1、第9章 Chapter 9,微生物生态 Microbiological ecology,微生物个体微小，代谢营养类型多样，适应能力强，在自然界中分布广泛。微生物的分布是生境各种物理、化学、生物因素对微生物的限制、选择的结果。,Chapter 9 1 自然界中的微生物 （microorganisms in natural environments）,土壤是固体无机物（岩石和矿物质）、有机物、水、空气和生物组成的复合物，是微生物的合适生境。土壤中微生物种类多、数量多、代谢潜力巨大，是主要的微生物源，是微生物的大本营。,一、土壤中的微生物 （microorganisms in soil）,土壤微生物
2、的数量与有机物的含量密切相关；细菌最多，然后是放线菌、真菌、藻类、原生动物；土壤微生物以中温好氧和兼性厌氧菌为多；中性及偏碱性土适合细菌和放线菌生长，酸性土壤适合霉菌和酵母菌生长；土壤微生物的水平分布主要取决于碳源；土壤微生物的垂直分布受到紫外辐射、营养、水、温度等因子的影响。,二、水体中的微生物 （microorganisms in water）,1、谈水水体的微生物,数量和种类与接触的土壤有密切关系；还与水体类型、受污染程度、水温、pH值、溶解氧、水深有关；一般是中温性、中性pH值的；多吸附在悬浮在水中的有机物上及水底；靠近城市或城市下游水中的微生物多，并且有很多对健康不利的细菌，不宜作为
3、饮用水源；,2、海水水体的微生物,沿海带微生物较多，外海较少；水平分布还与内陆气候、雨量和潮汐有关；在5m50m内随深度增加，微生物量增加；50m以下则相反；海底微生物数量也较多；嗜盐，真正的海洋细菌在缺少氯化钠的情况下是不能生长的。低温生长，除了在热带海水表面外，在其它海水中发现的细菌多为嗜冷菌。,饮用水的微生物指标：总菌数： 100个/ml； 大肠杆菌： 3 个/L；,3、水体的自净作用（self cleaning）,污染物排入水体后被水体稀释；由固形物吸附再沉积到水底；好氧菌对有机物的降解；原生动物等的吞噬作用；厌痒菌对有机物进行分解；水表微生物会受辐射等作用而被杀灭；,4、水体的富营养
4、化作用（eutrophication）,水体大量的有机物或无机物， 特别是磷酸盐和无机氮化合物。,水的富营养化。,藻类等过量生长，产生大量的有机物。,异养微生物氧化这些有机物，耗尽水中的氧。,厌氧菌开始大量生长和代谢分解含硫化合物，产生H2S，从而导致水有难闻的气味。,空气中有较强的紫外辐射，较干燥，温度变化大，缺乏营养，所无原生的微生物区系；来源于土壤、水体及人类的生产和生活；种类主要为真菌和细菌，与其所在环境的微生物种类有关；数量取决于尘埃数量；停留时间和尘埃大小、空气流速、湿度、光照等因素有关；传播疾病；造成食品等的污染；制备微生物气溶胶实现群体免疫。,三、空气中的微生物 （microo
5、rganisms in air）,大量工业制品是用动植物产品作原料来制造的，很多都可以被微生物分解和利用，造成损失。各种食品和农副产品可能由于微生物的生长繁殖而腐烂、变质，不能食用或使用；是病原微生物进入人体的重要途径，引起传染性疾病；利用特定的微生物制备风味食品，如酱制品、米酒、腌酸菜等；,四、工农业产品上的微生物 （microorganisms on products）,嗜热微生物；嗜冷微生物；嗜酸微生物； 嗜碱微生物；嗜盐微生物；嗜压微生物,开发利用新的微生物资源（特异性的基因资源）；为微生物生理、遗传和分类乃至生命科学及相关学科许多领域研究提供新的课题和材料；为生物进化、生命起源的研究
6、提供新的材料。,五、极端环境下的微生物 （extremophiles）,六、生物体内外的正常菌群 （normal flora）,正常菌群（normal flora） ：生活在健康动物各部位、数量大、种类较稳定、一般能发挥有益作用的微生物种群。,条件致病菌（opportunist pathogen） ：原先不致病的正常菌群成员在宿主防御功能减弱、正常菌群生长部位改变或长期服用抗生素等制菌药物后，发生转移或大量繁殖，成为致病菌。,根际微生物（rhizosphere microorganisms）：生活在根系邻近土壤，依赖根系的分泌物、外渗物和脱落细胞而生长，一般对植物发挥有益作用的正常菌群。,附生
7、微生物（epibiotic microorganisms）：生活在植物地上部分表面，主要借植物外渗物质或分泌物为营养的微生物。,Chapter 9- 2 微生物与生物环境间的关系 （Microbial population interactions）,生物间的相互关系既多样又复杂，微生物间和微生物与它种生物间的相互关系主要有：互生（metabiosis），共生（symbiosis），寄生（parasitism），拮抗（antagonism），捕食（predatism），竞争（competition）,两种可以单独生活的生物，当它们生活在一起时，通过各自的代谢活动而有利于对方，或偏利于一方的一种
