微生物的生態(tài)

微生物的生態(tài)第一頁，共七十五頁，2022年，8月28日在一定的空間內(nèi)生物的成分和非生物的成分通過物質(zhì)循環(huán)和能量流動互相作用、互相依存而構(gòu)成的一個生態(tài)學(xué)功能單位。生態(tài)系統(tǒng)：生態(tài)學(xué)：研究生物與其周圍生物和非生物環(huán)境之間相互關(guān)系的一門科學(xué)。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。各種環(huán)境中的微生物的種類、分布；微生物和其它生物的關(guān)系；微生物與物質(zhì)循環(huán)；第二頁，共七十五頁，2022年，8月28日生態(tài)學(xué)研究范圍：生物圈（biosphere）、生態(tài)系統(tǒng)（ecosystem）、群落（community）、種群（population）。研究意義：理論：地球進化和生物進化原因?qū)嵺`：開發(fā)菌種資源、防治有害微生物、新的微生物農(nóng)藥、菌肥、醫(yī)藥、混菌發(fā)酵、生態(tài)農(nóng)業(yè)，促進探礦、冶金、環(huán)保、提高土壤肥力以及開發(fā)生物能等第三頁，共七十五頁，2022年，8月28日幾個概念生物圈：地球上的所有生物。生態(tài)系統(tǒng)：生物群落與其無機環(huán)境相結(jié)合、相作用、相調(diào)控而成的動態(tài)系統(tǒng)。群落：同一環(huán)境中兩個以上種群由于生活繁殖上的連鎖而構(gòu)成相依賴、相制約的生物集團。種群：生活在同一環(huán)境中的同種個體組成的能繁殖集團。與同種別地的種群有隔離、有界限。第四頁，共七十五頁，2022年，8月28日第一節(jié) 微生物在自然界中的分布與菌種資源一、微生物在自然界的分布二、菌種資源的開發(fā)第五頁，共七十五頁，2022年，8月28日微生物的特點：個體微小、代謝營養(yǎng)類型多樣，適應(yīng)能力強微生物在自然界中分布廣泛微生物的分布生境的特征微生物的分布是生境各種物理、化學(xué)、生物因素對微生物的限制、選擇的結(jié)果。在某些生境中，高度專一性的微生物存在并僅限于這種生境中，并成為特定生境的標志。第六頁，共七十五頁，2022年，8月28日1.土壤中的微生物土壤中的環(huán)境條件：營養(yǎng)、水分、空氣、酸堿度、滲透壓和溫度條件都適于微生物的生活，是微生物的大本營、也是人類最豐富的“菌種資源庫”。土壤中微生物的數(shù)量：按種類遞減細菌——放線菌——霉菌——酵母菌——藻類——原生動物~108 ~107 ~106 ~105 ~104 ~103個/g耕作土壤中，細菌濕重約90~225kg；以土壤有機質(zhì)含量為2%計算，則所含細菌干重約為土壤有機質(zhì)的1%左右。土壤微生物的代謝活動，可改變土壤的理化性質(zhì)，進行物質(zhì)轉(zhuǎn)化，因此，土壤微生物是構(gòu)成土壤肥力的重要因素。若按生物量計算則各種微生物的生物量基本相當。一、微生物在自然界中的分布第七頁，共七十五頁，2022年，8月28日土壤中微生物的含量土壤中微生物的含量與土壤有機質(zhì)含量有直接關(guān)系。表層耕作土中含量最高，耕作層厚度20~30cm，地表土受陽光直接照射，其中微生物含量較低。采取土樣時一般要刮開表土2~3cm后采樣土壤是微生物良好的生活環(huán)境1.養(yǎng)分：含有各種無機鹽和有機物；土壤水良好的鹽溶液，含有所需的氮素養(yǎng)料、各種鹽類和一些微量元素，有機物提供碳素和能量；同時也含有生長因子2.水分和滲透壓：含有足夠的水分，滲透壓在303～606kPa，適合微生物生長3.空氣：土壤有空隙利于好氧微生物生長；團粒內(nèi)部氧化還原電位較低，利于微好氧或厭氧菌生長4.pH：一般為中性，緩沖性較強，適合不同微生物生長5.溫度：溫度變化范圍在10～25℃，適合多種微生物生長第八頁，共七十五頁，2022年，8月28日2.水中的微生物自然界江河湖海等各種淡水與咸水水域中都生存著相應(yīng)的微生物。水域中微生物的種類和數(shù)量與水域的有機物、無機物的種類和含量，光照、酸堿度、滲透壓、溫度、含氧量和有毒物質(zhì)的含量有密切關(guān)系。各種水系：水淡水海水地下水：無色桿菌、黃桿菌、革蘭氏陽性桿菌、微球菌、諾卡氏菌地表水溪水：營養(yǎng)少、主要是革蘭氏陰性無芽孢桿菌、生絲微菌河水：出現(xiàn)假單孢菌、芽孢、腸桿菌、弧菌、螺菌、硫細菌、微球菌、八疊球菌、諾卡氏菌、鏈球菌、螺旋體等污水生活污水：熒光、綠膿、變形、枯草、陰溝、大腸、糞鏈球菌、病毒和噬菌體生產(chǎn)污水：與所含污物有關(guān)第九頁，共七十五頁，2022年，8月28日海水：平均含鹽量：3.5%，密度大、滲透壓高、冰點低微生物組成：多數(shù)為革蘭氏陰性菌、多嗜鹽、河口處有耐鹽菌，嗜鹽菌：低嗜鹽菌，適于生活在鹽濃度2~5%； 中等嗜鹽菌，適于生活在鹽濃度5~20%； 高嗜鹽菌：適于生活在鹽濃度20~30%形態(tài)：多有鞭毛，常見多形性、可變?yōu)榍蛐巍⒒⌒?、絲狀及螺旋狀，個體??；生理：兼性厭氧，生長慢，能在低營養(yǎng)下生活，常產(chǎn)色素，分解蛋白質(zhì)能力強，解糖能力低，多嗜冷，對熱敏感；分布：不均勻，與水深成反比，

