第八章微生物的生態(tài)

第八章微生物的生態(tài)2004年5月第一頁，共六十四頁。第八章微生物的生態(tài)前言第一節(jié)微生物在自然界中的分布第二節(jié)微生物與環(huán)境間的關(guān)系第三節(jié)微生物與自然物質(zhì)循環(huán)第四節(jié)微生物與環(huán)境保護第二頁，共六十四頁。前言一、生態(tài)學(xué)的概念生態(tài)學(xué)是一門研究生命系統(tǒng)與環(huán)境系統(tǒng)間相互作用規(guī)律的科學(xué)二、什么是微生物生態(tài)學(xué)微生物生態(tài)學(xué)是生態(tài)學(xué)的一個分支，它的研究對象是微生物群體與其周圍生物和非生物環(huán)境條件間相互作用的規(guī)律。生命科學(xué)研究領(lǐng)域中，從宏觀到微觀一般可分10個層次：生物圈（biosphere）、生態(tài)系統(tǒng)（ecosystem）、群落（community）、種群（population）、個體（individual）、器官（organ）、組織（tissue）、細(xì)胞（cell）、細(xì)胞器（organelle）、分子（molecule），其中前4個客觀層次都是生態(tài)學(xué)的研究范圍。第三頁，共六十四頁。第一節(jié)微生物在自然界中的分布一、土壤圈及其微生物(一)土壤是微生物生活的良好環(huán)境由于土壤具備了各種微生物生長發(fā)育所需要的營養(yǎng)、空氣、酸堿度、滲透壓和溫度等條件，所以土壤中微生物的種類和數(shù)量是其他任何生態(tài)系統(tǒng)無法比擬的。（1）土壤的礦物質(zhì)成分，提供微生物需要的礦質(zhì)養(yǎng)料；（2）土壤中的動植物殘體，以及耕作土壤中有機肥料，源源不斷地供給微生物碳素養(yǎng)料和氮素養(yǎng)料；（3）土壤的持水性為微生物提供水分條件；（4）土壤的孔隙性和土壤水分多少，直接影響土壤的通氣條件。（5）土壤的pH范圍在3.5~10.5之間，多數(shù)在5.5~8.5之間，這是大多數(shù)微生物活動最適宜的pH；（6）土壤的保溫性，比地面空氣溫度變化小，也為微生物的生長提供了良好的條件。第四頁，共六十四頁。同一土體由于微環(huán)境的通氣、水分、營養(yǎng)等狀況都存在著差異，致使不同微生物呈立體分布。每克肥土中通常含有幾億至幾十億個微生物，貧瘠土壤每克也有幾百萬至幾千萬個微生物。（1）細(xì)菌數(shù)量：70~90%；種類：主要為腐生，少數(shù)自養(yǎng)分布：表層最多，隨土層加深減少，厭氧菌反之。（2）放線菌數(shù)量：5~30%（3）真菌（4）藻類（5）原生動物（二）土壤中微生物的分布第五頁，共六十四頁。表9－2農(nóng)田土壤上層15cm處微生物數(shù)量和生物量微生物土壤中的數(shù)量(個/g)生物量（g/m2）細(xì)菌

放線菌

真菌

藻類

原生動物9.8×107

2.0×106

1.2×102

2.5×204

3.0×104160

160

200

32

8第六頁，共六十四頁。二、微生物在水中的分布

水具有微生物生命活動適宜的溫度、pH、氧氣等，水體中也具備微生物生長繁殖的其他條件，因此成為微生物棲息的又一天然場所。(一)水體中微生物的來源土壤、空氣、動植物尸體、人和動物的排瀉物、工業(yè)及生活污水。(二)種類

水中存在的微生物90%為革蘭氏陰性菌，主要有弧菌、假單胞菌、黃桿菌等。鞘細(xì)菌及有柄附生細(xì)菌也常見于水體中。(三)微生物在水體中的分布

表現(xiàn)為水平分布和垂直分布的規(guī)律。此外，相同水域的不同濃度微生物的含量及分布也不同。(四)水體中的病原微生物

通過水體傳播的病原微生物主要有沙門氏菌屬、志賀氏菌屬、霍亂弧菌等。因此，做好水的衛(wèi)生學(xué)檢查至關(guān)重要。第七頁，共六十四頁。影響水體微生物分布的因素有機物含量溫度水的深度日光與水體的溶解氧量

