微生物學(xué)課件：第八章 微生物生態(tài)

第八章微生物生態(tài)

在一定的空間內(nèi)生物的成分和非生物的成分通過(guò)物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)互相作用、互相依存而構(gòu)成的一個(gè)生態(tài)學(xué)功能單位。（p297第1大段）生態(tài)系統(tǒng)：生態(tài)學(xué)：研究生物與其周圍生物和非生物環(huán)境之間相互關(guān)系的一門科學(xué)。微生物生態(tài)學(xué)：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。

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)；（參見(jiàn)p297）第三節(jié)微生物在生態(tài)系統(tǒng)中的作用第一節(jié)自然界中的微生物第二節(jié)微生物與生物環(huán)境間的相互關(guān)系結(jié)合微生物的特點(diǎn)，了解不同環(huán)境中微生物分布的基本特點(diǎn)及與其人類生活的關(guān)系掌握生物之間相互關(guān)系的特點(diǎn)（一些典型例子的原理）基本概念第一節(jié)自然界中的微生物微生物的特點(diǎn)：個(gè)體微小、代謝營(yíng)養(yǎng)類型多樣，適應(yīng)能力強(qiáng)微生物在自然界中分布廣泛微生物的分布生境的特征微生物的分布是生境各種物理、化學(xué)、生物因素對(duì)微生物的限制、選擇的結(jié)果。在某些生境中，高度專一性的微生物存在并僅限于這種生境中，并成為特定生境的標(biāo)志。－－－－學(xué)完后你能舉一些實(shí)例嗎？（p302第1大段）一、空氣中的微生物（空氣－微生物生態(tài)系）1）無(wú)原生的微生物區(qū)系；2）來(lái)源于土壤、水體及人類的生產(chǎn)、生活活動(dòng)；3）種類主要為真菌和細(xì)菌，一般與其所在環(huán)境的微生物種類有關(guān)；4）數(shù)量取決于塵埃數(shù)量；5）停留時(shí)間和塵埃大小、空氣流速、濕度、光照等因素有關(guān)；6）與人類的關(guān)系：傳播疾病、造成食品的污染微生物學(xué)的基本技術(shù)：無(wú)菌操作技術(shù)造成藥品的污染。。。。。無(wú)菌操作及超凈工作臺(tái)二、水體中的微生物（水－微生物生態(tài)系）一）江河水1）數(shù)量和種類與接觸的土壤有密切關(guān)系；2）分布上更多的是吸附在懸浮在水中的有機(jī)物上及水底；二、水體中的微生物一）江河水1）數(shù)量和種類與接觸的土壤有密切關(guān)系；2）分布上更多的是吸附在懸浮在水中的有機(jī)物上及水底；3）多能運(yùn)動(dòng)，有些具有很異常的形態(tài)（例如柄細(xì)菌）；4）靠近城市或城市下游水中的微生物多，并且有很多對(duì)健康不利的細(xì)菌，因此不宜作為飲用水源；水中的病原微生物會(huì)對(duì)水質(zhì)產(chǎn)生重要影響飲用水的微生物指標(biāo)：總菌數(shù)：

<100個(gè)/ml大腸桿菌：<3個(gè)/L二、水體中的微生物一）江河水1）數(shù)量和種類與接觸的土壤有密切關(guān)系；2）分布上更多的是吸附在懸浮在水中的有機(jī)物上及水底；3）多能運(yùn)動(dòng)，有些具有很異常的形態(tài)（例如柄細(xì)菌）；4）靠近城市或城市下游水中的微生物多，并且有很多對(duì)健康不利的細(xì)菌，因此不宜作為飲用水源；5）水體自身存在自我凈化作用：a）致病菌一般對(duì)營(yíng)養(yǎng)要求苛刻，因此在一般的水中只能存活2-3天；b）水表微生物會(huì)受輻射等作用而被殺滅；c）原生動(dòng)物等的吞噬作用；d）由固形物吸附再沉積到水底；（二）海水1）嗜鹽，真正的海洋細(xì)菌在缺少氯化鈉的情況下是不能生長(zhǎng)的。2）低溫生長(zhǎng)，除了在熱帶海水表面外，在其它海水中發(fā)現(xiàn)的細(xì)菌多為嗜冷菌。4）耐高壓（特別是生活在深海的細(xì)菌）。3）大多數(shù)海洋細(xì)菌為G—細(xì)菌，并具有運(yùn)動(dòng)能力。Micrococcusaquivivus（水活微球菌）最適生長(zhǎng)條件：600個(gè)大氣壓。（viablebutnonculturablestate,VBNCstate）活的非可培養(yǎng)狀態(tài)VBNC現(xiàn)象是我國(guó)青島海洋研究所的徐懷恕和美國(guó)UniversityofMaryland的RRColwell等于1982年通過(guò)對(duì)霍亂弧菌和大腸桿菌在海洋與河口環(huán)境中的存活規(guī)律進(jìn)行研究后首次提出的，近年來(lái)已成為微生物學(xué)研究的一個(gè)熱點(diǎn)。（viablebutnonculturablestate,VBNCstate）活的非可培養(yǎng)狀態(tài)細(xì)菌處于不良環(huán)境條件下時(shí)產(chǎn)生的一種特殊的生存方式或“休眠”狀態(tài)。在常規(guī)培養(yǎng)條件下培養(yǎng)時(shí)不能生長(zhǎng)繁殖，但仍然是具有代謝活性的活菌。一般表現(xiàn)為細(xì)胞保持完整，胞內(nèi)酶維持活性，染色體及質(zhì)粒DNA均保持穩(wěn)定，而用顯微鏡觀察，其細(xì)胞會(huì)表現(xiàn)為縮小成球狀，細(xì)胞表面產(chǎn)生皺折等。東吳大學(xué)微生物學(xué)系霍亂弧菌O139菌株之活而不長(zhǎng)基因的探討

教授：

黃顯宗

教授：宋宏紅

副教授：路光予二、VBNC相關(guān)基因的表現(xiàn)與機(jī)制探討

(1)利用蛋白體與基因體搜尋VBNC相關(guān)基因

(2)利用基因剔除以確認(rèn)VBNC相關(guān)基因一、O139菌體進(jìn)入VBNC期的研究

(1)O139菌株在長(zhǎng)時(shí)間（約35-40天）飢餓且低溫的環(huán)境下能進(jìn)入VBNC；O139菌株在進(jìn)入VBNC後，會(huì)失去其致病力；但是恢復(fù)期的細(xì)菌(resuscitatedcells)，其毒力會(huì)再次出現(xiàn)(Sungetal.,2006)

。

(2)利用二維蛋白電泳分析法得知，至少有45種蛋白質(zhì)的表現(xiàn)可能與O139菌株進(jìn)入VBNC後的各種生理及致病性變化有關(guān)。VBNC狀態(tài)的誘導(dǎo)●under4C○RT1day-4C▼RTInminimalmedium在飢餓低溫中型態(tài)的改變飢餓與冷共同處理的特異細(xì)胞形態(tài)棒槌狀出芽狀啞鈴狀棒槌出芽狀兔耳狀VBNC狀態(tài)的誘導(dǎo)2Danalysis,2and6weeksControlRT-4C