0~10米——少

10~50米——呈上升變化

50米以下數(shù)量減少 海底沉積物上——多常見菌種：假單孢菌、弧菌、螺菌、無色桿菌、黃桿菌第十頁，共七十五頁，2022年，8月28日水體的自凈作用天然水體受到污染后，在沒有人為的干預(yù)條件下，借助水體自身的能力使之得到凈化，這種現(xiàn)象成為水體自凈。其中包括生物學(xué)和生物化學(xué)的作用。

飲用水的微生物指標：總菌數(shù)：

<100個/ml大腸桿菌：<3個/L第十一頁，共七十五頁，2022年，8月28日水體大量的有機物或無機物，特別是磷酸鹽和無機氮化合物水的富營養(yǎng)化藻類等過量生長，產(chǎn)生大量的有機物異養(yǎng)微生物氧化這些有機物，耗盡水中的氧，使厭氧菌開始大量生長和代謝分解含硫化合物，產(chǎn)生H2S，從而導(dǎo)致水有難聞的氣味，魚和好氧微生物大量死亡，水體出現(xiàn)大量沉淀物和異常顏色☆水體的富營養(yǎng)化作用和“水花”、“赤潮”第十二頁，共七十五頁，2022年，8月28日上述過程又稱富營養(yǎng)化作用，它是水體受到污染并使水體自身的正常生態(tài)失去平衡的結(jié)果?！八ā被颉八A”（waterbloom）：藻類（主要是微藻）的大量繁殖使水體出現(xiàn)顏色，并變得渾濁，許多藻類團塊漂浮在水面上形成。赤潮或紅潮（redtides）：在海洋中，某些甲藻類大量繁殖也可也可以形成水花，從而使海水出現(xiàn)紅色或褐色。引起水體富營養(yǎng)化的藻類除通過消耗水中的氧氣危害養(yǎng)殖業(yè)外，很多藻類還能產(chǎn)生各種毒素，使動物得病或死亡，因此由于富營養(yǎng)化作用致死的魚等水產(chǎn)品不能食用第十三頁，共七十五頁，2022年，8月28日3.空氣中的微生物空氣中的環(huán)境條件：無營養(yǎng)和水分、紫外線直射存在狀態(tài)：漂浮，短暫停留，以吸附于塵埃微粒上的形式存在?？諝庵械膲m埃顆粒數(shù)與微生物數(shù)量有直接關(guān)系。分布：越接近地面的空氣含菌量越高，目前人類檢測到微生物存在的最高處為85km的高空。種類：球菌、芽孢桿菌、產(chǎn)色素細菌、真菌孢子空氣中微生物數(shù)量的測定：培養(yǎng)皿沉降法、液體阻留法空氣中微生物的殺滅與去除：紫外線照射、甲醛熏蒸、藥物噴霧、過濾除菌等，常用的過濾介質(zhì)有棉花、紗布、石棉濾板、活性炭或超細玻璃纖維過濾紙等。第十四頁，共七十五頁，2022年，8月28日四、工農(nóng)業(yè)產(chǎn)品上的微生物1．微生物引起的工業(yè)產(chǎn)品的霉腐大量工業(yè)制品都是用用動植物產(chǎn)品作原料來制造的纖維制品、木制品、革制品、橡膠制品、油漆、卷煙、化妝品等有些工業(yè)產(chǎn)品如塑料、建筑涂料等也有很多微生物可以分解、利用光學(xué)儀器上的鏡頭，建筑泥漿、鋼纜、地下管道、金屬材料等，各種電訊器材、文物、書畫等也可被多種特殊微生物所破壞。第十五頁，共七十五頁，2022年，8月28日微生物在各類工業(yè)產(chǎn)品上的生長所造成的產(chǎn)品的霉腐給人類造成了巨大的損失!而另一方面，有時也努力想開發(fā)并推廣使用可被微生物降解的產(chǎn)品，或利用微生物的降解特性。---------生物可降解塑料---------開發(fā)、利用纖維素（能源、飼料）---------苧麻脫膠第十六頁，共七十五頁，2022年，8月28日2．食品、農(nóng)副產(chǎn)品上的微生物很多微生物在食品、農(nóng)產(chǎn)品上生長后會產(chǎn)生對人有害的毒素；肉毒毒素、黃曲霉素等不利影響：由于微生物的生長繁殖而腐爛、變質(zhì)，不能再食用或使用；病原微生物進入人體的重要途徑，引起傳染性疾?。坏谑唔?