海洋微生物具有耐壓、嗜冷和低營養(yǎng)要求的特點。淡水的pH值變幅從3.7到10.5，多數(shù)為6.5-8.5，因而適合于多數(shù)水生微生物的生長。

第八頁，共六十四頁。三、微生物在空氣中的分布:1．空氣是傳播微生物的重要介質(zhì)空氣本身缺乏微生物生活所必需的營養(yǎng)物，日光對微生物也具有很強的殺菌作用，另外空氣一般是干燥的，因此空氣不是微生物生活的良好環(huán)境。2．空氣中微生物的種類和數(shù)量

空氣中的微生物主要來源于帶有微生物菌體及孢子的灰塵，這類微生物大多數(shù)是腐生性的，還來源于人和動物，它們大多數(shù)是通過呼吸道排出的，其中也包含有病原微生物，懸浮在大氣中?？諝庵形⑸锏姆植茧S環(huán)境條件及微生物的抵抗力不同而呈現(xiàn)不同的分布規(guī)律?？諝庵写嬖谳^多的、存活時間較長的是各種真菌、放線菌的孢子及細(xì)菌芽胞?？諝庵形⑸锏臄?shù)目決定于塵埃的總量。第九頁，共六十四頁。表9－3不同地點空氣中的微生物數(shù)量地點微生物數(shù)量（個/ｍ3空氣）北極(北緯80°)0海洋上空1-2市區(qū)公園200城市公園5,000宿舍2,000畜舍1,000,000-2,000,000第十頁，共六十四頁。四、極端環(huán)境中的微生物

不利于一般生物生長的特殊環(huán)境稱為極端環(huán)境。主要有極端高溫、低溫、高鹽、高壓、高酸、高堿等。例如火山與溫泉、極地或高山冰川、鹽湖、深海底層等。1．高溫環(huán)境中的微生物

高熱環(huán)境--高溫環(huán)境噴發(fā)的火山、地?zé)嵴羝?、沸騰或過熱的溫泉以及高溫堆肥、熱水器和取暖用熱水循環(huán)系統(tǒng)等是常見的天然或人工的高溫環(huán)境。不同微生物對高溫的適應(yīng)能力見表9－4，高溫型微生物中以細(xì)菌居多，只有少數(shù)真菌。如嗜熱脂肪芽孢桿菌、酸熱芽孢桿菌（Ｂ．a(chǎn)cidocaldarius）等。表9—4各類群生長的上限溫度類群上限溫度(℃)真核微生物原生動物

藻類

真菌56

55-60

60-62原核微生物鹽鹽細(xì)菌

光合細(xì)菌

無機化能細(xì)菌

異養(yǎng)細(xì)菌70-73

70-73

>90

>90第十一頁，共六十四頁。嗜熱機制--嗜熱菌之所以耐熱，主要是其結(jié)構(gòu)及生理上具有一定特點。近年來，對其嗜熱機制進行了分子水平的研究，可歸納為以下4種假說。（1）類脂的敏感作用嗜熱菌細(xì)胞質(zhì)膜的化學(xué)成分，隨環(huán)境溫度的升高不僅類脂總含量增加，而且細(xì)胞中的高熔點飽和脂肪酸也增加，即長鏈飽和脂肪酸增加，而不飽和脂肪酸減少。因此，嗜熱菌在高溫下能維持膜的功能，能較好地生存。（2）重要代謝產(chǎn)物的迅速再合成

嗜熱菌中tRNAr的周轉(zhuǎn)率大于中溫菌的周轉(zhuǎn)率，核酸中的GC含量也比中溫菌高。（3）大分子的熱穩(wěn)定性--嗜熱菌的酶和蛋白質(zhì)比中溫菌的酶和蛋白質(zhì)具有較高的熱穩(wěn)定性。（4）蛋白質(zhì)合成系統(tǒng)的熱穩(wěn)定性--嗜熱菌的核糖體比中溫菌的核糖體抗熱性高。第十二頁，共六十四頁。2．高鹽環(huán)境中的微生物

高鹽環(huán)境--鹽湖、鹽池和鹽腌制的食品等是常見的高鹽環(huán)境。通常把能在含鹽量高于１５％的環(huán)境中生長的微生物稱為極端嗜鹽菌，常見的種類有鹽細(xì)菌屬和鹽球菌屬(表9-5)。