4C4747472Danalysis,0,2and6weeksExpressionenhancedin4CProteinNameAccessionNumberpIMW(Da)1(380)aRNApolymerasealpha-subunit[Vibriosp.R-21432]gi|584160424.74318174(286)DNA-directedRNApolymerase,alphasubunit/40kDsubunit[VibriovulnificusCMCP6]gi|273603084.78364375(346)30SribosomalproteinS1[Vibrioalginolyticus12G01]gi|912295764.89430636(626)elongationfactorTu[Vibrioalginolyticus12G01]gi|912273094.8043082elongationfactorTu[Synechococcussp.WH8103]gi|40932154.54194397(664)dihydrolipoamideacetyltransferase[Vibrioalginolyticus12G01]gi|912286294.736517816(475)bPeroxiredoxin[VibriovulnificusCMCP6]gi|273600374.932228517(361)bglyceraldehyde3-phosphatedehydrogenase[VibrioparahaemolyticusRIMD2210633]gi|288071505.263520430(568)antioxidant,AhpC/Tsafamily[VibrioparahaemolyticusRIMD2210633]gi|288055665.032222311(744)aunnamedproteinproduct[Vibrioalginolyticus]gi|483375.0555557ATPsynthaseF1,alphasubunit[VibrioparahaemolyticusRIMD2210633]gi|288080975.105660112(134)conservedhypotheticalprotein[VibrioparahaemolyticusRIMD2210633]gi|288063944.975554214(529)aTranslationelongationfactorG[VibriovulnificusCMCP6]gi|273612445.333693215(627)elongationfactorTU[VibrioparahaemolyticusRIMD2210633]gi|288079564.804312518(745)bphosphoribosylaminoimidazolecarboxamideformyltransferase/IMPcyclohydrolase[VibriocholeraeO1biovareltorstr.N16961]gi|96546865.2157291AICARtransformylase/IMPcyclohydrolasePurH[VibriovulnificusCMCP6]gi|273607755.055742820(235)caminoacidABCtransporter,periplasmicaminoacid-bindingprotein[VibrioparahaemolyticusRIMD2210633]gi|288066115.67366572Danalysis,2and6weeksProteinExpressionenhancedin4CTranscriptionandtranslationATPproductionAntioxidationAminoacidABCtransporterenhancedinRT-4CRoleoftheseproteinsintheinductionandmaintenanceofVBNCstate?（三）水體的富營(yíng)養(yǎng)化作用和“水花”、“赤潮”水資源污染日益嚴(yán)重嚴(yán)重污染的水會(huì)通過(guò)食物鏈的生物放大作用危害人類健康（三）水體的富營(yíng)養(yǎng)化作用和“水花”、“赤潮”水體大量的有機(jī)物或無(wú)機(jī)物，特別是磷酸鹽和無(wú)機(jī)氮化合物水的富營(yíng)養(yǎng)化藻類等過(guò)量生長(zhǎng)，產(chǎn)生大量的有機(jī)物異養(yǎng)微生物氧化這些有機(jī)物，耗盡水中的氧，使厭氧菌開(kāi)始大量生長(zhǎng)和代謝分解含硫化合物，產(chǎn)生H2S，從而導(dǎo)致水有難聞的氣味，魚(yú)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上述過(guò)程又稱富營(yíng)養(yǎng)化作用，它是水體受到污染并使水體自身的正常生態(tài)失去平衡的結(jié)果。“水花”或“水華”（waterbloom）：藻類（主要是微藻）的大量繁殖使水體出現(xiàn)顏色，并變得渾濁，許多藻類團(tuán)塊漂浮在水面上形成。赤潮或紅潮（redtides）：在海洋中，某些甲藻類大量繁殖也可也可以形成水花，從而使海水出現(xiàn)紅色或褐色。引起水體富營(yíng)養(yǎng)化的藻類除通過(guò)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(dòng)物得病或死亡，因此由于富營(yíng)養(yǎng)化作用致死的魚(yú)等水產(chǎn)品不能食用三、土壤中的微生物（土壤－微生物生態(tài)系）土壤是固體無(wú)機(jī)物(巖石和礦物質(zhì))、有機(jī)物、水、空氣和生物組成的復(fù)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(yíng)。1）土壤微生物的數(shù)量和分布主要受到營(yíng)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。20世紀(jì)80年代，美國(guó)能源部

地下科學(xué)計(jì)劃（DeepSubsurfaceProgram）地下的微生物在陸地可達(dá)4公里深（每下降1公里溫度上升20℃）在海底則可深達(dá)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(zhǎng)溫度：121℃

（海底火山口）九十年代初期從地下數(shù)公里發(fā)現(xiàn)的超微型細(xì)菌，用代謝產(chǎn)生的CO2作指標(biāo)，計(jì)算出這些超微菌的代謝速率僅為地上正常細(xì)菌的10-15，有人認(rèn)為它們需要100年才能分裂一次。

（參見(jiàn)P33）1）作為地質(zhì)標(biāo)記2）分離有用的蛋白（基因）大多可能是未被認(rèn)識(shí)微生物一、空氣中的微生物二、水體中的微生物一）江河水

二）海水活的非可培養(yǎng)狀態(tài)（viablebutnonculturablestate,VBNCstate）三）水體的富營(yíng)養(yǎng)化作用和“水花”、“赤潮”三、土壤中的微生物四、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)制品都是用用動(dòng)植物產(chǎn)品作原料來(lái)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(xué)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(shū)畫(huà)等也可被多種特殊微生物所破壞。微生物在各類工業(yè)產(chǎn)品上的生長(zhǎng)所造成的產(chǎn)品的霉腐給人類造成了巨大的損失!另一方面，開(kāi)發(fā)并推廣使用可被微生物降解的產(chǎn)品，或利用微生物的降解特性。生物可降解塑料開(kāi)發(fā)、利用纖維素（能源、飼料）苧麻脫膠

等3、細(xì)胞質(zhì)和內(nèi)含物2）顆粒狀貯藏物(reservematerials)：①聚-β-羥丁酸(poly-β-hydroxybutyrate,PHB)PHB于1929年被發(fā)現(xiàn)，至今已發(fā)現(xiàn)60屬以上的細(xì)菌能合成并貯藏。（P53倒數(shù)第三段）無(wú)毒、可塑、易降解，被認(rèn)為是生產(chǎn)醫(yī)用塑料、生物降解塑料的良好原料。（P53倒數(shù)第三段）（參見(jiàn)P53）極端嗜鹽古菌生物塑料-聚羥基脂肪酸酯（PHA）及嗜鹽菌素合成代謝的分子基礎(chǔ)及調(diào)控研究，以期系統(tǒng)認(rèn)識(shí)極端嗜鹽古菌遺傳基礎(chǔ)及重要生理機(jī)制。研究?jī)?nèi)容3古菌特殊代謝過(guò)程

生物可降解塑料嗜鹽古菌胞內(nèi)的PHA嗜鹽古菌產(chǎn)生的PHA，在性質(zhì)（HB：HV=4:1）和生產(chǎn)過(guò)程（底物廉價(jià)，后提取簡(jiǎn)易）上具有細(xì)菌沒(méi)有的優(yōu)勢(shì)；2．食品、農(nóng)副產(chǎn)品上的微生物

