1、2018/6/17,1,第 六 章,微生物生态与生态工程,2018/6/17,2,主要内容：,微生物在自然界的分布微生物与环境其他物种间的相互关系微生物在自然界生物地球化学循环中的作用微生物与环境保护,2018/6/17,3,概念,微生物生态学是研究微生物与环境间相互作用的规律及其适应机理的学科。 一方面，微生物生长依赖环境，生态条件的差异造就了不同的生态系统，其特点、稳态、活动强度不同。 另一方面，微生物生长改变环境，保证物种转化的动态平衡，使环境自净。,2018/6/17,4,第 一 节,微生物在自然界的分布,2018/6/17,5,一、土壤：微生物的大本营 （一）、微生物对土壤的作用 1
2、、是土壤形成的先驱生物；自身固氮微生物造氮素，植物生长。 2、腐生作用，将有机物NH3、NO3-等，被植物利用。 3、形成腐殖质，改善土壤团粒结构。,2018/6/17,6,（二）、土壤是微生物生长的良好场所A：有机质提供C源、N源、能源B：矿质元素C：水分；渗透压D：pH:5.58.5E：通气适合各种不同需要的微生物F：温度差小,2018/6/17,7,（三）、土壤中的微生物细菌放线菌真菌藻类原生动物如：农田土15cm处的微生物量微生物 每克土壤数量 生物量（g/m3） 细菌 1108 160 放线菌 2106 160 真菌 1.2105 200 藻类 2.5104 32原生动物 3104
3、38,2018/6/17,8,光需光、需氧微生物 假单胞 柄杆菌 浮游球衣菌需光、厌氧微生物 着色菌光合细菌 绿菌 脱硫弧菌厌氧微生物 甲烷杆菌 甲烷球菌,二、水体中的微生物,2018/6/17,9,三、空气：至85km的高空四、食品上1、粮食原生性微生物区系：以种子分泌物为生，不损害种子，与腐败菌拮抗如草生假单胞菌。是粮食储存状况优良的标志。次生性微生物区系：通过各种途径侵害粮食，使变质或产生毒素。共150多种毒素如黄曲霉素B1，280抗性强，诱导肿瘤。制造低温、缺氧、干燥条件2、鱼、肉、乳、果、蔬.,2018/6/17,10,五、正常动植物体上的微生物1、附生性微生物：植物地上部分表面的微
4、生物。106个/克鲜叶2、动物正常微生物区系：正常动物皮、毛、外腔道中存在的不侵害肌体的微生物区系。皮毛：金黄色葡萄球菌、链球菌、双球菌、微球菌肠腔中：大肠杆菌、粪链球菌、魏氏梭菌、纤维素分解菌、产气、变形杆菌。口腔中：乳酸菌、芽孢杆菌鼻腔中：白喉杆菌、葡萄球菌、肺炎球菌功能：拮抗病原菌、 肠道菌合成维生素3、正常菌群失调：肠道正常菌群改变出现肠道疾病。,2018/6/17,11,第 二 节,微生物与其他物种间 的相互关系,2018/6/17,12,一、互生：两独立生活的生物，共同生活时，通过各自的代谢活动而有利于对方。或偏利于一方的一种生活方式。是一种“可分可合，合比分好”的相互关系。 例：
5、纤维素分解菌与固氮菌 亚硝化细菌与硝化细菌 硫磺细菌（H2SSO42）与解酚菌 根际微生物与高等植物 动物与正常菌群,2018/6/17,13,二、共生：两生物紧密共居在一起，彼此依赖、互为对方创造生存条件，甚至达到难解难分、合二为一的一种相互关系。如：地衣：单细胞真菌与藻类（微生物与微生物）根瘤：豆科植物与根瘤菌（微生物与植物）菌根：真菌与高等植物（微生物与植物）牛瘤胃与厌氧纤维素分解菌（微生物与动物）,2018/6/17,14,三、寄生：指一种小型生物生活在另一种大型生物的体表或体内，从中获得营养和进行生长繁殖，同时使后者蒙受损失甚至被杀害的现象。如：噬菌体、食菌蛭弧菌及其他病原微生物；植
6、物病原菌与植物；白僵菌与鳞翅目幼虫。,2018/6/17,15,四、拮抗：由某种生物所产生的某种代谢物可抑制其它种生物的生长发育甚至杀死它们的一种相互关系。非特异性：乳酸菌产乳酸抑制非耐酸菌 酵母菌产乙醇抑菌特异性：抗生素五、猎（捕）食：较大型的生物直接捕捉、吞食小型生物以满足其营养需要的相互关系。如：原生动物吞食细菌和藻类六、种间共处,2018/6/17,16,第 三 节,微生物在自然界物质 循环中的作用,2018/6/17,17,生物圈（biosphere）:地表有生物生存的空间范围。生物地化循环：由生物推动的物质循环。,异养生物（消费者）的有机物,生产者合成有机物,进入土壤水体的各种生物
7、残体有机物,C、N、P、S等组成的无机化合物,光,分解者,2018/6/17,19,一、碳素循环空气二氧化碳0.03%，仅供植物2030年使用。90%由微生物代谢产生的二氧化碳来补充。,2. 在碳素循环中微生物所起的作用 同化作用：将二氧化碳 有机碳化物光能自养型微生物分解有机碳化合物,1. 自然界的碳素循环,2018/6/17,20,二、氮素循环1、自然界存在的氮素： 分子态氮：占空气的80%大气层中约4000万亿吨。 有机氮化物：200-250亿吨无机氮化物：铵态氮、硝态氮约2-2.5亿吨，能被植物利用但数量少。1.5-1.7kg/亩,2018/6/17,21,二、氮素循环,2、自然界氮素