耐鹽機理：

①嗜鹽菌具有能適應(yīng)高鹽環(huán)境的細(xì)菌結(jié)構(gòu)和離子濃度。嗜鹽菌有選擇性地吸收K＋排出Na＋的能力，細(xì)胞內(nèi)的高濃度K＋既可以防止原生質(zhì)脫水，又能維持酶和蛋白質(zhì)等的活性;②有嗜鹽的酶;③光合鹽桿菌的細(xì)胞質(zhì)膜上含有菌視紫素，能利用光能造成膜內(nèi)外H＋的濃度梯度并藉以產(chǎn)生ATP和向細(xì)胞外排出Na＋。對高鹽濃度的適應(yīng)性酶的嗜鹽性

紫膜的H+泵作用和排鹽作用

第十三頁，共六十四頁。表9-5微生物的不同嗜鹽類群嗜鹽類群最適生長鹽濃(NaC1)實例非嗜鹽微生物＜0.2mol/L淡水微生物弱嗜鹽微生物0.2-0.5mol/L大多數(shù)海洋微生物中等嗜鹽微生物0.5-2.5mol/L某些細(xì)菌和藻類極端嗜鹽微生物2.5-5.2mol/L鹽桿菌和鹽球菌耐鹽微生物耐受范圍0.2-2.5mol/L金黃色葡萄球菌和其他葡萄球菌，耐鹽酵母菌等第十四頁，共六十四頁。3．高壓環(huán)境中的微生物

自然界的高壓環(huán)境主要存在于深海中，多數(shù)海洋底部的壓力在100個大氣壓以上，最深處約為1100個大氣壓。研究表明從常壓環(huán)境中分離的多數(shù)微生物在200-600個大氣壓的高壓環(huán)境中將受到抑制或死亡，高壓條件主要抑制常壓微生物細(xì)胞蛋白質(zhì)合成、質(zhì)膜上物質(zhì)和能量的傳遞及酶的代謝活性。高壓環(huán)境中生長的主要是細(xì)菌，如分離自深海淤泥的耐壓假單胞菌，生長十分遲緩，代時為33天。3類嗜壓菌及其生長靜水壓（大氣壓數(shù)）類型最低生長壓最適生長壓最高生長壓耐壓菌未測1-100500嗜壓菌1400-500700極端嗜壓菌400700-8001035第十五頁，共六十四頁。4.嗜冷微生物（psychrophiles）5.嗜酸微生物（acidophiles）6.嗜堿微生物（alkalinophiles）7.嗜酸微生物（acidophiles）8.抗輻射微生物其他極端環(huán)境的微生物第十六頁，共六十四頁。五、工農(nóng)業(yè)產(chǎn)品上的微生物工業(yè)產(chǎn)品上的霉腐

大量的工業(yè)產(chǎn)品都是直接或間接用動植物作原料制成的,例如木制品、纖維制品、革裘制品、橡膠制品、卷煙、化妝品、中成藥等。食品上的微生物

糧、油、肉、蛋、奶、蔬菜和水果等各類食品含有豐富的營養(yǎng)成分，因而是微生物生長繁殖的天然營養(yǎng)基質(zhì)。1．糧食上的微生物2．肉類上的微生物3．魚類上的微生物4．乳制品中的微生物

第十七頁，共六十四頁。第二節(jié)微生物與環(huán)境間的關(guān)系互生關(guān)系

共生關(guān)系

競爭關(guān)系

寄生關(guān)系

獵食關(guān)系

拮抗作用

第十八頁，共六十四頁。一、互生關(guān)系概念：兩種生物都可以單獨生活，當(dāng)生活在一起時，比單獨生活的好，但二者不形成共生組織(生命整體)的關(guān)系。（一）微生物間的互生:例如:好氧性自生固氮菌(N源)與纖維素分解菌(有機酸)（二）人體腸道中正常菌群與人的互生（三）微生物-植物的互生（四）互生現(xiàn)象與發(fā)酵工業(yè)的混菌培養(yǎng)