很多微生物在食品、農(nóng)產(chǎn)品上生長(zhǎng)后會(huì)產(chǎn)生對(duì)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(zhǎng)繁殖而腐爛、變質(zhì)，不能再食用或使用；病原微生物進(jìn)入人體的重要途徑，引起傳染性疾??；五、極端環(huán)境下的微生物1、嗜熱微生物2、嗜冷微生物3、嗜酸微生物4、嗜堿微生物5、嗜鹽微生物6、嗜壓微生物參見(jiàn)p304~307陸地?zé)崛?100℃)硫磺熱泉(pH385℃)曬鹽場(chǎng)(飽和NaCl）極地極端環(huán)境微生物

極端古生菌--界定生物圈邊界和生命極限

嗜熱微生物：>50-80℃最高121℃（硫還原古菌）嗜冷微生物：<0℃--20℃最低-8℃

嗜鹽微生物:>3M鹽度最高5.2MNaCl（嗜鹽古菌）嗜堿微生物:>pH9.0最高pH11（嗜堿古菌）

嗜酸微生物:pH1.0-5

最低pH0-0.8

（泉古菌）極端古生菌代表了極端生命的本質(zhì)古生菌：極端生命的代表，進(jìn)化上屬于第三生命形式;古生菌：生活環(huán)境和生命出現(xiàn)初期的地球環(huán)境相似（高溫、無(wú)氧）；極端古生菌提示生命的“熱”起源：位于生命樹(shù)的“根部”。古生菌細(xì)菌研究意義：(1)開(kāi)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(xué)及相關(guān)學(xué)科許多領(lǐng)域，如：功能基因組學(xué)、生物電子器材等的研究提供新的課題和材料；(3)為生物進(jìn)化、生命起源的研究提供新的材料。參見(jiàn)p304倒數(shù)1大段六、未培養(yǎng)的微生物

從環(huán)境中直接分離并克隆rRNA并分析其序列和在分子進(jìn)化樹(shù)上的位置等方法而發(fā)現(xiàn)的的目前尚不能在人工條件下獲得培養(yǎng)的微生物。p388Box未培養(yǎng)微生物（unculturedmicroorganisms）參見(jiàn)P388：未培養(yǎng)的微生物與生物多樣性利用特異性rRNA探針進(jìn)行熒光原位雜交（Fluorescenceinsituhybridization,FISH），或進(jìn)行原位PCR（InSituPCR）后再進(jìn)行熒光原位雜交的技術(shù)對(duì)環(huán)境中的這些未培養(yǎng)微生物進(jìn)行定位、計(jì)數(shù)和進(jìn)行形態(tài)觀察。參見(jiàn)P388：未培養(yǎng)的微生物與生物多樣性六、未培養(yǎng)的微生物六、未培養(yǎng)的微生物研究意義：生物多樣性和系統(tǒng)發(fā)生的多樣性（BiodiversityandPhylogeneticdiversity）“Taxonomists'countssuggestthatinsectsdominatethediversitygame,butnewanalysesrevealthatmicrobesaretherealwinners.”（參見(jiàn)P388）AMolecularViewofMicrobialDiversityandtheBiosphere.

Scienec,2May1997,276(734-740)六、未培養(yǎng)的微生物研究意義：生物多樣性和系統(tǒng)發(fā)生的多樣性（BiodiversityandPhylogeneticdiversity）微生物生態(tài)學(xué)的研究提出新的要求六、未培養(yǎng)的微生物研究意義：生物多樣性和系統(tǒng)發(fā)生的多樣性（BiodiversityandPhylogeneticdiversity）微生物生態(tài)學(xué)的研究提出新的要求尋找新的致病微生物TheSearchforUnrecognizedPathogens.

Science,21May1999,284(1308-1310)六、未培養(yǎng)的微生物研究意義：生物多樣性和系統(tǒng)發(fā)生的多樣性（BiodiversityandPhylogeneticdiversity）微生物生態(tài)學(xué)的研究提出新的要求尋找新的致病微生物從未培養(yǎng)微生物中尋找新的基因、新的蛋白據(jù)報(bào)道，美國(guó)recombianantbiocatalysisInc公司目前已從不可培養(yǎng)微生物中獲得了約300個(gè)與工業(yè)生產(chǎn)相關(guān)的新蛋白第二節(jié)微生物與生物環(huán)境間的相互關(guān)系掌握生物之間相互關(guān)系的特點(diǎn)（一些典型例子的原理）第二節(jié)微生物與生物環(huán)境間的相互關(guān)系自然環(huán)境中的微生物一般都不是單獨(dú)存在的個(gè)體、種群、群落和生態(tài)系統(tǒng)從低到高的組織層次群體（population）：具有相似特性和生活在一定空間內(nèi)的同種個(gè)體群，是組成群落的基本組分。群落（community）：在一定區(qū)域或一定生態(tài)環(huán)境內(nèi)，各種生物群體構(gòu)成的一個(gè)生態(tài)學(xué)結(jié)構(gòu)單位，群落中各生物群體之間存在各種相互作用。生態(tài)系統(tǒng)（ecosystems）：生物群落和它們所生活的非生物環(huán)境結(jié)合起來(lái)的一個(gè)整體，是生物圈的組成單元。生物圈（biosphere）：地球上所有生物及其所生活的非生命環(huán)境的總稱。個(gè)體群體群落+非生物環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)生物圈任何一個(gè)相對(duì)完整的自然整體都可以被看作為一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)，如一個(gè)池塘，一片森林，一個(gè)污水處理池，等等。微生物生態(tài)的研究特點(diǎn)：以微生物群體，即種群作為主要研究單位。生態(tài)系統(tǒng)中生物之間的相互關(guān)系：

有利關(guān)系：一種生物的生長(zhǎng)和代謝對(duì)另一種生物的生長(zhǎng)產(chǎn)生有利的影響，或相互有利；

有害關(guān)系：一種生物的生長(zhǎng)對(duì)另一種生物的生長(zhǎng)產(chǎn)生有害的影響，或相互有害；

中性關(guān)系：二種生物生活在一起時(shí)，彼此對(duì)對(duì)方的生長(zhǎng)代謝無(wú)明顯的有利或有害影響；(參見(jiàn)p302)主要介紹微生物間及微生物與其它生物間最常見(jiàn)的幾種相互關(guān)系：一、互生二種可以單獨(dú)生活的生物，當(dāng)它們生活在一起時(shí)，通過(guò)各自的代謝活動(dòng)而有利于對(duì)方，或偏利于一方的一種生活方式。“可分可合，合比分好”一）微生物間的互生關(guān)系一）微生物間的互生關(guān)系纖維素分解細(xì)菌固氮菌2.呼吸作用（2）無(wú)氧呼吸硝酸鹽呼吸：以硝酸鹽作為最終電子受體，也稱為硝酸鹽的異化作用（Dissimilative）。只能接收2個(gè)電子，產(chǎn)能效率低；NO2-對(duì)細(xì)胞有毒；有些菌可將NO2-進(jìn)一步將其還原成N2，這個(gè)過(guò)程稱為反硝化作用：三．自養(yǎng)微生物的生物氧化2、氨的氧化（參見(jiàn)P110倒數(shù)第3大段）NH3、亞硝酸（NO2-）等無(wú)機(jī)氮化物可以被某些化能自養(yǎng)細(xì)菌用作能源亞硝化細(xì)菌：硝化細(xì)菌：將氨氧化為亞硝酸并獲得能量將亞硝酸氧化為硝酸并獲得能量這兩類細(xì)菌往往伴生在一起，在它們的共同作用下將銨鹽氧化成硝酸鹽，避免亞硝酸積累所產(chǎn)生的毒害作用。這類細(xì)菌在自然界的氮素循環(huán)中也起者重要的作用，在自然界中分布非常廣泛。一）微生物間的互生關(guān)系金黃色葡萄球菌的生長(zhǎng)為本來(lái)在平板上不能生長(zhǎng)的嗜血流感菌提供生長(zhǎng)因子，后者在其菌苔周圍形成衛(wèi)星菌落。一）微生物間的互生關(guān)系本來(lái)不能在含青霉素的平板上生長(zhǎng)的受體菌在轉(zhuǎn)化子（含有Ampr質(zhì)粒）周圍形成衛(wèi)星菌落（b-內(nèi)酰胺酶分泌到胞外所致）二）人體正常菌群互生關(guān)系（正常情況）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(xì)菌，其中厭氧菌占了絕大多數(shù)。

