第八章微生物生態(tài)

陸地環(huán)境中的微生物群落第八章微生物生態(tài)本文檔共97頁；當前第1頁；編輯于星期三\12點59分分子水平亞細胞水平細胞水平種群水平群落水平整體水平生態(tài)系統(tǒng)生物圈本文檔共97頁；當前第2頁；編輯于星期三\12點59分生命科學研究的對象和范圍，由小到大，由微觀到宏觀，可以區(qū)分為若干層次,其中種群水平群落水平生態(tài)系統(tǒng)生物圈屬生態(tài)學研究范疇本文檔共97頁；當前第3頁；編輯于星期三\12點59分生態(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(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)學功能單位。本文檔共97頁；當前第4頁；編輯于星期三\12點59分微生物生態(tài)學：研究微生物與其周圍生物和非生物環(huán)境之間相互關(guān)系。生態(tài)學：研究生物有機體與其棲居環(huán)境間相互關(guān)系的科學。它包括生物對環(huán)境的改變和環(huán)境對生物的影響等。

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)；

微生物與環(huán)境保護本文檔共97頁；當前第5頁；編輯于星期三\12點59分1.土壤中的微生物土壤是固體無機物(巖石和礦物質(zhì))、有機物、水、空氣和生物組成的復合物，是微生物的合適生境。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，是微生物的大本營。第一節(jié)微生物在自然界中的分布與菌種資源開發(fā)一、微生物在自然界中的分布本文檔共97頁；當前第6頁；編輯于星期三\12點59分1.土壤環(huán)境條件（1）土壤是微生物的天然培養(yǎng)基（2）土壤的保水性，使微生物生長有充分的水供應（3）土壤顆粒間的空隙，保持了良好的通氣條件（4）土壤的pH為3.5～10.5，是大多微生物的最適pH（5）土壤中溫度變化不大，冬天具保溫性本文檔共97頁；當前第7頁；編輯于星期三\12點59分2.土壤中微生物的種類與數(shù)量細菌70％～90％2.5億／g土放線菌5％～30％70萬／g土霉菌3％～20％40萬／g土藻類1％～2％5萬／g土原生動物0.5％～1％3萬／g土本文檔共97頁；當前第8頁；編輯于星期三\12點59分每克土壤的含菌量約有10倍系列的遞減規(guī)律：細菌（～108）放線菌（～107，孢子）霉菌（～106，孢子）酵母菌（～105）藻類（～104）原生動物（～103）本文檔共97頁；當前第9頁；編輯于星期三\12點59分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(guān)，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。本文檔共97頁；當前第10頁；編輯于星期三\12點59分西澳州海灘上有3.5億年前留下的墊藻巖本文檔共97頁；當前第11頁；編輯于星期三\12點59分墊藻巖中的原核生物本文檔共97頁；當前第12頁；編輯于星期三\12點59分20世紀80年代，美國能源部-----地下科學計劃（DeepSubsurtaceProgram）地下的微生物在陸地可達4公里深（每下降1公里溫度上升20℃），在海底則可深達7公里（每下降1公里溫度上升15℃）。目前已知微生物的最高生長溫度：113℃（海底火山口）目前的采樣深度：2.8公里本文檔共97頁；當前第13頁；編輯于星期三\12點59分（二）水體中的微生物數(shù)量和種類與接觸的土壤有密切關(guān)系；分布上更多的是吸附在懸浮在水中的有機物上及水底；多能運動，有些具有很異常的形態(tài)；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；水體自身存在自我凈化作用：致病菌一般對營養(yǎng)要求苛刻，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；本文檔共97頁；當前第14頁；編輯于星期三\12點59分1.不同水體中的微生物種類（1）淡水型水體的微生物（2）海水型水體的微生物清水型水生微生物腐敗型水生微生物本文檔共97頁；當前第15頁；編輯于星期三\12點59分①天然生長于水中的，主要是化能自養(yǎng)和光能自養(yǎng)微生物。（清水型水生微生物）②來自土壤、塵埃。③來自下水道的污水、廢物和排泄物。（腐敗型水生微生物）水中微生物的主要來源本文檔共97頁；當前第16頁；編輯于星期三\12點59分淡水型水體的微生物清水型水生微生物腐敗型水生微生物有機物含量低含有大量外來有機物化能自養(yǎng)微生物光能自養(yǎng)微生物腸道桿菌

