新版微生物生態(tài)專業(yè)知識(shí)講座

本章提要生態(tài)系統(tǒng)概念及特點(diǎn)。植物根際與根際微生物。植物與微生物關(guān)系。微生物間相互關(guān)系。新版微生物生態(tài)專業(yè)知識(shí)講座第1頁微生物生態(tài)學(xué)是研究處于環(huán)境之中微生物，和與微生物相聯(lián)絡(luò)物理、化學(xué)和生物等環(huán)境條件，以及它們之間相互關(guān)系。新版微生物生態(tài)專業(yè)知識(shí)講座第2頁一、生態(tài)系統(tǒng)新版微生物生態(tài)專業(yè)知識(shí)講座第3頁生態(tài)系統(tǒng)是由英國生態(tài)學(xué)家坦斯列于1935年最先提出。美國生態(tài)學(xué)家Odime給生態(tài)系統(tǒng)定義較完整。新版微生物生態(tài)專業(yè)知識(shí)講座第4頁生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)系統(tǒng)（ecosystem）：是指生物群落與其生存環(huán)境之間，以及生物群落內(nèi)生物之際親密聯(lián)絡(luò)，相互作用，經(jīng)過物質(zhì)交換、能量轉(zhuǎn)化和信息傳遞，成為占據(jù)一定空間、含有一定結(jié)構(gòu)，執(zhí)行一定功效動(dòng)態(tài)平衡整體。新版微生物生態(tài)專業(yè)知識(shí)講座第5頁生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)系統(tǒng)關(guān)鍵是生物群落。生物群落含有自我維持、修補(bǔ)和重建能力，因而生態(tài)系統(tǒng)在一定范圍內(nèi)，能夠自我維持，系統(tǒng)在生物于環(huán)境作用下總是趨向平衡。并經(jīng)過自我調(diào)整和外部控制不停進(jìn)行演化，使這一整體成為相對(duì)穩(wěn)定生態(tài)系統(tǒng)。當(dāng)外界條件發(fā)生改變時(shí)，微生物群落往往經(jīng)過改變?nèi)郝浣Y(jié)構(gòu)來適應(yīng)新環(huán)境條件。新版微生物生態(tài)專業(yè)知識(shí)講座第6頁微生物生態(tài)系統(tǒng)特點(diǎn)（1）微生物生態(tài)系統(tǒng)中不但有大環(huán)境，還有更主要微環(huán)境。微環(huán)境對(duì)微生物生存和發(fā)展影響更大，與微生物關(guān)系更親密。新版微生物生態(tài)專業(yè)知識(shí)講座第7頁微生物生態(tài)系統(tǒng)特點(diǎn)（2）在微生物生態(tài)系統(tǒng)生物群落中，通常包含兩類微生物，一類是優(yōu)勢(shì)種，即含有大量個(gè)體，但微生物種類少；另一類是微生物個(gè)體數(shù)量少，但種類多。前者是這一生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)流和能量流主要作用者；后者是群落生物多樣性主要表達(dá)者。群落微生物種多樣性是其含有穩(wěn)定性主要原因。新版微生物生態(tài)專業(yè)知識(shí)講座第8頁二、微生物在自然界中分布新版微生物生態(tài)專業(yè)知識(shí)講座第9頁微生物在空中分布空氣是傳輸微生物主要介質(zhì)空氣中微生物種類和數(shù)量特點(diǎn)：普通是陸地上空＞海洋，城市上空＞農(nóng)村，近地面空氣＞高空空氣。新版微生物生態(tài)專業(yè)知識(shí)講座第10頁微生物在空氣中分布空氣中微生物類群主要是真菌和細(xì)菌，常見種類有青霉屬、曲霉屬、木霉屬、根霉屬、毛霉屬、球擬酵母屬以及細(xì)菌中芽孢桿菌屬。新版微生物生態(tài)專業(yè)知識(shí)講座第11頁地點(diǎn)微生物數(shù)量（個(gè)/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不一樣地點(diǎn)空氣中微生物數(shù)量

新版微生物生態(tài)專業(yè)知識(shí)講座第12頁以細(xì)菌總數(shù)評(píng)價(jià)空氣衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)（日本）

清潔程度細(xì)菌總數(shù)CFu·m-3最清潔空氣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新版微生物生態(tài)專業(yè)知識(shí)講座第13頁極端環(huán)境下微生物研究意義①開發(fā)利用新微生物資源，包含特異性基因資源；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，如功效基因組學(xué)、生物電子器材等研究提供新課題和材料；③為生物進(jìn)化、生命起源研究提供新材料。

新版微生物生態(tài)專業(yè)知識(shí)講座第14頁極端環(huán)境中微生物高溫環(huán)境中微生物如嗜熱脂肪芽孢桿菌、酸熱芽孢桿菌高鹽環(huán)境中微生物通常把能在含鹽量高于１５％環(huán)境中生長(zhǎng)微生物稱為極端嗜鹽菌，常見種類有鹽細(xì)菌屬和鹽球菌屬高壓環(huán)境中微生物如分離自深海淤泥耐壓假單胞菌，生長(zhǎng)十分遲緩，代時(shí)為33天新版微生物生態(tài)專業(yè)知識(shí)講座第15頁水體微生物