正常菌群通過(guò)腸道獲取營(yíng)養(yǎng)；

通過(guò)排阻、抑制外來(lái)致病菌；提供許多人體所必不可少的維生素、氨基酸等營(yíng)養(yǎng)物對(duì)人體作出貢獻(xiàn)；抑制腸道內(nèi)的某些細(xì)菌可以治療肥胖

體重又增加了？腰圍又長(zhǎng)了一圈？不要過(guò)多地責(zé)備自己，也許這并不是你食欲過(guò)大的錯(cuò)。科學(xué)家最近發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)鼠腸道內(nèi)的某些細(xì)菌控制著與脂肪吸收和存儲(chǔ)有關(guān)的酶，抑制這些細(xì)菌的作用可以治療肥胖癥。美國(guó)華盛頓大學(xué)的科學(xué)家在新一期美國(guó)《國(guó)家科學(xué)院學(xué)報(bào)》上說(shuō)，他們新近發(fā)現(xiàn)，有一類稱為擬桿菌的細(xì)菌會(huì)阻礙一種酶的作用，正常情況下這種酶能抑制脂肪的吸收與儲(chǔ)存。擬桿菌過(guò)于活躍，會(huì)導(dǎo)致身體吸收更多脂肪，變得肥胖。科學(xué)家使用在無(wú)菌環(huán)境里培養(yǎng)出的實(shí)驗(yàn)鼠，使其感染其他實(shí)驗(yàn)鼠腸道里的某些細(xì)菌。大約２個(gè)月后，這些實(shí)驗(yàn)鼠長(zhǎng)胖了許多，平均比仍生活在無(wú)菌環(huán)境里的同類胖４２％，盡管它們吃的食物要少２９％、新陳代謝速度慢２７％。

檢測(cè)表明，那些仍生活在無(wú)菌環(huán)境里的瘦鼠，體內(nèi)一種稱為ＦＩＡＦ的酶含量更高。這種酶在腸道內(nèi)層、肝臟和脂肪細(xì)胞里產(chǎn)生，能夠減少細(xì)胞里的脂肪。而受感染的實(shí)驗(yàn)鼠腸道里出現(xiàn)了活躍的擬桿菌，它們使ＦＩＡＦ酶消失無(wú)蹤，導(dǎo)致脂肪堆積。二）人體正常菌群互生關(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(xì)菌，其中厭氧菌占了絕大多數(shù)。

正常菌群通過(guò)腸道獲取營(yíng)養(yǎng)；

通過(guò)排阻、抑制外來(lái)致病菌；提供許多人體所必不可少的維生素、氨基酸等營(yíng)養(yǎng)物對(duì)人體作出貢獻(xiàn)；生態(tài)結(jié)構(gòu)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；腸道中的正常菌群如大腸桿菌，一旦進(jìn)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(jìn)入傷口也會(huì)引起感染。條件致病菌：在某些特定條件才可能引起疾病的微生物

例如：人體的正常微生物菌群一旦進(jìn)入非正常聚居部位，或生態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變就有可能引起疾病。

可以通過(guò)口服某些活的微生物制劑來(lái)治療由于正常菌群失調(diào)而導(dǎo)致的腹瀉，例如，含蠟狀芽胞桿菌（Bcereus）的“促菌生”，含地衣芽胞桿菌的“整腸生”等，它們都是通過(guò)芽孢桿菌的生長(zhǎng)，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(zhǎng)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(fù)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！

大規(guī)模集約化養(yǎng)殖通常在飼料中大量添加抗生素，可以達(dá)到增產(chǎn)與抗病的日的。但長(zhǎng)期濫用抗生素不僅會(huì)引起病菌抗藥性的增加，肉、蛋、奶、漁等產(chǎn)品和環(huán)境中抗生素的化學(xué)殘留還直接威脅著人類的健康。而用益生菌代替抗生素，將可大大減少抗微生物藥物的使用，改善動(dòng)物、水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境的生態(tài)，優(yōu)化養(yǎng)殖模式，促進(jìn)農(nóng)業(yè)養(yǎng)殖業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，已成為全球殖業(yè)的焦點(diǎn)。二、共生

二種生物共居在一起，相互分工協(xié)作、相依為命，甚至形成在生理上表現(xiàn)出一定的分工，在組織和形態(tài)上產(chǎn)生了新的結(jié)構(gòu)的特殊的共生體?；セ莨采憾呔美采阂环降美硪环讲⒉皇芎σ唬┪⑸镩g的共生關(guān)系地衣：藻類和真菌的共生體（微生物間典型的互惠共生形式）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(wú)規(guī)則地纏繞藻類細(xì)胞，或二者組成一定的層次排列。地衣繁殖時(shí)，在表面上生出球狀粉芽，粉芽中含有少量的藻類細(xì)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(wú)機(jī)養(yǎng)料；共生藻進(jìn)行光合作用，合成有機(jī)物；使地衣能在十分貧瘠的環(huán)境中生存。一）微生物間的共生關(guān)系細(xì)菌與原生動(dòng)物間的共生關(guān)系：細(xì)菌棲息于原生動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)，獲得營(yíng)養(yǎng)和保護(hù)環(huán)境，（這些細(xì)菌在原生動(dòng)物細(xì)胞外都不能生長(zhǎng)）原生動(dòng)物通過(guò)共生菌獲得生長(zhǎng)所需要的維生素及其它生長(zhǎng)因子（互惠共生）或不得利但也不受害（偏利共生）二）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(zhǎng)，同時(shí)，還為根瘤菌提供保護(hù)和穩(wěn)定的生長(zhǎng)條件。農(nóng)業(yè)：增加各種豆科作物的播種面積；豆科與其它各種作物間、套、輪作；發(fā)展豆科綠肥。林業(yè)：造混交林，因地制宜加入豆科樹(shù)種；造防風(fēng)固沙的灌木林、錦雞兒、駱駝刺等。苜蓿品種(RS)接種實(shí)驗(yàn)對(duì)照對(duì)照接菌接菌接種對(duì)照菌根類型外生菌根：內(nèi)生菌根－叢枝狀菌根外生菌根的特征菌絲在宿主根表生長(zhǎng)繁殖，交織成致密的網(wǎng)套狀結(jié)構(gòu)－菌套，發(fā)揮類似根毛的作用；菌套內(nèi)層的一些菌絲可透過(guò)根的表皮進(jìn)入皮層組織，把外皮層細(xì)胞逐一包圍起來(lái)，形成特殊的菌絲結(jié)構(gòu)－哈蒂氏網(wǎng)，起到增加菌與宿主間接觸和物質(zhì)交換面積；內(nèi)生菌根－叢枝狀菌根（AM）菌絲能夠穿過(guò)根的表皮進(jìn)入皮層細(xì)胞間或細(xì)胞內(nèi)，并在皮層中隨處延伸，形成內(nèi)生菌絲；內(nèi)生菌絲可在皮層細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生雙叉分枝，形成灌木狀結(jié)構(gòu)－叢枝叢枝狀菌絲末端膨大形成泡囊－泡囊叢枝菌根（VAM）根外也形成一層松散的菌絲網(wǎng)三）微生物與動(dòng)物的共生關(guān)系1.與昆蟲(chóng)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?zhàn)陨聿⒉荒芊纸饫w維素，必須依賴腸道中共生的原生動(dòng)物和細(xì)菌通過(guò)厭氧發(fā)酵過(guò)程來(lái)分解纖維素和固氮。三）微生物與動(dòng)物的共生關(guān)系1.與昆蟲(chóng)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?zhàn)陨聿⒉荒芊纸饫w維素，必須依賴腸道中共生的原生動(dòng)物和細(xì)菌通過(guò)厭氧發(fā)酵過(guò)程來(lái)分解纖維素和固氮。

