環(huán)境微生物學(xué)第七章微生物生態(tài)

研究微生物生態(tài)學(xué)的目的為人類(lèi)利用微生物資源和控制微生物提供依據(jù)；創(chuàng)造有利條件，使水污染控制在更高層次上得以發(fā)展。第一頁(yè)，共43頁(yè)。第一節(jié)生態(tài)系統(tǒng)一、生態(tài)系統(tǒng)和生物圈二、生態(tài)平衡三、生態(tài)系統(tǒng)的分類(lèi)第二頁(yè)，共43頁(yè)。一、生態(tài)系統(tǒng)和生物圈

生態(tài)系統(tǒng)(ecosystem)是在一定時(shí)間和空間范圍內(nèi)由生物與它們的生境通過(guò)能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)組成的一個(gè)自然體。可用下式表述：生態(tài)系統(tǒng)=生物群落+環(huán)境條件生態(tài)系統(tǒng)的功能包括：生物生產(chǎn)、能量流動(dòng)、物質(zhì)循環(huán)、信息傳遞。第三頁(yè)，共43頁(yè)。生物生產(chǎn)：太陽(yáng)能→植物體能量流動(dòng)：植物→草食動(dòng)物→肉食動(dòng)物→微生物物質(zhì)循環(huán)：營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在食物鏈之間處于不斷循環(huán)之中形成物質(zhì)循環(huán)。信息傳遞：物理信息、化學(xué)信息、行為信息第四頁(yè)，共43頁(yè)。個(gè)體：指某一具體的生物單個(gè)個(gè)體，具有生長(zhǎng)、發(fā)育、繁殖和死亡的過(guò)程。種群：是生活在同一特定空間的同一生物種的所有個(gè)體的集合體，是生物群落的組成單位。群落：生活在同一特定空間或區(qū)域的所有生物種群的聚合體，是生態(tài)系統(tǒng)的組成部分。第五頁(yè)，共43頁(yè)。生物圈：生存在地球陸地以上和海面以10km之間的范圍，包括巖石圈、土壤圈、水圈和大氣圈內(nèi)所有生物群落和人以及他們生存環(huán)境的總體。生物圈是地球上所有生態(tài)系統(tǒng)的組合。第六頁(yè)，共43頁(yè)。第七頁(yè)，共43頁(yè)。二、生態(tài)平衡生態(tài)系統(tǒng)是開(kāi)放系統(tǒng)，當(dāng)能量和物質(zhì)的輸入大于輸出時(shí)，生物量增加；反之，生物量減少。如果輸入和輸出在較長(zhǎng)時(shí)間趨于相等，生態(tài)系統(tǒng)的組成、結(jié)構(gòu)和功能將長(zhǎng)期處于穩(wěn)定狀態(tài)。雖然各生物群落有各自的生長(zhǎng)、發(fā)育、繁殖及死亡過(guò)程，但動(dòng)物、植物和微生物等群落的種群、數(shù)量，它們的數(shù)量比均保持相對(duì)穩(wěn)定。即使有外來(lái)干擾，生態(tài)系統(tǒng)能通過(guò)自行調(diào)節(jié)的能力恢復(fù)到原來(lái)穩(wěn)定的狀態(tài)，這就是生態(tài)平衡。第八頁(yè)，共43頁(yè)。地球上的生態(tài)危機(jī)厄爾尼諾、拉尼娜現(xiàn)象酸雨臭氧空洞