芽孢桿菌

弧菌

螺菌

原生動物等本文檔共97頁；當前第17頁；編輯于星期三\12點59分（2）

海水型水體的微生物

海洋是地球上最大的水體，咸水占地球總水量的97.5％。海水中有機質(zhì)少；溫度低，一般在5℃以下；鹽濃度高，一般含鹽量為3％左右。海水的特點本文檔共97頁；當前第18頁；編輯于星期三\12點59分海水中的土著微生物種類主要是藻類、細菌中

Bacillus（芽孢桿菌屬）、Pseudomonas（假單胞菌）、Vibrio（弧菌屬）、發(fā)光細菌等。本文檔共97頁；當前第19頁；編輯于星期三\12點59分海洋微生物的分布水平方向：離陸地越遠，微生物種類和數(shù)量就越少。例如，港口海水中微生物數(shù)量可達10萬／mL，遠海只有10～250／mL。本文檔共97頁；當前第20頁；編輯于星期三\12點59分2.水體的自凈作用（selfcleaning）

在自然水體尤其是快速流動、氧氣充足的水體中，存在著對有機或無機污染物的自凈作用。物理學化學生物學生物化學共同作用主要作用本文檔共97頁；當前第21頁；編輯于星期三\12點59分3.飲用水的微生物學標準良好的飲用水，細菌含量應＜100個／mL，當超過＞500個／mL時，就不宜作飲用水。

飲用水的微生物種類主要采用以E.coli為代表的大腸菌群數(shù)為指標。本文檔共97頁；當前第22頁；編輯于星期三\12點59分自來水中細菌總數(shù)≤100個／mL；（37℃，培養(yǎng)24h）我國衛(wèi)生部門規(guī)定的飲用水標準：大腸菌群數(shù)≤3個／L（37℃，培養(yǎng)48h）

本文檔共97頁；當前第23頁；編輯于星期三\12點59分飲用水的微生物指標：總菌數(shù)：

<100個/ml大腸桿菌：<3個/L水中的病原微生物會對水質(zhì)產(chǎn)生重要影響本文檔共97頁；當前第24頁；編輯于星期三\12點59分（三）空氣中的微生物來源于土壤、水體及人類的生產(chǎn)、生活活動；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(guān)；數(shù)量取決于塵埃數(shù)量；停留時間和塵埃大小、空氣流速、濕度、光照等因素有關(guān)；與人類的關(guān)系：傳播疾病、造成食品等的污染本文檔共97頁；當前第25頁；編輯于星期三\12點59分(三)空氣中的微生物

空氣中缺乏營養(yǎng)和水分，不適于微生物的生存，但仍存在種類和數(shù)量不固定的微生物。本文檔共97頁；當前第26頁；編輯于星期三\12點59分土壤飛起的塵埃水面吹起的水珠人和動物體表干燥的脫落物呼吸道排出的廢物1.空氣中微生物的主要來源本文檔共97頁；當前第27頁；編輯于星期三\12點59分2.影響空氣中微生物分布的因素①人口密度，車輛多少②下雨、下雪③季節(jié)、氣候本文檔共97頁；當前第28頁；編輯于星期三\12點59分3.降低空氣中微生物數(shù)量的方法①減少菌源、塵埃源②空氣過濾③滅菌（如UV照射，甲醛熏蒸）本文檔共97頁；當前第29頁；編輯于星期三\12點59分（四）工農(nóng)業(yè)產(chǎn)品上的微生物工業(yè)產(chǎn)品的霉腐食品上的微生物農(nóng)產(chǎn)品上的微生物本文檔共97頁；當前第30頁；編輯于星期三\12點59分1.工業(yè)產(chǎn)品的霉腐

大量工業(yè)品都是用動植物產(chǎn)品作原料來制造的，例如各種纖維制品、木制品、革制品、橡膠制品、油漆、卷煙和化妝品等，其上常常有大量的、種類各異的微生物分布著。