，共七十五頁，2022年，8月28日2．食品、農(nóng)副產(chǎn)品上的微生物利用特定的微生物制備風味食品，如醬制品、米酒、腌酸菜等；有利影響：第十八頁，共七十五頁，2022年，8月28日五、極端環(huán)境下的微生物1、嗜熱微生物2、嗜冷微生物3、嗜酸微生物4、嗜堿微生物5、嗜鹽微生物6、嗜壓微生物第十九頁，共七十五頁，2022年，8月28日嗜熱菌俗稱高溫菌，廣泛分布在溫泉、堆肥、地熱區(qū)土壤、火山地區(qū)以及海底火山地等。兼性嗜熱菌最適宜生長溫度在50-65℃之間，專性嗜熱菌最適宜生長溫度則在65-70℃之間。在冰島，有一種嗜熱菌可在98℃的溫泉中生長。有助于一些有機物的降解。在發(fā)酵工業(yè)中，嗜熱菌可用于生產(chǎn)多種酶制劑，例如纖維素酶、蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶、菊糖酶等，由這些微生物中產(chǎn)生的酶制劑具有熱穩(wěn)定性好、催化反應(yīng)速率高，易于在室溫下保存。嗜冷菌：在地球的南北極地區(qū)、冰窖、終年積雪的高山、深海和凍土地區(qū)，生活著一些嗜冷微生物。專性嗜冷菌適應(yīng)在低于20℃以下的環(huán)境中生活，高于20℃即死亡。有一種專性嗜冷菌，在溫度超過22℃時，其蛋白質(zhì)的合成就會停止。專性嗜冷菌的細胞膜內(nèi)含有大量的不飽和脂肪酸，而且會隨溫度的降低而增加，從而保證了膜在低溫下的流動性，這樣，細胞就能在低溫下不斷從外界環(huán)境中吸收營養(yǎng)物質(zhì)。兼性嗜冷菌生長的溫度范圍較寬，最高溫度達到30℃時還能生活。嗜冷微生物是導(dǎo)致低溫保藏食品腐敗的根源。嗜酸菌：只能生活在低pH條件下，嗜酸微生物的細胞內(nèi)pH接近中性，各種酶的最適pH也在中性，它的嗜酸機制嗜細胞壁和細胞膜具有排阻外來H＋和從細胞中排出H＋的能力，且它們的細胞壁和細胞膜還需要高H＋才能維持正常結(jié)構(gòu)第二十頁，共七十五頁，2022年，8月28日嗜堿菌：能專性生活在pH10～11的堿性條件下而不能生活在中性條件下的微生物。在堿湖及一些堿性環(huán)境中，甚至在一些中性環(huán)境中，可分離出嗜堿微生物。例如嗜堿芽孢桿菌產(chǎn)生的彈性蛋白酶適宜作用彈性蛋白，而且在高pH條件下裂解該種蛋白質(zhì)的活性可以大大提高。由嗜堿細菌產(chǎn)生的蛋白酶具有堿性條件下催化活力高、熱穩(wěn)定性強之優(yōu)點，常作為洗滌劑的添加劑。由嗜堿芽孢桿菌產(chǎn)生的木聚糖酶能夠水解木聚糖產(chǎn)生木糖和寡聚糖，因此可用來處理人造纖維廢物，而堿性β甘露聚糖酶降解甘露聚糖產(chǎn)生的寡糖可作為保健品的添加劑。嗜鹽菌：通常分布在曬鹽場、鹽湖、腌制品中以及世界上著名的死海中。嗜鹽菌能夠在鹽濃度為15—20%的環(huán)境中生長，有的甚至能在32%的鹽水中生長。極端嗜鹽菌有鹽桿菌（Halobacterium）和鹽球菌（Halococcus），屬于古菌。鹽桿菌細胞含有紅色素，所以在鹽湖和死海中大量生長時，會使這些環(huán)境出現(xiàn)紅色。一些嗜鹽細菌的細胞中存在有紫膜，膜中含有一種蛋白質(zhì)，叫做細菌視紫紅質(zhì)，能吸收太陽光的能量。嗜鹽菌能引起食品腐敗和食物中毒，副溶血弧菌（Vibrioparahaemolyticus）是分布極廣的海洋細菌，也是引起食物中毒的主要細菌之一，通過污染海產(chǎn)品、咸菜、烤鵝等致病。嗜鹽菌可用于生產(chǎn)胞外多糖、聚羥基丁酸（PHB）、食用蛋白、調(diào)味劑、保健食品強化劑、酶保護劑、計算機存儲器等，還可用于海水淡化、鹽堿地改造利用以及能源開發(fā)等。第二十一頁，共七十五頁，2022年，8月28日研究意義：(1)開發(fā)利用新的微生物資源，包括特異性的基因資源；