內(nèi)共生：昆蟲(chóng)與其細(xì)胞內(nèi)的共生性細(xì)菌這些細(xì)胞內(nèi)的共生性細(xì)菌能為宿主提供B族維生素，使昆蟲(chóng)能以缺乏維生素的植物為生。

日本的科學(xué)家由一種寄居在蚜蟲(chóng)體內(nèi)的細(xì)菌，經(jīng)分析其DNA後，發(fā)現(xiàn)這種細(xì)菌極有可能是”細(xì)胞內(nèi)共生假說(shuō)”（真核細(xì)胞內(nèi)的胞器係由共生的原核生物演變而來(lái)）之”失落的環(huán)節(jié)”。

一種屬名為Buchnera的細(xì)菌，與其宿主蚜蟲(chóng)之間，有密不可分的互利共生關(guān)係。這種細(xì)菌生長(zhǎng)在宿主體內(nèi)恆定的環(huán)境中，利用宿主提供的養(yǎng)分及能量﹔同時(shí)，這些細(xì)菌能夠合成其宿主無(wú)法合成的胺基酸，以供其宿主利用。事實(shí)上，這種體內(nèi)互利共生的例子，在大自然中比比皆是。存活在豆科植物根部，能夠行固氮作用的根瘤菌，與白蟻腸道中，能替宿主消化纖維素的鞭毛蟲(chóng)，都是為人所熟知的例子。然而，經(jīng)過(guò)分析Buchnera菌的基因組成，卻有了驚人的發(fā)現(xiàn)。日本東京大學(xué)的YoshiyukiSakaki以及其研究同僚將Buchnera菌的所有基因分析的結(jié)果，赫然發(fā)現(xiàn)Buchnera菌少了許多重要的基因，包括合成細(xì)胞壁，修補(bǔ)受損的DNA，和一些重要的調(diào)節(jié)基因。Buchnera菌大約只有600個(gè)基因－－僅有大腸菌E.coli的七分之一。由此可知Buchnera菌已經(jīng)完全適應(yīng)共生生活。這和前述的根瘤菌與鞭毛蟲(chóng)仍能脫離宿主而存活，有很大的不同。

Sakaki更進(jìn)一步指出，Buchnera菌好比是一個(gè)胞器，一如粒線體與葉綠體，它們擁有少量自己的基因，卻必須與其宿主（動(dòng)物或植物細(xì)胞）共存亡。這些胞器從前極有可能也是自由生活的微生物，在經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的演化歲月，終至完全變成另一種新的生命形式。Buchnera菌似乎正好提供一個(gè)絕佳的過(guò)渡範(fàn)型，來(lái)說(shuō)明這種經(jīng)由體內(nèi)共生而演化的過(guò)程。2.與反芻動(dòng)物的共生關(guān)系

反芻動(dòng)物，如牛、羊、駱駝、長(zhǎng)頸鹿等以植物的纖維素為主要食物，它們?cè)诹鑫钢薪?jīng)微生物發(fā)酵變成有機(jī)酸和菌體蛋白再供動(dòng)物吸收利用。

瘤胃也為里面居住的微生物提供了必要的營(yíng)養(yǎng)和生長(zhǎng)條件食物和嚴(yán)格的厭氧環(huán)境3、深?；鹕娇诩?xì)菌與蠕蟲(chóng)的共生關(guān)系1998年

美國(guó)、德國(guó)

分別從海底

取黑煙囪樣品正在形成中的

金屬硫化物礦床黑煙囪表面布滿細(xì)菌3、深?；鹕娇诩?xì)菌與蠕蟲(chóng)的共生關(guān)系海底攝像機(jī)拍到的由菌席跟貝殼形成的白花花的一片。對(duì)于尋找“可燃冰”的科學(xué)家們來(lái)說(shuō)，這一發(fā)現(xiàn)就像一個(gè)前來(lái)報(bào)信的使者

人類可能在試圖拯救鯨魚(yú)，但是兩種新發(fā)現(xiàn)的蠕蟲(chóng)已經(jīng)等不及大型哺乳動(dòng)物的死亡。這種蠕蟲(chóng)，沒(méi)有嘴和消化系統(tǒng)，用細(xì)菌包裹的根狀附屬物以海底死去鯨魚(yú)的骨骼為食。研究者們認(rèn)為這種蠕蟲(chóng)的飲食機(jī)制不同于以前見(jiàn)過(guò)的任何物種并強(qiáng)調(diào)其不同于海底生物的特殊性。深深的海底曾被認(rèn)為是一個(gè)生物的荒地，需要沒(méi)有光線和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)來(lái)維持生命。但是深海的探索，在1977年發(fā)現(xiàn)管狀蠕蟲(chóng)和其它生活在完全黑暗的噴發(fā)硫磺的火山口附近的生物時(shí)達(dá)到了高峰，指出生命可以在最惡劣的環(huán)境中生存。生活在海底可能是艱難的，然而，科學(xué)家

