第八章微生物生態(tài)及其在環(huán)境物質(zhì)轉(zhuǎn)化中的作用

第八章微生物生態(tài)及其在環(huán)境物質(zhì)轉(zhuǎn)化中的作用第1頁，共52頁。第一節(jié)微生物生態(tài)系統(tǒng)的概念及其特點(diǎn)一、微生物生態(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(xué)：研究微生物與其周圍生物和非生物環(huán)境之間相互關(guān)系的科學(xué)。第2頁，共52頁。第一節(jié)微生物生態(tài)系統(tǒng)的概念及其特點(diǎn)二、微生物生態(tài)系統(tǒng)的特點(diǎn)1、微環(huán)境微生物的微環(huán)境指直接影響微生物生存和發(fā)展的，與微生物的關(guān)系最為密切的微生物細(xì)胞周圍環(huán)境。2、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(shí),微生物種類組成比較穩(wěn)定的特性。3、適應(yīng)性微生物的微環(huán)境發(fā)生劇烈變化時(shí)，微生物群落的結(jié)構(gòu)會發(fā)生相應(yīng)的變化的特性。第3頁，共52頁。第二節(jié)微生物在自然及人為環(huán)境中的分布一、大氣中的微生物1、存在形式：多為孢子2、來源：土壤、水體、動物3、常見種類：霉菌：曲霉、青霉、木霉、根霉、毛霉、白地霉細(xì)菌：枯草芽孢桿菌、八疊球菌等病原菌：結(jié)核桿菌、白喉?xiàng)U菌、肺炎雙球菌、流感病毒

第4頁，共52頁。表8-1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（cfu/m3）場所總微生物數(shù)微生物種類微生物數(shù)量住房180——辦公室1400口腔鏈球菌涎鏈球菌111.4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36181171.1實(shí)驗(yàn)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71103.5第二節(jié)微生物在自然及人為環(huán)境中的分布一、大氣中的微生物第5頁，共52頁。第二節(jié)微生物在自然及人為環(huán)境中的分布一、大氣中的微生物4、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)（2）季節(jié)的演替（3）氣候條件:日照、降水、氣流表8-2不同場所的上空微生物數(shù)量（cfu/m3）場所畜舍宿舍城市街道市區(qū)公園海洋上空微生物10000002000050002001-2第6頁，共52頁。二、水圈中的微生物（一）淡水微生物1、來源：土壤、空氣、污水及有機(jī)殘?bào)w2、種類：自養(yǎng)菌3、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。第二節(jié)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)育形成的小菌落第7頁，共52頁。二、水圈中的微生物藍(lán)細(xì)菌、藻、水生植物陽光表層輸入(河流)產(chǎn)氧光合動物、原生動物、好氧細(xì)菌嗜甲烷菌、無機(jī)化能細(xì)菌不產(chǎn)氧光合發(fā)酵厭氧呼吸菌產(chǎn)甲烷菌沉積物厭氧層好氧層表層輸出層次化湖泊生態(tài)EcologyofaStratifiedlake水體不同層次微生物分布第二節(jié)微生物在自然及人為環(huán)境中的分布第8頁，共52頁。二、水圈中的微生物（二）海洋微生物1、種類：多數(shù)是嗜鹽菌2、分布：（1）平面分布：近海數(shù)量很高（2）垂直分布：表層：好氧性微生物中層：紫硫細(xì)菌底層：厭氧菌及硫酸還原菌

第二節(jié)微生物在自然及人為環(huán)境中的分布第9頁，共52頁。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)1、水體自凈過程第二節(jié)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(jī)污染物后，在物理的、化學(xué)的及生物等因素的綜合作用后得到凈化，水質(zhì)恢復(fù)到污染前的水平和狀態(tài)。第10頁，共52頁。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)2、污染水體的微生物生態(tài)第二節(jié)微生物在自然及人為環(huán)境中的分布特征多污帶α-中污帶β-中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(fù)正常氣體H2S、CO2和CH4NH3、H2S氨及H2S減少H2S消失細(xì)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(diǎn)（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(jī)質(zhì)部分無機(jī)化大量無機(jī)化第11頁，共52頁。三、極端環(huán)境中的微生物