8、生活方式。,“可分可合，合比分好”,一、互生（metabiosis）,人体肠道中的细菌和人,两种生物共居在一起，相互分工协作、相依为命，甚至形成在生理上表现出一定的分工，在组织和形态上产生了新的结构的特殊的共生体。,互惠共生：二者均得利 偏利共生：一方得利，但另一方并不受害,二、共生（symbiosis）,地衣藻类和真菌的共生体,根瘤 根瘤菌与豆科植物间的共生,瘤胃微生物与反刍动物的共生,发光细菌与深海鱼的共生,一种小型生物生活在另一种相对较大型生物的体内或体表，从中取得营养和进行生长繁殖，同时使后者蒙受损害甚至被杀死的现象。,三、寄生（parasitism）,病毒和宿主细胞,某种生物产生的代
9、谢产物可抑制它种生物的生长发育甚至将后者杀死。,四、拮抗（antagonism）,青霉菌和敏感菌,一种种群被另一种种群完全吞食，捕食者种群从被食者种群得到营养，而对被食者种群产生不利影响。,五、捕食（predatism）,捕食真菌和土壤线虫,六、竞争（competition）,是指两物种或更多物种共同利用同样的有限资源而产生的相互竞争作用。结果常常是不对称的，即一方取得优势，而另一方被抑制甚至被消灭。,Chapter 9- 3 微生物与自然界物质循环 (Microorganisms and biogeochemical cycles),生物生长和繁殖需要能源和各种营养元素，整个生物圈要获得繁荣
10、昌盛和发展，其能量来源是太阳，元素来源则主要依赖于由微生物所推动的生物地球化学循环。,碳是构成各种生物体最基本的元素，没有碳就没有生命。碳素循环包括CO2的固定和CO2的再生。,氮是核酸和蛋白质的主要成分，是构成生物体的重要元素。氮素循环包括固氮作用、氨化作用、硝化作用、异化型硝酸还原及同化作用。,硫是生命物质所必需的元素，它是一些必须氨基酸和某些维生素、辅酶的成分。硫素循环可划分为脱硫作用、同化作用、硫化作用和反硫化作用。,Chapter 9- 4 微生物与环境保护,环境污染是指生态系统的结构和机能受到有害物质的影响或破坏，超过了生态系统的自净能力，打破了正常的生态平衡。环境保护除保护自然环
11、境外，就是防治污染和其它公害，微生物不但可以处理污染物，还可以用于环境监测。,1、生化需氧量（BOD）：是指1L水中所含的有机物被微生物生化降解时所消耗的氧气量。,一、基本概念,2、化学需氧量（COD）：是在一定条件下，用一定的强氧化剂处理1L水样时所消耗的氧化剂的量。,3、总需氧量（TOD）：指有机物在高温下燃烧变成稳定氧化物时的需氧量。 4、总有机碳（TOC）：表示污水中有机污染物的总含碳量。 5、悬浮物（SS）：以悬浮状态存在于废水中的固形物。 6、溶解氧（DO）：溶于水中的分子态氧。,二、污水的微生物处理,水源污染危害大、范围广，种类多，包括生活污水、工业有机废水、有毒、有害污水。这些
12、废水要经过处理才能排入自然水体或直接供给生产和生活重复使用。污水处理的方法有物理法、化学法和生物法。按处理程度可分为一级、二级和三级处理。,又叫曝气法，最早由英国人于1914年创建，处理有机废水最主要的方法。,1、好氧活性污泥法,好氧活性污泥是在曝气状态下由多种多样的好氧微生物和兼性厌氧微生物（兼有少量的厌氧微生物）与污（废）水中有机的和无机固体物混凝交织在一起，形成的絮状体或称绒粒。,2、氧化塘法,氧化塘的工艺是特殊的活性污泥法，是一种人工的、接近自然生态系统的活性污泥法。 在氧化塘内，藻类和细菌共存于同一环境中，保持互生关系，还有霉菌、放线菌、原生动物、轮虫、线虫、浮游甲壳动物、寡毛类、软
13、体动物和水生植物等组成一个生态系。一般用于三级深度处理。,3、好氧生物膜法,好氧生物膜法是模拟土壤废水净化时依靠于让生物填料表面附着的生物薄膜进行污染物降解的生物处理法。,好氧生物膜是由多种多样的好氧微生物和兼性厌氧微生物粘附在生物滤池滤料上或粘附在生物转盘盘片上的一层带粘性、薄膜状的微生物混合群体。,4、厌氧活性污泥法,高浓度有机废水一般用厌氧消化法处理。厌氧消化法单位负荷高，营养要求低，运行费用低，还能取得能量，有一定经济优势。但由于有机物分解不完全，产生臭味物质等原因，往往还需要后续的好氧处理。,三、用微生物监测环境污染,利用微生物的多样性和敏感性，使微生物成为环境污染监测中的指示生物。大肠菌群检测艾姆氏试验生物发光,本章小结,微生物在自然界中分布极广；土壤 、水体、空气、工农业产品上都分布着不同种类和数量的微生物；微生物与生物环境间的相互关系主要有互生、共生、寄生、拮抗、捕食和竞争6种；微生物在自然界的元素循环中有着不可取代的巨大作用。,