例如:“二步發(fā)酵法生產(chǎn)維生素C”需要弱氧化醋酸桿菌（Acetobactersuboxydans）和生黑葡糖酸桿菌（Gluconobactermelanogenes）。第十九頁，共六十四頁。二、共生關(guān)系概念：指兩種生物在一起生活，互相提供必要的生活條件，彼此依賴，形成一個在形態(tài)上具有共同結(jié)構(gòu)，而在生理上卻相互分工，互換生命活動產(chǎn)物的生存關(guān)系。如將二者分開，各自都生活不好。此可視為互生關(guān)系的高度發(fā)展。（一）微生物間的共生

藻類或藍(lán)細(xì)菌與真菌共生所形成的地衣是共生關(guān)系的典型代表，藻類和藍(lán)細(xì)菌通過光合作用向真菌提供有機養(yǎng)料，固氮藍(lán)細(xì)菌還可以同時供給有機氮素營養(yǎng)，真菌則利用菌絲的吸收作用為藻類和藍(lán)細(xì)菌提供水、礦質(zhì)養(yǎng)料及某些生長素和在基質(zhì)上牢固附著的條件，這一共生關(guān)系使地衣具有極強的適應(yīng)性和生命力(圖9-1)。圖9-1A.囊衣屬(pgtsucia)地衣原植體的縱切面；

B.peltigerapraetextata的裂芽；C.牛皮葉屬(Sticta)地衣的杯點。第二十頁，共六十四頁。（二）微生物和植物的共生關(guān)系類型

共生關(guān)系是兩個生物間相互有利的共居關(guān)系，彼此間有直接的營養(yǎng)物質(zhì)交流，一種生物對另一種生物的生長有促進作用。種子植物和微生物間的共生關(guān)系現(xiàn)像，一般有兩類型：根瘤（rootnodule)和菌根（mycorrhiza）。（1）細(xì)菌和植物的共生關(guān)系有的植物（豆科植物居多）的根上，常有各種形狀的瘤狀突起，稱為根瘤。根瘤的產(chǎn)生是由于土壤內(nèi)的一種細(xì)菌，即根瘤菌，由根毛侵入根的皮層內(nèi)，一方面根瘤菌在皮層細(xì)胞內(nèi)迅速分裂繁殖；另一方面，受到根瘤菌侵入的皮層細(xì)胞，因根瘤的分泌物的刺激也迅速分裂，產(chǎn)生大量新細(xì)胞，使皮層部分的體積膨大和凸出，形成根瘤。根瘤最大的特點，就是具有固氮的作用。根瘤菌的三大特性：感染性專一性有效性第二十一頁，共六十四頁。根瘤第二十二頁，共六十四頁。（2）真菌和植物的共生關(guān)系有些真菌能在一些植物根上發(fā)育，菌絲體包圍在根面（外生菌根）或侵入根內(nèi)或根組織（內(nèi)生菌根），共同發(fā)育，建立共生關(guān)系。這種共生體稱為菌根。植物：2000多種，包括被子植物、裸子植物和蕨類植物。真菌：擔(dān)子菌、子囊菌和藻狀菌。第二十三頁，共六十四頁。（三）微生物與動物間的共生（1）微生物與昆蟲的共生

微生物與昆蟲間的共生關(guān)系表現(xiàn)有多種形式并具有較高的特異性。切葉蟻同絲狀真菌的共生是很有趣的。它們將地面的樹葉切碎帶回并混以唾液和糞便等含氮物質(zhì)，在巢室里專門培養(yǎng)絲狀真菌使其生長。螞蟻則以食取部分菌絲和孢子為營養(yǎng)。一些研究表明切葉蟻同真菌的共生關(guān)系具有很高的特異性，它們培育的真菌幾乎是純培養(yǎng)體，為此而特稱為蟻的“真菌園”。真菌與切葉蟻的共生對熱帶雨林地表的落葉轉(zhuǎn)化為土壤有機質(zhì)有重要意義。第二十四頁，共六十四頁。唾液纖維質(zhì)飼料自然菌源CO2，CH4，H2有機酸大量菌體，固型物肉、奶