——淡水微生物普通湖泊、池塘和江河營養(yǎng)豐富，能滿足許多微生物需要。天然水體溫度普通變幅為0～36℃之間。在流水生境中氧氣能不停溶入水中并混勻，靜水中僅表層溶解氧較多，底層較少。淡水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)水生微生物生長(zhǎng)。新版微生物生態(tài)專業(yè)知識(shí)講座第16頁影響淡水微生物分布原因有機(jī)物含量；度；水深度；日光與水體溶解氧量新版微生物生態(tài)專業(yè)知識(shí)講座第17頁海洋環(huán)境（特點(diǎn)）有機(jī)質(zhì)等營養(yǎng)物含量低、含鹽量高和溫度低。海水ｐH值多為堿性（8.3～8.5），100ｍ以下溫度為0～5℃，表層溫度改變也不超出35℃。海洋微生物含有耐壓、嗜冷和低營養(yǎng)要求特點(diǎn)。新版微生物生態(tài)專業(yè)知識(shí)講座第18頁海洋環(huán)境中常見種類常見細(xì)菌種類以假單胞菌屬、弧菌屬及黃桿菌屬為主。在海底污泥中主要有嚴(yán)格厭氧脫硫弧菌屬(desulfovibrio)和產(chǎn)甲烷細(xì)菌等。海水中化能自養(yǎng)菌多為硝化細(xì)菌。海洋中真菌數(shù)量和種類遠(yuǎn)比土壤為少。海洋原生動(dòng)物數(shù)量以淺海底淤泥和表層最多，主要有鞭毛蟲、肉足蟲和纖毛蟲3大類。新版微生物生態(tài)專業(yè)知識(shí)講座第19頁土壤土壤剖面結(jié)構(gòu)與微生物分布（見P191表8－1）。土壤礦物質(zhì)顆粒按大小分為砂礫、粉粒、粘粒。其中粘粒理化性質(zhì)最活潑，與微生物關(guān)系最親密。新版微生物生態(tài)專業(yè)知識(shí)講座第20頁土壤顆粒組成微環(huán)境新版微生物生態(tài)專業(yè)知識(shí)講座第21頁土壤中微生物新版微生物生態(tài)專業(yè)知識(shí)講座第22頁MicrobosNumber/gBiomass(g/m3)Bacteria108160Fungi105200Actinomycets105-106160Algae104-10532Protozoa10438農(nóng)田土壤微生物數(shù)量和生物量新版微生物生態(tài)專業(yè)知識(shí)講座第23頁經(jīng)典花園土壤不一樣深度每克土壤微生物菌落數(shù)/CFu深度/cm細(xì)菌放線菌*真菌藻類3-8975000020800001190002500020-25217900024500050000500035-40570000490001400050065-751100050006000100135-1451400——3000——新版微生物生態(tài)專業(yè)知識(shí)講座第24頁三、植物根際與根際微生物新版微生物生態(tài)專業(yè)知識(shí)講座第25頁植物根系對(duì)微生物作用植物根際對(duì)微生物數(shù)量和種類影響稱為根際效應(yīng)（rhizosphereeffect）。在數(shù)量方面慣用根土比（R／Sratio）即根際微生物數(shù)量與非根際土壤微生物數(shù)量比值來表示。R/S值普通為5～20，有時(shí)可高達(dá)100以上，該值隨植物種類、生育期和土壤類型等而改變。新版微生物生態(tài)專業(yè)知識(shí)講座第26頁根系微生物對(duì)植物影響提供有機(jī)養(yǎng)料和生長(zhǎng)素類物質(zhì)；提升土壤礦質(zhì)養(yǎng)料有效性；消除H2S等對(duì)植物毒害作用；產(chǎn)生拮抗性物質(zhì)；引發(fā)缺素及產(chǎn)生有害作用。新版微生物生態(tài)專業(yè)知識(shí)講座第27頁四、微生物與高等植物間共生關(guān)系新版微生物生態(tài)專業(yè)知識(shí)講座第28頁菌根（mycorrhizae）菌根是真菌(擔(dān)子菌和子囊菌)與植物形成特殊共生體。依據(jù)其形態(tài)和解剖學(xué)特征，可分為外生菌根、內(nèi)生菌根和內(nèi)外生菌根3種類型。新版微生物生態(tài)專業(yè)知識(shí)講座第29頁新版微生物生態(tài)專業(yè)知識(shí)講座第30頁外生菌根大多數(shù)外生菌根真菌是廣譜性寄主真菌，能同很各種植物形成外生菌根；少數(shù)為專性寄主真菌，只能同幾個(gè)植物形成菌根。如小牛肝菌只同落葉松屬樹種形成菌根。外生菌根主要見森林樹木。天麻（外生菌根）：真菌為密環(huán)菌；蘭科植物其真菌為密環(huán)菌，蘭草需帶土栽培。

