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1、,第十一章 微生物的生态,微生物与环境、其他生物间的关系,目的要求：,了解微生物在生态系统中的作用，微生物与生物地球化学循环；土壤微生物的生态及其类群；空气微生物生态；水体微生物生态。 了解和掌握极端环境中、动物、植物、人体微生物种类及相互关系，了解和掌握微生物在环境保护中的作用。,重点：,1、微生物与生物地球化学循环碳的循环；氮的循环； 2、种群的相互作用互生关系；共生关系；寄生关系；拮抗关系；捕食关系 3、土壤、水体、空气微生物生态 4、活性污泥法处理污水、沼气发酵,概念 生命科学研究领域从宏观到微观层次 生物圈（biosphere） 生态系统（ecosystem） 群落（communit
2、y） 种群（population） 个体、器官、组织、细胞、细胞器、分子,生态学：研究生物系统与其所处环境系统之间的相互作用规律的科学。 微生物生态学 概念：研究处于环境中的微生物和与微生物相联系的物理，化学和生物等环境条件以及它们的相互关系。各种环境因子对微生物的作用微生物对环境的反作用 特点：微生物具有群体性，微观性,第一节 微生物在生态系统中的地位与作用,一.微生物在生态系统中的角色 生态系统 概念：生物群落和它们所生活的非生物环境结合起来的一个整体。植物 微生物无机物 有机物微生物,微生物的作用：,1、有机物的主要分解者 2、物质循环的重要成员 3、生态系统的初级生产者 4、物质和能量
3、的贮存者 5、地球生物演化中的先锋种类,二. 微生物与生物地球化学循环,1.碳循环化能自养、光合菌、CO32-还原菌 植物、藻、蓝细菌C固定 C固定CO2 CH2O O2 H2O CO2发酵 甲烷产生 H2 甲烷产生 植、 动、 微 、呼吸 COCH4甲烷 氧化,2.氮循环有机氮NH4+ NO3- N2 NH4+N2O NH2OHNO2-,氨的同化,氨化作用,固氮作用,亚硝化作用,硝化作用,反硝化作用,同化作用,亚硝化细菌,腐败细菌,固氮微生物,反硝化细菌,硝化细菌,植物，微生物,植物，微生物,3.硫循环有机硫同化性还原 脱硫作用SO42- 异化性还原 H2SS氧化 S-氧化S,4.磷的循环有
4、机磷 己糖-P 核酸 磷脂微生物 微生物 植物同化 分解不溶PO43- 无机磷,可溶PO43-,5.铁循环氧化 Fe2+ Fe3+还原 物质循环原则： 有机质分解作用 无机离子固定同化作用 无机离子和化合物氧化作用 氧化态元素还原作用,第二节 生态环境中的微生物,一.微生物群落个体 种群 群落 生态系统 1.种群的相互作用 + 正 互利共栖 A B+初级合作 A B+偏利共栖 A B,猎物 捕食者 捕食者 猎物 负 捕食作用 寄生 寄生物偏害共栖 A B竞争 A B竞争空间资源,一、互生,二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生活方式。这
5、是一种“可分可合，合比分好”的相互关系 纤维分解菌与固氮菌 植物根际微生物 动物肠道内的 微生物,二、 共生,二种生物共居在一起，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。 共生互惠共生、偏利共生豆科植物与根瘤菌 地衣 反刍动物与纤维分解菌,三、 寄生,一般指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。 食菌蛭弧菌与细菌 植物病原微生物 动物的疾病,四、拮抗,指某种生物产生的代谢产物可抑制它种生物的生长发育甚至将后者杀死。 抗生菌抗生素； 某种微生物的生长而引起的
6、其它条件的改变（例如缺氧、pH改变等），,五、竞争,两个种群因需要相同的生长基质或其它环境因子，致使增长率和种群密度受到限制时发生的相互作用，其结果对两种种群都是不利的。,六、捕食,捕食：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。 对微生物来说，一般有如下几种情况： 1原生动物吞食细菌和藻类； 2粘细菌吞食细菌和其它微生物； 3真菌捕食线虫和其它原生动物；,2.群落结构与功能 几个概念群落 生态位种多样性 垂直结构水平结构 优势种 3.群落之间相互作用 氧化糖 细菌好氧厌氧消化有机物 + O2 CO2 + H2O污水 出水藻类光合,二. 陆生生境