土壤退化生物多樣性減少…………第九頁(yè)，共43頁(yè)。三、生態(tài)系統(tǒng)的分類(lèi)水體生態(tài)系統(tǒng)陸地生態(tài)系統(tǒng)淡水生態(tài)系統(tǒng)海水生態(tài)系統(tǒng)河流生態(tài)系統(tǒng)湖泊生態(tài)系統(tǒng)水體生態(tài)系統(tǒng)陸地生態(tài)系統(tǒng)動(dòng)物生態(tài)系統(tǒng)植物生態(tài)系統(tǒng)土壤微生物生態(tài)系統(tǒng)生存環(huán)境生存狀態(tài)微生物生存狀態(tài)水體微生物生態(tài)系統(tǒng)空氣微生物生態(tài)系統(tǒng)微生物生態(tài)系統(tǒng)第十頁(yè)，共43頁(yè)。第二節(jié)土壤微生物生態(tài)一、土壤微生物生態(tài)二、微生物在土壤的種類(lèi)、數(shù)量和分布三、土壤自?xún)艉臀廴就寥牢⑸锷鷳B(tài)四、土壤污染和土壤生物修復(fù)第十一頁(yè)，共43頁(yè)。一、土壤微生物生態(tài)土壤——“微生物的天然培養(yǎng)基”土壤中微生物的數(shù)量最大，類(lèi)型最多，是人類(lèi)利用微生物資源的主要來(lái)源，也是微生物在自然界中最大的儲(chǔ)藏庫(kù)。第十二頁(yè)，共43頁(yè)。一、土壤微生物生態(tài)土壤對(duì)微生物生存的影響因子包括以下幾個(gè)方面：營(yíng)養(yǎng)；pH；滲透壓；氧氣和水；溫度；保護(hù)層。第十三頁(yè)，共43頁(yè)。二、微生物在土壤的種類(lèi)、數(shù)量和分布土壤中的微生物含量是衡量土壤肥力的指標(biāo)之一。肥沃土：1×108~1×109個(gè)微生物/克土貧瘠土：1×106~1×107個(gè)微生物/克土土壤中細(xì)菌最多，約占所有微生物的70％～90％。（一）微生物在土壤的種類(lèi)、數(shù)量第十四頁(yè)，共43頁(yè)。水平分布——取決于土壤的碳源種類(lèi)（一）微生物在土壤的分布垂直分布——取決于土壤生態(tài)條件（溫度、水、光照……）空隙多——好氧微生物空隙少——厭氧微生物…………油田地區(qū)土壤——降解石油微生物森林地區(qū)土壤——降解纖維素微生物含動(dòng)、植物殘?bào)w土壤——腐生異養(yǎng)菌…………第十五頁(yè)，共43頁(yè)。三、土壤自?xún)艉臀廴就寥牢⑸锷鷳B(tài)土壤自?xún)簦和寥缹?duì)施入其中一定負(fù)荷的有機(jī)物或有機(jī)污染物具有吸附和生物降解能力，通過(guò)各種物理、生化過(guò)程自動(dòng)分解污染物使土壤恢復(fù)到原來(lái)水平的凈化過(guò)程，稱(chēng)土壤自?xún)?。第十六?yè)，共43頁(yè)。土地——天然的生物處理廠污水長(zhǎng)期灌溉會(huì)引起土壤“土著”微生物區(qū)系和數(shù)量的改變，并誘導(dǎo)產(chǎn)生分解各種污染物的微生物新品種。土壤中穩(wěn)定存在的“土著”微生物：

節(jié)細(xì)菌、諾卡氏菌如果用污水對(duì)農(nóng)田進(jìn)行灌溉，只要不超過(guò)土壤自?xún)裟芰κ遣粫?huì)引起土壤污染的。第十七頁(yè)，共43頁(yè)。四、土壤污染和土壤生物修復(fù)土壤的污染物主要有：農(nóng)藥、石油烴類(lèi)、NH3、重金屬等。土壤污染的不良后果：破壞土地的生態(tài)平衡；有毒有害物質(zhì)滲入到地下水中，危害人類(lèi)；各種病原微生物會(huì)通過(guò)各種途徑進(jìn)入人體引起人體疾病。第十八頁(yè)，共43頁(yè)。四、土壤生物修復(fù)土壤的生物修復(fù)：是利用土壤中天然的微生物資源或人為投加目的菌株，甚至用構(gòu)建的特異降解功能菌投加到各污染土壤中，將滯留的污染物快速的降解和轉(zhuǎn)化，使土壤恢復(fù)其天然的功能。土壤修復(fù)的關(guān)鍵因素：微生物種——“土著”微生物、選育的優(yōu)勢(shì)菌種、基因工程菌；微生物的營(yíng)養(yǎng)——需要適宜的營(yíng)養(yǎng)比例；溶解氧；環(huán)境因子。第十九頁(yè)，共43頁(yè)。2.土壤生物修復(fù)工程土壤生物修復(fù)工程形式：原位生物修復(fù)——簡(jiǎn)單，費(fèi)用低，效率低；

