微生物生态学-21自然界中微生物和它们的.ppt

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1、第二章 自然界中微生物群落的结构及其变化规律,第一节 土壤微生物生活的良好环境第二节 土壤微生物第三节 水体环境和水体中的微生物第四节 空气中的微生物,基本概念-P8,生境（Habitat）：发现有生物的物理区域。土著微生物（Autochthonous microorganism）：指在一个给定的生境中那些能生存、生长和进行活跃代谢的微生物，并且这些微生物能与来自其他群落的微生物进行有效的竞争。外来微生物（Allochthonous microorganism）：指来自于其他生态系统的微生物，所以这些微生物不能在这一生境中长期生活下去。群落（Community）：指一定区域里，各种群体(Pop

2、ulation)相互松散结合的一种结构单位。,土壤是固体无机物(岩石和矿物质)、有机物、水、空气和生物组成的复合物，是微生物的合适生境。土壤是微生物的大本营！,第一节 土壤微生物生活的良好环境,营养水分pH氧化还原电位（Eh）,土壤中含有有机物和矿质元素,有机物：提供微生物生长所需的N、C源矿质元素：P、S、Ca、K、Mg、Fe等,土壤的pH值范围一般在3.510.5,水是土壤的组成部分，土壤可保证植物及微生物生长发育所需的水分。,渗透压土壤中的空气土壤温度,一般土壤溶液浓度在0.11，渗透压0.55个atm，浓度越高，渗透压越高。,土壤温度决定于地区、季节因素，一般在030，其中大部分时间为

3、1025。,一般土壤中CO2多、O2少，靠近植物根系CO2多，土层浅O2多，土层深CO2少。,土壤微生物种类多、数量多、代谢潜力巨大，是主要的微生物源，是微生物的大本营。,石英,第二节 土壤微生物P9,一、土壤微生物的数量和生物量,农田上表层（15cm）处微生物数目和生物量,各类微生物都可在土壤中生存发展，但随着土壤类型、肥力水平、环境条件和季节变化等因素的不同，土壤微生物的数量和分布存在很大差异。,1、数量,生物量：生物细胞的重量（以单个细胞为标准）,2、生物量,生物量的计算：（1）一个细菌细胞的湿重 1.51012g1g土壤含细菌109个，一亩田表土约30万斤（耕作土重）,（3105 50

4、0）g（109个/g）（1.51012）g=22.5X104 g=225kg,生物量可作为土壤肥力的指标细菌、放线菌：160 g/m3真菌：200 g/m3（一个真菌菌丝湿重9.410-5g）,影响土壤中微生物生物量的因素：,土壤肥力状况：肥力越好，生物量越多耕作管理：耕作越频繁，生物量越少,二、土壤微生物的分布,土壤微生物的垂直分布,一般以表土层A微生物最多，因为O2、水分、有机物含量高；随着层次加深，微生物数量减少。,二、土壤微生物的分布,土壤微生物分布的不均匀性,无论是大面积的土壤或小的土团，微生物都不可能均匀分布。一般微生物都分布在土粒表面，如芽孢杆菌、细菌、真菌；土粒内部有球菌、无芽

5、孢杆菌,采样：五点样品混合后再分离，振荡的目的是将土粒内部的微生物释放出来。,三、土壤微生物的生理群和优势种,1、生理群：指按生理特性将微生物划分为不同的类群。,同一生理群的微生物，其生理特性相同，但形态特征可以不同。划分生理群微生物的原则：主要以营养类型来划分。,氨化微生物生理群：细菌、放线菌、真菌反硝化细菌生理群：芽孢杆菌、假单胞菌,光能自养光能异养化能自养化能异养,能源 氢的供体 基本碳源 微生物举例光 无机物 二氧化碳 蓝细菌光 有机物 二氧化碳 紫色非硫细菌 及简单有机物 无机物 无机物 二氧化碳 硝化细菌 有机物 有机物 有机物 大多数已知细菌 和全部真核微生物,2、优势种,在一定

6、条件下或在一个生理群中常只有少数种类占优势，即在最高稀释度平皿中出现较多菌落数的菌种，该菌种称优势种。通过优势种的多少，可以反映土壤中某一物质转化的强弱。,四、土壤细菌P10,1、土壤细菌的数量,一般土壤细菌的数量占土壤微生物总量的7090%；1g肥沃土壤中约有土壤细菌几十万几十亿；土壤细菌是土壤中重要的物质转化的生物因子。,2、土壤细菌的特点,个体形状和大小往往与人工培养条件下不同；土壤细菌数量多、代谢强、繁殖快、代时短，对其延续带来很大好处；土壤细菌按其来源可分为土著性和外来性，一般土著是优势种。,增强菌体本身的竞争能力（以多取胜）细菌个体有很强的应变能力（顺应反应，genotypic f

7、lexibility）,四、土壤细菌,3、优势种属,节杆菌（Arthrobacter），球状与杆状相互转化（不同营养条件）；产芽胞杆菌，目前有16个属，Bacillus常见；假单胞菌（Pseudomonas），农药降解、重金属抗性的重要菌属，大多含有质粒；土壤杆菌（Agrobacterium）产碱杆菌（Alcaligenes），生物塑料PHA(聚羟基脂肪酸)、PHB(聚羟基丁酸酯)，细菌多糖；黄杆菌（Flavobacterium），耐饥饿，有毒物质的降解，环保型微生物；微球菌（Micrococcus）；黄单胞菌（Xanthomonas）等；,4、粘细菌,（1）在土壤中的数量不是很多，但亦常见，

