第九章微生物生態(tài)

第九章微生物生態(tài)學當前1頁，總共80頁。著重了解微生物在自然界不同環(huán)境中的分布規(guī)律，特別是在食品、工農(nóng)業(yè)產(chǎn)品中和極端環(huán)境下微生物存在的種類、與生產(chǎn)生活的相互關系，以及人體的正常菌群。Sec1微生物在自然界中的分布Sec2微生物與生物環(huán)境間的關系Sec3微生物與自然界物質循環(huán)Sec4微生物與環(huán)境保護教學提示當前2頁，總共80頁。

微生物與環(huán)境間有著極為密切的關系，微生物的生命活動依賴于環(huán)境，同時也影響著環(huán)境，研究微生物與環(huán)境之間的關系，了解它們在自然界的分布，可為人們開發(fā)微生物資源提供理論依據(jù)，以使人們利用微生物在自然界中的作用來改造自然，保護自然。微生物之間，微生物與其他生物之間，也存在著相互依存、相互制約的關系，研究它們之間的關系，可使人類更好地利用微生物，為防治人和動植物疾病，為工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)服務。

當前3頁，總共80頁。

生態(tài)系統(tǒng)：在一定的空間內(nèi)生物的成分和非生物的成分通過物質循環(huán)和能量流動互相作用、互相依存而構成的一個生態(tài)學功能單位。生態(tài)學：研究生命系統(tǒng)與其環(huán)境系統(tǒng)之間相互作用規(guī)律的一門科學。微生物生態(tài)學：研究微生物與其周圍生物和非生物環(huán)境之間相互作用的規(guī)律。當前4頁，總共80頁。第一節(jié)自然界中的微生物微生物的特點：個體微小，代謝營養(yǎng)類型多樣，適應能力強微生物在自然界中分布廣泛一、微生物在自然界中的分布（一）土壤中的微生物土壤是固體無機物(巖石和礦物質)、有機物、水、空氣和生物組成的復合物，是微生物的合適生境。是微生物生存和活動的大本營。土壤微生物種類多、數(shù)量多、代謝潛力巨大，是主要的微生物源。當前5頁，總共80頁。土壤中的微生物當前6頁，總共80頁。1）土壤微生物的數(shù)量和分布主要受到營養(yǎng)物、含水量、氧、溫度、pH等因子的影響，并隨土壤類型的不同而有很大變化。2）土壤微生物的數(shù)量和分布受季節(jié)影響；3）微生物的數(shù)量也與于土層的深度有關，一般土壤表層微生物最多，隨著土層的加深，微生物的數(shù)量逐步減少。4）土壤中的微生物以細菌最多，其次位放線菌和霉菌。土壤中的微生物分布特點當前7頁，總共80頁。（二）水體中的微生物1）數(shù)量和種類與接觸的土壤有密切關系；2）垂直分帶分布3）多是吸附在懸浮在水中的有機物上及水底；4）多能運動，有些具有很異常的形態(tài)（例如柄細菌）；5）靠近城市或城市下游水中的微生物多，并且有很多對健康不利的細菌，因此不宜作為飲用水源；6）水體自身存在自我凈化作用：1、江河水當前8頁，總共80頁。2、海水1）嗜鹽，真正的海洋細菌在缺少氯化鈉的情況下是不能生長的。2）低溫生長，除了在熱帶海水表面外，在其它海水中發(fā)現(xiàn)的細菌多為嗜冷菌。3）大多數(shù)海洋細菌為G—細菌，并具有運動能力。4）耐高壓（特別是生活在深海的細菌）。5）更明顯的垂直分層分布（透光區(qū)、無光區(qū)、深海區(qū)、超深淵海區(qū)）德國科學家1999年在納米比亞海岸的海底沉積物中發(fā)現(xiàn)的一種硫磺細菌（sulfurbacterium），其大小可達0.75mm，即納米比亞硫磺珍珠Thiomargaritanamibiensis當前9頁，總共80頁。（三）空氣中的微生物1）無原生的微生物區(qū)系；2）來源于土壤、水體及人類的生產(chǎn)、生活活動；3）種類主要為真菌和細菌，一般與其所在環(huán)境的微生物種類有關；4）數(shù)量取決于塵埃數(shù)量；5）停留時間和塵埃大小、空氣流速、濕度、光照等因素有關；6）與人類的關系：傳播動、植物疾??；造成食品及發(fā)酵生產(chǎn)中的污染；當前10頁，總共80頁。（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)制品都是以動植物產(chǎn)品為原料來制造的：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。當前11頁，總共80頁。2．食品、農(nóng)副產(chǎn)品上的微生物不利影響：因微生物的生長繁殖而腐爛、變質，以致不能再食用或使用；是病原微生物進入人體的重要途徑，引起傳染性疾??；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，如：肉毒毒素、黃曲霉素等當前12頁，總共80頁。多種方法可防止微生物對食品等的破壞當前13頁，總共80頁。利用特定的微生物制備風味食品，如醬制品、米酒、腌酸菜等；利用微生物改善食品、農(nóng)副產(chǎn)品的生產(chǎn)、加工過程。有利影響：當前14頁，總共80頁。（五）極端環(huán)境下的微生物1、嗜熱微生物嗜熱微生物是一類生活在高溫環(huán)境中的微生物，如火山口及其周圍區(qū)域、溫泉、工廠高溫廢水排放區(qū)等。兼性嗜熱菌專性嗜熱菌極端嗜熱菌耐熱菌超嗜熱菌

