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1、第7章 微生物生态,第一节 微生物在自然环境中的分布第二节 微生物之间及其他生物之间的相互作用第三节 自然界物质循环中微生物的作用,微生物生态系统：微生物与周围的生物及非生物共同构成的整体系统。微生物生态学：研究微生物与其周围生物和非生物环境之间相互关系的科学。,个体 群体 群落 生态系统,生态系统：生物群落与其周围环境相互作用的功能系统，是生物圈的组成单元。生物圈中任何一个相对完整的自然整体都是一个生态系统。如一个池塘，一片森林等。,一、陆生环境中的微生物,（一）土壤与微生物相互作用1、微生物对土壤的作用：（1）微生物是土壤形成的先驱生物 自养固氮菌固氮，使成土母质间有了氮素成分。（2）为植
2、物生长提供有效氮源。有机态氮向无机氮（氨态氮、硝态氮）的转换,第一节 微生物在自然及人为环境中的分布,2、土壤对微生物的作用土壤为微生物生长提供有利条件：土壤中含有大量的有机物 土壤中含有大量的矿物质 土壤中含有一定的水分 土壤中含有一定的空隙 土壤具有保温性 土壤的pH值一般为5.58.5之间,（二）土壤中微生物的分布土壤剖面结构与微生物垂直分布,有机质层,淀积层,碳酸盐积累,疏松母质,淋溶层,土体层,（二）土壤中微生物的分布2、土壤团聚体与微生物的分布 土壤团聚体（土壤团粒）：由土壤矿物质颗粒（黏粒）、微生物、植物残体以及腐殖质构成的微团聚体经过多次复合和团聚而成的结构。,不同的团聚体微生
3、物的分布不同。同一团聚体内外微生物的分布不同。,土壤颗粒表面的微生物,（三）、活性污泥中的微生物,活性污泥：由细菌、微型动物为主的微生物与悬浮物质、胶体物质混杂在一起形成的具有很强吸附分解有机物的能力和良好的沉降性能的絮状体颗粒。,经过初沉的废水,空气,曝气池,二次沉淀池,出水,剩余污泥,回流污泥,动胶菌属 丛毛单胞菌属 产碱杆菌属 微球菌属棒状杆菌属 黄杆菌属 无色杆菌属 芽孢杆菌属假单胞菌属 亚硝化单胞菌属 短杆菌属 固氮菌属浮游球衣属 微丝菌属 大肠杆菌属 产气杆菌属节杆菌属 螺菌属其中可分为优势菌、较多、一般、及少量四个数量等级。,、构成正常活性污泥的主要细菌,、活性污泥中的原生动物,
4、活性污泥的成熟度与原生动物的种类分布,活性污泥逐步成熟,游动型纤毛虫,肉足类鞭毛类,爬行型纤毛虫,附着型纤毛虫,二、水生环境中的微生物,（一）淡水微生物1、来源：土壤、空气、污水及有机残体2、种类：自养菌3、影响微生物在淡水中分布的因子：营养物质、温度、溶解氧等。,浸入小河里的载玻片上发育形成的小菌落,蓝细菌、藻、水生植物,层次化湖泊生态Ecology of a Stratified lake,水体不同层次微生物分布,二、水圈中的微生物,（二）海洋微生物1、种类：多数是嗜盐菌2、分布：（1）平面分布：近海数量很高（2）垂直分布：表层：好氧性微生物 中层：紫硫细菌 底层：厌氧菌及硫酸还原菌,二、
5、水圈中的微生物,（三）水体自净及污染水体的微生物生态 水体自净过程,水体接纳了一定量的有机污染物后，在物理的、化学的及生物等因素的综合作用后得到净化，水质恢复到污染前的水平和状态。,三、大气中的微生物,1、存在形式：多为孢子2、来 源：土壤、水体、动物3、常见种类：霉 菌：曲霉、青霉、木霉、根霉、毛霉、白地霉细 菌：枯草芽孢杆菌、八叠球菌等病原菌：结核杆菌、肺炎双球菌、流感病毒,4、大气微生物分布（数量与种类）的影响因子：（1）地区性质（2）季节的演替（3）气候条件:日照、降水、气流,四、极端环境中的微生物,极端环境：高、低温环境 高盐环境 高酸、高碱环境 高压环境。,（一）嗜热微生物1、发现