極端環(huán)境：高、低溫環(huán)境高鹽環(huán)境高酸、高堿環(huán)境高壓環(huán)境。。。。第二節(jié)微生物在自然及人為環(huán)境中的分布第12頁，共52頁。三、極端環(huán)境中的微生物（一）嗜熱微生物1、發(fā)現(xiàn)第二節(jié)微生物在自然及人為環(huán)境中的分布地?zé)崛獰崴到y(tǒng)制糖廠第13頁，共52頁。三、極端環(huán)境中的微生物（一）嗜熱微生物2、生存機(jī)制（高溫對微生物的一般影響是什么？）有限的保護(hù)機(jī)制：細(xì)胞膜的蠟質(zhì)程度、震熱蛋白極端嗜熱菌的保護(hù)機(jī)制：高溶點(diǎn)脂肪、抗熱蛋白、核酸保護(hù)蛋白第二節(jié)微生物在自然及人為環(huán)境中的分布第14頁，共52頁。（二）嗜冷微生物1、發(fā)現(xiàn)（紅雪現(xiàn)象：嗜寒水藻）

三、極端環(huán)境中的微生物第二節(jié)微生物在自然及人為環(huán)境中的分布耐寒喜溫型嗜冷型第15頁，共52頁。（二）嗜冷微生物2、生存機(jī)制特殊的酶、細(xì)膜含特殊的脂肪三、極端環(huán)境中的微生物第二節(jié)微生物在自然及人為環(huán)境中的分布第16頁，共52頁。四、土壤中的微生物（一）土壤與微生物相互作用1、微生物對土壤的作用：（1）微生物是土壤形成的先驅(qū)生物自養(yǎng)固氮菌固氮，使成土母質(zhì)間有了氮素成分。（2）為植物生長提供有效氮源。

有機(jī)態(tài)氮向無機(jī)氮（氨態(tài)氮、硝態(tài)氮）的轉(zhuǎn)換

第二節(jié)微生物在自然及人為環(huán)境中的分布第17頁，共52頁。2、土壤對微生物的作用土壤是微生物良好的生活場所。土壤為微生物生長提供有利條件：①土壤中含有大量的有機(jī)物②土壤中含有大量的礦物質(zhì)③土壤中含有一定的水分④土壤中含有一定的空隙⑤土壤具有保溫性⑥土壤的pH值一般為5.5~8.5之間第二節(jié)微生物在自然及人為環(huán)境中的分布四、土壤中的微生物第18頁，共52頁。（二）土壤中微生物的分布1、土壤剖面結(jié)構(gòu)與微生物垂直分布有機(jī)質(zhì)層淀積層碳酸鹽積累疏松母質(zhì)淋溶層土體層第二節(jié)微生物在自然及人為環(huán)境中的分布四、土壤中的微生物第19頁，共52頁。（二）土壤中微生物的分布2、土壤團(tuán)聚體與微生物的分布土壤團(tuán)聚體（土壤團(tuán)粒）：由土壤礦物質(zhì)顆粒（黏粒）、微生物、植物殘?bào)w以及腐殖質(zhì)構(gòu)成的微團(tuán)聚體經(jīng)過多次復(fù)合和團(tuán)聚而成的結(jié)構(gòu)。不同的團(tuán)聚體微生物的分布不同。同一團(tuán)聚體內(nèi)外微生物的分布不同。第二節(jié)微生物在自然及人為環(huán)境中的分布四、土壤中的微生物土壤顆粒表面的微生物第20頁，共52頁。團(tuán)聚體周圍的等氧線（二）土壤中微生物的分布2、土壤團(tuán)聚體與微生物的分布團(tuán)聚體周圍的等氧線

耕地土壤一個(gè)團(tuán)聚體等氧壓線，在近中心部位為一缺氧帶，由此向外，氧濃度逐漸提高。O2%第二節(jié)微生物在自然及人為環(huán)境中的分布四、土壤中的微生物第21頁，共52頁。3、根際微生物（1）幾個(gè)基本概念根際根際效應(yīng)根土比溶胞物質(zhì)植物黏液滲出物黏質(zhì)植物黏液滲出物和分泌物植物黏液植物黏液植物根際第二節(jié)微生物在自然及人為環(huán)境中的分布四、土壤中的微生物（二）土壤中微生物的分布第22頁，共52頁。（2）根際微生物類群1、根際細(xì)菌：假單胞菌、黃桿菌、產(chǎn)堿桿菌

2、根際真菌：鐮孢霉屬、黏帚霉屬、青霉屬

3、根際原生動物第二節(jié)微生物在自然及人為環(huán)境中的分布3、根際微生物（二）土壤中微生物的分布四、土壤中的微生物第23頁，共52頁。第二節(jié)微生物在自然及人為環(huán)境中的分布五、活性污泥中的微生物活性污泥：由細(xì)菌、微型動物為主的微生物與懸浮物質(zhì)、膠體物質(zhì)混雜在一起形成的具有很強(qiáng)吸附分解有機(jī)物的能力和良好的沉降性能的絮狀體顆粒。