嗜熱菌的類型：當前15頁，總共80頁。隱蔽熱網(wǎng)菌（Pyrodictiumoccultum）嗜酸熱硫化葉菌（Sulfolobusacidocaldarius）水生嗜熱桿菌(Thermusaquaticus)當前16頁，總共80頁。2、嗜冷微生物嗜冷菌：最適生長溫度可低于15℃；耐冷菌：最適生長溫度為20-40℃；主要分布于極地、深海、高山、冰窖和冷藏庫；3、嗜酸微生物只能生活在pH<4的條件下；耐酸菌：也可在中性環(huán)境中生長；4、嗜堿微生物專性生活在pH10-11的堿性條件下；5、嗜鹽微生物在高鹽濃度下才能生長；6、嗜壓微生物在高靜水壓環(huán)境中生長；7、抗輻射微生物當前17頁，總共80頁。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及相關學科許多領域，如：功能基因組學、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。

當前18頁，總共80頁。(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，叫正常菌群。1、人體的正常菌群在正常人體皮膚、粘膜及外界相通的各種腔道（如口腔、鼻咽腔、腸道和泌尿生殖道）等部位，存在著對人體無害的微生物種群，叫人體正常菌群，包括細菌、真菌、螺旋體、支原體等，數(shù)量高達1014之多。在長期進化過程中，微生物群的內(nèi)部及其與宿主之間、與環(huán)境之間互相依存、互相制約，形成一個能進行物質、能量交流的動態(tài)平衡的微生態(tài)系統(tǒng)，它們的這種有序的關系常稱之為微生態(tài)平衡關系。當前19頁，總共80頁。

