微生物的生态刘.ppt

第九章 微生物的生态 在一定的空间内生物的成分和非生物的成分通过物质循环和能量流动互相作用、互相依存而构成的一个生态学功能单位。生态系统：生态系统：生态学：生态学：研究生物与其周围生物和非生物环境之间相互关系的一门科学。微生物生态学：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。t 各种环境中的微生物的种类、分布；t 微生物和其它生物的关系；t 微生物与物质循环；n生态学研究范围：生物圈（biosphere）、生态系统（ecosystem）、群落（community）、种群（population）。n研究意义：n理论：地球进化和生物进化原因n实践：开发菌种资源、防治有害微生物、新的微生物农药、菌肥、医药、混菌发酵、生态农业，促进探矿、冶金、环保、提高土壤肥力以及开发生物能等9.1 微生物在自然环境中的分布及菌种资源的开发第九章第九章 微生物的生态微生物的生态微生物学北方民族大学9.1.1 9.1.1 微生物在自然界中的分布微生物在自然界中的分布土壤中的微生物 水体中的微生物 空气中的微生物工农业产品中的微生物 生物体内外的正常菌群极端环境中的微生物微生物学微生物的特点：个体微小个体微小、代谢营养类型多样代谢营养类型多样，适应能力强适应能力强微生物在自然界中分布广泛微生物的分布生境的特征微生物的分布是生境各种物理、化学、生物因素对微生物的限制、选择的结果。在某些生境中，高度专一性的微生物存在并仅限于这种在某些生境中，高度专一性的微生物存在并仅限于这种生境中，并成为特定生境的标志。生境中，并成为特定生境的标志。n土壤中的环境条件：营养、水分、空气、酸碱度、渗透压和温度条件都适于微生物的生活，是微生物的大本营、也是人类最丰富的“菌种资源库”。1.岩石在风化过程中产生的矿质元素和微量元素，能满足多数自养微生物的生长需要，土壤中的有机物质为异养微生物提供了良好的碳源、氮源和能源。2.土壤中的水分也可以满足微生物的要求。3.土壤的pH接近中性，缓冲性也较强，适合大多数微生物生长。4.肥沃的土壤具有较好的团粒结构，空隙中充满着空气和水分，为好氧和厌氧微生物的生长提供良好的环境。5.土壤的保温性能好，昼夜温差和季节温差的变化不大。在表土几毫米以下，微生物便可免于被阳光直射致死。一、土壤中的微生物一、土壤中的微生物n土壤中微生物的数量：按种类递减n细菌放线菌霉菌酵母菌藻类原生动物 -108 -107-106-105 -104 -103个/gn耕作土壤中，细菌湿重约90-225kg；以土壤有机质含量为2%计算，则所含细菌干重约为土壤有机质的1%左右。n土壤微生物的代谢活动，可改变土壤的理化性质，进行物质转化，因此，土壤微生物是构成土壤肥力的重要因素。n若按生物量计算则各种微生物的生物量基本相当。土壤中微生物的含量土壤中微生物的含量n土壤中微生物的含量与土壤有机质含量有直接关系。n表层耕作土中含量最高，耕作层厚度20-30cm，地表土受阳光直接照射，其中微生物含量较低。n采取土样时一般要刮开表土23cm后采样。n自然界江河湖海等各种淡水与咸水水域中都生存着相应的微生物。n水域中微生物的种类和数量与水域的有机物、无机物的种类和含量，光照、酸碱度、渗透压、温度、含氧量和有毒物质的含量有密切关系。n各种水系：水淡水海水地下水：无色杆菌、黄杆菌、革兰氏阳性杆菌、微球菌、诺卡氏菌地表水溪水：营养少、主要是革兰氏阴性无芽孢杆菌、生丝微菌河水：出现假单孢菌、芽孢、肠杆菌、弧菌、螺菌、硫细菌、微球菌、八叠球菌、诺卡氏菌、链球菌、螺旋体等污水生活污水：荧光、绿脓、变形、枯草、阴沟、大肠、粪链球菌、病毒和噬菌体生产污水：与所含污物有关二、水体中的微生物二、水体中的微生物海水海水平均含盐量：3.5%，密度大、渗透压高、冰点低微生物组成：多数为革兰氏阴性菌、多嗜盐、河口处有耐盐菌，嗜盐菌：低嗜盐菌，适于生活在盐浓度2-5%；中等嗜盐菌，适于生活在盐浓度5-20%；高嗜盐菌：适于生活在盐浓度2030%形 态：多有鞭毛，常见多形性、可变为球形、弧形、丝状及螺旋状，个体小；生 