仍然試圖去尋找深海動(dòng)物適應(yīng)其環(huán)境的各種方式。研究者發(fā)現(xiàn)生活在將近太平洋2英里以下鯨魚(yú)骸骨的骨蟲(chóng)，已經(jīng)適應(yīng)了與細(xì)菌形成的一個(gè)共生關(guān)系。細(xì)菌將鯨魚(yú)骸骨里的油脂轉(zhuǎn)化成糖類提供給蠕蟲(chóng)。研究者們?cè)赟cience7月30日?qǐng)?bào)道了此發(fā)現(xiàn)。通過(guò)DNA分析這種骨蟲(chóng)在進(jìn)化樹(shù)上與火山噴發(fā)蠕蟲(chóng)接近。然而，鑒于火山噴發(fā)蠕蟲(chóng)收養(yǎng)細(xì)菌在一個(gè)專門器官里分解無(wú)機(jī)化合物（如硫磺），骨蟲(chóng)是細(xì)菌的宿主在穿挖骨骼的綠色根狀附屬物中分解有機(jī)化合物。這些不同促使研究者給予骨蟲(chóng)他們自己的種類，Osedax，拉丁語(yǔ)意思是“貪吃骨”。RobertVrijenhoek,一個(gè)在加州MossLanding,MontereyBay海洋研究所的進(jìn)化生物學(xué)家說(shuō)，以鯨魚(yú)骸骨為生的Osedax蠕蟲(chóng)的能力顯示出“一個(gè)死去的鯨魚(yú)可以為海洋缺乏營(yíng)養(yǎng)的地方提供巨大能源”。夏威夷大學(xué)一生物海洋地質(zhì)學(xué)家CraigSmith說(shuō)，這種Osedax蠕蟲(chóng)的適應(yīng)是“極端的”和“異乎尋常的”。他補(bǔ)充到這個(gè)研究提供了一個(gè)“海洋表面鯨魚(yú)和深海底多樣性的聯(lián)系”。正是由于這種原因，Smith認(rèn)為捕食鯨魚(yú)可能會(huì)破壞一個(gè)重要的深海生態(tài)系統(tǒng)，同時(shí)也掠奪了蠕蟲(chóng)享有和吃掉鯨魚(yú)的權(quán)利。三、寄生一種小型生物生活在另一種相對(duì)較大型生物的體內(nèi)或體表，從中取得營(yíng)養(yǎng)和進(jìn)行生長(zhǎng)繁殖，同時(shí)使后者蒙受損害甚至被殺死的現(xiàn)象。寄生物（parasite）寄主或宿主（host）一）微生物間的寄生

噬菌體—細(xì)菌

蛭弧菌—細(xì)菌

真菌—真菌

真菌、細(xì)菌—原生動(dòng)物二）微生物與動(dòng)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(gè)個(gè)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(jìn)行定性分析，也可進(jìn)行定量分析，實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確、可靠，對(duì)于了解微生物與宿主之間復(fù)雜的關(guān)系及其機(jī)理具有十分重要的作用。

用于科學(xué)研究：微生物與昆蟲(chóng)間的寄生生物農(nóng)藥：BT、白僵菌、病毒殺蟲(chóng)劑名貴藥材：冬蟲(chóng)夏草四、拮抗某種生物產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物可抑制它種生物的生長(zhǎng)發(fā)育甚至將后者殺死。

微生物間的“化學(xué)戰(zhàn)術(shù)”抗生菌產(chǎn)生能抑制其它生物生長(zhǎng)發(fā)育的抗生素；

微生物間的生長(zhǎng)抑制因某種微生物的生長(zhǎng)而引起的其它條件的改變，從而抑制它種生物的生長(zhǎng)抗生素可產(chǎn)生抗生素的微生物，則能夠抑制甚至殺死其它微生物，例如青霉菌產(chǎn)生的青霉素能抑制一些革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌，鏈霉菌產(chǎn)生的制霉菌素能夠抑制酵母菌和霉菌等，這些屬于特異性的拮抗關(guān)系。泡菜、青貯飼料在制造泡菜、青儲(chǔ)飼料時(shí)，乳酸桿菌產(chǎn)生大量乳酸，導(dǎo)致環(huán)境變酸，即pH值的下降，抑制了其它微生物的生長(zhǎng)，這屬于非特異性的拮抗作用。五、競(jìng)爭(zhēng)兩個(gè)種群因需要相同的生長(zhǎng)基質(zhì)或其它環(huán)境因子，致使增長(zhǎng)率和種群密度受到限制時(shí)發(fā)生的相互作用，其結(jié)果對(duì)兩種種群都是不利的。六、捕食一種種群被另一種種群完全吞食，捕食者種群從被食者種群得到營(yíng)養(yǎng)，而對(duì)被食者種群產(chǎn)生不利影響。微生物間的捕食現(xiàn)象：

原生動(dòng)物吞食細(xì)菌和藻類；

真菌捕食線蟲(chóng)和其它原生動(dòng)物；捕蟲(chóng)菌目（Zoopagales）在長(zhǎng)期的自然進(jìn)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(dòng)物或無(wú)脊椎動(dòng)物，捕獲物死后，菌絲伸入體內(nèi)吸收營(yíng)養(yǎng)。第三節(jié)微生物在生態(tài)系統(tǒng)中的作用一、微生物在生態(tài)系統(tǒng)中的地位生態(tài)系統(tǒng)：生物群落所生活的非生物環(huán)境物質(zhì)循環(huán)能量流動(dòng)生產(chǎn)者：從無(wú)機(jī)物合成有機(jī)物消費(fèi)者：利用有機(jī)物進(jìn)行生活，一般不能將有機(jī)物直接分解成有機(jī)物分解者：分解有機(jī)物成無(wú)機(jī)物（參見(jiàn)p297）微生物可以在多個(gè)方面但主要作為分解者而在生態(tài)系統(tǒng)中起重要作用一、微生物在生態(tài)系統(tǒng)中的地位（參見(jiàn)p297）1、微生物是有機(jī)物的主要分解者；微生物最大的價(jià)值也在于其分解功能。它們分解生物圈內(nèi)存在的動(dòng)物和植物殘?bào)w等復(fù)雜有機(jī)物質(zhì)，并最后將其轉(zhuǎn)化成最簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)物，再供初級(jí)生產(chǎn)者使用。2、微生物是物質(zhì)循環(huán)中的重要成員；微生物參與所有的物質(zhì)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(zhì)的循環(huán)中，微生物是主要的成員，起主要作用；而一些過(guò)程只有微生物才能進(jìn)行，起獨(dú)特作用；而有的是循環(huán)中的關(guān)鍵過(guò)程，起關(guān)鍵作用。3、微生物是生態(tài)系統(tǒng)中的初級(jí)生產(chǎn)者；光能營(yíng)養(yǎng)和化能營(yíng)養(yǎng)微生物是生態(tài)系統(tǒng)的初級(jí)生產(chǎn)者，它們具有初級(jí)生產(chǎn)者所具有的二個(gè)明顯特征，即可直接利用太陽(yáng)能、無(wú)機(jī)物的化學(xué)能作為能量來(lái)源，另一方面其積累下來(lái)的能量又可以在食物鏈、食物網(wǎng)中流動(dòng)。4、微生物是物質(zhì)和能量的貯存者；微生物和動(dòng)物、植物一樣也是由物質(zhì)組成和由能量維持的生命有機(jī)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(zhì)和能量。5、微生物在地球生物演化中扮演著重要的作用；微生物是最早出現(xiàn)的生物體，并進(jìn)化成后來(lái)的動(dòng)、植物。藻類的產(chǎn)氧作用，改變大氣圈中的化學(xué)組成，為后來(lái)動(dòng)、植物出現(xiàn)打下基礎(chǔ)。第三節(jié)微生物與自然界物質(zhì)循環(huán)碳素循環(huán)氮素循環(huán)硫素循環(huán)磷素循環(huán)（一）碳素循環(huán)自然界碳元素存在形式：大氣中二氧化碳、溶于水中二氧化碳、有機(jī)碳巖石化石燃料