本文檔共97頁；當前第31頁；編輯于星期三\12點59分

各種材料和工農(nóng)業(yè)產(chǎn)品因受氣候、物理、化學或生物因素的作用而發(fā)生變質(zhì)、破壞的現(xiàn)象，稱為材料劣化。材料劣化（materialdeterioration）本文檔共97頁；當前第32頁；編輯于星期三\12點59分（1）霉變（mildew，mouldness）（2）腐朽（decay）（3）腐爛（或腐敗，putrefaction，rot）（4）腐蝕（corrosion）（5）變質(zhì)（deterioration）材料劣化包括：本文檔共97頁；當前第33頁；編輯于星期三\12點59分2.食品上的微生物很多微生物在食品上生長后會產(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?。槐疚臋n共97頁；當前第34頁；編輯于星期三\12點59分防止食品霉腐的方法：①在加工、制造和包裝過程中注意清潔衛(wèi)生；②添加少量無害的防腐劑；③控制保藏條件，采用低溫、干燥、密封

（用除氧劑或充以CO2、N2氣體）等措施。本文檔共97頁；當前第35頁；編輯于星期三\12點59分3.農(nóng)產(chǎn)品上的微生物Aspergillus（曲霉屬）Penicillium（青霉屬）Fusarium（鐮孢霉屬）引發(fā)霉腐的種類其中有些可產(chǎn)生致癌的真菌毒素（mycotoxin）本文檔共97頁；當前第36頁；編輯于星期三\12點59分各種糧食和飼料上的主要霉菌本文檔共97頁；當前第37頁；編輯于星期三\12點59分在目前已知的約9萬種真菌中，有200多個種可產(chǎn)生100余種真菌毒素（mycotoxin）。其中14種能致癌。

①由Aspergillusflavus（黃曲霉）部分菌株產(chǎn)生的黃曲霉毒素（aflatoxin，AFT）；②由Fusariumspp.（一些鐮孢菌）產(chǎn)生的單端孢烯族毒素（trichothecene）T2。兩種強致癌劑：

本文檔共97頁；當前第38頁；編輯于星期三\12點59分（五）極端環(huán)境下的微生物

在自然界中，存在著一些依賴高溫、低溫、高酸、高堿、高鹽、高壓或高輻射強度等極端環(huán)境才能正常生長繁殖的微生物，稱為嗜極菌或極端微生物。本文檔共97頁；當前第39頁；編輯于星期三\12點59分1.嗜熱微生物（thermophiles）2.嗜冷微生物（psychrophiles）3.嗜酸微生物（acidophiles）4.嗜堿微生物（basophiles或alkalophiles）5.嗜鹽微生物（halophiles）6.嗜壓微生物（barophiles）7.抗輻射微生物極端環(huán)境下的微生物：自學本文檔共97頁；當前第40頁；編輯于星期三\12點59分（六）生物體內(nèi)外的正常菌群人體的正常菌群無菌動物與悉生生物3.根際微生物和附生微生物本文檔共97頁；當前第41頁；編輯于星期三\12點59分人體內(nèi)外部1.人體的正常菌群（normalflora）種類繁多數(shù)量驚人（104）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。本文檔共97頁；當前第42頁；編輯于星期三\12點59分微生態(tài)學（microecology）

旨在從細胞和分子水平上研究微觀層次上的生態(tài)學規(guī)律，其任務為：①研究正常菌群的本質(zhì)及其與宿主間

的相互關(guān)系；②闡明微生態(tài)平衡與失調(diào)的機制；③指導微生態(tài)制劑的研制，以用于調(diào)整人體的微生態(tài)平衡。本文檔共97頁；當前第43頁；編輯于星期三\12點59分人體的五大微生態(tài)系統(tǒng)腸胃道呼吸道泌尿生殖道口腔皮膚本文檔共97頁；當前第44頁；編輯于星期三\12點59分互生關(guān)系（正常菌群）寄生關(guān)系（條件致病菌）人體腸道正常菌群與宿主間的關(guān)系：微生態(tài)平衡相對的可變的有條件的本文檔共97頁；當前第45頁；編輯于星期三\12點59分互生關(guān)系（正常菌群）寄生關(guān)系（條件致病菌）人體腸道正常菌群與宿主間的關(guān)系：微生態(tài)平衡相對的可變的有條件的本文檔共97頁；當前第46頁；編輯于星期三\12點59分條件致病菌（opportunistpathogen）微生態(tài)制劑（microecologics）