7、的微生物,土壤是微生物生活的重要场所 1.优越条件能提供微生物生长养料（无机 有机），土壤的持水性，土壤pH5.5 8.5,土壤保温性，昼夜，季节温差变化小， 2.分布随土壤肥力，熟化程度不同而异 耕作层 底层 细菌 放线菌 真菌 藻及原生动物,三. 水生生境的微生物,水是微生物第二大栖息场所水是一种溶液淡水 清水型水生微生物腐败水型水生微生物海水 含盐3.2%4%水平分布 垂直分布 我国饮用水标准细菌总数 100个/ml大肠杆菌群数 3个/1000ml致病菌不能检出,四. 大气生境的微生物,微生物存在环境，非生活环境。-主要以休眠体形式存在空气为多种气体混合物，空气中水分不足，营养缺乏，微生
8、物可随气流飘流传播，空气中微生物测定方法，固体法液体法,五.极端环境下的微生物,研究意义 1.嗜热微生物 种类： 耐热 兼性耐热 专性嗜热 极端嗜热 超嗜热 45-55 5065 65-70 70 110 存在：热泉 堆肥 岩石表面 机制：质粒性基因 应用：高温发酵 污水处理,2.嗜冷微生物 专性 20 兼性 可 20 生化机制：细胞膜含不饱和FA 存在： 极地 深海 冷冻土壤 低温环境 应用： 低温蛋白酶-洗涤剂 3.嗜酸微生物最适pH34 存在：酸矿水 酸热泉 地热泉 机制：把质子从胞内排出 应用：微生物冶金 生物脱硫,4.嗜碱微生物最适pH9以上 存在： 碳酸盐湖和碳酸盐荒漠石灰水 碱性
9、污水 机制：把OH-从胞内排出 应用：生产碱性蛋白酶 5.嗜盐微生物弱嗜盐 中度嗜盐 极端嗜盐0.20.5mol/L -2.5-5.2mol/L 机制：吸K+，排Na+,六. 动物体中的微生物,病原微生物 有益微生物 微生物与昆虫共生白蚁消化道内原生动物 瘤胃共生反刍动物-专性厌氧微生物 发光细菌与海洋鱼共生有利配偶识别,七. 植物体中的微生物,1.附生与寄生 茎叶，花果-附生性微生物 植物病害-寄生性微生物 2.互生 根际微生物 根区 根面 菌根 内生 外生 3.共生 根瘤 豆科植物-固氮菌 红萍 蓝细菌-植物 放线菌与非豆科植物,八. 工农业产品上微生物及防霉,1.粮食 原生性微生物区系次
10、生性微生物区系青霉属 曲霉属 -黄曲霉毒素防腐办法： 2.乳制品 消毒 密封 低温 3.肉类 肉毒梭菌 4.鱼类 低温型微生物 5.食品加工微生物 酿酒 制醋 发面 酸菜 6.工业产品-胶片 纸张 棉制品 玻璃,第三节. 人体微生物与病原微生物传播,正常菌群-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群体。 一.人体微生物 1.皮肤 正常-保护，对外来微生物排斥大面积烧伤-化脓感染 2.口腔 利于微生物生长环境 3.胃肠道 正常-微生物合成V等被人体吸收异常-胃肠炎等等,二.病原微生物通过水体传播饮用 接触 吸入 三.病原微生物通过土壤传播固体废弃物 污水灌溉 农田肥
11、料 四.病原微生物通过空气传播呼吸道疾病 -SARS 禽流感,第四节. 微生物与环境保护,一.生物降解 概念机制反应 二.重金属转化 三.污染介质的微生物处理污水 废气 固体废弃物 1.污水处理 本质分级,原理：1.水体自净作用 稀释 自然沉降2.微生物作用菌体吸附有机物菌体分解代谢有机物、毒物菌体合成中同化有机物病原微生物因环境不适而死,BOD5-五日生化需氧量：20 1 L污水有机物5日内消耗分子氧mg数（或ppm数） 。COD-化学需氧量：使用强氧化剂使1 L污水的有机物迅速氧化时消耗氧mg数（常用K2Cr2O7-CODcr),(1).好氧处理系统活性污泥法概念:特性: 生物活性 沉降性能 吸附 降解流程曝气池 沉淀池 污水 清水消毒接种活性污泥晒干 农肥,（2）.生物膜法生物膜-附于载体上呈薄膜状的活性污泥。 生物转盘法：生物滤池法： 缺点：耗能 、 活性污泥需进一步处理,进水,出水,（3）.氧化塘法,O2,CO2,污水,出水,好氧分解，厌氧消化,藻类光合,（2）厌氧处理系统也称沼气发酵,多糖， 蛋白质 脂肪,发酵性细菌,丙酸、丁酸 乙酸、琥珀酸,H2 CO2 乙酸,H2、CO2 乙酸,产甲烷细菌,CH4 CO2,厌氧、兼性厌氧,甲烷发酵,产氢产乙酸细菌,