生物通風(fēng)——較原位法有所強(qiáng)化；挖掘堆置和反應(yīng)器處理等方法——效果好，費(fèi)用高。第二十頁(yè)，共43頁(yè)。第二十一頁(yè)，共43頁(yè)。第三節(jié)空氣微生物生態(tài)一、空氣的生態(tài)條件二、空氣微生物的種類(lèi)、數(shù)量和分布三、空氣微生物的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)及生物潔凈技術(shù)四、空氣微生物檢測(cè)第二十二頁(yè)，共43頁(yè)。一、空氣的生態(tài)條件

空氣生態(tài)條件特點(diǎn)：紫外輻射較強(qiáng)，較干燥，溫度變化大，缺乏營(yíng)養(yǎng)?？諝庵形⑸镏皇菚簳r(shí)停留。微生物在空氣中停留時(shí)間的長(zhǎng)短由風(fēng)力、氣流和雨、雪等氣象條件所決定，但它最終要沉降到土壤、水中、建筑物和植物上。第二十三頁(yè)，共43頁(yè)。二、空氣微生物的種類(lèi)、數(shù)量和分布空氣中微生物的種類(lèi)和所處的地理位置有關(guān)的，其數(shù)量也是如此，不同場(chǎng)所上空微生物的數(shù)量如下表所示：場(chǎng)所畜舍宿舍城市街道市區(qū)公園海洋上空北緯80°微生物(1~2)×1062×1045×1032001~20空氣中的微生物還隨著海拔高度而變化，一般來(lái)說(shuō)，海拔越高，微生物數(shù)量越少。單位：個(gè)/m3空氣第二十四頁(yè)，共43頁(yè)。三、空氣微生物的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)及生物潔凈技術(shù)清潔程度細(xì)菌總數(shù)(單位：個(gè)/m3)最清潔的空氣（有空調(diào)）1~2清潔空氣<30普通空氣31~125臨界環(huán)境~150輕度污染<300嚴(yán)重污染>301以細(xì)菌總數(shù)評(píng)價(jià)空氣的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)：外部大環(huán)境的衛(wèi)生潔凈技術(shù)主要靠綠化環(huán)境，搞好生態(tài)環(huán)境，局部環(huán)境主要可通過(guò)空氣過(guò)濾器來(lái)實(shí)現(xiàn)。第二十五頁(yè)，共43頁(yè)。四、空氣微生物檢測(cè)空氣中微生物的檢測(cè)可通過(guò)：固體法：（1）平皿落菌法；（2）撞擊法液體法空氣微生物的測(cè)點(diǎn)數(shù)越多越準(zhǔn)確，以20~30個(gè)點(diǎn)為宜，最少測(cè)點(diǎn)數(shù)為5~6個(gè)。采樣后的培養(yǎng)溫度和時(shí)間一般是37℃和48h。第二十六頁(yè)，共43頁(yè)。第四節(jié)水體微生物生態(tài)水體中微生物的來(lái)源主要有四個(gè)方面：1.水體中固有的微生物2.來(lái)自土壤的微生物3.來(lái)自生產(chǎn)和生活的微生物4.來(lái)自空氣微生物第二十七頁(yè)，共43頁(yè)。一、水體的微生物群落（一）海洋中微生物群落1.群落分布在近海由于自然和人為的影響，微生物含量比遠(yuǎn)海要多。在海洋不同的深度，由于陽(yáng)光和溶解氧的變化，微生物的含量呈一定的變化規(guī)律。第二十八頁(yè)，共43頁(yè)。一、水體的微生物群落2.群落的生態(tài)特征底棲性細(xì)菌浮游性細(xì)菌附著型細(xì)菌海洋微生物特征：

