（1））葉面面的附附生微微生物物以細(xì)細(xì)菌為為主，，其次次是酵酵母菌菌類和和少數(shù)數(shù)絲狀狀真菌菌，放放線菌菌則是是很少少的。。乳酸桿桿菌是是葉面面廣泛泛存在在的附附生細(xì)細(xì)菌，，研制制泡菜菜利用用的天天然接接種劑劑。（2））成熟熟的漿漿果表表面有有大量量糖類類分泌泌物，，是酵酵母菌菌的天天然附附生環(huán)環(huán)境。。如葡萄萄酒發(fā)發(fā)酵；；水果果腐爛爛。（3））根表表微生生物第三節(jié)節(jié)微微生物物與環(huán)環(huán)境保保護(hù)一、微微生物物對(duì)土土壤中中污染染物的的降解解二、微微生物物對(duì)農(nóng)農(nóng)藥和和合成成聚合合物的的降解解三、微微生物物對(duì)有有毒元元素的的轉(zhuǎn)化化四、污污水處處理的的微生生物學(xué)學(xué)原理理五、微微生物物對(duì)空空氣污污染的的指示示作用用六、沼沼氣發(fā)發(fā)酵一、微微生物物對(duì)土土壤中中污染染物的的降解解1.作為為廢棄物物處理系系統(tǒng)的土土壤土壤壤對(duì)對(duì)于于外外來來污污染染物物質(zhì)質(zhì)具具有有一一定定自自動(dòng)動(dòng)凈凈化化能能力力，，這這是是由由于于土土壤壤中中數(shù)數(shù)量量巨巨大大和和種種類類繁繁多多的的微微生生物物的的作作用用，，特特別別是是那那些些能能夠夠降降解解復(fù)復(fù)雜雜有有機(jī)機(jī)物物的的微微生生物物。。能能夠夠降降解解人人造造有有機(jī)機(jī)化化合合物物的的許許多多細(xì)細(xì)菌菌都都含含有有降降解解質(zhì)質(zhì)粒粒(degrativeplasmids)。。2.土土壤壤的的污污染染源源工業(yè)業(yè)污污水水農(nóng)用用化化學(xué)學(xué)制制品品糞肥肥和和垃垃圾圾-二、、微微生生物物對(duì)對(duì)農(nóng)農(nóng)藥藥和和合合成成聚聚合合物物的的降降解解1.微微生生物物對(duì)對(duì)化化學(xué)學(xué)農(nóng)農(nóng)藥藥的的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化化和和降降解解化學(xué)農(nóng)藥藥在土壤壤中的降降解類型型--①光化化學(xué)降解解；②化化學(xué)降解解；③微微生物降降解。。降解農(nóng)農(nóng)藥的微微生物2.人工工合成聚聚合物的的分解人工合成成的高分分子聚合合物是各各種塑料料制品的的原料。。90%是由聚聚乙烯、、聚氯乙乙烯和聚聚苯乙烯烯所構(gòu)構(gòu)成。高分子聚聚合物的的分子量量在數(shù)千千至15萬的范范圍內(nèi)，，一般都都能抗生生物降解解。聚合合物之所所以難以以降解與與其分子子量過大大有關(guān)。。分子量量越大，，抗生物物降解性性越強(qiáng)強(qiáng)。三、微生生物對(duì)有有毒元素素的轉(zhuǎn)化化污染土壤壤的有毒毒元素主主要來自自工業(yè)廢廢水、廢廢渣和垃垃圾，冶冶煉和采采礦工業(yè)業(yè)是向環(huán)環(huán)境中釋釋放有毒毒元素素的主要要污染源源。對(duì)人畜毒毒害大的的污染元元素有汞汞、砷、、硒、鎘鎘、鉛、、鉻、鎳鎳、鉬、、鋅等元元素，，這些元元素對(duì)生生物的致致毒作用用有3個(gè)個(gè)特點(diǎn)：：①致毒濃濃度如汞汞、鎘等等重金屬屬的致毒毒濃度范范圍在1-10mg/kg以以下；②通過食食物鏈積積累重金金屬可在在高營(yíng)養(yǎng)養(yǎng)級(jí)水平平的生物物體內(nèi)成成千萬倍倍地富集集，然后后通過食食物進(jìn)入入人體，，造成慢慢性中毒毒；③有些重重金屬通通過微生生物的作作用可轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化成毒毒性更強(qiáng)強(qiáng)的化合合物。