人體各部位常見的正常菌群皮膚：表皮葡萄球菌、類白喉桿菌、綠膿桿菌、恥垢桿菌等；口腔：鏈球菌（甲型或乙型）、乳酸桿菌、螺旋體、梭形桿菌、白色念球菌、（真菌）表皮葡萄球菌、肺炎球菌、奈瑟氏球菌、類白喉桿菌等；胃：正常一般無菌；腸道：類桿菌、雙歧桿菌、大腸桿菌、厭氧性鏈球菌、糞鏈球菌、葡萄球菌、白色念球菌、乳酸桿菌、變形桿菌、破傷風桿菌、產(chǎn)氣莢膜桿菌等；鼻咽腔：甲型鏈球菌、奈氏球菌、肺炎球菌、流感桿菌、乙型鏈球菌、葡萄球菌、綠膿桿菌、大腸桿菌、變形桿菌等；眼結膜：皮表葡萄球菌、結膜干燥桿菌、類白喉桿菌等；陰道：乳酸桿菌、白色念球菌、類白喉桿菌、大腸桿菌等；尿道：表皮葡萄球菌、類白喉桿菌、恥垢桿菌等；當前20頁，總共80頁。正常菌群的生理作用：（1）生物拮抗作用。正常菌群通過粘附和繁殖能形成一層自然菌膜，這是一種非特異性的保護膜,可促進機體抵抗致病微生物的侵襲及定植,從而對宿主起到一定程度的保護作用。正常菌群除與病原菌爭奪營養(yǎng)物質和空間位置外，還可以通過其代謝產(chǎn)物以及產(chǎn)生抗生素、細菌素等起作用?？梢哉f正常菌群是人體防止外襲菌侵入的生物屏障。（2）刺激免疫應答。正常菌群釋放的內(nèi)毒素等物質可刺激機體免疫系統(tǒng)保持活躍狀態(tài)，是非特異免疫功能的一個不可缺少的組成部分。（3）合成維生素。有些微生物能合成維生素，如核黃素、生物素、葉酸、吡哆醇及維生素K等，供人體吸收利用。（4）降解食物殘渣。腸道中正常菌群可互相配合，降解未被人體消化的食物殘渣，便于機體進一步吸收。當前21頁，總共80頁。條件致病菌在一定條件下，正常菌群中的細菌也能使人患?。海?）由于機體的防衛(wèi)功能減弱,引起自身感染。例如皮膚粘膜受傷（特別是大面積燒傷）、身體受涼、過度疲勞、長期消耗性疾病等，可導致正常菌群的自身感染；（2）由于正常菌群寄居部位的改變，發(fā)生了定位轉移，也可引起疾病。例如大腸桿菌進入腹腔或泌尿道，可引起腹膜炎、泌尿道感染。人體表面的正常菌群，一旦它們進入傷口也會引起感染。條件致病菌：人體的正常微生物菌群一旦進入非正常聚居部位，或生態(tài)結構發(fā)生改變而引起人類疾病的微生物。當前22頁，總共80頁。菌群失調在正常情況下，人體和正常菌群之間以及正常菌群中各細菌之間，保持一定的生態(tài)平衡。這種平衡是相對的、有條件的，如果生態(tài)平衡失調，以至機體某一部位的正常菌群中各細菌發(fā)生數(shù)量和種類上的變化，就會引起菌群失調。

菌群失調的常見誘因：

主要是使用抗生素、同位素、激素，或患有慢性消化性疾病時腸道、呼吸道、泌尿生殖道的功能失常也是重要原因。去除誘因后一般可使菌群復常，也有長期失調難于逆轉的情況。

當前23頁，總共80頁。常見的菌群失調癥有：（1）耐藥性葡萄球菌繁殖成優(yōu)勢菌而發(fā)生腹瀉，偶爾發(fā)生致死性葡萄球菌膿毒血癥；（2）變形桿菌和假單胞菌生長旺盛并侵入組織發(fā)生腎炎或膀胱炎;（3）白色念珠菌大量繁殖，引起腸道、肛門或陰道感染，也可發(fā)展成全身感染；（4）艱難梭菌在結腸內(nèi)大量繁殖，并產(chǎn)生一種腸毒素及細菌毒素，導致假膜性腸炎。