耐鹽、嗜鹽、耐高滲透壓、耐凈水壓力第二十九頁(yè)，共43頁(yè)。（二）淡水微生物群落貧營(yíng)養(yǎng)湖：湖泊形成初期，生物生產(chǎn)力低，水中有機(jī)物少，湖底沉積物少，細(xì)菌數(shù)量少，有機(jī)物分解能力弱，耗氧量低，含大量溶解氧，為貧養(yǎng)湖。富營(yíng)養(yǎng)湖：隨著河流不斷向湖泊輸送養(yǎng)料和泥沙，生物種類(lèi)和數(shù)量增多。湖底沉積的有機(jī)物豐富，細(xì)菌數(shù)量增加，分解有機(jī)物速率提高，無(wú)機(jī)物增加，表水層陽(yáng)光充足，浮游藻類(lèi)大量繁殖，生物生產(chǎn)力提高，為富營(yíng)養(yǎng)湖。第三十頁(yè)，共43頁(yè)。二、水體自?xún)艉臀廴舅w的微生物生態(tài)陽(yáng)光一級(jí)生產(chǎn)者原生動(dòng)物輪蟲(chóng)、浮游甲殼動(dòng)物魚(yú)其他動(dòng)物人廢物、排泄物異養(yǎng)細(xì)菌(藻類(lèi)、光合細(xì)菌、水生植物)（一）水體自?xún)粲捎谔烊凰w的各種生物和微生物之間構(gòu)成的一個(gè)生物循環(huán)的生物鏈，因而水體有一個(gè)自?xún)舻哪芰Α５谌豁?yè)，共43頁(yè)。二、水體自?xún)艉臀廴舅w的微生物生態(tài)水體自?xún)暨^(guò)程和各種水生生物隨水流距離或時(shí)間的變化如圖所示。水體自?xún)簦核w接納了一定量的有機(jī)污染物后，在物理的、化學(xué)的和水生物的因素的綜合作用下得到凈化，水質(zhì)恢復(fù)到污染前的水平和狀態(tài)。水體自?xún)羧萘浚菏侵冈谒w正常生物循環(huán)中能夠凈化有機(jī)污染物的最大數(shù)量。第三十二頁(yè)，共43頁(yè)。水體自?xún)暨^(guò)程：

污染物被稀釋?zhuān)腆w物沉至河底；好氧菌首先分解有機(jī)物，耗盡水中溶解氧，此時(shí)魚(yú)蝦絕跡，原生動(dòng)物、后生動(dòng)物死亡，厭氧菌此時(shí)大量繁殖，分解有機(jī)物，有機(jī)物無(wú)機(jī)化；氧垂曲線上升，逐漸恢復(fù)至原有水平；細(xì)菌死亡，水體恢復(fù)清潔。第三十三頁(yè)，共43頁(yè)。第三十四頁(yè)，共43頁(yè)。（二）污水體系的微生物生態(tài)當(dāng)有機(jī)物排入河流后，在排污點(diǎn)的下游進(jìn)行著正常的自?xún)暨^(guò)程。沿著河流方向形成一系列連續(xù)的污化帶：

多污帶：水呈暗灰色，渾濁，有機(jī)物含量高，溶解氧極低，水生生物種類(lèi)極少，以厭氧菌和兼性厭氧菌為主，種類(lèi)多，數(shù)量大，大量寡毛類(lèi)動(dòng)物，水上有氣泡，無(wú)顯花植物，魚(yú)類(lèi)絕跡；

-中污帶：水呈灰色，半?yún)捬鯛顟B(tài)，細(xì)菌數(shù)量較多，有少量藻類(lèi)和原生動(dòng)物；

-中污帶：有機(jī)物較少，溶解氧濃度較高，細(xì)菌數(shù)量較少，藻類(lèi)大量繁殖，水生植物出現(xiàn)，原生動(dòng)物種類(lèi)較多；