6、,地热泉,热水系统制糖厂,（一）嗜热微生物2、生存机制（高温对微生物的一般影响是什么？）有限的保护机制：细胞膜的蜡质程度、震热蛋白 极端嗜热菌的保护机制：高溶点脂肪、抗热蛋白、核酸保护蛋白,（二）嗜冷微生物1、发现（红雪现象：嗜寒水藻）,耐寒喜温型嗜冷型,2、生存机制 特殊的酶 细膜含特殊的脂肪,五、基于培养的微生物生态学研究方法,1、采集菌样2、富集培养,1、偏利共栖：一群微生物得益，而另一群体不受影响。（普遍）,氨化细菌,亚硝酸菌,有机氮,氨态氮,亚硝酸,氨化作用,硝化作用,第二节 微生物之间及与其他生物之间的的相互关系,2、互利共栖：两个群体相互协作，达到在某生境中共同生存的目的。,H2
7、S,硫酸盐,硫酸盐还原菌,绿硫细菌,3、共生：两个群体形成具有特殊结构、功能和绝对互利关系的高度专一的共生体。地衣：是由藻类或蓝细菌与真菌形成的共生体,光合作用,运输矿质营养,共生固氮,侵入线,根瘤的形成过程,根瘤菌和豆科植物的共生固氮作用是微生物和植物之间最重要的互惠共生关系,菌根,有些真菌能在一些植物根上发育，菌丝体包围在根面（外生菌根）或侵入根内或根组织（内生菌根），共同发育，建立共生关系。这种共生体称为菌根。,菌根分为两大类，外生菌根和内生菌根,瘤胃共生 瘤胃为微生物提供了一个稳定的厌氧、中温（39-40）和偏酸性（）的良好生态环境，在瘤胃中生活有大量专性厌氧的细菌和以纤毛虫为主的原生
8、动物,唾液,纤维质饲料,自然菌源,CO2，CH4，H2,有机酸,大量菌体，固型物,肉、奶,吸收,转化,粪便,进入瘤胃,微生物大量繁殖,反刍动物与瘤胃微生物的共生原理,3、寄生：一种微生物寄生在另一种微生物细胞中或细胞表面，从寄主中取得养料，并引起寄主病害或死亡。噬菌体与细菌 蛭弧菌寄生于革兰氏阴性菌（蛭弧菌被噬菌体寄生超寄生现象）粘细菌对细菌的寄生：依靠胞外酶溶解敏感菌群，释放出营养物,4、偏害或拮抗：某一微生物群体产生某种物质，使另一微生物群体生长受到抑制，而本身不受影响的现象。,酸泡菜与酸牛奶：水体中的产氧藻类：抗生素产生菌：,1,5、捕食：一种微生物直接吞食另一种微生物的现象。原生动物对
9、细菌的捕食 藻类对细菌和其它藻的捕食,各种捕食线虫的真菌和捕捉器,2,3,4a,4b,5a,5b,1 梯状捕捉网 2 环状捕捉网3 环状捕捉网 4a 三环菌丝网4b 绞环和被勒死的昆虫5a 环状网 5b 被两个环状网勒死的线虫和侵入虫体的菌丝,一、碳素循环中微生物的作用 纤维素的分解 半纤素的分解 果胶物质的分解 木质素的分解 几丁质的分解二、氮素循环中微生物的作用 氨化作用 硝化作用 反硝化作用 生物固氮,第三节 自然界物质循环中微生物的作用,一、碳素循环中微生物的作用,（一）纤维素的分解,(C6H10O5）n,1014,1、分解纤维素的微生物(1)有氧、中温条件a.真菌(木霉属)木材腐朽：
10、棕色腐朽（褐腐）：真菌分解纤维素剩下木质素 白 腐：真菌分解木质素剩下纤维素b.细菌（食纤维菌属)c.放线菌,一、碳素循环中微生物的作用,(2)无氧中温条件 细菌：纤维分解梭菌。真菌：木朽菌、层孔菌 放线菌：,（一）纤维素的分解,(3)高温条件：6070条件下生长，并分解纤维素 细 菌：热纤维菌 放线菌：链霉菌属、小单孢菌属,（一）纤维素的分解,2、微生物分解纤维素的生化机制 纤维素 单糖,纤维素复合酶的类型（按作用场所分）：表面酶：分布于细胞表面,不能在其细胞培养液中起作用的酶（食纤维菌）外 酶：分泌到胞外,在细胞生活环境中起作用的酶（真菌的纤维素酶）。,内切葡萄糖酶外切葡萄糖酶-葡萄糖苷酶