(2)為微生物生理、遺傳和分類乃至生命科學(xué)及相關(guān)學(xué)科許多領(lǐng)域，如：功能基因組學(xué)、生物電子器材等的研究提供新的課題和材料；(3)為生物進化、生命起源的研究提供新的材料。第二十二頁，共七十五頁，2022年，8月28日六、生物體內(nèi)外的正常菌群生活在健康動物各部位、數(shù)量大、種類較穩(wěn)定、一般能發(fā)揮有益作用的微生物種群為正常菌群。厭氧菌嗜腸道正常菌群的主體，對宿主具有很多有益作用。排阻、抑制外來致病菌，提供維生素等營養(yǎng)、產(chǎn)生淀粉酶、蛋白酶等有助消化的酶類，分解有毒或致癌物質(zhì)，產(chǎn)生有機酸，降低腸道pH和促進它的蠕動，刺激機體的免疫系統(tǒng)提高其免疫力等作用。1.人體內(nèi)正常菌群第二十三頁，共七十五頁，2022年，8月28日凡在其體內(nèi)外不存在正常菌群的動物，為無菌動物。凡認為地接種上某種或某些已知純種微生物的無菌動物或植物稱為悉生生物。2.無菌動物和悉生生物3.根際微生物和附生微生物生活在根系鄰近土壤，依賴根系的分泌、外滲物和脫落細胞而生長，一般對植物發(fā)揮有益作用的正常菌群為根際微生物。生活在植物地上部分表面，主要借植物外滲物質(zhì)或分泌物質(zhì)為營養(yǎng)的微生物，為附生微生物第二十四頁，共七十五頁，2022年，8月28日二、菌種資源的開發(fā)工業(yè)發(fā)酵產(chǎn)物的性質(zhì)：菌體物質(zhì)生產(chǎn)分解酶類生產(chǎn)主流代謝產(chǎn)物、次生代謝產(chǎn)物或生物合成產(chǎn)物菌種篩選的一般原則和基本步驟：采集菌樣：了解目標菌分布情況、首選樣品是土壤富集培養(yǎng)：利用選擇性培養(yǎng)基的原理，向所采土樣中加入某些特殊營養(yǎng)物，并創(chuàng)造一些有利于待分離對象生長的條件，使樣品中少量的能分解利用該營養(yǎng)物的微生物大量繁殖，以提高其在群體中的比例，使之便于分離。純種分離性能測定第二十五頁，共七十五頁，2022年，8月28日第二節(jié) 微生物與生物環(huán)境