可以通過口服某些活的微生物制劑來治療由于正常菌群失調而導致的腹瀉，例如，含蠟狀芽孢桿菌的“促菌生”，含地衣芽孢桿菌的“整腸生”等，它們都是通過芽孢桿菌的生長，為腸道重新創(chuàng)造良好的厭氧環(huán)境，促使腸道內(nèi)正常的厭氧菌的生長繁殖，這類活微生物制劑又稱微生態(tài)制劑。微生態(tài)制劑一般用于恢復腸道內(nèi)的正常生態(tài)環(huán)境，若腸道功能正常，一般不需要服用。當前24頁，總共80頁。2、無菌動物和悉生生物無菌動物：體內(nèi)外不能檢出任何活的微生物和寄生蟲的動物。悉生生物：凡已人為地接種上某種（些）已知純種微生物的無菌動、植物。種類飼養(yǎng)方法

說明附記無菌動物隔離系統(tǒng)以無菌技術取得，用現(xiàn)有方法不能檢出任何微生物和寄生蟲的動物無菌悉生動物隔離系統(tǒng)確知所帶的微生物叢（植物的和動物的）經(jīng)特殊飼養(yǎng)的動物確知所帶有的微生物無特定病原體動物屏障系統(tǒng)沒有指定的致病性微生物和寄生蟲的動物確知不帶有的微生物通常動物開放系統(tǒng)不明確所帶的微生物、寄生蟲的動物，稱普通動物，但不得帶有人畜共患的傳染病病原體對微生物帶有情況不明確當前25頁，總共80頁。3、根際微生物和附生微生物根際微生物：生活在植物根系周圍土壤中的微生物，一般對其有益，是其正常菌群，多為G-細菌；附生微生物：生活在植物地上部分的表面、以植物外滲物為營養(yǎng)的微生物，主要是一些葉面微生物。當前26頁，總共80頁。第二節(jié)微生物與生物環(huán)境之間的關系

在自然界中，各種微生物極少單獨存在，總是較多地聚在一起，也常常與其他生物出現(xiàn)在一個限定的空間內(nèi)，它們之間可能發(fā)生相互作用，并由此構成微生物以及微生物與其他生物間非常復雜而多樣化的關系。

一、互生定義：兩種生物可以獨立生活，也可以形成相互的聯(lián)合，對一方有利或偏利，或雙方都有利。（一）微生物間的互生關系

固氮菌和纖維素分解菌，兩者互生關系較為典型，固氮菌可利用纖維素分解菌產(chǎn)生的有機酸作為碳源和能源而大量繁殖，并進行固氮，使纖維素分解菌也避免因為自身代謝產(chǎn)物積累過多而中毒；纖維分解菌可利用固氮菌提供氮素營養(yǎng)物質，生長更加旺盛。增強了分解纖維素的能力。由于它們的互生關系，提高了土壤的肥力。

當前27頁，總共80頁。（二）微生物與人及動物間的互生關系人及動物與其正常菌群即是互生關系。（三）微生物與高等植物之間的互生關系

根際微生物與高等植物間也為互生關系。植物根在生長過程中，向周圍土壤中分泌各種有機物質，加上有些脫落物，都為微生物提供所需的營養(yǎng)物質，植物發(fā)達的根系改善了土壤結構，水分和空氣條件，有利于微生物的生長。當前28頁，總共80頁。二、共生定義：指兩種微生物緊密地生活在一起，分工合作，彼此依賴，甚至達到難分難解、合二為一的聯(lián)系極其緊密的一種相互關系。特點：在生理上相互分工，互換代謝活動的產(chǎn)物；在組織上形成了新的結構，一旦彼此分離，各自就不能很好地生活。當前29頁，總共80頁。（一）微生物間的共生典型的例子是地衣。地衣組成：真菌（子囊菌，擔子菌）、單細胞藻類（綠藻，藍細菌）地衣的結構：形成有固定形態(tài)的葉狀結構，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。地衣的代謝：地衣中的真菌和藻類已形成特殊形態(tài)的整體了，在生理上相互依存，真菌營異養(yǎng)生活，藻類進行光合作用制造養(yǎng)料，真菌提供水分、無機鹽供藻類光合作用。