吸收轉(zhuǎn)化糞便進入瘤胃微生物大量繁殖反芻動物與瘤胃微生物的共生原理（2）瘤胃微生物與反芻動物的共生

牛、羊、鹿等反芻動物的胃結(jié)構(gòu)復(fù)雜，包括瘤胃、蜂窩胃、重瓣胃和皺胃四個胃室。反芻動物以草、葉或嫩枝等為食，但它們本身缺乏消化纖維素的酶，而是靠定居在瘤胃中的微生物來分解轉(zhuǎn)化纖維素等物質(zhì)再供動物吸收利用。瘤胃為微生物提供了一個穩(wěn)定的厭氧、中溫（39-40℃）和偏酸性（ｐH5.5-7.0）的良好生態(tài)環(huán)境，在瘤胃中生活有大量專性厭氧的細(xì)菌和以纖毛蟲為主的原生動物。細(xì)菌的主要類群有擬桿菌屬、瘤胃球菌屬、琥珀酸單胞菌屬、產(chǎn)甲烷桿菌屬、丁酸弧菌屬、月形單胞菌屬、琥珀酸弧菌屬、鏈球菌屬和乳桿菌屬等。部分原生動物類群也有分解淀粉和纖維素的能力，但它們主要以細(xì)菌為食并將其所含的蛋白質(zhì)等營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)化貯存起來以進一步被動物所利用。牛瘤胃的容積可達(dá)100L以上，其中約生長著100種細(xì)菌和原生動物。第二十五頁，共六十四頁。三、競爭關(guān)系

多種微生物共同生活于一個環(huán)境中時，或因一種微生物優(yōu)先利用有限養(yǎng)料，致使另一種微生物養(yǎng)料缺乏，生長發(fā)育受阻；或因一種微生物生長迅速，占領(lǐng)基質(zhì)表面和充斥空間，使另一種微生物無處容身而生長受抑。競爭導(dǎo)致優(yōu)勢種群的勝利和劣勢種群的淘汰。

Gause(1934)用綠膿芽孢桿菌喂養(yǎng)雙小核草履蟲和大草履蟲，單獨培養(yǎng)時兩種草履蟲均表現(xiàn)出Ｓ型的數(shù)量增長曲線，但混合培養(yǎng)16天后，由于競爭同一食物只有生長較快的雙小核草履蟲生存，而大草履蟲完全被淘汰。Gemerden(1974)在硫化物為限制因子的條件下混合培養(yǎng)酒色紅硫菌(Chromatiumvinosum)和韋氏紅硫菌(Chromatiumwerissei)，發(fā)現(xiàn)它們之間的競爭能力與光照條件有關(guān)，當(dāng)連續(xù)光照或光照時間大于或等于黑暗時間時，酒色紅硫菌占優(yōu)勢；當(dāng)黑暗時間大于光照時間時，韋氏紅硫菌占優(yōu)勢。許多研究結(jié)果表明限制性養(yǎng)料種類、濃度、ｐH、溫度和氧氣等條件均會影響微生物種群間的競爭能力。此外，微生物對干旱、高溫和低溫等極端因子的抗性也對其競爭能力有重要影響。在發(fā)酵工業(yè)上,常利用加大接種量來控制少量雜菌的污染,也是利用微生物的競爭關(guān)系。第二十六頁，共六十四頁。四、寄生關(guān)系

寄生是一種生物生活在另一種生物表面或體內(nèi)并對后者產(chǎn)生危害的相互關(guān)系。在這一關(guān)系中前者稱為寄生物，后者稱為寄主。微生物間的寄生關(guān)系有時也會給工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來巨大的損失。例如，蘇蕓金芽孢桿菌的生產(chǎn)中，常遇到噬菌體的危害而造成損失。但另一方面人們又能利用它們的寄生關(guān)系來殺死有害微生物，防治動植物病害。第二十七頁，共六十四頁。五、獵食關(guān)系

這是一種微生物直接吞食另一種微生物的關(guān)系。捕食者從被食者獲得營養(yǎng)，在極端情況下，捕食者的吞食可能導(dǎo)致被食者種群的消失，進而也反過來威脅到捕食者本身的生存。但在一般情況下總有部分生活力強的被食者能逃避捕食并能在捕食者因食物減少而消減時重新繁殖起來，從而導(dǎo)致捕食者與被食者種群數(shù)量交替消漲的周期性波動。絕大多數(shù)的原生動物、粘菌的變形蟲階段和某些粘細(xì)菌以捕食為營養(yǎng)方式。第二十八頁，共六十四頁。六、拮抗作用