經(jīng)過初沉的廢水空氣曝氣池二次沉淀池出水剩余污泥回流污泥第24頁，共52頁。第二節(jié)微生物在自然及人為環(huán)境中的分布五、活性污泥中的微生物動膠菌屬叢毛單胞菌屬

產(chǎn)堿桿菌屬微球菌屬棒狀桿菌屬黃桿菌屬無色桿菌屬芽孢桿菌屬假單胞菌屬亞硝化單胞菌屬短桿菌屬固氮菌屬浮游球衣屬微絲菌屬大腸桿菌屬產(chǎn)氣桿菌屬節(jié)桿菌屬螺菌屬其中可分為優(yōu)勢菌、較多、一般、及少量四個(gè)數(shù)量等級。

１、構(gòu)成正?；钚晕勰嗟闹饕?xì)菌第25頁，共52頁。第二節(jié)微生物在自然及人為環(huán)境中的分布五、活性污泥中的微生物２、活性污泥中的原生動物教材P113表6-4活性污泥的成熟度與原生動物的種類分布活性污泥逐步成熟游動型纖毛蟲肉足類鞭毛類爬行型纖毛蟲附著型纖毛蟲教材P114表6-5第26頁，共52頁。1、偏利共棲：

一群微生物得益，而另一群體不受影響。（普遍）氨化細(xì)菌亞硝酸菌有機(jī)氮氨態(tài)氮亞硝酸氨化作用硝化作用第三節(jié)微生物之間的相互作用第27頁，共52頁。2、互利共棲：兩個(gè)群體相互協(xié)作，達(dá)到在某一生境中共同生存的目的。H2S硫酸鹽硫酸鹽還原菌綠硫細(xì)菌第三節(jié)微生物之間的相互作用第28頁，共52頁。3、共生：

兩個(gè)群體形成具有特殊結(jié)構(gòu)、功能和絕對互利關(guān)系的高度專一的共生體。地衣：是由藻類或藍(lán)細(xì)菌與真菌形成的共生體光合作用運(yùn)輸?shù)V質(zhì)營養(yǎng)第三節(jié)微生物之間的相互作用第29頁，共52頁。4、競爭：兩個(gè)或多個(gè)群體共同依賴同一個(gè)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。根瘤菌接種劑與土壤中的土著性根瘤菌的競爭關(guān)系第三節(jié)微生物之間的相互作用第30頁，共52頁。5、偏害或拮抗：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。酸泡菜與酸牛奶：水體中的產(chǎn)氧藻類：抗生素產(chǎn)生菌：第三節(jié)微生物之間的相互作用第31頁，共52頁。6、寄生：一種微生物寄生在另一種微生物細(xì)胞中或細(xì)胞表面，從寄主中取得養(yǎng)料，并引起寄主病害或死亡。噬菌體與細(xì)菌蛭弧菌寄生于革蘭氏陰性菌（蛭弧菌被噬菌體寄生——超寄生現(xiàn)象）粘細(xì)菌對細(xì)菌的寄生：依靠胞外酶溶解敏感菌群，釋放出營養(yǎng)物第三節(jié)微生物之間的相互作用第32頁，共52頁。7、捕食：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(xì)菌的捕食藻類對細(xì)菌和其它藻的捕食各種捕食線蟲的真菌和捕捉器1234a4b5a5b1梯狀捕捉網(wǎng)2環(huán)狀捕捉網(wǎng)3環(huán)狀捕捉網(wǎng)4a三環(huán)菌絲網(wǎng)4b絞環(huán)和被勒死的昆蟲5a環(huán)狀網(wǎng)5b被兩個(gè)環(huán)狀網(wǎng)勒死的線蟲和侵入蟲體的菌絲第三節(jié)微生物之間的相互作用第33頁，共52頁。一、碳素循環(huán)中微生物的作用

纖維素的分解半纖素的分解果膠物質(zhì)的分解木質(zhì)素的分解幾丁質(zhì)的分解二、氮素循環(huán)中微生物的作用

氨化作用硝化作用反硝化作用生物固氮第四節(jié)自然界物質(zhì)循環(huán)中微生物的作用第34頁，共52頁。一、碳素循環(huán)中微生物的作用CO2有機(jī)質(zhì)第四節(jié)自然界物質(zhì)循環(huán)中微生物的作用第35頁，共52頁。（一）纖維素的分解(C6H10O5）n10141、分解纖維素的微生物(1)有氧、中溫條件a.真菌(木霉屬)木材腐朽：