理：兼性厌氧，生长慢，能在低营养下生活，常产色素，分解蛋白质能力强，解糖能力低，多嗜冷，对热敏感；分 布：不均匀，与水深成反比，0-10米少10-50米呈上升变化50米以下数量减少海底沉积物上多常见菌种：假单孢菌、弧菌、螺菌、无色杆菌、黄杆菌 好氧菌的降解作用 原生动物等的吞噬作用 藻类对无机物的利用 致病菌一般对营养要求苛刻，因此在一般的水中只 能存活2-3天 水表微生物会受辐射等作用而被杀灭 由固形物吸附再沉积到水底 水体的自净作用n 总菌数：总菌数：100 100个个/ml ml n 大肠菌群大肠菌群：3 3 个个/L L 饮用水的微生物指标饮用水的微生物指标大肠菌群是指一群在大肠菌群是指一群在3737、24h24h内能发酵乳糖内能发酵乳糖,产酸产酸产气产气,需氧或兼性需氧需氧或兼性需氧,革兰氏阴性革兰氏阴性,无芽孢的杆状细无芽孢的杆状细菌菌.主要包括大肠杆菌、产气杆菌和一些中间类型的主要包括大肠杆菌、产气杆菌和一些中间类型的杆菌杆菌.水体大量的有机物或无机物，特别是磷酸盐和无机氮化合物水的富营养化水的富营养化藻类等过量生长，产生大量的有机物异养微生物氧化这些有机物，耗尽水中的氧，使厌氧菌开始大量生长和代谢分解含硫化合物，产生H2S，从而导致水有难闻的气味，鱼和好氧微生物大量死亡，水体出现大量沉淀物和异常颜色水体的富营养化作用和“水花”、“赤潮”上述过程又称富营养化作用，它是水体受到污染并使水体自身的正常生态失去平衡的结果。“水花”或“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。赤潮或红潮（red tides）：在海洋中，某些甲藻类大量繁殖也可也可以形成水花，从而使海水出现红色或褐色。引起水体富营养化的藻类除通过消耗水中的氧气危害养殖业外，很多藻类还能产生各种毒素，使动物得病或死亡，因此由于富营养化作用致死的鱼等水产品不能食用n空气中的环境条件：无营养和水分、紫外线直射n存在状态：漂浮，短暂停留，以吸附于尘埃微粒上的形式存在。空气中的尘埃颗粒数与微生物数量有直接关系。n分布：越接近地面的空气含菌量越高，目前人类检测到微生物存在的最高处为85km的高空。n种类：球菌、芽孢杆菌、产色素细菌、真菌孢子n空气中微生物数量的测定：培养皿沉降法、液体阻留法n空气中微生物的杀灭与去除：紫外线照射、甲醛熏蒸、药物喷雾、过滤除菌等，常用的过滤介质有棉花、纱布、石棉滤板、活性炭或超细玻璃纤维过滤纸等。三、空气中的微生物三、空气中的微生物大气中的微生物来源大气中的微生物来源n土壤、水体和其他微生物源。进入大气的土壤尘粒，水面吹来的小水滴，污水处理厂曝气产生的气溶胶，人和动物体表的干燥脱落物，呼吸道呼出的气体都是大气微生物的来源。n主要种类是霉菌和细菌，霉菌常见种类是曲霉、木霉、青霉、毛霉、白地霉和色串孢(Torulasp)等。细菌有球菌、杆菌和一些病原菌。不同地点大气中的微生物数量不同地点大气中的微生物数量 地点微生物数量/CFum-3北极(北纬800)0海洋上空l-2市区公园200城市街道5000宿舍20000畜舍1000000-2000000四、工农业产品上的微生物微生物引起的工业产品的霉腐大量工业制品都是用动植物产品作原料来制造的纤维制品、木制品、革制品、橡胶制品、油漆、卷烟、化妆品等有些工业产品如塑料、建筑涂料等也有很多微生物可以分解、利用光学仪器上的镜头，建筑泥浆、钢缆、地下管道、金属材料等，各种电讯器材、文物、书画等也可被多种特殊微生物所破坏。微生物在各类工业产品上的生长所造成的产品的霉腐给人类造成了巨大的损失!而另一方面，有时也努力想开发并推广使用可被微生物降解的产品，或利用微生物的降解特性。-生物可降解塑料生物可降解塑料-开发、利用纤维素（能源、饲料）开发、利用纤维素（能源、饲料）-苎麻脱胶苎麻脱胶食品、农副产品上的微生物t 很多微生物在食品、农产品上生长后会产生对人有害的毒素；肉毒毒素、黄曲霉素等不利影响：t由于微生物的生长繁殖而腐烂、变质，不能再食用或使用；t病原微生物进入人体的重要途径，引起传染性疾病；t 利用特定的微生物制备风味食品，如酱制品、米酒、腌酸菜等；有利影响：五、极端环境下的微生物1、嗜热微生物2、嗜冷微生物3、嗜酸微生物4、嗜碱微生物5、嗜盐微生物6、嗜压微生物极端环境下的微生物研究意义：(1)开发利用新的微生物资源，包括特异性的基因资源；(2)为微生物生理、遗传和分类乃至生命科学及相关学科许多领域，如：功能基因组学、生物电子器材等的研究提供新的课题和材料；(3)为生物进化、生命起源的研究提供新的材料。