這是一種微生物通過產(chǎn)生某種特殊的代謝產(chǎn)物或改變環(huán)境條件來抑制或殺死另一微生物種群的現(xiàn)象?？梢詫⑥卓棺饔脜^(qū)分為特異性和非特異性兩種類型。1．非特異性拮抗作用

指一種微生物通過自身的代謝活動改變環(huán)境條件,非特異性地抑制其他微生物的作用。其作用方式：①產(chǎn)酸。②產(chǎn)生乙醇。③改變氧分壓。2．特異性拮抗作用

是一種微生物在代謝活動中專門產(chǎn)生的一些特殊次生代謝產(chǎn)物能在低濃度下有選擇性地抑制或殺死另一種微生物的作用。依產(chǎn)物的作用性質(zhì)可分為兩類：細(xì)菌素和抗生素。第二十九頁，共六十四頁。第三節(jié)微生物與自然物質(zhì)循環(huán)一、碳素循環(huán)二、氮素循環(huán)三、硫素循環(huán)和細(xì)菌過濾四、磷素循環(huán)第三十頁，共六十四頁。碳素循環(huán)光合作用藻類、綠色植物、藍(lán)細(xì)菌（CH2O）n有機化合物呼吸作用動植物及微生物需氧厭氧CO2厭氧呼吸、發(fā)酵厭氧微生物，包括光合細(xì)菌有機化合物（CH2O）n光合細(xì)菌沉積作用產(chǎn)甲烷細(xì)菌甲基化合物甲烷氧化細(xì)菌CH4第三十一頁，共六十四頁。第三十二頁，共六十四頁。二、氮素循環(huán)（1）生物固氮（2）硝化作用（3）同化性硝酸鹽還原作用（4）氨化作用（5）銨鹽同化作用（6）異化性硝酸鹽還原作用（7）反硝化作用（8）亞硝酸氨化作用工業(yè)固氮有機氮化物硝化作用NO3-NH4+NO2-NO2N2NO2固氮作用反硝化作用同化硝酸鹽的還原作用第三十三頁，共六十四頁。硝化作用反硝化作用同化作用分解作用固氮第三十四頁，共六十四頁。有機硫化物

反硫化作用H2SS2SO42-硫的生物循環(huán)第三十五頁，共六十四頁。反硫化作用第三十六頁，共六十四頁。

第三十七頁，共六十四頁。含磷礦物風(fēng)化作用PO43-不溶性磷酸鹽有機磷化物土壤固定微生物溶磷作用植物微生物同化作用微生物解磷作用磷的生物循環(huán)1.有機磷化物的分解(解磷作用)2.不溶性無機磷化物的轉(zhuǎn)化(溶磷作用)

3.有效磷的微生物固定磷的生物循環(huán)第三十八頁，共六十四頁。（一）根際微生物（教材P193）什么叫根際也稱根圈（rhizosphere），指生長中的植物根系直接影響的土壤范圍，包括表面至幾毫米的土壤區(qū)域。它是植物根系有效吸收養(yǎng)料和水分的范圍，也是根系分泌作用旺盛的部位，因而是微生物和植物相互作用的界面。根際釋放物質(zhì)的類型：（1）滲出物（2）分泌物（3）植物黏液（4）粘質(zhì)（5）溶胞產(chǎn)物（三）微生物-植物生態(tài)系第三十九頁，共六十四頁。根際效應(yīng)（1）概念根際同根際外土壤中的微生物群落相比，生活在植物根際中的微生物，在數(shù)量、種類和活性上有明顯不同，表現(xiàn)出特異性，這種現(xiàn)象稱為根際效應(yīng)。（2）根土比------反應(yīng)根圈效應(yīng)的重要指標(biāo)根土比是指根圈中的微生物數(shù)量同相應(yīng)的無根系影響的土壤中的微生物數(shù)量之比。不同的植物和土壤的特性不一樣，根土比差異較大。第四十頁，共六十四頁。（2）有害影響A.引起作物病害。B.某些有害微生物雖無致病性，但它們產(chǎn)生的有毒物質(zhì)能抑制種子的發(fā)芽、幼苗的生長和根系的發(fā)展。C.競爭有限養(yǎng)分。根際微生物對植物的影響

