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1、Chap.8 微生物的生态,微生物生态学研究微生物群体与周围生物及非生物环境间相互关系的科学。,微生物在生态系统中的作用,微生物:生产者分解者,.1 微生物在自然界中的分布与菌种资源的开发,一、微生物在自然界中的分布(一)微生物的多样性(可培养）现有 估计细菌 4,700 130,000 真菌 69,000 1,500,000 病毒 5,000 130,000藻类 3,000 100,000线虫 15,000 500,000合计 96,700 2,363,000,1.在生物体上的微生物,人体肠道的 微生物分布,微生态学：研究动植物界面微生物与 宿主相互关系的科学。正常菌群:健康动物身体各部位稳
2、定的 微生物类群。条件致病菌：宿主防御能力下降后，某些正常菌群成为致病菌，称之。益生菌剂：用于改善特定位置微生物 生态平衡的微生物活体制剂。,2土壤中的微生物,1）植物体上微生物,叶瘤菌;病原菌;木腐菌;植物内生真菌 植物表生真菌,根际微生物:植物根围1.0cm范围内微生物。,菌根：真菌与植物根部形成的共生体，包括外生菌 根和内生菌根。,内生菌根：VA菌 根；外生菌根：哈蒂网,豆科植物 非豆科植物 Rhizobium Frankia,根瘤：豆科植物与根瘤菌、非豆科植物与Frankia放线 菌形成的共生体。,当代土壤微生物研究重大课题：1）土壤微生物参与的地球化学过程2）根际植物促生细菌（PGP
3、R）3）土壤有害物质的降解4）土壤微生物的共生体系,建议读物,3水体中微生物,海洋微生物,海岸带:,浅海带:藻类;光合 微生物;化能异养菌;化能自养菌;,深海带：200-6000M 深渊带:6000-11000M 嗜特异生境 微生物,贫营养细菌 也称寡营养菌，可在可溶性有机碳1-15mg/L的条件下生长的细菌。,饮用水微生物 大肠菌群:发酵乳糖产酸产气的无芽孢 革兰氏阴性菌，包括大肠杆菌 等一些肠道细菌。计数:滤膜培养法;多管发酵法,4.空气中的微生物,微生物种类和数量：微生物的采样和计数：培养皿沉降法、空气采样器,5、极端环境微生物（嗜极菌）,-嗜热菌:最适生长（Topt）温度约45C 极端
4、嗜热菌Topt：70105C 超嗜热菌Topt：80110C 耐热菌Tmax 45C，室温可生长-嗜冷菌：020C，Topt 20C,-耐冷菌：在0C可生长，Topt20C以上嗜温菌：Topt2045C,嗜冷微生物雪地藻类,极端嗜热细菌（来自黄石公园热泉）,深海热泉嗜极端环境微生物,深海热泉附近存在的管形蠕虫细菌的共生体,(线状物为自养细菌:在丙酮酸存在时以硫化物为电子受体),嗜酸菌;嗜碱菌：pH9；pH 7不生长耐酸菌;耐碱菌：pH 7可生长,嗜极酶,-嗜盐菌,微生物与盐份的关系类型 最适NaCl 代表非嗜盐菌 0.2M 多数陆生微生物低度嗜盐菌 0.20.5M 海洋微生物中度嗜盐菌 0.5
5、2.5M 副溶血性弧菌极端嗜盐菌 2.55.2M 古细菌,极端嗜盐菌引起的生态景观,-嗜压菌 嗜压：POPT 1atm 耐压：POPT=1atm，1atm可生长,-抗辐射微生物,.2 微生物与生物环境间的相互关系,一、互生：互利或偏利,固氮微生物-纤维素分解菌 混菌发酵,二、共生：共居、相互依存,1微生物间的共生关系：地衣:子囊菌-藻类 2微生物与植物间的共生关系 外生菌根:哈蒂网 内生菌根:泡囊(vesicle)丛枝状(arbuscule)（VA菌根）,植物菌根形态（外生菌根）,3微生物与动物间的共生瘤胃微生物与牛的共生关系,三、寄生,1微生物间的寄生关系,(蛭弧菌),2微生物与植物间的寄生
6、关系 专性寄生：白粉菌、锈菌、植物病毒-植物宿主（活 的组织/细胞）兼性寄生：以腐生为主,也可营寄生生活。3微生物与动物间的寄生关系 病原菌、昆虫寄生M（苏云金杆菌、白僵菌、病毒杀虫剂）、冬虫夏草（真菌）,蛭弧菌,虫草,四、拮抗,某种生物 产生的代谢产物抑制或杀灭它种 生物的相互关系。,拮抗试验:拮抗菌,敏感菌,五、捕食,真菌捕食线虫和其它原生动物-菌网、菌环,微生物的抗菌测定方法,.3 微生物在自然界物质循环中的作用,生物地球化学循环：生物参与的自然界 的物质转化过程。细菌、真菌：分解者-参与地球化学循环-应用微生物生态学,一、碳素循环,1）光合细菌2）无氧下的发酵3）沼气发酵4）有氧降解,