六、生物体内外的正常菌群六、生物体内外的正常菌群人体微生态无菌动物和悉生生物植物微生态第九章第九章 微生物的生态微生物的生态微生物学（1）人体微生态v自然界中广泛存在着大量的，多种多样的微生物。当自然界中广泛存在着大量的，多种多样的微生物。当人体免疫功能正常时，这些微生物对宿主无害，有些人体免疫功能正常时，这些微生物对宿主无害，有些对人还有利，是为正常微生物群。对人还有利，是为正常微生物群。v正常菌群的生理学意义：正常菌群的生理学意义：生物拮抗生物拮抗 营养作用营养作用 免疫作用免疫作用 抗衰老作用抗衰老作用第九章第九章 微生物生态微生物生态微生物学菌群失调菌群失调 在正常情况下，人体和正常菌群之间以及正常菌群中各细菌在正常情况下，人体和正常菌群之间以及正常菌群中各细菌之间，保持一定的生态平衡。之间，保持一定的生态平衡。如果生态平衡失调，以至机体某一部位的正常菌群中各细如果生态平衡失调，以至机体某一部位的正常菌群中各细菌的比例关系发生数量和质量上的变化，称为菌的比例关系发生数量和质量上的变化，称为菌群失调菌群失调。菌群失调的常见诱因：菌群失调的常见诱因：主要是使用抗生素、同位素、激素、患有慢性消耗性疾病主要是使用抗生素、同位素、激素、患有慢性消耗性疾病时，肠道、呼吸道、泌尿生殖道的功能失常也是重要原因。去时，肠道、呼吸道、泌尿生殖道的功能失常也是重要原因。去除诱因后一般可使菌群复常，也有长期失调难于逆转的情况。除诱因后一般可使菌群复常，也有长期失调难于逆转的情况。微生态制剂微生态制剂一般用于恢复肠道内的正常生态环境，若肠道一般用于恢复肠道内的正常生态环境，若肠道功能正常，一般不需要服用。功能正常，一般不需要服用。正常菌群与宿主间的生态平衡在某些情况下可被打破，正常菌群与宿主间的生态平衡在某些情况下可被打破，形成生态失调而导致疾病。原来在正常时不致病的正形成生态失调而导致疾病。原来在正常时不致病的正常菌群就成了常菌群就成了条件致病菌。条件致病菌。特定条件包括：特定条件包括：寄居部位的改变寄居部位的改变 免疫功能低下免疫功能低下 菌群失调菌群失调(2)无菌动物和悉生生物凡在其体内外检查不到任何正常菌群的动物，凡在其体内外检查不到任何正常菌群的动物，称为称为无菌动物无菌动物。用无菌动物进行实验，可排除。用无菌动物进行实验，可排除正常菌群的干扰，从而使人们可以更深入、更正常菌群的干扰，从而使人们可以更深入、更精确地研究动物的免疫、营养、代谢、衰老和精确地研究动物的免疫、营养、代谢、衰老和疾病等问题。疾病等问题。凡已人为地接种上某已知纯种微生物的无菌动凡已人为地接种上某已知纯种微生物的无菌动物或无菌植物，称为物或无菌植物，称为悉生生物悉生生物。(3)植物微生态第九章第九章 微生物的生态微生物的生态微生物学根际微生物和根际微生物和附生微生物附生微生物 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。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。菌种资源的开发菌种资源的开发自然界的菌种资源虽十分丰富，但要设法从其中筛到较为理想的菌种也不十分容易。如链霉素的发现就是其中一个例子。分离样品中的微生物，通常情况下可分四步来进行：n1采集菌样n2富集培养 n3纯种分离n4性能测定采取土壤样品要考虑的几个问题采取土壤样品要考虑的几个问题n土质肥，微生物含量高，特别肥沃的土壤中细菌多，放线菌少；在植物残体枯枝落叶下的土壤中较多含有拮抗性真菌。n离地面5-20cm处的土壤通气良好、不受阳光直射，喊菌量最高。n采土季节以春秋两季最好。n采土方法：选择适当地点、铲除表土、取土样数十克，盛入事先准备的无菌防水纸袋中，其上记录采土时间、地点、植被情况等。