1、华东理工大学继续教育学院课程微生物学,第八章 微生物生态,什么是微生物生态学？,生态学：研究生命系统与其环境系统间相互作用规律的科学。微生物的生态学：各种环境因素对微生物的作用及微生物对外界环境的反作用,微生物生态学的研究范围,了解微生物在自然界分布的特点掌握微生物与其它生物之间的相互关系微生物在自然界物质循环中的重要作用,第一节 微生物在自然界中的 分布与菌种资源的开发,土壤中的微生物水中的微生物空气中的微生物工农业产品上的微生物极端环境中的微生物,土壤是微生物的天然培养基营养丰富pH适宜温度、通气,1. 土壤中的微生物,分布情况：细菌 放线菌 霉菌 酵母菌,土壤微生物的特点,类群、数量和分
2、布主要受到营养物、含水量、氧、温度、pH等因子的影响土壤类型的不同而有很大变化季节影响,微生物的数量也与土层的深度有关，一般土壤表层微生物最多，随着土层的加深，微生物的数量逐步减少。,2. 水体中的微生物,自然水域具有微生物的良好生活条件营养物质溶解氧渗透压温度,滤膜培养法鉴定饮用水大肠杆菌,培养,饮用水的标准,总细菌数： 100个/ml大肠菌群数： 3个1L,富营养化作用-水体受到污染并使水体自身的正常生态失去平衡的结果,水华（water bloom）,藻类（主要是微藻）的大量繁殖使水体出现颜色，并变得浑浊，许多藻类团块漂浮在水面上形成,赤潮（red tides）,在海洋中，某些甲藻类大量繁
3、殖也可形成水花，使海水出现红色或褐色,3. 空气中的微生物,空气中微生物 的处理,平板检查法将空气通入水中，检查水中的细菌尘埃粒子计数器,空气过滤器紫外线照射喷雾消毒,主要附着在灰尘上,如何检查空气中 的微生物,空气是传播微生物的介质：许多微生物已经进化了一些特殊的适应结构，有助于它们在空气中生存和传播，许多病毒，细菌和真菌疾病就是通过空气传播的。,4. 工农业产品上的微生物,工业产品的霉腐食品上的微生物农产品上的微生物,极端环境,5. 极端环境中的微生物,嗜热微生物,嗜热微生物广泛存在于温泉、火山地及海底火山口附近,超嗜热菌的发现使人们相信生命不仅存在于地球上，还可能存在于宇宙中的其他星球上
4、。,嗜酸微生物（ pH4）,1995年只能分离到的一株古生菌（picrophils）能在pH为0的条件下生长。,嗜碱微生物 （alkalinophile）,能专性生活在pH1011的碱性条件下而不能生活在中性条件下的微生物，称为嗜碱菌。它们多数为芽孢杆菌属。,嗜盐菌（halophile）紫膜,嗜压菌（barophile）,cowellia,抗辐射微生物,抗辐射微生物对辐射这一不良环境因素仅有抗性( resistance)或耐受性( tolerance) , 而不能有“ 嗜好”。,Halobacterium NRC-1,生物体内外的正常菌群,1. 人体的正常菌群(normal flora )生活
5、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, 称为正常菌群。微生态关系微生态平衡正常菌群失调,2. 无菌动物与悉生生物,凡在其体内外不存在任何正常菌群的动物, 称为无菌动物( germ-free animal )。凡已人为地接种上某种或某些已知纯种微生物的无菌动物或植物, 称为悉生生物(gnotobiota )。,3. 根际微生物和附生微生物,根际微生物( rhizosphere microorganisms ) 又称根圈微生物。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,称为根际微生物附生微生物( epibio
6、tic microorganisms; epibiont) 生活在植物地上部分表面, 主要借植物外渗物质或分泌物质为营养的微生物, 称附生微生物, 主要为叶面微生物,菌种资源的开发,全球约有50 万600 万种微生物, 而至今已被研究和记载过的还不到5% , 包括3 500 种细菌，90 000种真菌, 100 000 种藻类和原生动物以及4 000 种病毒等共20 万种土壤是最丰富的微生物资源库,第二节 微生物与生物环境间的关系,9 种类型:,既利甲又利乙( + + )利甲而损乙( + - )利甲而不损乙( + 0)不损甲而利乙(0 + )既不损甲也不损乙, 既不利甲也不利乙(0 0)不利甲
