微生物生態(tài)9課件

第九章微生物生態(tài)

在生物圈內(nèi)一切生物，包括微生物，都有一定的分布規(guī)律，它們的分布除直接受環(huán)境因子的影響外，還由生物本身所具有的適應(yīng)性決定。微生物生態(tài)就是研究處于環(huán)境之中的微生物，和與微生物相聯(lián)系的物理、化學(xué)和生物等環(huán)境條件，以及它們之間的相互關(guān)系。了解微生物在自然界的分布規(guī)律，可為人類開發(fā)利用微生物資源提供理論依據(jù)；根據(jù)微生物生態(tài)學(xué)原理，利用微生物對環(huán)境的保護作用來修復(fù)被污染、被破壞了的環(huán)境。總之，進行微生物生態(tài)的研究，無論在理論上或?qū)嵺`上都是十分有意義的。

第一節(jié)微生物在自然環(huán)境中的分布一、土壤中的微生物二、水體中的微生物三、空氣中的微生物四、植物體表和體內(nèi)的微生物五、動物體表和體內(nèi)的微生物六、人體內(nèi)外的微生物第二節(jié)微生物與生物環(huán)境間的關(guān)系

一、互生

互生關(guān)系是微生物間比較松散的聯(lián)合，在聯(lián)合中可以是一方得利，或雙方都有利。例如，土壤中纖維素分解細菌和固氮菌之間的互生關(guān)系。

二、共生

共生關(guān)系是兩種微生物緊密地結(jié)合在一起，當(dāng)這種關(guān)系高度發(fā)展時，就形成特殊的共生體，它們在生理上表現(xiàn)出一定的分工，在組織上和形態(tài)上產(chǎn)生了新的結(jié)構(gòu)。地衣代表微生物中典型的互惠共生關(guān)系，它是藻類和真菌的共生體，常形成有固定形態(tài)的葉狀結(jié)構(gòu)，

地衣（微生物共生體）的照片

葉狀地衣（南極石耳）殼狀地衣（南極麗石黃衣，紅色和赤星衣，米黃色）三、寄生

寄生關(guān)系是一種生物生活在另一種生物的表面或體內(nèi)，從后者的細胞、組織或體液中取得營養(yǎng)，前者稱為寄生物，后者稱為寄主。在寄生關(guān)系中，寄生物對寄主一般是有害的，常使寄主發(fā)生病害或死亡。在微生物中，噬菌體寄生于細菌是常見的寄生現(xiàn)象。寄生型的放線菌照片四、拮抗

拮抗關(guān)系是兩種微生物生活在一起時，一種微生物產(chǎn)生某些特殊的代謝產(chǎn)物或改變環(huán)境條件，從而抑制甚至殺死另一種微生物的現(xiàn)象。許多微生物在其生命活動過程中，產(chǎn)生抗菌物質(zhì)(抗菌素和殺菌素)，能抑制對它分泌物敏感的微生物，這是一種特異性拮抗關(guān)系。另外，在酸菜、泡菜和青貯飼料的制作過程中，由于乳酸細菌的旺盛繁殖，產(chǎn)生大量乳酸，使環(huán)境變酸而抑制腐敗細菌的生長。這是一種非特異性拮抗關(guān)系，

第三節(jié)微生物與環(huán)境保護

生物圈內(nèi)的各種物質(zhì)，都是處于不斷地合成、分解和轉(zhuǎn)化的動態(tài)平衡狀態(tài)之中。由此，組成一個自我調(diào)節(jié)、自我維持的協(xié)調(diào)整體，從而保證了地球上生命的延續(xù)。但是，當(dāng)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"等，大量排放入江河湖海，以及土壤和空氣中，使排入環(huán)境的這些物質(zhì)超過了環(huán)境所能耐受的容納量，即超過了環(huán)境的自凈能力時，就破壞了自然界的生態(tài)平衡，其結(jié)果使這些物質(zhì)大量累積于自然環(huán)境中，于是造成環(huán)境污染。

環(huán)境保護涉及的范圍很廣，內(nèi)容很多，概括地說，主要包括"保護自然環(huán)境"與"防治污染和其他公害"兩個方面。微生物與環(huán)境保護，關(guān)系極為密切，在環(huán)保工作中，利用微生物處理環(huán)境污染物和監(jiān)測環(huán)境，已取得很大成就。而且，微生物在這些方面的作用，還在不斷地研究之中，今后將會被利用于更多方面。水資源污染日益嚴(yán)重富營養(yǎng)化是指水體中因氮、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。水華：發(fā)生在淡水水體中的富營養(yǎng)化。(一)污水的生物處理