棕色腐朽（褐腐）：真菌分解纖維素剩下木質(zhì)素

白腐：真菌分解木質(zhì)素剩下纖維素b.細(xì)菌（食纖維菌屬)c.放線菌一、碳素循環(huán)中微生物的作用第四節(jié)自然界物質(zhì)循環(huán)中微生物的作用第36頁，共52頁。(2)無氧中溫條件

細(xì)菌：纖維分解梭菌。

真菌：木朽菌、層孔菌

放線菌：（一）纖維素的分解(3)高溫條件：在60—70℃條件下生長，并分解纖維素

細(xì)菌：熱纖維菌

放線菌：鏈霉菌屬、小單孢菌屬第四節(jié)自然界物質(zhì)循環(huán)中微生物的作用一、碳素循環(huán)中微生物的作用第37頁，共52頁。（一）纖維素的分解2、微生物分解纖維素的生化機(jī)制纖維素單糖纖維素復(fù)合酶的類型（按作用場所分）：表面酶：分布于細(xì)胞表面,不能在其細(xì)胞培養(yǎng)液中起作用的酶（食纖維菌）外酶：分泌到胞外,在細(xì)胞生活環(huán)境中起作用的酶（真菌的纖維素酶）。內(nèi)切葡萄糖酶外切葡萄糖酶β-葡萄糖苷酶纖維素復(fù)合酶第四節(jié)自然界物質(zhì)循環(huán)中微生物的作用一、碳素循環(huán)中微生物的作用第38頁，共52頁。（二）半纖維素的分解五碳糖、六碳糖及糖醛酸的組成的多糖分解半纖維素的微生物：真菌（雙孢蘑菇）放線菌（青銅色小單孢菌）細(xì)菌（枯草桿菌）原生動物藻類第四節(jié)自然界物質(zhì)循環(huán)中微生物的作用一、碳素循環(huán)中微生物的作用第39頁，共52頁。（三）果膠物質(zhì)的分解半乳糖醛酸以α-1，4糖苷鍵連成的多糖1、分解果膠的微生物細(xì)菌：芽孢桿菌、梭菌、假單孢菌等放線菌：鏈霉菌、小單孢菌、游動放線菌等真菌：青霉、曲霉、木霉、根霉等第四節(jié)自然界物質(zhì)循環(huán)中微生物的作用一、碳素循環(huán)中微生物的作用第40頁，共52頁。

水浸法：把麻類物質(zhì)浸入水中，利用厭氣微生物分解其中的果膠。

露浸法：把麻類物質(zhì)堆置并保持一定的濕度，利用好氧微生物分解果膠。2、果膠分解的應(yīng)用---麻類脫膠（三）果膠物質(zhì)的分解第四節(jié)自然界物質(zhì)循環(huán)中微生物的作用一、碳素循環(huán)中微生物的作用第41頁，共52頁。（四）木質(zhì)素的分解帶支鏈的芳香族化合物的聚合體。降解特點(diǎn)：主要微生物：真菌中的擔(dān)子菌。芳香族化合物酚類酚酶第四節(jié)自然界物質(zhì)循環(huán)中微生物的作用一、碳素循環(huán)中微生物的作用第42頁，共52頁。（五）幾丁質(zhì)的分解

N-乙酰氨基葡萄糖以β-1，4糖苷鍵連接細(xì)菌：嗜幾丁質(zhì)芽孢桿菌放線菌：鏈霉菌第四節(jié)自然界物質(zhì)循環(huán)中微生物的作用一、碳素循環(huán)中微生物的作用第43頁，共52頁。有機(jī)氮無機(jī)氮無機(jī)氮無機(jī)氮氮?dú)庵参锛拔⑸锏墓潭ㄎ⑸镂⑸镂⑸镂⑸镂⑸锏谒墓?jié)自然界物質(zhì)循環(huán)中微生物的作用二、氮素循環(huán)中微生物的作用第44頁，共52頁。（一）氨化作用有機(jī)態(tài)N被微生物降解形成NH3的過程(1)蛋白質(zhì)物質(zhì)的氨化作用過程蛋白質(zhì)蛋白酶水解肽肽酶水解氨基酸降解NH3氧化脫氨基作用水解脫氨基作用還原脫氨基作用第四節(jié)自然界物質(zhì)循環(huán)中微生物的作用二、氮素循環(huán)中微生物的作用第45頁，共52頁。二、氮素循環(huán)中微生物的作用（一）氨化作用(2)尿素的氨化CO(NH2)2+2H2O(NH4)2CO3尿酶2NH3+CO2+H2O第四節(jié)自然界物質(zhì)循環(huán)中微生物的作用第46頁，共52頁。（一）氨化作用(2)尿素的氨化尿素細(xì)菌：1、