之間的相互關(guān)系微生物與任何一種生物之間的關(guān)系：雙方獲益：共生、互利共棲、協(xié)同共棲、互養(yǎng)共棲（++）單方獲益，對方受害：寄生、捕食、拮抗（+–

），（–+）單方獲益，對方無害：偏利共棲、衛(wèi)星狀共棲、互生（代謝共棲）（+0）互不相擾：無關(guān)共棲（00）一方受害，對方無益無損：偏害共棲（0–

）雙方受損：競爭共棲（–

–）共棲：兩種生物同時棲生于一個環(huán)境中，雙方的生命活動互相作用而形成各種利害關(guān)系。共棲伙伴彼此離開，各自都有獨立生活能力。第二十六頁，共七十五頁，2022年，8月28日二、共生定義：兩種生物共居在一起，相互協(xié)作分工，相依為命，以至達到難分難解、合二為一的一種關(guān)系。微生物間的共生關(guān)系：地衣產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌株（S菌株）與產(chǎn)甲烷細菌（MOH菌株）微生物與植物間的共生關(guān)系：根瘤菌與豆科植物放線菌、藻狀菌、藍細菌、分枝桿菌和克雷伯氏菌與一些非豆科植物之間的根瘤微生物與動物之間的共生關(guān)系：白蟻、蟑螂與其消化道中的原生動物及其它微生物（外共生生物）反芻動物與其瘤胃微生物第二十七頁，共七十五頁，2022年，8月28日微生物間的互生關(guān)系金黃色葡萄球菌的生長為本來在平板上不能生長的嗜血流感菌提供生長因子，后者在其菌苔周圍形成衛(wèi)星菌落。第二十八頁，共七十五頁，2022年，8月28日微生物間的互生關(guān)系本來不能在含青霉素的平板上生長的受體菌在轉(zhuǎn)化子（含有Ampr質(zhì)粒）周圍形成衛(wèi)星菌落（b-內(nèi)酰胺酶分泌到胞外所致）第二十九頁，共七十五頁，2022年，8月28日地衣-----藻類和真菌的共生體形成有固定形態(tài)的葉狀結(jié)構(gòu)：真菌無規(guī)則地纏繞藻類細胞，或二者組成一定的層次排列。地衣繁殖時，在表面上生出球狀粉芽，粉芽中含有少量的藻類細胞和真菌菌絲，粉芽脫離母體散布到適宜的環(huán)境中，發(fā)育成新的地衣結(jié)構(gòu)上的共生：生理上的共生：共生菌從基質(zhì)中吸收水分和無機養(yǎng)料；共生藻進行光合作用，合成有機物；使地衣能在十分貧瘠的環(huán)境中生存。第三十頁，共七十五頁，2022年，8月28日第三十一頁，共七十五頁，2022年，8月28日微生物和植物間的共生關(guān)系根瘤菌與豆科植物間的共生------形成根瘤共生體根瘤菌固定大氣中的氣態(tài)氮為植物提供氮素養(yǎng)料；豆科植物的根的分泌物能刺激根瘤菌的生長，同時，還為根瘤菌提供保護和穩(wěn)定的生長條件。第三十二頁，共七十五頁，2022年，8月28日與動物的共生關(guān)系反芻動物，如牛、羊、駱駝、長頸鹿等以植物的纖維素為主要食物，它們在瘤胃中經(jīng)微生物發(fā)酵變成有機酸和菌體蛋白再供動物吸收利用。瘤胃也為里面居住的微生物提供了必要的營養(yǎng)和生長條件----食物和嚴格的厭氧環(huán)境第三十三頁，共七十五頁，2022年，8月28日三、寄生定義：一般指一種小型生物生活在另一種較大型生物的體內(nèi)或體表，從中取得營養(yǎng)和進行生長繁殖，同時使后者蒙受損害甚至被殺死的現(xiàn)象。微生物間的寄生：噬菌體與其宿主之間的關(guān)系真菌對真菌的寄生細菌或真菌寄生于原生動物細菌寄生于細菌：蛭弧菌寄生于Pseudomonasphaseolicola（棲菜豆假單胞菌）微生物與植物之間的寄生關(guān)系：植物病原體專性寄生物和兼性寄生物微生物與動物之間的寄生關(guān)系：各種病原微生物昆蟲病原菌——生物農(nóng)藥冬蟲夏草第三十四頁，共七十五頁，2022年，8月28日四、拮抗某種生物產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物可抑制它種生物的生長發(fā)育甚至將后者殺死。