7、二、氮素循环,1)生物固氮2）硝化作用（亚硝化细菌、硝化细菌）3）硝酸盐同化作用4）氨化作用（蛋白的水解和脱氨）5）氨盐同化作用6）硝酸的异化还原7）反硝化作用（硝酸盐还原为氮气）,Dissimilatory nitrate reduction:The process in which some bacteria use nitrate as electron acceptor at the end of their electron transport china to produce ATP.The nitrate is reduced to nitrite or nitrogen gas
8、.Denitrification:The reduction of nitrate to gasProducts,primarily nitrogen gas,during anaeriobic respiration.,三、硫素循环与金属的细菌冶金,1自然界中的硫素循环,1）硫酸盐的同化还原2）脱硫作用（含硫蛋 白的分解）3）硫化作用（H2S或S氧化为S或硫酸）4）硫酸盐的异化还原（无氧呼吸）5）硫的异化还原（无氧呼吸）,2 细菌冶金（细菌沥滤）：利用细菌从矿砂中 回收金属的技术。包括溶矿、置换和浸矿剂 Fe2(SO4)3,H2SO4再生过程。,1）溶矿（氧化还原作用）2）置换3）浸矿剂再生
9、:微生物氧化硫化物产生H2SO4和Fe（SO4)3的过程,细菌治矿工地（铜矿生物冶炼）,.4 微生物与环境保护,一.水体的污染 富营养化：水体中N、P含量过高而引起水体表 面藻类过度生长的现象。1)有机、无机物的大量排入 2)异养微生物的大量繁殖 3)藻类过度生长 4)溶解氧降低，水生生物死亡 5)湖泊沼泽化,二、用微生物处理污水,BOD（生化需氧量）：,在一定条件下，微生物分解水中有机物生化过程所需溶解氧 的量，以mg/L表示。,COD（化学需氧量）：用K2Cr2O7和KMnO4强氧化剂使水中有机物氧化所需溶 解氧的量，以mg/L表示。,污水污染指标及三级处理,微生物处理污水（好氧）的基本过
10、程：,高BOD5污水,M区系,充分供O2,分层,废气（CO2、NH3、H2S、CH4 H2、CO）,废渣（活性污泥、生物膜等）,厌氧处理,沼气,废渣（有机肥料）,清水（SO42-、NO3-、PO43-）,污水的生化处理方法活性污泥法,活性污泥：微生物与悬浮物、胶体等组成的 絮状物。,生物转盘法,生物膜,污水处理厂,微生物处理污水的原理充分利用活性污泥（生物膜）特点:,-高的吸附能力-强的氧化分解能力-良好的食物链关系-良好的沉淀性能,活性污泥,Xenobiotic(异生素）A synthetic product not formed by natural biosynthetic;a fore
11、ign substance or poison.Cometabolism（共代谢）原本不能被代谢的物质在外界提供碳源和能源的情况下被代谢的现象，包括对二级基质的共同氧化和微生物协同作用等类型。,Pseudomonas sp.Using cometabolism to grow on cyclohexane,建议读物,.5 沼气发酵与环境保护沼气发酵：产甲烷菌在厌氧的条件下利用H2还原CO2等碳源形成甲烷的过程。-意义：,一、沼气发酵的三个阶段 沼气：混合可燃气体甲烷、H2、N2、CO2,水解产酸产气,1第一阶段：水解 专性厌氧、兼性厌氧 产CO2、H2、低级有机酸 2第二阶段：产酸 严格厌氧菌
12、：产氢产乙酸细菌群（奥氏甲烷杆菌：由S菌和MOH菌组成的共生体）产乙酸、CO2、H2 3第三阶段：产气 严格厌氧菌产甲烷细菌群 利用一、二碳化合物、H2合成甲烷,产甲烷细菌：一类必须生活在厌氧环境下并伴有甲烷产 生的古细菌。(甲烷杆菌属、甲烷球菌属、甲烷短杆菌属、甲烷八叠球菌属)利用底物:CO2类:CO2,CO,CHOOH甲基类:甲醇、甲基胺、二甲基乙酸类：乙酸,二、甲烷形成的生化机制 独特生理类型（属古细菌）,辅酶M（CoM）即：磺酸基硫基乙酸,F420，属于黄素单核苷酸（FMN）的衍生物。,其它辅酶：辅酶B，F430（镍四吡咯）,四氢甲烷蝶呤（F342）,多种独特辅酶参与,甲烷呋喃（CO2还原因子）,城市垃圾无害化处理（好氧发酵）,城市垃圾无害化处理-沼气发酵（能源）,