（1）有利影響A.改善植物的營養(yǎng)代謝產(chǎn)物（糖類、有機酸有機酸、氨基酸以及維生素和生長素類物質(zhì)。B.根際微生物分泌的維生素、氨基酸、生長刺激素等生長調(diào)節(jié)物質(zhì)能促進植物的生長。C.根際微生物分泌的抗菌素類物質(zhì)，有利于作物避免土著性病原菌的侵染。D.產(chǎn)生鐵載體（siderophore）,這些是一些植物促長細(xì)菌(PGPR)的重要功能之一。第四十一頁，共六十四頁。（二）附生微生物附生微生物是指直接著生在植物地上部分表面的微生物，附生在根表面的微生物，通常稱根表微生物。（1）葉面的附生微生物以細(xì)菌為主，其次是酵母菌類和少數(shù)絲狀真菌，放線菌則是很少的。乳酸桿菌是葉面廣泛存在的附生細(xì)菌，研制泡菜利用的天然接種劑。（2）成熟的漿果表面有大量糖類分泌物，是酵母菌的天然附生環(huán)境。如葡萄酒發(fā)酵；水果腐爛。（3）根表微生物第四十二頁，共六十四頁。第三節(jié)微生物與環(huán)境保護一、微生物對土壤中污染物的降解二、微生物對農(nóng)藥和合成聚合物的降解三、微生物對有毒元素的轉(zhuǎn)化四、污水處理的微生物學(xué)原理五、微生物對空氣污染的指示作用六、沼氣發(fā)酵第四十三頁，共六十四頁。

一、微生物對土壤中污染物的降解

1.作為廢棄物處理系統(tǒng)的土壤

土壤對于外來污染物質(zhì)具有一定自動凈化能力，這是由于土壤中數(shù)量巨大和種類繁多的微生物的作用，特別是那些能夠降解復(fù)雜有機物的微生物。能夠降解人造有機化合物的許多細(xì)菌都含有降解質(zhì)粒(degrativeplasmids)。2.土壤的污染源工業(yè)污水農(nóng)用化學(xué)制品糞肥和垃圾-

第四十四頁，共六十四頁。二、微生物對農(nóng)藥和合成聚合物的降解

1.微生物對化學(xué)農(nóng)藥的轉(zhuǎn)化和降解

化學(xué)農(nóng)藥在土壤中的降解類型--①光化學(xué)降解；②化學(xué)降解；③微生物降解。降解農(nóng)藥的微生物

2.人工合成聚合物的分解人工合成的高分子聚合物是各種塑料制品的原料。90%是由聚乙烯、聚氯乙烯和聚苯乙烯所構(gòu)成。高分子聚合物的分子量在數(shù)千至15萬的范圍內(nèi)，一般都能抗生物降解。聚合物之所以難以降解與其分子量過大有關(guān)。分子量越大，抗生物降解性越強。第四十五頁，共六十四頁。三、微生物對有毒元素的轉(zhuǎn)化

污染土壤的有毒元素主要來自工業(yè)廢水、廢渣和垃圾，冶煉和采礦工業(yè)是向環(huán)境中釋放有毒元素的主要污染源。對人畜毒害大的污染元素有汞、砷、硒、鎘、鉛、鉻、鎳、鉬、鋅等元素，這些元素對生物的致毒作用有3個特點：①致毒濃度如汞、鎘等重金屬的致毒濃度范圍在1-10mg/kg以下；②通過食物鏈積累重金屬可在高營養(yǎng)級水平的生物體內(nèi)成千萬倍地富集，然后通過食物進入人體，造成慢性中毒；③有些重金屬通過微生物的作用可轉(zhuǎn)化成毒性更強的化合物。利用微生物從土壤中吸收提取這些物質(zhì)，然后集中處理，消除其污染第四十六頁，共六十四頁。（二）微生物對重金屬的抗性作用產(chǎn)生硫化氫與重金屬結(jié)合形成沉淀，減少濃度達(dá)到解毒的作用，這種機制是非專一性的；產(chǎn)生大分子有機物（主要為蛋白質(zhì)和核酸），與重金屬結(jié)合形成沉淀，減少濃度達(dá)到解毒的作用，這種機制具有很高的專一性的，如微生物對銅、鉛的抗性；還原作用，使重金屬從毒性較高的價態(tài)還原到毒性較低的價態(tài)，如很多微生物可以把高毒性的Hg2+還原為低毒性的元素Hg0沉淀于培養(yǎng)液低部；減少吸收或增加排除，以降低細(xì)胞內(nèi)的重金屬濃度，如金黃色葡萄球菌對鎘（Cd）的抗性；吸附與積累，有些微生物可吸收重金屬并在細(xì)胞表面積累，甚至可達(dá)細(xì)胞干重90%，這種機制有兩種情況，一種是非專一性的，另一種是專一性的。第四十七頁，共六十四頁。四、污水處理的微生物學(xué)原理1.自然水體的自凈作用2.水體富營養(yǎng)化

