1、第二章 环境微生物,微生物学基础知识微生物的类群微生物的营养微生物的代谢 酶学基础知识酶的分类酶催化反应的特点酶蛋白的结构与功能酶与细胞的固定化技术,生态学基础知识,一、生态学基本概念生态学的定义最早是德国生物学家海克尔1869年提出的：生态学是研究生物与其周围环境相互关系的科学。我国著名生态学家马世俊给生态学下的定义更具现代特性，认为生态学是研究生命系统和环境系统相互关系的科学。,生态学研究三方面的内容： 生物个体与环境的生态关系 生态系统中生产者、消费者、和分解者及环境之间的生态关系 研究和认识环境对生物的作用、以及生物对环境的改造作用,二、生态系统及其功能 (一) 生态系统的基本概念 1
2、.生态系统的概述 生态系统就是在一定的时间和空间内，由生物群体与其生存环境共同组成的动态平衡系统，或者说是生命系统与无机环境系统在特定时空间的组合。按类型则可分为水域的淡水、海洋生态系统，陆地的沙漠、草甸、森林生态系统，按由来又可分为自然（如极地、原始森林），半人工（如农田、薪炭林、养殖湖），人工生态系统（城市、工厂、矿区）等。,2.生态系统的组成,生态系统,生物部分（生物群落）,3.生态系统的特点,生态系统具有整体性 生态系统具有开放性 生态系统的区域分异性 生态系统的可变性,(二)生态系统的结构与功能 1.生态系统的结构 (1)形态结构 生态系统的生物种类.种群数量.种的空间配置和时间变化
3、等,构成了生态系统的形态结构.(水平结构与垂直结构,乔灌草苔藓,深浅根系微生物,鸟在树上营巢,兽类在地面筑窝.鼠类在地下掘洞.在水平分布上,林缘.林内植物和动物的分布也有明显不同. 时间配置：春夏秋冬）,(2)营养结构,2、生态系统的主要功能,(1)生态系统的物质循环 A物质循环的基本形式-“环”“流”“库” 环：地球表面的物质在风、水、热力等自然动力和生物活动动力的作用下，各种化学元素从环境到生物体，再从生物体到环境以至生态系统之间进行流动和转化的运动，称为物质的生物化学循环，或简称为“环”。 库：循环过程中，物质被暂时固定、贮存的场所，称为物质贮存“库”。按照场所的类型和固定、贮存物质的不
4、同、可分为“大气库”“水圈库”“土壤库”“动物库”和“植物库”。 流： 在生态系统中，物质和能量以一定的数量由一个库转移到另一个库中，这个过程叫做“流”，即物质流和能量流。,B.物质循环的基本类型,水循环：大多数生物所需物质多溶于水或随水移动，其贮存库为水体或土壤水分，交换库则是陆生与水生动植物。(蒸发.蒸腾.降雨入渗.吸收.河流.海洋) 气态循环 ： 以氧、氮、二氧化碳、其它气体和水蒸气为主，循环范围广，贮存库是大气，交换库主要是有生命的动植物。 沉积循环多数矿物元素参加这种循环，贮存库是土壤岩石，交换库多为水和陆生动植物 沉积循环：多数矿物元素参加这种循环，贮存库是土壤岩石、交换库多为水和
5、陆生动植物。,(2)生态系统的能量流动 A.能量流动的基本规律 生物与生物、生物与环境之间能量传递和转化的过程，就是生态系统的能量流动过程，这一过程服从热力学第一定律和第二定律(高能量向低能量的转化)。 B.能量流动的主要渠道 在生态系统中，能量流动的渠道主要是通过“食物链”和“食物网”来实现的。在食物链和食物网中，某种生物距离初级生产者的梯级称为营养级，通常以绿色植物为第一营养级，草食动物为第二营养级，肉食动物为第三、第四营养级，人处在营养级的最顶端，是最高的营养级。营养级越高，能为更高一级生物提供的能量越少，在生态系统中，食物的营养级普遍上只有45级。,营养级从低级到高级，其个体数目、生物
