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1、 第 七 章 微 生 物 的 生 态 第一节 概 述 第二节 生态环境中的微生物 第三节 微生物与生物地球化学循环 第 七 章 微 生 物 的 生 态 海洋：赤潮（红潮 Red tide) 水体散发不良气味：土腥素（geosmin)，硫醇 、吲哚、胺类、酮类等； 溶解氧下降：分解有机物及藻类残体造成细菌的 大量繁殖，消耗掉水中的氧气。 水生生物大量死亡。 有些产生毒素：甲藻产生石房毒素、进入食物链 。 滇池蓝藻水华 收集区里，自 动吸藻器在吸 取厚达5 cm的 微囊藻水华。 4 优势藻 种 海洋中引起赤潮的主要藻种多为 甲藻纲，常见的有：甲藻属、膝 盖藻属、多甲藻属； 湖泊水华产生以蓝细菌为主
2、：微 囊藻属、鱼腥藻属、束丝藻属、 颤藻等属的一些种，有些能固氮 。 5 富营养化的检测与防 治 监测：N、P元素的含量，水体中N0.3mg/L 、P0.03mg/L时，藻类生长加快。 日本学者提出，按下式计算： 耗O2量 无机N(g/L) 无机P(g/L) 1500 若结果 1，富营养化将出现。 1 v评价水体富营养化的方法与 AGP 评价水体富营养化的方法是： 观察蓝藻等指示生物； 测定生物的现存量； 测定原初生产力； 测定透明度； 测定氮和磷等导致富营养化的物质。 将五方面综合起来对水体的富营养化作 出全面、充分地评价。为了控制排入水 体的废水量和水质，以便采取防止废水 对水体产生负面影
3、响的措施，必须测定 该废水中藻类的潜在生产力(AGP)。 AGP即藻类生产的潜在能力。把特定的藻 类接种在天然水体或废水中，在一定的光 照度和温度条件下培养，使藻类增长到稳 定期为止，通过测干重或细胞数来测其增 长量。此即藻类生产的潜在能力(AGP)。 欧、美已制订藻类培养试验标准法，日 本也在使用。具体藻类培养试验的培养 方法如下： 藻种：羊角月芽藻、小毛枝藻、小球藻 属、衣藻属、谷皮菱形藻、裸藻属、栅 列藻属、纤维藻属、实球藻属、微囊藻 属及鱼腥藻属等。 方法： 将培养液用滤膜(1.2m)或高压蒸汽灭菌 器(121C，15min)除去SS和杂菌。 取500mL置于L型培养管(1,000mL
4、)，接 入羊角月芽藻，将培养管放在往复振荡器 上(3040r/min)，20，光照度为4,000 6,000 lx条件下振荡培养720d(每天照明 培养14h，暗培养10h)后， 取适量培养液用滤膜过滤，置105烘至 衡重，称干重，计算藻类中的干重即为该 水样的AGP。 日本天然水体贫营养湖的AGP在1 mg L，中营养湖AGP为l10mgL，富营 养湖AGP为550mgL。若加人生活污 水处理水，AGP明显增加。 防治： 加强生态管理：防止含N、P及生活污水未经 处理直接排入河流； 污水深度处理：彻底去除有机污染物； 化学杀藻：漂白粉、CuSO4 (0.10.5mg/L) 撒入产生赤潮的河流
5、或海洋； 生物杀藻剂：寻找藻类的致病微生物； 混层法：人为增加溶氧，强力搅拌，防止藻 类过度繁殖。 这是“滇池蓝藻水华污染控制技术研究”基 地的重力斜筛自动脱水设备在对滇池蓝藻 水华进行脱水处理。脱水后形成的藻浆经 去毒处理，成为上好的有机肥料或饲料。 中科院水生所“滇池蓝藻水华污染试验技术研究”课 题组示范区6.1 km2的滇池水面在治理中水质逐渐 好转，成群的红嘴鸥飞至湖面捕食、嬉戏。 返回 第 七 章 微 生 物 的 生 态 |大气中的微生物 u大气中没有固定的微生物种类 。 u大气中的微生物来源于土壤、 水体和其他微生物源。 不同地点大气中的微生物数量 地点 微生物数 量 /CFum