碳素循環(huán)示意圖（二）氮素循環(huán)自然界氮素存在形式氮?dú)獍变@鹽亞硝酸鹽硝酸鹽有機(jī)氮

氮素循環(huán)示意圖硝化作用是指氨態(tài)氮經(jīng)硝化細(xì)菌的氧化轉(zhuǎn)變?yōu)橄鯌B(tài)氮的過(guò)程。條件：通氣良好、pH接近中性過(guò)程：氨氧化為亞硝酸－亞硝化細(xì)菌亞硝酸氧化為硝酸－硝酸化細(xì)菌同化硝酸鹽還原作用是指硝酸鹽被生物體還原成銨鹽并進(jìn)一步合成各種含氮有機(jī)物的過(guò)程。參與生物：植物真菌部分原核生物(硝酸鹽還原酶）氨化作用是指含氮有機(jī)物經(jīng)過(guò)微生物的分解而產(chǎn)生氨的過(guò)程。銨鹽同化作用是指以銨鹽為營(yíng)養(yǎng)合成氨基酸、蛋白質(zhì)和核酸等有機(jī)含氮物的過(guò)程。參與的生物：植物微生物異化性硝酸鹽還原作用是指以硝酸根離子作為電子傳遞鏈的末端電子受體，而被還原成亞硝酸的作用－硝酸鹽呼吸反硝化作用（脫氮作用）是指將硝酸鹽轉(zhuǎn)化為氣態(tài)氮化物的過(guò)程。發(fā)生條件：pH為中性至微堿性的厭氧條件微生物：化能自養(yǎng)微生物化能異養(yǎng)微生物亞硝酸氨化作用是指亞硝酸通過(guò)異化性還原經(jīng)羥氨轉(zhuǎn)變成氨的作用。微生物：芽孢桿菌、氣單胞菌、腸桿菌硫素循環(huán)自然界硫素存在形式S0硫酸鹽硫化氫有機(jī)氮

硫素循環(huán)示意圖

同化性硫酸鹽還原是指硫酸鹽經(jīng)還原后，最終以巰基形式固定在蛋白質(zhì)等成分中。參與的生物：植物微生物脫硫作用是指在無(wú)氧條件下，經(jīng)過(guò)一些腐敗微生物的作用，將生物體中的蛋白質(zhì)等含硫有機(jī)物分解成H2S等含硫氣體的作用。硫的氧化作用（硫化作用）是指H2S或S0被微生物氧化成硫或硫酸的作用。參與硫氧化作用的微生物：日阿托氏菌屬（Beggiatoa）硫桿菌屬（Thiobacillus）綠硫菌屬（Chlorobium）著色菌屬（Chromatium）異化性硫酸鹽還原作用是指以硫酸鹽作為電子傳遞鏈的最終電子受體而被還原為亞硫酸鹽或H2S的作用硫酸鹽呼吸參與的微生物：脫硫弧菌屬（Desulfovibrio)異化性硫還原作用是指將S0還原成H2S的作用。參與的微生物：脫硫單胞菌（Desulfuromonas)細(xì)菌冶金（細(xì)菌瀝濾）原理利用化能自養(yǎng)細(xì)菌對(duì)礦物中的硫或硫化物進(jìn)行氧化，使之不斷生產(chǎn)和再生酸性浸礦劑，利用酸性浸礦劑將低品位礦石中的銅等金屬以硫酸銅等形式不斷溶解出來(lái)，然后再用電動(dòng)序較低的鐵等金屬粉末進(jìn)行置換，從而獲取銅等有色金屬或稀有金屬。銅礦的細(xì)菌瀝濾溶礦置換再生浸礦劑好氧化能自養(yǎng)菌－氧化亞鐵硫桿菌（T.ferrooxidans)磷素循環(huán)特點(diǎn)：磷元素及其化合物無(wú)氣態(tài)形式，并且磷沒(méi)有價(jià)態(tài)變化－－屬于典型的沉積循環(huán)

磷素循環(huán)示意圖不溶性無(wú)機(jī)磷的可溶化不溶性的無(wú)機(jī)磷：土壤、巖石中的磷化物（磷酸鈣、磷灰石）；微生物對(duì)有機(jī)磷化物分解后產(chǎn)生的磷酸在土壤中形成的難溶性的鈣、鎂、鋁鹽上述各種不溶性的無(wú)機(jī)磷在微生物產(chǎn)生的各種酸的作用下溶解形成磷酸或可溶性磷酸鹽多種細(xì)菌、真菌產(chǎn)生的有機(jī)酸硝化細(xì)菌產(chǎn)生的硝酸硫化細(xì)菌產(chǎn)生的硫酸磷酸或可溶性磷酸鹽的有機(jī)化－可溶性無(wú)機(jī)磷的有機(jī)化各類生物均可對(duì)無(wú)機(jī)磷進(jìn)行同化作用有機(jī)磷的礦化是指生物體中的有機(jī)磷進(jìn)入土壤后，通過(guò)微生物的轉(zhuǎn)化、合成，最后以植酸鹽、核酸及其衍生物和磷脂三種形式存在。這些物質(zhì)又可經(jīng)過(guò)腐生微生物的分解后，形成植物可利用的可溶性無(wú)機(jī)磷化物。參與的微生物：芽孢菌鏈霉菌曲霉菌青霉菌生產(chǎn)、生活使用的含磷化合物過(guò)量使用磷肥最終導(dǎo)致水體中可溶性磷酸鹽濃度提高生活中使用的含磷洗滌劑導(dǎo)致水體中可溶性磷酸鹽濃度提高水體的富營(yíng)養(yǎng)化水華赤潮第四節(jié)微生物與環(huán)境保護(hù)環(huán)境污染：是指土壤、水體等生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能受外來(lái)有害因素的破壞而失去了平衡，導(dǎo)致物質(zhì)流、能量流無(wú)法正常運(yùn)轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。一、水體的污染－富營(yíng)養(yǎng)化富營(yíng)養(yǎng)化：是指水體中因氮、磷等元素含量過(guò)高而引起水體表層的藍(lán)細(xì)菌和藻類過(guò)渡生長(zhǎng)繁殖的現(xiàn)象。典型實(shí)例：水華、赤潮造成的后果：下層水體因缺光。少氧，而且大量死藻因細(xì)菌的分解而進(jìn)一步造成厭氧和有毒環(huán)境。水華水華：是指發(fā)生在淡水水體中的富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象。特點(diǎn)：溫暖季節(jié)N:P=15~20:1在水面上形成一層藍(lán)、綠色的藻體和泡沫生長(zhǎng)的藍(lán)細(xì)菌種類：藍(lán)細(xì)菌：微囊藍(lán)細(xì)菌、魚(yú)腥藍(lán)細(xì)菌、束絲藍(lán)細(xì)菌藻類：衣藻、裸藻、硅藻等赤潮是指發(fā)生在河口、港灣或淺海等咸水區(qū)水體的富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象。生長(zhǎng)的生物：260余種藍(lán)細(xì)菌藻類原生動(dòng)物二、用微生物治理污染污水種類：生活污水農(nóng)牧業(yè)污水工業(yè)有機(jī)污水工業(yè)有毒污水污水處理中常用的一些名詞BOD5：5日生化需氧量，是評(píng)價(jià)水中有機(jī)物含量的一個(gè)間接指標(biāo)COD：化學(xué)需氧量，是表示水中有機(jī)物含量的一個(gè)間接指標(biāo)TOD：總需氧量，是評(píng)價(jià)水質(zhì)的綜合指標(biāo)之一DO：溶解氧量，是評(píng)價(jià)水質(zhì)優(yōu)劣的重要指標(biāo)，其大小是水體能否進(jìn)行自凈作用的關(guān)鍵SS：懸浮物含量TOC：總的有機(jī)碳含量微生物處理、凈化污水的過(guò)程就是在污水處理裝置這一小型人工生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)利用不同生理、生化功能微生物間的協(xié)調(diào)作用而進(jìn)行的一種物質(zhì)循環(huán)過(guò)程。微生物處理污水的原理