當前30頁，總共80頁。（二）微生物與植物間的共生體1、根瘤：豆科植物與固氮菌共生、非豆科植物與放線菌共生2、菌根菌和植物菌根：有些真菌能夠在一些植物的根上發(fā)育，菌絲體著生在根的表面或侵入根內(nèi)，形成兩種生物的共生體——菌根。能夠與植物共生形成菌根的真菌，稱為菌根菌。菌根菌包括藻狀菌，子囊菌和半知菌。以擔子菌為最多。能與真菌共生的植物有2000種。當前31頁，總共80頁。菌根作用：①幫助植物吸收水分和養(yǎng)料；②調節(jié)植物代謝；③增強植物抗病能力菌根的種類：（1）外生菌根：主要分布于木本的喬、灌木；可形成菌套；或哈蒂氏網(wǎng)（2）內(nèi)生菌根：菌絲體存在于根皮層薄壁細胞之間，并且進入細胞內(nèi)部，而在根系較少，因此具內(nèi)生菌根的植物，一般都保留著根毛。最常見和最重要的是泡囊-叢枝狀菌根當前32頁，總共80頁。（三）微生物與動物共生

1、微生物與昆蟲的共生：外共生：例如白蟻與其腸道內(nèi)的微生物之間的共生。食木質的白蟻自身并不能分解纖維素，必須依賴腸道內(nèi)共生的原生動物和細菌通過厭氧發(fā)酵過程來分解纖維素。內(nèi)共生：昆蟲與其細胞內(nèi)的共生性細菌這些細胞內(nèi)的共生性細菌能為宿主提供B族維生素，使昆蟲能以缺乏維生素的植物為生。當前33頁，總共80頁。2、瘤胃微生物牛羊等反芻動物，草是主要飼料，但它們本身沒有分解纖維素的能力，而是靠瘤胃微生物幫助分解，使纖維素變成能被牛羊吸收的糖類。反芻動物有四個胃，前兩個胃叫瘤胃和網(wǎng)胃，后兩個胃叫瓣胃和皺胃，瘤胃和網(wǎng)胃是草料暫時貯存、分解、加工的場所，pＨ5.8－6.8之間，適宜微生物生長，有大量的纖維素、淀粉、脂肪分解菌。當草料到達瘤胃和網(wǎng)胃時，首先是纖維素菌將纖維素分解為纖維二糖、葡萄糖被其他微生物吸收利用轉化，產(chǎn)生乳酸，丁酸、脂肪酸等有機酸和ＣＯ２；ＣＨ４等氣體，前兩個胃沒有消化完的草料進入后兩胃，由其分泌蛋白酶消化分解產(chǎn)生氨基酸、維生素等。被動物體吸收利用。