6、-3 北极(北 纬800) 0 海洋上空l-2 市区公园200 城市街道5000 宿舍20000 畜舍 1000000- 2000000 第 七 章 微 生 物 的 生 态 |极端环境下的微生物 u极端环境下微生物的研究意义 u类群 l嗜热微生物 l嗜冷微生物 l嗜酸微生物 l嗜碱微生物 l嗜盐微生物 l嗜压微生物 l抗辐射微生物 第 七 章 微 生 物 的 生 态 |动物体中的微生物 l微生物和昆虫的共生 l瘤胃共生 l发光细菌和海洋鱼类的共生 第 七 章 微 生 物 的 生 态 |植物体中的微生物 l植物表面微生物与植物病害 l微生物和植物根相互关系 l蓝细菌和植物的共生固氮 第 七 章
7、微 生 物 的 生 态 u微生物和植物根相互关系 l 根际微生物(rhizosphere microorganisms) l菌根(mycorrhiza) l共生固氮 l根瘤菌和豆科植物的共生固氮 l放线菌和非豆科植物共生固氮 Rhizobium nodules on a pea root 第 七 章 微 生 物 的 生 态 |人体微生物 z皮肤 z口腔 z胃肠道 |病原微生物通过水体的传 播 |病原微生物通过土壤的传 播 |病原微生物通过空气的传 播 通过水传播的主要病原微生物及所引发的传染病 细细菌 病原微生物潜伏期临临床症状细细菌 空肠肠弯曲杆菌2-5天胃肠肠炎，常伴有发热发热 产肠产肠
8、道毒素大肠肠埃希氏菌6-36h胃肠肠炎 沙门门氏菌属6-48h胃肠肠炎，常伴有发热发热 ；伤伤寒或肠肠外感染 伤伤寒沙门门氏菌10-14天伤伤寒 发热发热 、厌厌食、不适、短暂暂疹、脾肿肿大 志贺贺氏菌属12-48h胃肠肠炎，常伴有发热发热 和血样样腹泻 霍乱弧菌011-5天 胃肠肠炎，常有明显显的脱水 小肠结肠肠结肠 炎耶尔森氏菌3-7天 胃肠肠炎，肠肠系淋巴结结炎，或急性末端回肠肠炎 ；可能类类似阑阑尾炎 病毒 A型肝炎病毒2-6星期肝炎恶恶心、厌厌食、黄疸和黑尿 诺诺沃克病毒24-48h胃肠肠炎短期 轮轮状病毒24-72h胃肠肠炎常有明显显脱水 原生动动物 痢疾内变变形虫2-4星期 从温
9、和的胃肠肠炎到急性暴发发性痢疾 ，有发热发热 和血样样腹泻 表吮贾贾第虫1-4星期 慢性腹泻，上腹部疼痛，胃胀胀，吸收 不良和消瘦 第 七 章 微 生 物 的 生 态 第三节 微生物与生物地球化学循环 碳循环 氮循环 硫循环 磷循环 铁循环 锰循环 第 七 章 微 生 物 的 生 态 一、生物地球化学循环 (biogeochemical cycles) 指生物圈中的各种化学元素，经生 物化学作用在生物圈中的转化和运 动的过程。 是地球化学循环的重要组成部分。 第 七 章 微 生 物 的 生 态 碳、氮、磷、硫的循环受二个 主要的生物过程控制，一是光 合生物对无机营养物的同化， 二是后来进行的异
10、养生物的矿 化。实际上所有的生物都参与 生物地球化学循环。微生物在 有机物的矿化中起决定性作用 ，地球上90%以上有机物的矿 化都是由细菌和真菌完成的。 二、碳循环 （一）碳在生物圈中的总循环 Carbon cycle/recycle 第 七 章 微 生 物 的 生 态 （二）碳循环主要途径 CO2固定 生物多聚物的分解 （1）淀粉 （2）纤维素和半纤维素 （3）果胶质 （4）木质素 （5）脂类 第 七 章 微 生 物 的 生 态 （1）淀粉分解 在磷酸化酶作用下分解 在淀粉酶作用下分解 第 七 章 微 生 物 的 生 态 （2）纤维素和半纤维素的分解 |纤维素 l化学组成 l纤维素酶 l微生
11、物 第 七 章 微 生 物 的 生 态 s微生物依次通过三种酶：内切 葡萄糖酶、外切葡萄糖(纤维二 糖水解酶) 和-葡萄糖苷酶(纤 维二糖酶)完成对纤维素的分解 。 s首先破坏纤维素的结晶状态， 打断氢键，内切酶切开(1,4) 糖苷键，外切酶从暴露的纤维 链素末端切下二糖单位，最后 -葡萄糖苷酶对纤维二糖水解 得葡萄糖。 第 七 章 微 生 物 的 生 态 |分解纤维素的微生物 |细菌、真菌、放线菌都有； |好氧细菌： 粘细菌较多，如生孢食纤维菌、 食纤维菌、堆囊粘菌； 镰状纤维菌、纤维弧菌。 u厌氧细菌： 产纤维二糖芽孢梭菌 嗜热纤维芽孢梭菌 u真菌：青霉菌、曲霉、镰刀霉、 木霉及毛霉. 第