微生物對(duì)污染物具有巨大的降解和轉(zhuǎn)化能力用于污水處理的微生物污水處理的裝置活性污泥法活性污泥：是指由細(xì)菌、原生動(dòng)物和其它微生物聚集在一起組成的絮凝團(tuán)，具有很強(qiáng)的吸附、分解有機(jī)物或毒物的能力。細(xì)菌；生枝動(dòng)膠菌、浮游球衣菌、假單孢菌在活性污泥中形成適當(dāng)?shù)男跄铩Ｎ⑸镌诨钚晕勰嘞到y(tǒng)功能中起很關(guān)鍵的作用。活性污泥的有效作用取決于能夠沉淀的絮凝物的形成(a)。如果污水處理工廠不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)．會(huì)導(dǎo)致沉淀較差的絮凝物的形成(b)。低通氣量、硫化物及酸性有機(jī)物質(zhì)的存在都會(huì)引起沉淀較差的絮凝物的形成。這些絮凝物之所以不能有效地沉淀．是因?yàn)樗鼈兙哂惺杷啥嗫捉Y(jié)構(gòu)。不能有效沉淀的結(jié)果導(dǎo)致有機(jī)物質(zhì)釋放到處理后的水中，降低了最終排出水的質(zhì)量?；钚晕勰喾鞒虉D

高碑店污水處理廠的一次沉淀池（75*28*2.5m）

好氧池（95*28*6m）

二次沉淀池（直徑50m，有效深度4m）

污泥消化池（直徑20m,有效深度25m）

高碑店污水處理廠全貌新澤西的一個(gè)污水處理廠工廠簡(jiǎn)圖生物膜法生物膜法－滴濾系統(tǒng)示意圖

厭氧－好氧工藝處理廢水（流化床工藝示意圖）用接觸氧化池處理廢水的裝置一種利用沼氣發(fā)酵處理廢水的裝置

城市垃圾堆肥處理示意圖沼氣發(fā)酵與環(huán)境保護(hù)沼氣（生物氣）：是一種混合氣體，主要成分為：甲烷；此外還有少量的氫氣、氮?dú)夂投趸籍a(chǎn)生甲烷的生化本質(zhì)：厭氧條件下甲烷菌利用氫氣還原二氧化碳產(chǎn)生細(xì)胞物質(zhì)厭氧條件下甲烷菌利用二氧化碳作為電子傳遞鏈的電子受體、氫受體，產(chǎn)生能量和甲烷－甲烷是厭氧呼吸鏈的還原產(chǎn)物沼氣發(fā)酵的三個(gè)階段水解階段產(chǎn)（乙）酸階段產(chǎn)氣（甲烷）階段沼氣發(fā)酵的三個(gè)階段水解階段將纖維素、淀粉水解為單糖、丙酮酸；將蛋白質(zhì)水解成氨基酸、有機(jī)酸、氨；將脂類水解成甘油、脂肪酸、丙酸、乙酸、丁酸、乙醇、氫氣和二氧化碳等參與水解階段的微生物厭氧水解性細(xì)菌：梭菌屬、擬桿菌屬、丁酸弧菌屬、真桿菌屬、雙歧桿菌屬兼性厭氧細(xì)菌：鏈球菌屬、腸道桿菌產(chǎn)（乙）酸階段是指由產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌群將第一階段產(chǎn)生的各種有機(jī)酸分解成乙酸、氫氣和二氧化碳的過(guò)程。產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌群：為兩種細(xì)菌的共生體產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌（S菌）：發(fā)酵乙醇產(chǎn)乙酸和氫氣MOH菌：不能利用乙醇，但能利用氫氣產(chǎn)甲烷產(chǎn)氣階段是指由嚴(yán)格厭氧的產(chǎn)甲烷菌群利用一碳化合物（CO2、甲醇、甲酸、甲基胺或CO）、二碳化合物（乙酸）、氫氣產(chǎn)生甲烷的過(guò)程。產(chǎn)甲烷的菌：99種（2000年），代表屬有：甲烷桿菌屬：19種甲烷短桿菌屬：7種甲烷螺菌屬：1種甲烷嗜鹽菌屬：5種甲烷葉菌屬：5種甲烷八疊菌屬：8種產(chǎn)甲烷菌特點(diǎn)生活在嚴(yán)格的厭氧條件下形態(tài)、生理、生化特性呈明顯多樣性形態(tài)：球狀、桿狀、螺旋狀、絲狀革蘭氏染色反應(yīng)：陽(yáng)性、陰性、不定性生長(zhǎng)所需的碳源：一碳化合物、二碳化合物氮源：氨態(tài)氮、還利用氨基酸生長(zhǎng)因子：有的需要分支脂肪酸參與甲烷形成反應(yīng)的輔酶產(chǎn)甲烷菌的甲烷形成反應(yīng)

（從CO2還原至CH4的生化反應(yīng)途徑）

甲烷菌電鏡照片外生物質(zhì)（異生物質(zhì)、xenobiotic）是指天然條件下并不存在的，而是由人工合成的化學(xué)物質(zhì)。種類：殺蟲(chóng)劑殺菌劑除草劑等微生物對(duì)異生物質(zhì)的降解能力多數(shù)可被細(xì)菌、真菌降解：有些外源性物質(zhì)可以被徹底降解，即變成水和二氧化碳等無(wú)毒無(wú)害的很小的分子化合物或元素。但是，也有些外源性物質(zhì)不能被徹底降解。通過(guò)共代謝作用降解難以降解－難降解化合物微生物對(duì)生物外源性物質(zhì)的轉(zhuǎn)化主要形式脫鹵（主要是脫氯）：如DDT的脫氯；還原：將外源性物質(zhì)上的取代基，特別是硝基，進(jìn)行還原；水合反應(yīng)：如對(duì)有機(jī)氰的水合反應(yīng)，形成無(wú)毒的含氮有機(jī)化合物。微生物對(duì)有機(jī)磷化合物的降解有機(jī)磷化合物作為殺蟲(chóng)劑被廣泛用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上，如樂(lè)果、對(duì)硫磷、甲胺磷等等。它們?cè)诃h(huán)境中的殘留時(shí)間很長(zhǎng)，不易被降解，因此現(xiàn)在被限制或禁止使用。然而，近年來(lái)不斷發(fā)現(xiàn)許多微生物可降解有機(jī)磷化合物，從而為尋找解決及凈化環(huán)境中的有機(jī)磷農(nóng)藥污染的途徑提供了可能。微生物對(duì)人工合成多聚物的降解

人工合成的多聚物種類很多，其典型代表是聚乙烯，我們?nèi)粘Ｊ褂玫乃芰现破范嘤盟鼈冏鲈?。由于它們的化學(xué)穩(wěn)定性、生物不可降解性、可塑性