6、量与能量的分布，形成了底宽而顶尖的金字塔，称为生态金字塔。这就是著名的“金字塔定律”，也称“十分之一”定律。生态金字塔有三种形式：数量金字塔 (草.牛.人) 生物量金字塔(亩产800斤玉米,生产猪肉200斤,体重增加20斤,能量金字塔(光能-植物化学能-动物化学能-人体化学能) C.生态系统的信息传递 （1）物理信息 （2）化学信息 （3）营养信息 （4）行为信息,三、生态系统的平衡,1、生态系统平衡的概念 生态平衡是指在一定时间内生态系统中的生物和环境之间，生物各个种群之间，通过能量流动、物质循环和信息传递，使他们相互间达到高度适应、协调和统一的状态。 自然界的生态平衡对人类来说，并不总是有
7、利的，我们所讲的“生态平衡”是有利于人类的平衡。 生态平衡既然是对人类而言，它必须是与人类的生产和生活相适应的平衡(不断打破旧平衡建立新的平衡,农田建设,修水利、三峡水库、西部开发由农变牧等)。,2生态平衡的标志 （1）通过生态系统边界的能量与物质的输入、输出要相对平衡(施肥) （2）从整体来看，生产者、消费者、分解者应构成完整的营养结构。三者都是不可缺少的(分解者是净化环境的清洁工。没有生产者(植物生产)、消费者和异养分解者就没有赖以生存的食物来源，系统就会崩溃)。 （3）生物的种类和数量要保持相对稳定 应该指出，自然界的物种不能任其自然存在和消亡，增加对人类有利的物种数量，减少对人类有害物
8、种的数量，是人类改造自然积极而有意义的措施(农药使大量昆虫天敌减少)。 （4）生态环境的协调 在一定区域内，一般包括多种类型的生态系统(森林.草地.农田.水域合理配置,农林牧协调、生态农业)。 如果在一个区域内能根据自然条件合理配置森林、草地、农田等的比例、他们之间就可以相互促进、相反、就会造成相互间不利的影响，而且遗患深远。,3、生态系统的自我调节能力 生态系统通过一系列的反馈作用，对外界的干扰进行内部结构与功能的调整，以保护系统的稳定与平衡的能力，称为生态系统的自我调节能力。 生态系统的自我调节能力与系统的下列因素有关。 （1）生物的种类与成分 生物的种类与成分越单纯，食物链越简单（大熊猫
9、），系统的自我调节能力就越弱。 （2）能流、物流途径的复杂程度与能量和营养物质的贮备量密切相关, （3）生物的遗传性和变异性 生态系统中的物种越多，遗传基因库越丰富，生物对改变了的环境也越容易适应。 （4）信息的传递与调节 信息的传递与调节是指生态系统中的生物可以通过化学的、物理的、行为的等多种信息的传递形式、把生物与环境、生物种间和种内的相互关系密切联系起来，构成一个统一整体(分泌物)。 （5）物理与化学的调节 生态系统中的非生物环境可通过物理的或化学的作用，对系统进行一定程度的调节。如水分对温度和湿度的调节,大气的扩散稀释等)。 我们把生态系统所能承受压力的极限，称为“阈值”。例如，草原应
10、有合理的载畜量，超过了最大适宜载畜量，草原就会退化；森林应有合理的采伐量，采伐量超过生长量，必然引起森林的衰退，污染物的排放不能超过环境的自净能力，否则就会造成环境污染，危及生物的正常生育，甚至造成生物死亡等。,四、生态系统的环境功能与自净作用,1、生态系统的环境功能 （1）生产生物资源 （2）蓄水保水、缓解旱涝等极端水情 （3）保护土壤、防止水土流失 （4）防风固沙、防止土地沙漠化 （5）改善小气候 （6）吸收二氧化碳和制造氧气 （7）净化空气和水、去除污染物 （8）保护和维护生物多样性,2、生态系统的自净作用,水体的自净作用 土壤的自净作用 空气的生物净化 生态系统自净能力的有限性,五、微生物生态系统,1、土壤微生物生态 土壤是微生物最适宜的天然生活环境、含有其生长繁殖及生命活动所需的各种条件。 土壤条件： 水分、有机质、多种矿物质、金属元素、空气、PH接近中性、土壤的保温性强、在表层几毫米之下，可免于阳光直射。 2、空气微生物生态 3、水体微生物生态,4、微生物之间的相互关系 中立关系 互生关系：偏利共栖、协同共栖 共生关系 对抗关系：竞争、拮抗、寄生、捕食,