11、,纤维素复合酶,（二）半纤维素的分解,五碳糖、六碳糖及糖醛酸的组成的多糖,分解半纤维素的微生物：,一、碳素循环中微生物的作用,（三）果胶物质的分解,半乳糖醛酸以-1，4糖苷键连成的多糖,一、碳素循环中微生物的作用,有机氮,无机氮,无机氮,无机氮,氮 气,植物及微生物的固定,微生物,微生物,微生物,微生物,微生物,第三节 自然界物质循环中微生物的作用,二、氮素循环中微生物的作用,有机氮化物,NO3-,NH4+,NO2-,NO,N2O,大气N2,同化作用,氨化作用,硝化作用,硝化作用,反硝化作用,生物固氮,铵同化作用,还原作用,自然界中的氮素循环,（一）生物固氮：大气中氮被转化成氨的过程。全球生物
12、圈每年生物固氮达2.4108吨。具有固氮能力的微生物种类多，主要有：固氮菌、放线菌、蓝细菌、根瘤菌、弗兰克氏菌。,N2 NH4+(NH3),（2）硝化作用（nitrification）,定义：土壤或水体中的氨态氮经化能自养菌的氧化而成为硝酸态氮的过程。,这两类细菌好氧伴生，在它们的共同作用下将铵盐氧化成硝酸盐，避免亚硝酸积累产生的毒害。,1、过程：（1）由亚硝化细菌参与，铵亚硝酸；（2）由硝化细菌参与，亚硝酸硝酸。,2、影响硝化作用的环境因素(1)pH值：适宜微碱性(2)温度：4-40，最适：25-35(3)通气：需氧(4)湿度：过量影响通气，不足引起细胞缺水。3、硝化作用的农业意义 淋溶 硝
13、化作用的化学抑制,（二）硝化作用,（三）反硝化作用,微生物还原硝酸为亚硝酸、氨和N2的作用,HNO3,N2O 或 N2,NH3,合成性硝酸还原作用,硝酸盐的异化还原作用（脱氮）,1、反硝化作用的过程,二、氮素循环中微生物的作用,（三）反硝化作用,2、反硝化作用微生物 大多数：异养兼厌气性 极少数：化能自养型（脱氮硫杆菌）,3、环境对反硝化作用的影响 水分及通气状况 pH值 有机质与NO-3含量,水稻土长期的干湿交替的状况,反硝化作用意义：土壤中氮元素流失的重要原因之一。水稻田中施用化学氮肥，有效利用率只有25%左右。另外可以利用水生性反硝化细菌去除污水中的硝酸盐。,反硝化作用由化能异养菌所进行
14、的还原作用 NO3-NO2-NO N2O N2由反硝化菌群所进行的无氧呼吸 厌氧或兼性厌氧菌无氧的条件下进行还原反应 以NO3-为呼吸链末端H（电子）受体 从有机物的氧化中得到能量可产生2分子ATP,硝化作用 由化能自养菌所进行的生物氧化作用 NH3（O2）NO2-（O2）NO3-由硝化细菌所进行的有氧呼吸 好氧菌 有氧条件下进行氧化反应 以分子氧为H（电子）受体 从无机物的氧化获得能量 产能效率低，只有1分子ATP,（四）氨化作用,有机态N被微生物降解形成NH3的过程,(1)蛋白质物质的氨化作用过程,氧化脱氨基作用水解脱氨基作用还原脱氨基作用,二、氮素循环中微生物的作用,（四）氨化作用,(2
15、)尿素的氨化,CO(NH2)2+2H2O(NH4)2CO3,尿酶,2NH3+CO2+H2O,尿素细菌：1、球菌：尿素生孢八叠球菌 2、芽孢杆菌：巴斯德尿素芽孢杆菌,尿素细菌的生理特点：喜好碱性条件。以尿素、铵盐为N源，以有机C为C源、能源。,三、硫循环,生物体有机硫,SO42-,H2S,原素S,硫酸盐还原,脱硫作用,硫氧化作用,硫氧化作用,同化作用,异化性硫酸盐还原,（1）硫的氧化 硫杆菌能利用一种或多种还原态或部分还原态的硫化物作能源。H2S首先氧化成元素硫，再被硫氧化酶和细胞色素系统氧化成亚硫酸盐，亚硫酸盐氧化成SO42-。,（2）硫酸盐还原,同化硫酸盐还原异化硫酸盐还原（反硫化作用）,（3）硫化氢的释放,含磷矿物,风化作用,PO43-,不溶性磷酸盐,有机磷化物,土壤固定,微生物溶磷作用,植物微生物同化作用,微生物解磷作用,1.有机磷化物的分解(解磷作用)2.不溶性无机磷化物的转化(溶磷作用)3.有效磷的微生物固定,四、磷的生物循环,