益生菌劑（probiotics）凍干菌粉活菌膠囊微膠囊口服液本文檔共97頁；當前第47頁；編輯于星期三\12點59分2.無菌動物與悉生生物無菌動物（germ-freeanimal）：

體內(nèi)外檢查不到任何正常菌群的動物。悉生生物（gnotobiota）：

已經(jīng)人為接種某已知純種微生物

的無菌動物。悉生生物學（gnotobiology）或悉生學（gnotobiotics）：研究悉生生物的學科。本文檔共97頁；當前第48頁；編輯于星期三\12點59分3.根際微生物和附生微生物根際微生物（rhizospheremicroorganisms）：

又稱根圈微生物;生活在根系鄰近土壤，依賴根系的分泌物、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。附生微生物（epibioticmicrobe）：指生活在植物體表面，主要借其外滲物質(zhì)或分泌物質(zhì)為營養(yǎng)的微生物，主要為葉面微生物。本文檔共97頁；當前第49頁；編輯于星期三\12點59分二、菌種資源的開發(fā)

生產(chǎn)菌體物質(zhì)生產(chǎn)酶類生產(chǎn)初生代謝產(chǎn)物、次生代謝產(chǎn)物或生物合成產(chǎn)物本文檔共97頁；當前第50頁；編輯于星期三\12點59分第二節(jié)微生物與生物環(huán)境間的相互作用表5-1微生物種群間相互作用的關(guān)系關(guān)系名稱作用結(jié)果作用特點種群甲種群乙互惠共生增加增加種群相互有利，為專性的緊密結(jié)合協(xié)同作用增加增加種群相互有利，為非專性的松散聯(lián)合競爭關(guān)系減少減少兩者需要相同的生長條件，進而相互損害寄生關(guān)系增加減少甲生活于乙體內(nèi)，危害乙生長拮抗作用無影響減少甲抑制乙生長捕食關(guān)系增加減少甲以乙為食偏利關(guān)系增加無影響利甲但不損乙中性關(guān)系無影響無影響兩者均不受影響或無緊要影響微生物生態(tài)的研究特點：以微生物群體，即種群作為主要研究單位。本文檔共97頁；當前第51頁；編輯于星期三\12點59分第二節(jié)微生物與生物環(huán)境間的相互作用一、互生兩種可單獨生活的生物，在共同生活時，通過各自的代謝活動而有利于雙方，或偏利于一方的生活方式，稱為互生。“可分可合，合比分好”的相互關(guān)系。

纖維素分解細菌固氮菌本文檔共97頁；當前第52頁；編輯于星期三\12點59分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。本文檔共97頁；當前第53頁；編輯于星期三\12點59分人體腸道正常菌群互生關(guān)系（正常情況）寄生關(guān)系（某些特殊條件下）人腸道內(nèi)的菌群：60-400種不同的微生物，占糞便干重1/3的是細菌，其中厭氧菌占了絕大多數(shù)。正常菌群通過腸道獲取營養(yǎng)；

通過排阻、抑制外來致病菌；提供許多人體所必不可少的維生素、氨基酸等營養(yǎng)物對人體作出貢獻；本文檔共97頁；當前第54頁；編輯于星期三\12點59分環(huán)境條件改變或著生部位改變：正常菌群致病菌濫用抗生素；人身體虛弱抵抗力下降；吃了不潔凈的食物；腸道中的正常菌群，大腸桿菌，一旦進入泌尿系統(tǒng)，引起尿路感染。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(jié)構(gòu)發(fā)生改變而引起人類疾病的微生物。本文檔共97頁；當前第55頁；編輯于星期三\12點59分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(diào)而導致的腹瀉，例如，含蠟狀芽孢桿菌（Bcereus）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！本文檔共97頁；當前第56頁；編輯于星期三\12點59分第二節(jié)微生物與生物環(huán)境間的相互作用二、共生兩種或多種生物共同緊密生活在一起，形成相互依賴，互相有利的關(guān)系，甚至達到單獨者難以生存，這種生存方式稱為共生。據(jù)微生物共生對象的不同，將微生物的共生分為三種類型。(一)微生物間的共生(二)微生物與植物間的共生(三)微生物與動物間的共生