３.污水處理及微生物的作用

第四十八頁，共六十四頁。一、水體自凈作用（1）概念水體自凈是發(fā)生在受到污染（特別是有機污染）的水體中的一個生態(tài)學(xué)過程，在這個過程中微生物消耗或吸收了水中的污染物，使得水或水體向凈化的方向轉(zhuǎn)變。（２）作用造成這一轉(zhuǎn)變的生物化學(xué)過程常被稱作生物降解。生物降解是指在微生物作用下，有機化合物轉(zhuǎn)化為低級有機物和簡單無機物的過程。第四十九頁，共六十四頁。２．水體富營養(yǎng)化

（１）概念富營養(yǎng)化是湖泊分類和演化學(xué)的一個概念，它指的是當(dāng)湖泊水中的N、P等植物營養(yǎng)物（如氨氮、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮、尿素、磷酸鹽）的濃度超過一定數(shù)值時引起的湖泊生態(tài)系統(tǒng)的一種惡性循環(huán)。（２）生態(tài)循環(huán)過程①大量含有氮磷的污水進入一個湖泊；②湖泊中的主要生產(chǎn)者藻類的快速生長③藻類的尸體則為湖泊微生物提供了充足的養(yǎng)料，它們也因而大量繁殖并快速消耗水中的溶解氧④由于微生物集中于底泥之中，結(jié)果造成水的底層缺氧⑤缺氧層的厚度越來越大，從而把好氧微生物的活動范圍更加限制在表層⑥直到最后，只有水面薄薄的一層還有藻類生長，其他需氧生物統(tǒng)統(tǒng)死亡。⑦藻類生長進一步限制了陽光的入射深度和氧氣補充速度，更加劇了這一過程。⑧最后系統(tǒng)終于崩潰，藻類也由于缺氧而開始大量死亡，形成"赤潮"。第五十頁，共六十四頁。（３）形成因素①營養(yǎng)物太多②水力條件──水流緩慢，陽光照射造成水溫的垂直分布阻礙水的垂直混合等等。（４）結(jié)果到了富營養(yǎng)化階段，湖泊就進入了老化階段，開始走向消亡──湖底逐漸升高，以至于變成沼澤，最后變?yōu)殛懙?。水污染對湖泊的危害就在于使水中的植物營養(yǎng)物過快積累起來，使得湖泊提前進入富營養(yǎng)化階段，加快它的消亡過程。第五十一頁，共六十四頁。污水處理及微生物的作用

其基本原理是污水在充分曝氣條件下，通過需氧微生物的旺盛代謝活動，氧化分解有機污染物，使污水凈化。根據(jù)污水處理過程中起作用的微生物對氧氣需求的不同，可將污水生物處理分為需氧處理與厭氧處理兩大類。常用的方法有：活性污泥法、生物膜法、氧化塘法、厭氧消化法和土地處理法5大類型。第五十二頁，共六十四頁。(1)生化耗氧量（biochemicaloxygendemand,BOD）是指在特定時間和溫度下，微生物好氧過程中氧化一升污水中的有機物所需氧的毫克數(shù)(單位為mg/L)。(2)化學(xué)需氧量（chemicaloxygendemand,,COD）,是表示水體中有機物含量的一個簡便的間接指標(biāo),指1L污水中所含有的有機物在強氧化劑將它氧化后,所消耗氧的毫克數(shù)(單位為mg/L)(3)總需氧量（totaloxygendemand,,TOD），指污水中能被氧化的物質(zhì)（主要是有機物）在高溫下燃燒變成穩(wěn)定氧化物時所需的氧量。（4）溶解氧量（dissolvedoxygen，DO），指溶于水體中的分子態(tài)氧，是評價水質(zhì)優(yōu)劣的重要指標(biāo)。（5）懸浮物含量（suspendsolid，SS），指水