沈萍微生物学第十一章.ppt
,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（community）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 CO CH4 甲烷 氧化,2.氮循环 有机氮 NH4+NO3-N2 NH4+N2O NH2OH NO2-,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 H2S S氧化 S-氧化 S,4.磷的循环 有机磷 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,H2CO2乙酸,H2、CO2乙酸,产甲烷细菌,CH4CO2,厌氧、兼性厌氧,甲烷发酵,产氢产乙酸细菌,沼气发酵三个阶段水解阶段-发酵性细菌.产酸阶段-产氢产乙酸细菌群产气阶段-产甲烷细菌,玻璃钢沼气池,（3）生态工程处理方法（4）N、P去除技术有机N、无机N N2O、N2有机P、无机P（P)n加石灰 磷酸钙,化粪池构造污水 土壤,2.固体废弃物处理与资源化技术（1）堆肥化（2）生态工程法（3）废纤维糖化法（4）饲料化技术3.气态污染物处理,作业：,1、解释：基因工程、PCR、限制性核酸内切酶、克隆载体、活性污泥、BOD52、图示微生物在C、N循环中的作用3、举例说明微生物之间及与其他生物的相互关系。4、图示沼气发酵的三个阶段。,