微生物間的“化學(xué)戰(zhàn)術(shù)”抗生菌產(chǎn)生能抑制其它生物生長發(fā)育的抗生素；微生物間的生長抑制因某種微生物的生長而引起的其它條件的改變，從而抑制它種生物的生長第三十五頁，共七十五頁，2022年，8月28日五、競爭兩個種群因需要相同的生長基質(zhì)或其它環(huán)境因子，致使增長率和種群密度受到限制時發(fā)生的相互作用，其結(jié)果對兩種種群都是不利的。六、捕食一種種群被另一種種群完全吞食，捕食者種群從被食者種群得到營養(yǎng)，而對被食者種群產(chǎn)生不利影響。第三十六頁，共七十五頁，2022年，8月28日微生物間的捕食現(xiàn)象：原生動物吞食細菌和藻類；粘細菌吞食細菌和其它微生物；真菌捕食線蟲和其它原生動物；第三十七頁，共七十五頁，2022年，8月28日第三節(jié)微生物在生態(tài)系統(tǒng)中的作用微生物在生態(tài)系統(tǒng)中的地位生態(tài)系統(tǒng)：生物群落所生活的非生物環(huán)境物質(zhì)循環(huán)能量流動生產(chǎn)者：從無機物合成有機物消費者：利用有機物進行生活，一般不能將有機物直接分解成有機物分解者：分解有機物成無機物第三十八頁，共七十五頁，2022年，8月28日微生物可以在多個方面但主要作為分解者而在生態(tài)系統(tǒng)中起重要作用第三十九頁，共七十五頁，2022年，8月28日1、微生物是有機物的主要分解者；微生物最大的價值也在于其分解功能。它們分解生物圈內(nèi)存在的動物和植物殘體等復(fù)雜有機物質(zhì)，并最后將其轉(zhuǎn)化成最簡單的無機物，再供初級生產(chǎn)者使用。2、微生物是物質(zhì)循環(huán)中的重要成員；微生物參與所有的物質(zhì)循環(huán)，大部分元素及其化合物都受到微生物的作用。在一些物質(zhì)的循環(huán)中，微生物是主要的成員，起主要作用；而一些過程只有微生物才能進行，起獨特作用；而有的是循環(huán)中的關(guān)鍵過程，起關(guān)鍵作用。3、微生物是生態(tài)系統(tǒng)中的初級生產(chǎn)者；光能營養(yǎng)和化能營養(yǎng)微生物是生態(tài)系統(tǒng)的初級生產(chǎn)者，它們具有初級生產(chǎn)者所具有的二個明顯特征，即可直接利用太陽能、無機物的化學(xué)能作為能量來源，另一方面其積累下來的能量又可以在食物鏈、食物網(wǎng)中流動。4、微生物是物質(zhì)和能量的貯存者；微生物和動物、植物一樣也是由物質(zhì)組成和由能量維持的生命有機體。在土壤、水體中有大量的微生物生物量，貯存著大量的物質(zhì)和能量。5、微生物在地球生物演化中的作用；微生物是最早出現(xiàn)的生物體，并進化成后來的動、植物。藻類的產(chǎn)氧作用，改變大氣圈中的化學(xué)組成，為后來動、植物出現(xiàn)打下基礎(chǔ)。第四十頁，共七十五頁，2022年，8月28日第三節(jié)碳循環(huán)碳循環(huán)以二氧化碳為中心，二氧化碳被植物、藻類利用進行光合作用，合成植物性碳；動物以以植物性碳為食，將其轉(zhuǎn)變?yōu)閯游镄蕴?；動物和人呼吸放出二氧化碳，有機碳化合物別厭氧和好氧微生物分解所產(chǎn)生的二氧化碳均回到大氣。而后，二氧化碳再一次被植物利用進入循環(huán)。第四十一頁，共七十五頁，2022年，8月28日第四十二頁，共七十五頁，2022年，8月28日一．纖維素的轉(zhuǎn)化什么是纖維素？纖維素是葡萄糖的高分子聚合物，每個纖維素分子含1400~10000個葡萄糖基（β1-4糖苷鍵）。來源：棉紡印染廢水、造紙廢水、人造纖維廢水及城市垃圾等，其中均含有大量纖維素。．1.纖維素的分解途徑纖維素在微生物酶的催化下沿下列途徑分解：含碳化合物的轉(zhuǎn)化第四十三頁，共七十五頁，2022年，8月28日第四十四頁，共七十五頁，2022年，8月28日2．分解纖維素的微生物好氧細菌——粘細菌、鐮狀纖維菌和纖維弧菌厭氧細菌——產(chǎn)纖維二糖芽孢梭菌、無芽孢厭氧分解菌及嗜熱纖維芽孢梭菌。放線菌——鏈霉菌屬。真菌——青霉菌、曲霉、鐮刀霉、木霉及毛霉。第四十五頁，共七十五頁，2022年，8月28日二．半纖維素的轉(zhuǎn)化存在于植物細胞壁的雜多糖。造紙廢水和人造纖維廢水中含半纖維素。1．半纖維素的分解過程好氧分解聚糖酶CO2+H2O