本文檔共97頁；當前第57頁；編輯于星期三\12點59分地衣-----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。本文檔共97頁；當前第58頁；編輯于星期三\12點59分本文檔共97頁；當前第59頁；編輯于星期三\12點59分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。本文檔共97頁；當前第60頁；編輯于星期三\12點59分本文檔共97頁；當前第61頁；編輯于星期三\12點59分微生物與動物的共生關(guān)系（1）與昆蟲的共生關(guān)系

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(zhì)的白蟻自身并不能分解期望上纖維素，必須依賴腸道中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。本文檔共97頁；當前第62頁；編輯于星期三\12點59分2.與反芻動物的共生關(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)境本文檔共97頁；當前第63頁；編輯于星期三\12點59分第二節(jié)微生物與生物環(huán)境間的相互作用三、拮抗一種生物在生命活動過程中，產(chǎn)生某種代謝產(chǎn)物或改變其它條件，從而抑制其它生物的繁殖，甚至毒害或殺死其它生物的現(xiàn)象，稱為拮抗關(guān)系。根據(jù)拮抗作用的選擇性，拮抗關(guān)系可分為非特異性拮抗關(guān)系和特異性拮抗關(guān)系兩大類：

微生物間的“化學戰(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本文檔共97頁；當前第64頁；編輯于星期三\12點59分第二節(jié)微生物與生物環(huán)境間的相互作用四、寄生一種生物生活在另一種生物體內(nèi)，從中攝取營養(yǎng)物質(zhì)而進行生長和繁殖，并且在一定條件下使后者受到損害或被殺死，這種關(guān)系稱為寄生關(guān)系。營寄生生活的生物稱為寄生物，被寄生的生物稱為寄主或宿主。本文檔共97頁；當前第65頁；編輯于星期三\12點59分1、微生物間的寄生噬菌體—細菌蛭弧菌—細菌真菌—真菌真菌、細菌—原生動物本文檔共97頁；當前第66頁；編輯于星期三\12點59分2、微生物與動植物間的寄生關(guān)系各種各樣的致病菌多是行寄生生活擇生生物，或稱為悉生生物或定菌生物（Gnotobiote）：-------------整個個體不攜帶或只攜帶已知微生物的生物干擾因素少，操作易控制，既可進行定性分析，也可進行定量分析，實驗結(jié)果準確、可靠，對于了解微生物與宿主之間復雜的關(guān)系及其機理具有十分重要的作用。用于科學研究：本文檔共97頁；當前第67頁；編輯于星期三\12點59分第二節(jié)微生物與生物環(huán)境間的相互作用五、捕食捕食又稱獵食，是指一種生物以其它生物為食的關(guān)系。前者稱為捕食者，后者稱為被食者。

捕蟲菌目在長期的自然進化中形成的特化結(jié)構(gòu)，特化菌絲構(gòu)成巧妙的網(wǎng)，可以捕捉小型原生動物或無脊椎動物，捕獲物死后，菌絲伸入體內(nèi)吸收營養(yǎng)。本文檔共97頁；當前第68頁；編輯于星期三\12點59分二、微生物與生物地球化學循環(huán)生物圈生物地球化學循環(huán)本文檔共97頁；當前第69頁；編輯于星期三\12點59分第三節(jié)、微生物與生物地球化學循環(huán)地球上大部分元素都以不同的循環(huán)速率參與生物地球循環(huán)。生命物質(zhì)的主要組成元素(C、H、O、N、P、S)循環(huán)很快，微量元素(Mg、K、Na、鹵族元素)和痕量元素(Al、B、Co、Cr、Cu、Mo、Ni、Se、V、Zn)則循環(huán)較慢。屬于微量和痕量元素的Fe、Mn、Ca和Si例外。C、N、P、S的循環(huán)受兩個主要生物過程控制。一是光合生物對無機營養(yǎng)物的同化，二是后來進行的異養(yǎng)生物的礦化。微生物在有機物的礦化中起決定性作用，地球上90％以上有機物的礦化都由細菌和真菌完成。本文檔共97頁；當前第70頁；編輯于星期三\12點59分1.碳素循環(huán)

圖5-1碳素的生物地球化學循環(huán)

本文檔共97頁；當前第71頁；編輯于星期三\12點59分1.碳素循環(huán)

微生物在碳素循環(huán)中的作用有以下幾個方面：(1)同化CO2(2)分解有機碳主要依靠異養(yǎng)型微生物的作用。本文檔共97頁；當前第72頁；編輯于星期三\12點59分2.氮素循環(huán)