當前34頁，總共80頁。三、寄生定義：一種生物侵入另一種生物體內(nèi)吸取自己所需要的營養(yǎng)物質進行生長繁殖，在一定的條件下對后者造成損害或死亡的現(xiàn)象。類型：專性寄生（寄生物離開寄主不能生活）兼性寄生（寄生物可離開寄主營腐生生活）或細胞內(nèi)寄生、細胞外寄生當前35頁，總共80頁。（一）微生物間的寄生關系1、噬菌體細菌間：最典型細菌與細菌間：一種細菌可以寄生在另一種細菌體內(nèi)，如食菌蛭弧菌能寄生在大腸桿菌等許多Ｇ-菌體內(nèi)。2、真菌間：一種真菌寄生在另一種真菌間。較普遍，其方式：（1）寄生物先分泌毒素，引起寄主活力衰退，然后再纏繞致死（2）有些寄生真菌不分泌毒素，由菌絲將寄主的菌絲緊緊地纏繞起來，由接觸部位侵入寄主菌絲內(nèi)，吸收營養(yǎng)使之死亡。（3）還有些寄生真菌將菌絲或吸器伸到寄主真菌絲內(nèi)或寄生菌絲與寄主菌絲接觸，溶解寄主細胞膜，吸取其營養(yǎng)物質進行生長繁殖。當前36頁，總共80頁。（二）微生物對植物的寄生微生物對植物的寄生很普遍，這是植物發(fā)生病害的重要原因，能引起植物病害的微生物稱為植物病原微生物。植物或染病微生物發(fā)病后，出現(xiàn)變色，組織壞死，萎蔫和畸形等癥狀，能引起植物病害的有真菌、細菌、病毒等。當前37頁，總共80頁。1、植物病害中以真菌病害為主，占95％擔子菌綱病原菌能引起小麥鐵銹病，和黑穗病。半知菌類可引起棉花炭疽病，立枯病，黃萎病，水稻稻瘟病等。藻菌綱可引起馬鈴薯與蕃茄晚疫病。子囊菌綱可引起大麥和蘋果白粉病等。2、細菌性植物病害占３％。大多為無芽孢，具鞭毛Ｇ－菌。如假單胞桿菌屬，黃桿菌屬，土壤桿菌屬，棒桿菌屬和歐文氏菌屬等，這些病原菌主要從植物氣孔等自然孔口和傷口侵入植物體內(nèi)，寄生在組織細胞間或導管中，引起傳染病害。當前38頁，總共80頁。（三）微生物對人與動物的寄生微生物在人體和動物體內(nèi)寄生引起人與動物的傳染病，這些微生物稱為動物病原微生物。常見的畜禽傳染病有炭疽病，口蹄疫，豬瘟，雞瘟病等。病原微生物寄生在有益的動植物體內(nèi)會給人們造成經(jīng)濟損失，寄生有害在動物體內(nèi)，則對人類是有益的，可以加以利用。如微生物寄生在有害昆蟲體內(nèi)，引起害蟲致病死亡，對農(nóng)產(chǎn)品發(fā)展是有利的，昆蟲病原菌包括細菌真菌病毒等幾類。目前利用微生物消滅農(nóng)業(yè)害蟲已成為微生物防治的一個重要方面?，F(xiàn)被人們利用的微生物有蘇云金桿菌等細菌、白僵菌等真菌及昆蟲病毒等。當前39頁，總共80頁。四、拮抗定義：一種微生物生命活動中，通過產(chǎn)生某些代謝產(chǎn)物或改變環(huán)境條件，能抑制其它微生物的生長繁殖，或毒害殺死其它微生物的現(xiàn)象。類型：1、非特異拮抗關系如乳酸菌能產(chǎn)生乳酸，能抑制腐敗菌的生長，酸菜泡菜不易爛就因如此。這種抑制作用沒有特定專一性，對不耐酸的菌都有抑制作用。2、特異拮抗關系一種微生物在生命活動中，能產(chǎn)生某種或某類特殊代謝產(chǎn)物，具有選擇性地抑制或殺死其它種微生物。前者菌稱為抗生菌，后者稱為敏感菌，拮抗性物質稱抗生素。如青霉素產(chǎn)生與病原菌之間關系。