半纖維素單糖+糖醛酸

H2O各種發(fā)酵產(chǎn)物厭氧分解2．分解半纖維素的微生物分解纖維素的微生物大多數(shù)能分解半纖維素。許多芽孢桿菌、假單胞菌、節(jié)細菌及放線菌能分解半纖維素。霉菌有根霉、曲霉、小克銀漢霉、青霉及鐮刀霉。第四十六頁，共七十五頁，2022年，8月28日三．淀粉的轉(zhuǎn)化什么是淀粉？葡糖糖高聚物（α1-4糖苷鍵直鏈；α1-6糖苷鍵支鏈；）水中來源：以糧食作原料的工廠廢水例如淀粉廠廢水、酒廠廢水，印染廢水、抗生素發(fā)酵廢水及生活污水等均含有淀粉。淀粉如何被微生物降解？首先在微生物分泌的淀粉酶作用下水解為葡萄糖，然后被吸收作為微生物的能源物質(zhì)氧化產(chǎn)能。具有淀粉酶的微生物主要有：枯草芽孢桿菌和根霉、曲霉。其他微生物則主要進行淀粉水解產(chǎn)物葡萄糖的進一步分解。第四十七頁，共七十五頁，2022年，8月28日四．木質(zhì)素的轉(zhuǎn)化什么是木質(zhì)素？木質(zhì)素是植物木質(zhì)化組織中的帶有氧基丙烷支鏈的一種或多種芳香族聚合物。極難降解，有毒污染水環(huán)境。水中來源：造紙和人造纖維廢水降解微生物：

真菌（主要）——干朽菌、蘑菇細菌（少）——假單胞菌的個別種相比而言真菌分解木質(zhì)素比細菌快，但與糖類分解的速度相比則慢得多。第四十八頁，共七十五頁，2022年，8月28日五.脂肪的轉(zhuǎn)化脂肪是甘油與脂肪酸所形成的酯，存在于動、植物體中，是人和動物的能量來源，可作為微生物的碳源和能源。水中來源：毛紡、毛條廠廢水、油脂廠廢水、肉聯(lián)廠廢水、制革廠廢水含有大量油脂降解油脂較快的微生物：細菌

——熒光桿菌、綠膿桿菌、靈桿菌

絲狀菌

——放線菌、分支桿菌

真菌

——青霉、乳霉、曲霉途徑：水解+β氧化第四十九頁，共七十五頁，2022年，8月28日六.烴類化合物的轉(zhuǎn)化什么是石油？石油是含有烷烴（30%）、環(huán)烷烴（46%）、芳香烴（28%）及少量非烴化合物的復(fù)雜混合物。石油污染主要出現(xiàn)在采油區(qū)和石油運輸事故現(xiàn)場以及石化行業(yè)的工業(yè)廢水中。1．石油成分的生物降解性石油中的各種成分由于分子結(jié)構(gòu)不同，降解速度也不一樣，降解速度大小上有以下規(guī)律。第五十頁，共七十五頁，2022年，8月28日A．鏈長度

鏈中等長度（C10~C24）＞鏈很長的（C24以上）＞短鏈

（因有生物毒性）B．鏈結(jié)構(gòu)直鏈＞支鏈（支鏈多的＞支鏈少的）

不飽和＞飽和烷烴＞芳烴

鏈末端有季碳原子的烴以及多環(huán)芳烴極難降解或不降解第五十一頁，共七十五頁，2022年，8月28日2．降解石油的微生物降解石油的微生物很多，據(jù)報道有200多種細菌