新版微生物生態(tài)專業(yè)知識(shí)講座第31頁新版微生物生態(tài)專業(yè)知識(shí)講座第32頁內(nèi)生菌根內(nèi)生菌根菌絲體主要存在于根皮層中，在根外較少。內(nèi)生菌根又分為兩種類型，一個(gè)是由有隔膜真菌形成菌根，另一個(gè)是無隔膜真菌所形成菌根，后一個(gè)普通稱為VA菌根，即“泡囊-叢枝菌根”，內(nèi)生菌根主要存在于草、林木和各種作物中。新版微生物生態(tài)專業(yè)知識(shí)講座第33頁新版微生物生態(tài)專業(yè)知識(shí)講座第34頁共生固氮根瘤菌與豆科植物共生固氮；蘭克氏放線菌與非豆科木本植物共生固氮。

新版微生物生態(tài)專業(yè)知識(shí)講座第35頁RootNoduleBacteriaandSymbiosiswithlegumesSoybeanrootnodulesUnnodulatedsoybeanNodulatedsoybean新版微生物生態(tài)專業(yè)知識(shí)講座第36頁CKSpr4-5新版微生物生態(tài)專業(yè)知識(shí)講座第37頁新版微生物生態(tài)專業(yè)知識(shí)講座第38頁根瘤形成過程主要步驟特定根瘤菌與對(duì)應(yīng)豆科植物相互辯認(rèn)使根瘤菌特異地吸附在根毛上二者相互作用使根毛變形，主要表現(xiàn)卷曲或分枝細(xì)菌進(jìn)入根內(nèi)形成侵入線侵入線發(fā)展，進(jìn)入根皮層后造成一部份細(xì)胞轉(zhuǎn)化為分生組織，細(xì)胞分裂和分化，根瘤開始發(fā)育根瘤菌從侵入線內(nèi)釋放到根瘤細(xì)胞中繁殖，而后轉(zhuǎn)化成類菌體形態(tài)豆血紅蛋白出現(xiàn)，固氮作用開始。新版微生物生態(tài)專業(yè)知識(shí)講座第39頁新版微生物生態(tài)專業(yè)知識(shí)講座第40頁Rhizobiumnodulesonapearoot新版微生物生態(tài)專業(yè)知識(shí)講座第41頁微生物引發(fā)植物病害植物病原真菌。如：由半知菌引發(fā)植物病害有棉花炭疽病、立枯病和黃萎病，水稻稻瘟病和紋枯病等；植物細(xì)菌性病害。如：引發(fā)水稻白葉枯病水稻黃單胞菌。植物病毒性病害。如：煙草花葉病毒是最早被發(fā)覺病毒，流行時(shí)常可使產(chǎn)區(qū)烤煙減產(chǎn)25％。新版微生物生態(tài)專業(yè)知識(shí)講座第42頁五、微生物之間相互關(guān)系新版微生物生態(tài)專業(yè)知識(shí)講座第43頁互生關(guān)系

互生關(guān)系：兩種微生物都能夠單獨(dú)生活，當(dāng)生活在一起時(shí)，比單獨(dú)生活好，但二者不形成共生組織(生命整體)關(guān)系。如：土壤中纖維素分解菌分解纖維素成葡萄糖和有機(jī)酸，為自生固氮菌提供了碳源和能源，后者從空氣中固定氮素又能為纖維素分解菌提供氮素營養(yǎng)，首先消除了有機(jī)酸對(duì)纖維素分解菌本身所造成不利影響，另首先加強(qiáng)了對(duì)纖維素分解能力。新版微生物生態(tài)專業(yè)知識(shí)講座第44頁新版微生物生態(tài)專業(yè)知識(shí)講座第45頁共生關(guān)系：指兩種微生物在一起生活，相互提供必要生活條件，彼此依賴，形成一個(gè)在形態(tài)上含有共同結(jié)構(gòu)，而在生理上卻相互分工，交換生命活動(dòng)產(chǎn)物生存關(guān)系。如將二者分開，各自都生活不好。此可視為互生關(guān)系高度發(fā)展。藻類或藍(lán)細(xì)菌與真菌共生所形成地衣是共生關(guān)系經(jīng)典代表。共生關(guān)系新版微生物生態(tài)專業(yè)知識(shí)講座第46頁新版微生物生態(tài)專業(yè)知識(shí)講座第47頁競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系：各種微生物共同生活于一個(gè)環(huán)境中時(shí)，或因一個(gè)微生物優(yōu)先利用有限養(yǎng)料，致使另一個(gè)微生物養(yǎng)料缺乏，生長(zhǎng)發(fā)育受阻；或因一個(gè)微生物生長(zhǎng)快速，占領(lǐng)基質(zhì)表面和充滿空間，使另

一個(gè)微生物無處容身而生長(zhǎng)受抑。競(jìng)爭(zhēng)造成優(yōu)勢(shì)種群勝利和劣勢(shì)種群淘汰。競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系新版微生物生態(tài)專業(yè)知識(shí)講座第48頁新版微生物生態(tài)專業(yè)知識(shí)講座第49頁寄生是一個(gè)微生物生活在另一個(gè)微生物表面或體內(nèi)并對(duì)后者產(chǎn)生危害相互關(guān)系。在這一關(guān)系中前者稱為寄生物，