n多点采土、混合分离，可以代表每一地块上的微生物分布平均情况9.2 9.2 微生物与生物环境间的关系微生物与生物环境间的关系 不同生物间的相互关系第九章第九章 微生物的生态微生物的生态微生物学v有利关系有利关系：互生 共生：互惠共生和偏利共生 v有害关系有害关系：拮抗（偏害共生）寄生 捕食 竞争第九章第九章 微生物的生态微生物的生态微生物学（一）互生（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，但二者不形成共生组织(生命整体)的关系。“可分可合，合比分好”微生物间的互生关系:纤维素分解细菌固氮菌 人体肠道正常菌群第九章第九章 微生物的生态微生物的生态微生物学（二）共生（二）共生v二种生物共居在一起，相互分工协作、相依为命，甚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。产生了新的结构的特殊的共生体。v共生一般有二种情况：互惠共生（二者均得利）和偏共生一般有二种情况：互惠共生（二者均得利）和偏利共生（一方得利，但另一方并不受害）利共生（一方得利，但另一方并不受害）1 1）微生物间的共生关系微生物间的共生关系地衣地衣藻类或蓝细菌和真菌的共生体藻类或蓝细菌和真菌的共生体 生理上的共生：生理上的共生：其中蓝细菌和绿藻进行光合作用，为其中蓝细菌和绿藻进行光合作用，为真菌提供有机养料，而真菌则以其产生的有机酸分解真菌提供有机养料，而真菌则以其产生的有机酸分解岩石为藻类提供矿质元素。岩石为藻类提供矿质元素。结构上的共生：结构上的共生：形成有固定形态的叶状结构形成有固定形态的叶状结构。细菌与原生动物间的共生关系细菌与原生动物间的共生关系：细菌栖息于原生动物细菌栖息于原生动物细胞内，获得营养和保护环境；原生动物通过共生菌细胞内，获得营养和保护环境；原生动物通过共生菌获得生长所需要的维生素及其它生长因子。获得生长所需要的维生素及其它生长因子。地衣：真菌与绿藻的共生地衣：真菌与绿藻的共生2 2）微生物和植物间的共生关系）微生物和植物间的共生关系 n根瘤根瘤根瘤菌与豆科植物间的共生体。根瘤菌与豆科植物间的共生体。根瘤菌固定根瘤菌固定大气中的气态氮为植物提供氮素养料；豆科植物的根大气中的气态氮为植物提供氮素养料；豆科植物的根的分泌物能刺激根瘤菌的生长，同时，还为根瘤菌提的分泌物能刺激根瘤菌的生长，同时，还为根瘤菌提供保护和稳定的生长条件。供保护和稳定的生长条件。n菌根菌根：土壤真菌与植物根形成的共生结构。土壤真菌与植物根形成的共生结构。具有改善具有改善植物营养、调节植物代谢和增强植物抗病能力等功能。植物营养、调节植物代谢和增强植物抗病能力等功能。3 3）微生物与动物的共生关系微生物与动物的共生关系 v与昆虫的共生关系与昆虫的共生关系 外共生：例如白蚁与其肠道内的微生物之间的共生。外共生：例如白蚁与其肠道内的微生物之间的共生。内共生：昆虫与其细胞内的共生性细菌。内共生：昆虫与其细胞内的共生性细菌。v与反刍动物的共生关系：与反刍动物的共生关系：反刍动物，如牛、羊、骆驼、反刍动物，如牛、羊、骆驼、长颈鹿等。长颈鹿等。v深海火山口细菌与蠕虫的共生关系深海火山口细菌与蠕虫的共生关系（三）拮抗作用（三）拮抗作用(又称颉颃或偏害共生又称颉颃或偏害共生)n这是一种微生物通过产生某种特殊的代谢产物或改变环境条件来抑制或杀死另一微生物种群的现象。v非特异性拮抗作用v特异性拮抗作用第九章第九章 微生物的生态微生物的生态微生物学v非特异性拮抗作用非特异性拮抗作用指一种微生物通过自身的代谢活动改变环境条件指一种微生物通过自身的代谢活动改变环境条件,非特异非特异性地抑制其他微生物的作用。其作用方式：性地抑制其他微生物的作用。其作用方式：产酸。腌制泡菜、酸菜或青贮饲料产酸。腌制泡菜、酸菜或青贮饲料产生乙醇。抑制除醋酸菌以外的其它微生物的生长产生乙醇。抑制除醋酸菌以外的其它微生物的生长改变氧分压。改变氧分压。v特异性拮抗作用特异性拮抗作用是一种微生物在代谢活动中专门产生的一些特殊次生代是一种微生物在代谢活动中专门产生的一些特殊次生代谢产物能在低浓度下有选择性地抑制或杀死另一种微生谢产物能在低浓度下有选择性地抑制或杀死另一种微生物的作用。