當前40頁，總共80頁。五、捕食定義：一種大型的生物直接捕捉、吞食其他小型生物來滿足生存需要的現(xiàn)象。類型：1、原生動物：捕食水體和土壤中的細菌、放線菌、真菌的孢子及單細胞藻類為食。2、捕食性真菌：捕食線蟲。當前41頁，總共80頁。第三節(jié)微生物與自然界物質循環(huán)自然界的物質處于由無機物轉化成有機物，再由有機物轉化成無機物的往復循環(huán)之中。無機物有機物光合作用分解作用生產(chǎn)者：從無機物合成有機物，如植物、微生物消費者：利用有機物進行生活，如動物分解者：分解有機物成無機物，如微生物當前42頁，總共80頁。微生物在生態(tài)系統(tǒng)中的地位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雜有機物質，并最后將其轉化成最簡單的無機物，再供初級生產(chǎn)者使用。2、微生物是物質循環(huán)中的重要成員；微生物參與所有的物質循環(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)中的關鍵過程，起關鍵作用。3、微生物是生態(tài)系統(tǒng)中的初級生產(chǎn)者；光能自養(yǎng)型和化能自養(yǎng)型微生物是生態(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、微生物是物質和能量的貯存者；微生物和動物、植物一樣也是由物質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組成，為后來動、植物出現(xiàn)打下基礎。當前43頁，總共80頁。微生物在自然界物質循環(huán)中的作用1、碳素循環(huán)2、氮素循環(huán)3、硫素循環(huán)4、磷素循環(huán)當前44頁，總共80頁。第四節(jié)微生物與環(huán)境保護生物圈內(nèi)的各種物質，都是處于不斷地合成、分解和轉化的動態(tài)平衡之中。由此組成一個自我調節(jié)，自我維持的一個協(xié)調整體，從而保證了地球上生命的延續(xù)。但是當人們違背了自然界的生態(tài)平衡規(guī)律，將糞便、垃圾、污水等生活廢棄物和工業(yè)生產(chǎn)所形成的“三廢”及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的使用的農(nóng)藥殘留物等，大量排入環(huán)境中，這些物質超過了環(huán)境所能耐受的容納量，就破壞了自然界的生態(tài)平衡，其結果造成環(huán)境污染。這樣不僅危及國民經(jīng)濟，而且對人類健康有嚴重危脅，甚至影響到子孫后代的繁衍昌盛。因此保護環(huán)境已成為人們?nèi)找骊P心的重大問題。當前45頁，總共80頁。瑞士化學家PoulMuller1939年發(fā)明了DDT并用作殺蟲劑，開創(chuàng)了以DDT為代表的有機氯農(nóng)藥新時代。“二戰(zhàn)”間及以后DDT被廣泛用于防治瘧疾、腦炎、斑疹傷寒等傳染病，挽救了數(shù)百萬人的生命，DDT使人類從傳染病的“圍城”中解救出來，由此Muller獲得1948年的諾貝爾獎。但成功中蘊藏著風險，由于具有脂溶性、致癌性和難于降解等特點，DDT沿著食物鏈富集造成不良的生態(tài)效應，使魚類、蛙類、鳥類和其他高營養(yǎng)級生物的繁殖能力下降以至滅絕，對人類健康也構成嚴重威脅。因此，美國自1973年、我國自1983年起禁用DDT，其他有機氯農(nóng)藥也相繼退出歷史舞臺。但殘存的有機氯農(nóng)藥仍然象幽靈一樣在生態(tài)環(huán)境中徘徊，而且其他化學農(nóng)藥（如有機磷）的“圍城”仍然存在.生物農(nóng)業(yè)，尤其是微生物殺蟲劑和帶抗病蟲害基因的轉基因植物、動物，可以幫助我們走出這個“圍城”，可是，我們又將會走入一個什么樣的“圍城”呢？走出農(nóng)藥污染的“圍城”當前46頁，總共80頁。一、水體的污染水資源污染日益嚴重。當前47頁，總共80頁。富營養(yǎng)化：水體中氮、磷等元素含量過高而引起水體表層的藍細菌和藻類過度生長繁殖的現(xiàn)象。當前48頁，總共80頁。水華：淡水水體中的富營養(yǎng)化。當前49頁，總共80頁。赤潮：咸水水體中的富營養(yǎng)化。當前50頁，總共80頁。二、用微生物處理污水：原理：主要方法：當前51頁，總共80頁。曝氣池曝氣法當前52頁，總共80頁。當前53頁，總共80頁。生物轉盤法當前54頁，總共80頁。當前55頁，總共80頁。好氧菌的降解作用原生動物等的吞噬作用