圖5-2氮素的生物地球化學循環(huán)本文檔共97頁；當前第73頁；編輯于星期三\12點59分2.氮素循環(huán)

（1）存在形式：分為有機態(tài)氮、無機態(tài)氮和氣態(tài)氮(N2)。（2）6種氮化合物(主要有銨鹽、硝酸鹽、亞硝酸鹽、有機氮化物、N2O和分子態(tài)氮)的轉(zhuǎn)化反應組成該循環(huán)，包括固氮作用、同化作用、氨化(脫氨)作用、硝化作用、反硝化作用和硝酸鹽還原。實際上它們大多是氧化還原反應。微生物在氮素循環(huán)中起著不可替代的作用。本文檔共97頁；當前第74頁；編輯于星期三\12點59分(2)硝化作用硝化作用是在好氧條件下經(jīng)硝化細菌作用將氨氧化成硝酸鹽的過程。其中硝酸鹽又可參與反硝化作用。硝化作用分兩個階段進行。第一個階段是由亞硝化細菌將氨氧化成亞硝酸鹽；第二個階段是硝化細菌將亞硝酸鹽進一步氧化為硝酸鹽。

2.氮素循環(huán)

本文檔共97頁；當前第75頁；編輯于星期三\12點59分(3)氨化作用氨化作用是指有機氮化合物(蛋白質(zhì)、尿素、核酸等)轉(zhuǎn)化成氨的過程。微生物、動物和植物都具有氨化能力，可以發(fā)生在好氧和厭氧環(huán)境中。將氨化能力強的微生物稱為氨化微生物。主要有多種芽孢桿菌、熒光假單胞菌、普通變形桿菌等。2.氮素循環(huán)

本文檔共97頁；當前第76頁；編輯于星期三\12點59分(4)硝酸鹽還原作用包括異化硝酸鹽還原和同化硝酸鹽還原。同化硝酸鹽還原是硝酸鹽被還原成亞硝酸鹽和氨，氨被同化成氨基酸的過程。在此被還原的氮化物成為微生物的氮源。異化硝酸鹽還原是在無氧條件下微生物進行的硝酸鹽呼吸，即以NO3—或NO2—代替O2作為電子受體進行的呼吸代謝。具有異化硝酸鹽還原能力的微生物多數(shù)是異養(yǎng)菌，少數(shù)是自養(yǎng)菌，它們均是兼性厭氧菌。2.氮素循環(huán)

本文檔共97頁；當前第77頁；編輯于星期三\12點59分(5)反硝化作用（脫氨作用）指在厭氧條件下反硝化細菌以無機鹽作為無氧呼吸的受氫體，將硝酸鹽還原成氣態(tài)氮化物(N2O、N2、NO或NH3)的過程。大量的N2O、N2釋放到大氣中去，其中N2O的釋放可破壞臭氧層。一些化能異養(yǎng)型微生物和化能自養(yǎng)型微生物可進行反硝化作用，如脫氮假單胞菌、脫氮硫桿菌和地衣芽孢桿菌等。反硝化作用的效應是造成土壤中氮的損失嚴重，從而降低氮肥效率。

2.氮素循環(huán)

本文檔共97頁；當前第78頁；編輯于星期三\12點59分3.硫素循環(huán)

生物圈中含有豐富的硫，以單體硫、硫化氫、硫酸鹽和有機硫的形式存在。生物地球化學循環(huán)包括還原態(tài)無機硫化物的氧化，異化硫酸鹽還原，硫化氫的釋放(脫硫作用)，同化硫酸鹽還原。硫素的生物地球化學循環(huán)如圖5-3所示。微生物參與硫素循環(huán)的各個過程，并在其中起重要作用。本文檔共97頁；當前第79頁；編輯于星期三\12點59分第一節(jié)微生物在生態(tài)系統(tǒng)中的作用二、微生物與生物地球化學循環(huán)4.磷素循環(huán)

磷的生物地球化學循環(huán)包括以下三種基本過程：(1)有機磷轉(zhuǎn)化成溶解性無機磷(2)不溶性無機磷的可溶化(3)可溶性無機磷的有機化

5．鐵素循環(huán)