利用微生生物從土土壤中吸吸收提取取這些物物質(zhì)，然然后集中中處理，，消除其其污染（二）微微生物對(duì)對(duì)重金屬屬的抗性性作用產(chǎn)生硫化化氫與重重金屬結(jié)結(jié)合形成成沉淀，，減少濃濃度達(dá)到到解毒的的作用，，這種機(jī)機(jī)制是非非專一性性的；產(chǎn)生大分子子有機(jī)物（（主要為蛋蛋白質(zhì)和核核酸），與與重金屬結(jié)結(jié)合形成沉沉淀，減少少濃度達(dá)到到解毒的作作用，這種種機(jī)制具有有很高的專專一性的，，如微生物物對(duì)銅、鉛鉛的抗性；；還原作用，，使重金屬屬?gòu)亩拘暂^較高的價(jià)態(tài)態(tài)還原到毒毒性較低的的價(jià)態(tài)，如如很多微生生物可以把把高毒性的的Hg2+還原為低低毒性的元元素Hg0沉淀于培培養(yǎng)液低部部；減少吸收或或增加排除除，以降低低細(xì)胞內(nèi)的的重金屬濃濃度，如金金黃色葡萄萄球菌對(duì)鎘鎘（Cd））的抗性；；吸附與積累累，有些微微生物可吸吸收重金屬屬并在細(xì)胞胞表面積累累，甚至可可達(dá)細(xì)胞干干重90%，這種機(jī)機(jī)制有兩種種情況，一一種是非專專一性的，，另一種是是專一性的的。四、污水處處理的微生生物學(xué)原理理1.自然水水體的自凈凈作用2.水體體富營(yíng)養(yǎng)化化３.污水水處理及微微生物的作作用一、水體自自凈作用（1）概念念水體自凈是是發(fā)生在受受到污染（（特別是有有機(jī)污染））的水體中中的一個(gè)生生態(tài)學(xué)過程程，在這個(gè)個(gè)過程中微微生物消耗耗或吸收了了水中的污污染物，使使得水或水水體向凈化化的方向轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變。（２）作用用造成成這一轉(zhuǎn)變變的生物化化學(xué)過程常常被稱作生生物降解。。生物降解解是指在微微生物作用用下，有機(jī)機(jī)化合物轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為低級(jí)級(jí)有機(jī)物和和簡(jiǎn)單無機(jī)機(jī)物的過程程。２．水體富富營(yíng)養(yǎng)化（１）概念念富富營(yíng)養(yǎng)化化是湖泊分分類和演化化學(xué)的一個(gè)個(gè)概念，它它指的是當(dāng)當(dāng)湖泊水中中的N、P等植物物營(yíng)養(yǎng)物（（如氨氮、、硝酸鹽氮氮、亞硝酸酸鹽氮、尿尿素、磷酸酸鹽）的濃濃度超過過一定數(shù)值值時(shí)引起的的湖泊生態(tài)態(tài)系統(tǒng)的一一種惡性循循環(huán)。（２２））生生態(tài)態(tài)循循環(huán)環(huán)過過程程①大大量量含含有有氮氮磷磷的的污污水水進(jìn)進(jìn)入入一一個(gè)個(gè)湖湖泊泊；；②湖湖泊泊中中的的主主要要生生產(chǎn)產(chǎn)者者藻藻類類的的快快速速生生長(zhǎng)長(zhǎng)③藻類類的尸尸體則則為湖湖泊微微生物物提供供了充充足的的養(yǎng)料料，它它們也也因而而大量量繁殖殖并快快速消消耗水水中的的溶解解氧④由于于微生生物集集中于于底泥泥之中中，結(jié)結(jié)果造造成水水的底底層缺缺氧⑤缺氧氧層的的厚度度越來來越大大，從從而把把好氧氧微生生物的的活動(dòng)范圍圍更加加限制制在表表層⑥直到到最后后，只只有水水面薄薄薄的的一層層還有有藻類類生長(zhǎng)長(zhǎng)，其他需需氧生生物統(tǒng)統(tǒng)統(tǒng)死死亡。。⑦藻類類生長(zhǎng)長(zhǎng)進(jìn)一一步限限制了了陽光光的入入射深深度和和氧氣補(bǔ)充充速度度，更更加劇劇了這這一過過程。。⑧最后后系統(tǒng)統(tǒng)終于于崩潰潰，藻藻類也也由于于缺氧氧而開開始大量死死亡，，形成成"赤赤潮"。（３））形成成因素素①營(yíng)養(yǎng)物物太多多②水力條條件───水水流緩緩慢，，陽光光照射射造成成水溫溫的垂垂直分分布阻阻礙水水的垂垂直混混合等等等。。（４）結(jié)結(jié)果到了富營(yíng)營(yíng)養(yǎng)化階階段，湖湖泊就進(jìn)進(jìn)入了老老化階段段，開始始走向消消亡───湖底逐逐漸升高高，以至至于變成成沼澤，，最后變變?yōu)殛懙氐亍Ｋ畚廴緦?duì)湖湖泊的危危害就在在于使水水中的植植物營(yíng)養(yǎng)養(yǎng)物過快快積累起起來，使使得湖泊泊提前進(jìn)進(jìn)入富營(yíng)營(yíng)養(yǎng)化階階段，加加快它的的消亡過過程。污水處理理及微生生物的作作用其基本原原理是污污水在充充分曝氣氣條件下下，通過過需氧微微生物的的旺盛代代謝活動(dòng)動(dòng)，氧化化分解有有機(jī)污染染物，使使污水凈凈化。根據(jù)污水水處理過過程中起起作用的的微生物物對(duì)氧氣氣需求的的不同，，可將污污水生物物處理