水體食物鏈的富集作用致病菌一般對營養(yǎng)要求苛刻，因此在一般的水中只能存活2-3天水表微生物會受輻射等作用而被殺滅由固形物吸附再沉積到水底當前56頁，總共80頁。當前57頁，總共80頁。嚴重污染的水會通過食物鏈的生物放大作用危害人類健康當前58頁，總共80頁。當前59頁，總共80頁。飲用水的微生物指標：總菌數(shù)：<100cfu/ml大腸菌群：<3個/L當前60頁，總共80頁。當前61頁，總共80頁。當前62頁，總共80頁。當前63頁，總共80頁。當前64頁，總共80頁。當前65頁，總共80頁。當前66頁，總共80頁。微生物在碳素循環(huán)中的作用碳素是生物體最重要的一種元素，它的主要來源是大氣中的CO２，只有通過各種生物所推動的碳素循環(huán)、特別是微生物的分解作用，使不同形態(tài)的碳素相互轉化，大氣中的CO２才不會被耗竭，生命才能維持。（一）自然界中的碳素循環(huán)當前67頁，總共80頁。碳素循環(huán)包括CO２的固定:綠色植物和微生物通過光合作用固定自然界中的CO２，合成有機物碳化物。CO２的再生:動植物和微生物進行呼吸作用獲得能量，同時釋放CO２；

動、植物和微生物尸體等有機碳化物被微生物分解時，產(chǎn)生大量CO２

當前68頁，總共80頁。（二）微生物在碳素循環(huán)中的作用具有非常重要的作用，它們既參與固定CO２的光合作用，又參與再生CO２的分解作用。1、光合作用：參與光合作用的微生物主要是藻類，藍細菌和光合細菌，它們通過光合作用，將大氣中和水體中的ＣＯ２合成為有機碳化物。特別是在大多數(shù)水生環(huán)境中，主要的光合生物是微生物，在有氧區(qū)域以藍細菌和藻類占優(yōu)勢；而在無氧區(qū)域則以光合細菌占優(yōu)勢。2、分解作用：自然界有機碳化物的分解，主要是微生物的作用。陸地和水域的有氧條件中，通過好氧微生物分解被徹底氧化為CO２

；在無氧條件中，通過厭氧微生物發(fā)酵被不完全氧化成有要酸、甲烷、氫和CO２

。能分解有機碳化物的微生物很多，主要有細菌、真菌和放線菌。

當前69頁，總共80頁。微生物在氮素循環(huán)中的作用氮素是生物體合成及蛋白質的主要成份，是構成生物體的必需元素。大氣體積中約有７９％是分子態(tài)氮，但所有植物、動物和大多數(shù)微生物都不能直接利用。初級生產(chǎn)者植物體需要的氨鹽、硝酸鹽等無機氮化物，這些物質在自然界為數(shù)不多，常常限制了植物體的發(fā)展，只有將分子氮進行轉化和循環(huán)，才能滿足植物體對氮素營養(yǎng)的需要。因此氮素物質的相互轉化和不斷地循環(huán)，在自然界十分重要。當前70頁，總共80頁。自然界中的氮素循環(huán)及微生物在其中的作用氮素循環(huán)包括：固氮作用、氨化作用、硝化作用、反硝化作用微生物參與氮素循環(huán)的所有過程，并在每一過程中都起主要作用。當前71頁，總共80頁。分子態(tài)氮被還原成氨和其他氮化物的過程稱為固氮作用。自然界氮的固定，有兩種方式：一是非生物固氮，即通過閃電高溫放電等固氮，這樣形成的氮化物很少；二是生物固氮，即通過微生物的作用固氮，大氣中90％以上的分子態(tài)氮都是微生物的活性而固定成氮化物。1、固氮作用當前72頁，總共80頁。2、氨化作用微生物分解有機氮化物產(chǎn)生氨