7、而损乙(0 - )损甲而利乙( - + )损甲而不利乙( - 0)既损甲又损乙( - - ),互生（metabiosis）共生（symbiosis）寄生（parasitism）拮抗（antagonism）捕食（predatism）,1. 互生,两种可单独生活的生物,当它们在一起时,通过各自的代谢活动而有利于对方或偏利于一方的生活方式.,人体肠道中的正常菌群 人体,好氧性自生固氮菌 纤维素分解菌,2. 共生,两种生物共居在一起,相互分工合作,合二为一的极其紧密的一种相互关系。,真菌绿藻,地衣瘤胃微生物和反刍动物根瘤菌与豆科植物,3. 寄生,一种小型生物生活在另一种较大型生物的体内(包括细胞内)或
8、表体,从中夺取营养并进行繁殖,同时使后者蒙受损害甚至被杀死的一种相互关系。,微生物间的寄生微生物与植物微生物与动物,蛭弧菌（bdellovibrio）,蛭弧菌：世界上速度最快的游泳家，每秒移动的距离为自身体长的50倍！分布广泛主要寄生于G细菌,4. 拮抗,由某种生物所产生的特定产物可抑制它种生物的生长发育甚至杀死它们的一种相互关系,抗生素病原菌,乳酸菌 肠道菌,5. 捕食,一种大型的生物直接捕捉、吞食另一种小型生物以满足其营养需要的相互关系。 如：原生动物 细菌、藻类,第三节 微生物与自然界 物质的循环,碳素循环氮素循环硫素循环磷素循环,1. 碳素循环,2. 氮素循环,生物固氮（biologi
9、cal nitrogen fixation）硝化作用（nitrification）同化性硝酸盐还原作用（assimilatory nitrate reduction）氨化作用（ammonification）铵盐同化作用（assimilation of ammonium）异化性硝酸盐还原作用（dissimilatory nitrate reduction）反硝化作用（denitrification）亚硝酸氨化作用,自然界的氮素循环,硫素循环,同化性硫酸盐还原作用脱硫作用( desulfuration )硫化作用( sulfur oxidation)异化性硫酸盐还原作用异化性硫还原作用,磷素循环,
10、由于磷元素及其化合物没有气态形式, 且磷无价态的变化, 故磷素循环( phosphorus cycle )即磷的地球化学循环较其他元素简单, 属于一种典型的沉积循环。,3 个主要转化环节为:不溶性无机磷的可溶化可溶性无机磷的有机化有机磷的矿化,第四节 微生物与环境保护,水体自净 水体的污染 用微生物治理污染 沼气发酵 微生物检测环境污染,1. 水体的自净作用,水体的自净作用：天然水体受到污染后，在无人为处理的条件下，借水体自身的能力使之得到净化的过程。,2. 水体的污染,水体污染来源,生活污水：代谢废物及食物残渣工业废水：有机、无机的有毒物质,富营养化（eutrophication）：指水体中
11、因氮磷等元素含量过高而引起水体表层的蓝细菌和藻类过度生长繁殖的现象。水华（water bloom）赤潮（red tide）,化学需氧量COD(chemical oxygen demand)生化需氧量BOD(biological oxygen demand) 总需氧量TOD(total oxygen demand） 溶解氧量DO(dissolved oxygen） 悬浮物含量（suspend solid） 总有机氮含量TOC（total organic carbon）,评价水质的指标,3. 用微生物处理污水,1） 用于污水处理的微生物,2） 在污水处理中各类微生物的作用细菌：主要分解有机物吸附有
12、机物并分解之吸附金属离子与有机物形成络合物利于沉降原生动物：吞噬游离细菌和微小污泥分泌粘性物质霉菌：利于絮凝酵母菌：分解氰、酚,3）污水处理的方法 活性污泥法： 生物膜法：,在通气条件下，利用含有好氧微生物的活性污泥使污水净化的生物学方法 活性污泥是一种绒絮状小颗粒，具有分解有机物的能力 细菌、酵母菌、霉菌、原生动物以菌胶团的形式存在,指生长在潮湿、通气的固体表面的一层由多种活微生物构成的菌膜，能氧化分解污水中的有机物和某些有毒物质,4）污水处理的装置（活性污泥法）,4）污水处理的装置（生物膜法）占地面积小,污水处理厂鸟瞰,污水处理厂示意图,4.用微生物检测环境污染,大肠菌群衡量水体质量艾姆斯实验发光细菌,