12、 七 章 微 生 物 的 生 态 |化学组成 聚戊糖（木糖和阿拉伯糖）； 聚己糖（半乳糖、甘露糖）； 聚糖醛酸（葡萄糖醛酸和半乳醛糖 ） 半纤维素的分解 O 2 H 2 CO 有氧分解 有机酸、醇 无氧分解 单糖和糖醛酸 O 2 H 多缩醛酶 半纤维素 + u半纤维素的分解 第 七 章 微 生 物 的 生 态 u分解半纤维素的微生物 z细菌：芽孢杆菌、假单 胞杆菌、节杆菌 z放线菌 z真菌：根霉、曲霉、小 克银汉霉、青霉、镰刀霉 第 七 章 微 生 物 的 生 态 （3）果胶质 |化学组成 z D-半乳糖醛酸以-1,4糖苷键构成的直 链高分子化合物； z存在于植物细胞壁和细胞间质中。 z造纸、
13、制麻废水中亦含有果胶物质 果胶的分解 第 七 章 微 生 物 的 生 态 |分解果胶的微生物: z好氧细菌：枯草芽孢杆菌、多粘芽孢杆 菌、浸软芽孢杆菌、无芽孢的软腐欧氏 杆菌； z厌氧细菌：蚀果胶梭菌和费辛尼亚浸麻 梭菌； z真菌：青霉、曲霉、木霉、小克银汉霉 、根霉和毛霉； z放线菌。 第 七 章 微 生 物 的 生 态 （4）木质素 l化学组成 苯丙烷单元通过醚键和碳碳键 连接并难以被水解的复杂无定形 高聚物。 l酶系 目前尚未完全清楚，研究较多 的有：漆酶、木素过氧化物酶、 锰过氧化物酶等 第 七 章 微 生 物 的 生 态 |木质素降解微生物： 白腐菌，属于担子菌，如干朽菌 、多孔菌、
14、伞菌； 以黄孢原毛平革菌研究较多，其 特点是培养温度高（37），无 性繁殖迅速，菌丝生长快且分泌 木质素降解酶能力强，已成为研 究白腐真菌的模式微生物。 厚孢毛霉； 假单孢菌的个别种 （5）脂类 l组成：由甘油和高级脂肪酸组成； l酶系：脂肪酶 脂肪+H2O 脂肪酶 甘油+高级级脂肪酸 类脂质+H2O 磷肪酶类类 甘油或其他醇类类 +高级脂肪酸+磷酸+有机碱类 蜡脂+H2O 脂酶类类 高级级醇+高级级脂肪酸 第 七 章 微 生 物 的 生 态 第 七 章 微 生 物 的 生 态 |降解微生物 |好氧为主要种类 |细菌：假单孢菌、分枝杆菌、 无色杆菌、芽孢杆菌和球菌； |真菌：青霉、曲霉、枝孢霉
15、、 粉孢霉 |放线菌中的有些种。 u思考： 植物多聚物的降解产物去向？其 生产和生态意义如何？ 第 七 章 微 生 物 的 生 态 三、氮素循环 （一）定义 |自然界中不同氮化合物的在微 生物作用下的转化过程。 第 七 章 微 生 物 的 生 态 （二）氮素循环途径： 固氮作用 氨化(脱氨)作用 硝化作用 硝酸盐还原与反硝化作用 第 七 章 微 生 物 的 生 态 1、固氮作用 （1）定义：N2被还原为氨和其 它氨化物的过程。 （2）类型： l非生物固氮: 雷电、合成氨工业 l生物固氮: 占全部固氮量的75%左 右。 第 七 章 微 生 物 的 生 态 l生物固氮作用 l微生物：原核微生物如固
16、氮菌、根瘤 菌与豆科植物的共生固氮、弗兰克氏 放线菌与非豆科植物的共生固氮 u生物固氮作用反应式 N2+6e+6H+nATP NH3+nADP+nPi |生物固氮(Biological Nitrogen Fixation)定义 |固氮微生物 z自生固氮菌 z共生固氮菌 z联合固氮菌 分布于根际、叶面、动物肠 道等处 好氧自生固氮菌 兼性厌氧自生固氮菌 厌氧自生固氮菌 根瘤 豆科植物 植物 地衣 满江红鱼腥藻 地衣 满江红鱼星藻 |根瘤菌和根瘤的形成 z根瘤与根瘤菌的形态 z根瘤菌特点 感染性-结瘤 专一性-互接种族 有效性-固氮 z根瘤的形成 根毛弯曲松驰变软 根瘤菌侵入根毛 根瘤形成 |固氮作用生化机制 z生物固氮反 应的6要素 z测定固氮酶活力的乙方法 z固氮的生化途径 z固氮酶的产氢反应 ATP的供应 还原力及其传递载体