8、循环：,2018/6/17,22,2、微生物所起的作用 生物固氮： 在微生物或微生物和植物的共同作用下，把空气 中的氮气转化为氨的过程。如固氮菌属、根瘤菌属等 N2 NH3 氨化作用：含氮有机物（蛋白质、尿素/酸和几丁质）经微生物的分解产生氨的作用。,2018/6/17,23,硝化作用： 氨态氮经过化能自养细菌的氧化成为硝态氮的过程。分两个阶段进行，第一阶段：NH3 亚硝化细菌 NO2如亚硝化单孢菌属、亚硝化螺菌属、亚硝化球菌属、亚硝化叶菌属第二阶段：NO2 硝化细菌 NO3如硝化球菌属、硝化杆菌属、硝化刺菌属等。,2018/6/17,24,（4）反硝化作用： 又称脱氮作用，指由硝酸还原为NO
9、2- 并进一步还原成N2的过程。NO3 NO2 NH3 N2 一般只在厌氧的条件下进行 少数异养和化能自养微生物可进行反硝化作用。如地衣芽孢杆菌、脱氮硫杆菌等。,2018/6/17,25,(5)硝酸盐同化作用： 几乎一切绿色植物和多种微生物都可利用硝酸盐作氮素养料，在利用过程中，把硝酸盐还原成NH4+ 后再被利用于合成各种含氮有机物。,2018/6/17,26,三、硫素循环,1 .自然界的硫素循环,2018/6/17,27,2 .微生物在硫素循环中的作用1、反硫化作用（硫酸盐还原作用）A.同化性硫酸盐还原作用：硫酸盐 还原态的硫化物 蛋白质等成分中（主要以巯基形式）。B、异化性硫酸盐还原作用：
10、硫酸 脱硫弧菌属、脱硫肠状菌属的一些种 H2SC、异化性硫还原作用： S 脱硫单孢菌属的一些菌 H2S,2018/6/17,28,2、硫化作用： 在好氧或厌氧条件下，S、H2S等低价态的硫化物被氧化为H2SO4的过程。 好氧条件：H2S 贝日阿托氏菌属、发硫菌属 H2SO4 厌氧条件：H2S 绿菌属或着色菌属一些种H2SO4,2018/6/17,29,第 四 节,微生物与环境保护,2018/6/17,30,基本内容： 一、微生物处理有机污水: 二、微生物降解有毒污染物 1、微生物对有机污染物的降解 烃类物质、苯、甲基环己烷、农药 2、微生物降解重金属 三、环境污染的微生物监测：,2018/6/
11、17,31,一、微生物处理有机污水,（一）有机污水危害 消耗溶解氧，导致水生生物缺氧死亡。 水体富营养化 有机质沉入水底厌氧分解产生气体导 致水质恶化。 污染土壤和地下水源 动物排泄物含虫卵和致病菌导致疾病 传播。,2018/6/17,32,（四）有机污水的指标 1、物理指标： 色度：1L水中含1mg铂时具有的颜色为1度。待测样除去悬浮物后比色求出。 固体含量： 总固体（TS） 悬浮固体 挥发性悬浮固体 非挥发性悬浮固体 溶解性固体,2018/6/17,33,2、化学指标 生化需氧量（Biochemical Oxygen Demand,BOD） 1L废水中有机污染物在好氧微生物的作用下氧化分解
12、所消耗的氧气量。常采用BOD5（20培养5天） 化学需氧量（Chemical Oxygen Demand,COD） 用强氧化剂使被测水分中有机物进行化学氧化所消耗的氧量。通常使用的氧化剂为KMnO4或K2Cr2O4一般指CODcr值。 总需氧量（Total Oxygen Demand） 废水中有机物和还原性无机物在高温（900）下完全氧化的总需氧量。用TOD分析仪测定。 其他：总有机碳、含N 化合物、含磷化合物,2018/6/17,34,Go on,BOD5/COD小于0.3：生物处理的难度较大或不适宜进行生物处理大于0.45：适宜用微生物学方法处理。测定微生物呼吸耗氧曲线：,2018/6/1
13、7,35,内源呼吸线,可生物降解,不可生物降解,back,时间（小时）,BOD,2018/6/17,36,3、废水的生物学指标 细菌总数：cfu/ml 大肠菌群数：MPN/L 生物检测： 通过测定水生生物的毒性反应进行水质评价 鱼的急性毒性实验：高浓度毒物（废水）的短期暴露引起实验生物死亡的效应。,2018/6/17,37,（五）有机污水的生物处理 生物降解biodegradation：生物（多指微生物）对环境物质的分解作用。 生物修复：微生物催化降解有机污染物，转化其他污染物从而消除污染的过程。 降解性质粒catabolic plasmids：编码难降解化合物的酶类的质粒,2018/6/17,38,好氧处理工艺活性污泥法 生物膜法,厌氧处理工艺厌氧活性污泥法厌氧接触消化法厌氧污泥床厌氧生物膜法,稳定塘工艺土地处理工艺综合 back,（六）微生物废水处理工艺,2018/6/17,39,2018/6/17,40,2018/6/17,41,三、环境污染的微生物监测,1、粪便污染指示菌2、致突变物的微生物检测Ames实验3、发光细菌检测法4、硝化细菌的相对代谢率试验 back,2018/6/17,42,根瘤,2018/6/17,43,内生菌根,2018/6/17,44,外生菌根,2018/6/17,45,桎弧菌,植物病害,大白菜软腐病,野油菜黄单胞菌病,烟草花叶病,根癌症状,