寡污帶：標(biāo)志水體自?xún)暨^(guò)程完成，有機(jī)物全部無(wú)機(jī)化，細(xì)菌極少，溶解氧正常。原生動(dòng)物種類(lèi)多，有水生植物和魚(yú)類(lèi)。第三十五頁(yè)，共43頁(yè)。

細(xì)菌菌落總數(shù)(CFU)：細(xì)菌菌落總數(shù)是指1ml水樣在營(yíng)養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基中于37℃培養(yǎng)24h后所生長(zhǎng)出來(lái)的菌落總數(shù)。

總大腸菌群：水源水中細(xì)菌菌落總數(shù)不能說(shuō)明污染物的來(lái)源，因此通常用大腸菌群數(shù)來(lái)判斷水的污染源和安全程度。由于糞便的污染，水源水中通常含有致病菌，其典型的代表有：痢疾桿菌——痢疾賀氏菌(Shigelladysenteriae)、副痢疾賀氏菌(Shigellaparadysenteriae)、傷寒沙門(mén)氏菌(Salmonellatyphi)、甲型、乙型和丙型的副傷寒沙門(mén)氏菌(Salmonella

paratyphi)及霍亂弧菌(Vibriocholerae)等。

第三十六頁(yè)，共43頁(yè)。

為什么采用大腸菌群作為指示致病菌污染水體的指標(biāo)？

因?yàn)榇竽c菌群是人腸道中正常寄生菌，數(shù)量大，對(duì)人較安全，在環(huán)境中的存活時(shí)間與致病菌相近，而且檢驗(yàn)技術(shù)較簡(jiǎn)便，因而被選中，一直沿用至今。第三十七頁(yè)，共43頁(yè)。（一）水體富營(yíng)養(yǎng)化的概念與發(fā)生水體富營(yíng)養(yǎng)化：由于某些自然因素，尤其是人類(lèi)將富含氮、磷的城市生活污水和工業(yè)廢水排放入自然水體中，使得自然水體中的氮、磷營(yíng)養(yǎng)過(guò)剩，促使水體中藻類(lèi)過(guò)量生長(zhǎng)，使淡水水體發(fā)生“水華”，使海洋發(fā)生“赤潮”,造成水體富營(yíng)養(yǎng)化。后果：其結(jié)果由于水體中藻類(lèi)和異養(yǎng)細(xì)菌的代謝活動(dòng)，耗盡了水中的溶解氧，大量藻類(lèi)覆蓋在水面，大氣中的氧不易溶于水，造成水體缺氧，使浮游動(dòng)物和魚(yú)類(lèi)無(wú)法生存。加上藻類(lèi)分泌致臭、致毒物而嚴(yán)重影響水質(zhì)。三、水體富營(yíng)養(yǎng)化第三十八頁(yè)，共43頁(yè)。赤潮水華水體富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象第三十九頁(yè)，共43頁(yè)。（二）評(píng)價(jià)水體富營(yíng)養(yǎng)化的方法與AGP評(píng)價(jià)水體富營(yíng)養(yǎng)化的方法：觀察藍(lán)藻等指示生物；測(cè)定生物的現(xiàn)存量；測(cè)定原始生產(chǎn)力；測(cè)定水體透明度；測(cè)定氮和磷等導(dǎo)致富營(yíng)養(yǎng)化的物質(zhì)。第四十頁(yè)，共43頁(yè)。AGP——藻類(lèi)生產(chǎn)的潛在能力：把特定的藻類(lèi)接種在天然水體或廢水中，在一定的光照度和溫度條件下培養(yǎng)，使藻類(lèi)增長(zhǎng)到穩(wěn)定期為止，通過(guò)測(cè)干重或細(xì)胞數(shù)來(lái)測(cè)其增長(zhǎng)量。此