微生物參與的鐵循環(huán)包括氧化、還原和螯合作用。具體有三方面作用：(1)鐵的氧化和沉積(2)鐵的還原和溶解(3)鐵的吸收本文檔共97頁；當前第80頁；編輯于星期三\12點59分自然水體的自凈作用物理性的沉淀、擴散和稀釋作用化學性的氧化作用生物學和生物化學作用一、水體的污染——富營養(yǎng)化第四節(jié)微生物與環(huán)境保護本文檔共97頁；當前第81頁；編輯于星期三\12點59分水體的富營養(yǎng)化作用的機理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使水的富營養(yǎng)化而導致藻類等過量生長，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；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，因此富營養(yǎng)化作用致死的魚等水產(chǎn)品不能食用！本文檔共97頁；當前第82頁；編輯于星期三\12點59分水華水華（waterbloom）指發(fā)生在淡水水體（池、河、江、湖）中的富營養(yǎng)化現(xiàn)象。水華元兇：藍細菌和浮游藻類例如，Microcystisspp.（微囊藍細菌）

Anabaenaspp.（魚腥藍細菌）

Chlamydomonasspp.（衣藻）水華水體表面的藻類富營養(yǎng)化的水體本文檔共97頁；當前第83頁；編輯于星期三\12點59分赤潮

赤潮（redtide）指發(fā)生在河口、港灣或淺海等咸水區(qū)水體的富營養(yǎng)化現(xiàn)象。赤潮元兇：藍細菌、藻類和原生動物例如，Microcystisaeruginosa

（銅綠微囊藍細菌）

Noctilucaspp.（夜光蟲）甲藻等。赤潮赤潮本文檔共97頁；當前第84頁；編輯于星期三\12點59分(一)、微生物處理污水的原理多種微生物群體O2分層氣體：CO2,NH3,H2S,CH4,H2,CO等清水：含SO42-,NO3-,PO43-等無機離子殘渣：厭氧發(fā)酵沼氣廢渣（有機肥）污水（高BOD）基本原理都是利用處理系統(tǒng)中的各種微生物群落的代謝作用，去除污水中的污染物。

二.用微生物治理污染本文檔共97頁；當前第85頁；編輯于星期三\12點59分BOD值是廢水中可被生物氧化的有機物含量和氨的含量，它反映了廢水可進行生物化學處理的程度；COD值是采用化學強氧化劑與廢水中有機物和氨進行反應的總量，表明了廢水的污染程度。COD值總是大于BOD值。污水處理中幾個常用的名詞本文檔共97頁；當前第86頁；編輯于星期三\12點59分（3）TOD（totaloxygendemand）

總需氧量，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。TOD是評價某水質(zhì)的綜合指標之一。（4）DO（dissolvedoxygen）即溶解氧量，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。TOD是評價某水質(zhì)的綜合指標之一。天然水的DO值一般為5～10mg/L，我國規(guī)定地面水質(zhì)的合格標準為DO＞4mg/L。本文檔共97頁；當前第87頁；編輯于星期三\12點59分（5）SS（suspendsolid）

即懸浮物含量，指污水中不溶性固態(tài)物質(zhì)的含量。（6）TOC（totalorganiccarbon）

即總有機碳含量，指水體內(nèi)所含有機物中的全部有機碳的量。本文檔共97頁；當前第88頁；編輯于星期三\12點59分主要可歸結(jié)為三類：物理法、化學法和生物法。普遍采用生物法或生物法與其他方法結(jié)合。目前在城市生活污水和各種工業(yè)廢水處理中最普遍應用的是活性污泥法；而在特殊行業(yè)廢水處理中最常使用的是效率較好的生物膜法。

3.處理污水的方法與裝置本文檔共97頁；當前第89頁；編輯于星期三\12點59分活性污泥對生活污水的BOD5(指5日生化需氧量，即在20℃下5晝夜的測定值)的去除率可達95%左右。

圖5-5活性污泥法流程示意圖

1．原污水2．初次沉淀池3．曝氣池4．二次沉淀池5．處理后污水6．回流污泥

7．再生池8．生污泥9．剩余污泥10．污泥濃縮池11．脫水設(shè)備或污泥消化池等1.完全混合曝氣法本文檔共97頁；當前第90頁；編輯于星期三\12點5