——假單胞菌、棒桿菌屬、微球菌屬、產(chǎn)堿桿菌屬放線菌

——諾卡氏菌酵母菌

——假絲酵母霉菌

——青霉屬、曲霉屬藻類

——藍藻和綠藻第五十二頁，共七十五頁，2022年，8月28日3．石油烴的降解機理A．鏈烷烴的降解

+O2R-CH2-CH2-CH3R-CH2-CH2-COOHβ-氧化CO2+H2OCH2-COOH+R-COOH第五十三頁，共七十五頁，2022年，8月28日B．無支鏈環(huán)烷烴的降解

以環(huán)己烷為例通常一些微生物只能將環(huán)烷變?yōu)榄h(huán)己酮，另一些微生物只能將環(huán)己酮氧化開鏈而不能氧化環(huán)己烷，兩種微生物的協(xié)同作用下將環(huán)己烷才能被徹底降解。第五十四頁，共七十五頁，2022年，8月28日C．芳香烴種類：酚、間甲酚、鄰苯二酚、苯、二甲苯、異丙苯、異丙甲苯、萘、菲、蒽等水中來源：煉油廠、煤氣廠、焦化廠、化肥廠等的廢水芳香烴普遍具有生物毒性，但在一定濃度范圍內(nèi)它們可以不同程度的被微生物分解。以下是目前已知降解不同芳香烴的細菌類別第五十五頁，共七十五頁，2022年，8月28日a.苯和酚的代謝苯、萘、菲、蒽的降解為如下圖所示

苯的代謝第五十六頁，共七十五頁，2022年，8月28日萘的代謝第五十七頁，共七十五頁，2022年，8月28日菲的代謝第五十八頁，共七十五頁，2022年，8月28日蒽的代謝第五十九頁，共七十五頁，2022年，8月28日酚也是先被氧化為鄰苯二酚，這樣各類芳香烴在降解的后半段是相同的，可表示如下第六十頁，共七十五頁，2022年，8月28日第三節(jié)氮循環(huán)自然界中氮素蘊藏量豐富，以三種形態(tài)存在：分子氮N2，占大氣的78%；有機氮化合物；無機氮化合物（氨氮和硝氮）。盡管分子氮和有機氮含量多，但植物不能直接利用，只能利用無機氮。微生物、植物和動物三者的協(xié)同作用下將三種形態(tài)的氮相互轉(zhuǎn)化，構(gòu)成氮循環(huán)，其中微生物起著重要作用。第六十一頁，共七十五頁，2022年，8月28日自然界的氮素循環(huán)是各種元素循環(huán)的中心，這是由于氮元素在整個生物界中所處的重要地位所決定的。微生物又是整個氮素循環(huán)的中心，尤其是一些固氮微生物更可稱作開辟整個生物圈氮素營養(yǎng)源的“先鋒隊”。第六十二頁，共七十五頁，2022年，8月28日氮元素在自然界中的存在形式主要有以下五種：銨鹽、亞硝酸鹽、硝酸鹽、有機含氮物和氮氣。在以上五種形式的氮素進行循環(huán)轉(zhuǎn)化過程中，微生物起著關(guān)鍵的作用。第六十三頁，共七十五頁，2022年，8月28日Nitrogencycle第六十四頁，共七十五頁，2022年，8月28日1.蛋白質(zhì)水解與氨基酸轉(zhuǎn)化1.1降解蛋白質(zhì)的微生物種類很多好氧細菌——鏈球菌和葡萄球菌好氧芽孢細菌——枯草芽孢桿菌、巨大芽孢桿菌、蠟狀芽孢桿菌及馬鈴薯芽孢桿菌兼性厭氧菌——變形桿菌、假單胞菌厭氧菌——腐敗梭狀芽孢桿菌、生孢梭狀芽孢桿菌此外，還有曲霉、毛霉和木霉等真菌以及鏈霉菌(放線菌)。第六十五頁，共七十五頁，2022年，8月28日1.2降解機理在這一系列作用下蛋白質(zhì)大部分被無機化，還有一部分組成了微生物的軀體。第六十六頁，共七十五頁，2022年，8月28日1.3尿素的氨化A．降解尿素的微生物細菌——尿八疊球菌、尿小球菌、尿素芽孢桿菌等。B．降解機理

尿素降解機理很簡單，只有一種酶參與反應(yīng)的催化。NH2

尿素酶O=C+2H2O（NH4）2CO32NH3+CO2+H2ONH2第六十七頁，共七十五頁，2022年，8月28日2．硝化作用氨基酸脫下