處理污水的方法很多，可歸納為物理方法、化學(xué)方法和生物方法三大類。目前國內(nèi)外多采用二級處理工藝或三級處理工藝治理污水。一級處理又稱預(yù)處理，主要是通過濾篩網(wǎng)及沉淀等物理化學(xué)方法除去污水中的粘土，淤泥及其他碎屑等污染物。二級處理又稱生物處理，主要是利用微生物的作用分解污水中的有機污染物。三級處理主要是除去排放水中的無機鹽類及其他懸浮污染物，因為在二級處理后的出水中，含有氮、磷等無機鹽類，當(dāng)它們隨水排入水體后，能促成水體富營養(yǎng)化，造成二次污染。由此可看出，微生物在污水處理中起著非常重要的作用。1、污水當(dāng)進入水體的外來污染物質(zhì)數(shù)量，超過了水體的自凈能力，并達到破壞水體原有用途的程度，即為水污染。2、污水生物處理原理

在自然界，有些水體中的污染物質(zhì)濃度，可通過河水向下游流動而自然降低，此種現(xiàn)象稱為水體自凈作用。在天然水體自凈中，除了稀釋、沉淀等作用外，主要是微生物的作用。水體內(nèi)的微生物，在其生命活動中，吸收和轉(zhuǎn)化某些污染物質(zhì)，并將大量有機物分解成無機鹽類、二氧化碳和水，從而使水體得到自凈。污水生物處理主要是根據(jù)水體自凈原理，利用微生物的催化作用和代謝活性，好氧或厭氧分解和轉(zhuǎn)化污水中的污染物質(zhì)。

COD（chemicaloxygendemand）

：即“化學(xué)需氧量”，是表示水體中有機物含量的一個簡便的間接指標(biāo)。一般是指1L污水中所含的有機物在用強氧化劑將它氧化后，所消耗氧的毫克數(shù)（mg/L）。

常用的化學(xué)氧化劑有K2Cr2O7,KMnO44、污水生物處理類型

污水生物處理的類型較多，目前最常用的方法主要是生物膜法和活性污泥法。另外還有氧化塘法、厭氧處理法、土壤灌溉法等。生物膜由污水與載體的接觸而形成。由于污水通過載體時，污水中的有機污染物和微生物吸附到載體上，并發(fā)生微生物的增殖。經(jīng)歷一個初生、生長和成熟的過程，在載體表面形成一層約2毫米厚的生物膜。生物膜在污水處理過程中不斷增厚，最后老化整塊剝落，隨廢水流入沉淀池中。然后又開始新生物膜的形成過程，這是生物膜的正常更新。(2)活性污泥法

活性污泥法又稱曝氣法，是利用含有好氧微生物的活性污泥，在通氣條件下，使污水凈化的生物學(xué)方法。活性污泥法不僅用于處理生物污水，且在許多工業(yè)廢水處理中都取得很好的效果，一般可使污水的BOD5減少90%。曝氣池曝氣法活性污泥一般經(jīng)過人工培養(yǎng)馴化而獲得，并在污水處理過程中，能被不斷地返回接種使用。活性污泥是一種絨絮狀小顆粒，主要由菌膠團形成菌、原生動物及懸浮物組成。經(jīng)過沉淀處理的污水，進入接種有活性污泥的曝氣池后，充分混合和通氣，使活性污泥中的凍膠菌等大量繁殖，形成菌膠團絮凝物。它具有很強的吸附與分解有機污染物的能力，當(dāng)污水與這些顆粒接觸時，其中的有機污染物可以很快地被吸附與分解。當(dāng)處理結(jié)束時，將曝氣池中的混合液輸入二次沉淀池，使其中的活性污泥在此凝集而沉淀。其中一部分再回流到曝氣池中，作為活性污泥接種物。(3)氧化塘法

氧化塘亦稱穩(wěn)定糖，是一種大面積敝開式的污水處理塘。其基本原理是利用藻菌共生系統(tǒng)來分解污水中的有機污染物，使污水得以凈化。

污水進入長有大量水草和藻的氧化塘后，其中的有機污染物被好氧微生物氧化分解，產(chǎn)生CO2，同時消耗O2；藻類進行光合作用，固定CO2并產(chǎn)生O2。只要該過程處于平衡，可使污水的BOD5減少80－95%。

(4)厭氧處理法

厭氧處理法是在缺氧情況下，利用厭氧微生物(包括兼性微生物)分解污水中有機污染物的方法。又稱厭氧消化法或厭氧發(fā)酵法。主要用于處理農(nóng)業(yè)和生活廢棄物，或污水廠的剩余污泥。其凈化效率可達到90%。

污水厭氧處理包括一系列復(fù)雜的消化和發(fā)酵反應(yīng)。首先，復(fù)雜有機污染物如纖維素、蛋白質(zhì)、脂肪等，被以兼性菌為主的酸菌分解成為H2、CO2、簡單有機酸和醇等。隨后，由于產(chǎn)甲烷細菌的作用，將有機酸、H2、CO2等轉(zhuǎn)化為甲烷。(二)固體廢物的生物處理處理固體廢物的方法很多，有填坑、綜合利用、焚燒、化學(xué)固定、堆肥、制取沼汽等物理、化學(xué)和生物方法。其中固體廢物的生物處理，主要是利用微生物分解有機污染物的能力，制作有機肥料和沼氣、化害為利。同時，在堆肥制作過程中，產(chǎn)生70－80℃高溫，還可殺滅許多病原菌、蟲卵及雜草種子。通常根據(jù)處理過程中的通氣情況，可分為需氧性堆肥法和厭氧發(fā)酵法兩大類。二、沼氣發(fā)酵與環(huán)境保護沼氣又稱生物氣,是一種混合可燃氣體.主要成分甲烷占60％,CO2占35％.4－65℃度都能產(chǎn)氣,PH值7－7.5,一般家庭使用建6－8方.5月、10月大出料兩次.一頭牛產(chǎn)糞每天可做一頓飯,三口人、三頭豬產(chǎn)糞可滿足一家一天能源使用.沼氣發(fā)酵原理(沼氣發(fā)酵三個階段):1.水解階段:

由多種厭氧或兼性厭氧的細菌,把纖維、淀粉、糖類、蛋白質(zhì)等水解成丙酸、乙酸、丁酸、氫氣、二氧化碳等各種有機酸.

2.產(chǎn)酸階段:

由厭氧的產(chǎn)氫、產(chǎn)乙酸細菌把第一階段產(chǎn)生的各種有機酸分解成乙酸、H2、CO2.

3.產(chǎn)氣階段:

由嚴(yán)格厭氧的產(chǎn)甲烷菌,利用CO2、乙酸、H2等產(chǎn)生甲烷.綜合利用一.沼氣1.能源2.大棚應(yīng)用3.糧食水果保鮮二.沼液1.種植業(yè)應(yīng)用:浸種.噴施.滴灌2.養(yǎng)殖業(yè)應(yīng)用:養(yǎng)魚.養(yǎng)豬.養(yǎng)雞三.沼渣1.高效有機肥2.栽培蘑菇3.特種養(yǎng)殖(養(yǎng)蚯蚓)三、污染環(huán)境的生物修復(fù)生物修復(fù)是微生物催化降解有機污染物，轉(zhuǎn)化其他污染物從而消除污染的一個受控或自發(fā)進行的過程。

目前生物修復(fù)技術(shù)主要用于土壤、水體（包括地下水）、海灘的污染（如原油的泄漏）治理以及固體廢棄物的處理。主要的污染物是石油烴及各種有毒有害難降解的有機污染物。四、環(huán)境污染的微生物監(jiān)測生態(tài)環(huán)境中的微生物是環(huán)境污染的直接承受者，環(huán)境狀況的任何變化都對微生物群落結(jié)構(gòu)和生態(tài)功能產(chǎn)生影響，因此可以用微生物指示環(huán)境污染。

（一）糞便污染指示菌（二）致突變物與致癌物的微生物檢測（三）發(fā)光細菌檢測法糞便污染指示菌－－大腸菌群糞便中腸道病原菌對水體的污染是引起霍亂、傷寒等流行病的主要原因。沙門氏菌、志賀氏菌等腸道病原菌數(shù)量少，檢出鑒定困難。因此不能把直接檢測病原菌作為常規(guī)的監(jiān)測手段，從而提出了檢測與病原菌并存于腸道且具相關(guān)性的“指示菌”，從它們的數(shù)量來判定水質(zhì)污染程度和飲水（包括食品等）的安全性。大腸菌群是最基本的糞便污染指示菌，是最常用的水質(zhì)指標(biāo)之一。大腸菌群是指一大群與大腸桿菌相似的好氧及兼性厭氧的革蘭氏陰性無芽孢桿菌，它們能在37℃48h內(nèi)發(fā)酵乳糖產(chǎn)酸產(chǎn)氣，包括埃希氏菌屬、檸檬酸桿菌屬、腸桿菌屬、克雷伯氏菌屬等。常用的大腸菌群測定方法有發(fā)酵法和濾膜法。大腸菌群數(shù)量的表示法有兩種，

一是“大腸菌群數(shù)”，即1L水中含有的大腸菌群數(shù)量。

二是“大腸菌群值”，是指水樣中可檢出1個大腸菌群數(shù)的最小水樣體積（mL）。大腸菌群值＝1000／大腸菌群數(shù)致突變物與致癌物的微生物檢測環(huán)境污染物的遺傳學(xué)效應(yīng)主要表現(xiàn)在污染物的致突變作用，致突變作用是致癌和致畸的根本原因。具有致突變作用或懷疑具有致突變效能的化合物數(shù)量巨大，這就要求發(fā)展快速準(zhǔn)確的檢測手段。微生物監(jiān)測被公認是對致突變物最好的初步檢測方法。Ames試驗－－原理是利用鼠傷寒沙門氏菌的組氨酸營養(yǎng)缺陷型菌株在致突變物的作用下發(fā)生回復(fù)突變的性能，來檢測物質(zhì)的致突變性。

S.t.his回變S.t.his

吸入濾紙片保溫可疑“三致”試樣

鼠肝勻漿（含加氧酶等）

利用回變檢測致癌劑——艾姆氏試驗三致：致突變、致畸變、致癌變陰性：不含誘變劑陽性含適當(dāng)濃度誘變劑陽性含高濃度誘變劑Ames試驗：利用細菌模型了解潛在化學(xué)致