8、在施用有肥料的土壤中更为普遍。能降解多种大分子化合物，如纤维素、半纤维素等。,分布非常广泛，自热带到两极都有，以热带和温带较多，淡水、海水和土壤是它们生活的主要场所。在潮湿的土壤上常常大量繁殖。有些种类能耐高温、干旱等极端环境条件。多数种类能固氮(异形胞)，是土壤一个重要的生物N的来源。念珠藻在某些土壤生境中既能固定氮气，又能通过光合作用合成有机物。蓝细菌能在没有植物生长的土壤表面形成表面壳，对土壤具有稳定作用。,5、蓝细菌（光合自养细菌群体）,五、土壤放线菌,1、数量和分布,多数好气、腐生，以孢子或菌丝片段存在于土壤，细胞数104106个/g土，土壤肥沃时可达108个/g土。主要分布于土表，

9、是土壤重要的土著性微生物，也是土壤微生物的第二大类群，占530%。,对干燥条件抗性比较大(在沙漠土壤中生存)；比较适合在碱性或中性条件下生长，并对酸性条件敏感（高氏1号培养基）。主要参与复杂有机物的分解，如木质素、几丁质、烃类。,2、优势菌属,链霉菌属和诺卡氏菌属在土壤放线菌中所占的比例最大。,链霉菌属（Streptomyces）：1000多种，96%的抗菌素主要来源于该属；有基质、气生菌丝，后者上有孢子。,链霉菌,诺卡氏菌属（Nocardia）：无气生菌丝，以基质菌丝的断裂繁殖；有很多种产生抗生素，如利福霉素；参与复杂的难分解的有机物的降解。,小单胞菌属（Micromonospora）：气生

10、菌丝很短，顶端只生一个孢子；耐高温（5565），是堆肥高温阶段的重要分解菌，重要的抗生素产生菌，如庆大霉素。,六、土壤真菌P10-11,1、数量和分布,真菌是常见的土壤微生物之一，104105个/g，是土壤微生物的第三大类群；数量虽小，但生物量很大（第一），200g/m3；,六、土壤真菌,在土壤中常见的真菌主要是子囊菌亚门、接合菌亚门、半知菌亚门：,根霉属、毛霉属、小克银汉霉属赤霉属曲霉属（Aspergillus）、青霉属（Penicillum）、木霉属（Trichoderma）,2、优势属种,土壤中的土著酵母菌主要是半知菌：,假丝酵母（Candida）、红酵母（Rhodotorula）、汉孙

11、氏酵母（Hansenula）,七、土壤藻类P11,土壤藻类是单细胞或多细胞的真核原生生物；优势属种：硅藻、绿藻、黄藻,藻类生长状况可以作为土壤肥力的指标。,肥沃的中性土壤，藻类一般生长旺盛，土壤表面常出现黄褐色或黄绿色的薄藻层；藻类缺乏土壤贫瘠缺肥；硅藻多土壤营养丰富；,八、土壤原生动物P11,原生动物是单细胞动物；往往只存在于土壤的表层15cm处，因为它们需要相对高浓度的氧气，105106个/g肥土，几十几万个/g贫瘠土；,原生动物主要靠摄取可溶性有机物和细菌而生长，是土壤细菌和藻类的捕食者。常见的优势种属：鞭毛虫、变形虫、纤毛虫等。,细菌病毒在土壤中分布广泛，但数量少根瘤菌与其噬菌体的关系

12、（有抗性的却不固氮）植物致病病毒在土壤中转播（芸苔油壶菌可以感染植物根并引起病变，且可以携带烟草坏死病毒和莴苣巨脉病毒进行传播）,九、土壤病毒P11,十、影响土壤中微生物分布的因素P12,土壤颗粒性质 腐殖质砂土土壤水分 游动微生物氧气 上层好氧微生物多（穴居动物活动可以给微生物好氧生长提供条件）pH pH对营养物质的利用，微生物吸附，胞外酶的产生和分泌产生影响温度 蓝细菌能抗变化范围很大的温度；耐寒的藻类（雪藻）营养状况 有机物对自养细菌有抑制作用（刍溪藻喜欢在营养丰富的鸟粪中）（土壤颗粒中细菌的不均匀分布）人类生产活动,（一）微生物数量的测定,十一、测定土壤微生物数量和生物量的方法,1、总

13、数的测定,细菌的显微镜直接计数法荧光显微镜法电子显微镜法,2、活菌数的测定,稀释平板培养法液体稀释培养法（MPN法-最大可能数法）,大肠菌群检数表接种水样总量111.1mL（100mL、10mL、1mL、0.1mL各1份）,“”大肠菌群发酵阳性；“”大肠菌群发酵阴性。,（二）微生物生物量的测定,1、熏蒸法,目前使用最广的一种测定土壤微生物生物量的方法。用氯仿将土壤中的微生物杀死，然后加入少量未灭菌的土壤（即重新接入活的微生物），新接入的微生物可以分解利用死细胞，产生CO2。根据CO2的产生量和微生物体矿化率常数K计算出该土壤中微生物的生物量。试验需要20天，10天预处理，10天测定CO2总产量。,生物量一种生物或一组生物单位体积的重量，多以g为单位，如湿重、干重。,2、ATP含量换算法,ATP与生物量保持一定的比例关系。用适当的提取剂从土壤中提取ATP，以分光光度计测定其引发荧光素荧光酶反应的强度，经换算可求得微生物的生物量。方法灵敏，但受土壤含磷量等因素的影响(高浓度有机质会干扰ATP含量测定)。,思考题,1、为什么说土壤是微生物的大本营？其中各种微生物（细菌、放线菌、真菌）数量和生物量如何变化？,