物的作用。细菌素细菌素 抗生素抗生素（四）寄生（四）寄生 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。微生物间的寄生:噬菌体细菌；蛭弧菌细菌；真菌真菌；真菌、细菌原生动物。微生物与动植物间的寄生关系:各种各样的致病菌多是行寄生生活。第九章第九章 微生物的生态微生物的生态微生物学（五）捕食（五）捕食 n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。n对微生物来说，一般有如下几种情况：原生动物吞食细菌和藻类；粘细菌吞食细菌和其它微生物；真菌捕食线虫和其它原生动物 第九章第九章 微生物的生态微生物的生态微生物学（六）竞争 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。第九章第九章 微生物的生态微生物的生态微生物学9.3 9.3 微生物与自然界物质循环微生物与自然界物质循环第九章第九章 微生物的生态微生物的生态微生物学微生物在生态系统中的地位微生物在生态系统中的地位1、微生物是有机物的主要分解者；、微生物是有机物的主要分解者；微生物最大的价值也在于其分解功能。它们分解生物圈内存在微生物最大的价值也在于其分解功能。它们分解生物圈内存在的动物和植物残体等复杂有机物质，并最后将其转化成最简单的动物和植物残体等复杂有机物质，并最后将其转化成最简单的无机物，再供初级生产者使用。的无机物，再供初级生产者使用。2 2、微生物是物质循环中的重要成员；、微生物是物质循环中的重要成员；微生物参与所有的物质循环，大部分元素及其化合物都受到微微生物参与所有的物质循环，大部分元素及其化合物都受到微生物的作用。在一些物质的循环中，微生物是主要的成员，起生物的作用。在一些物质的循环中，微生物是主要的成员，起主要作用；而一些过程只有微生物才能进行，起独特作用；而主要作用；而一些过程只有微生物才能进行，起独特作用；而有的是循环中的关键过程，起关键作用。有的是循环中的关键过程，起关键作用。3、微生物是生态系统中的初级生产者；光能营养和化能营养微生物是生态系统的初级生产者，它们具光能营养和化能营养微生物是生态系统的初级生产者，它们具有初级生产者所具有的二个明显特征，即可直接利用太阳能、有初级生产者所具有的二个明显特征，即可直接利用太阳能、无机物的化学能作为能量来源，另一方面其积累下来的能量又无机物的化学能作为能量来源，另一方面其积累下来的能量又可以在食物链、食物网中流动。可以在食物链、食物网中流动。4 4、微生物是物质和能量的贮存者；、微生物是物质和能量的贮存者；微生物和动物、植物一样也是由物质组成和由能量维持的生命微生物和动物、植物一样也是由物质组成和由能量维持的生命有机体。在土壤、水体中有大量的微生物生物量，贮存着大量有机体。在土壤、水体中有大量的微生物生物量，贮存着大量的物质和能量。的物质和能量。5 5、微生物在地球生物演化中的作用；、微生物在地球生物演化中的作用；微生物是最早出现的生物体，并进化成后来的动、植物。藻类微生物是最早出现的生物体，并进化成后来的动、植物。藻类的产氧作用，改变大气圈中的化学组成，为后来动、植物出现的产氧作用，改变大气圈中的化学组成，为后来动、植物出现打下基础。打下基础。第九章第九章 微生物的生态微生物的生态微生物学碳、氢、氧元素在自然界中的循环碳、氢、氧元素在自然界中的循环大气CO2化石燃料呼吸作用O2 +“CH2O”醇，有机酸，H2+CO2CH4光合作用光合作用发酵作用发酵作用有氧环境有氧环境无氧环境无氧环境COCO氧化菌藻类产生，汽车排放产CH4菌CH4氧化细菌藻类，蓝细菌藻类，蓝细菌厌氧微生物厌氧微生物光合细菌光合细菌一、微生物在碳素循环中的作用第九章第九章 微生物的生态微生物的生态二、微生物在氮素循环中的作用大气大气N2生物体有机氮NH4+NO3-NO2-N2ONH2OHNH4+硝化作用硝化作用硝硝酸酸盐盐同化作用同化作用铵盐同化作用铵盐同化作用生物固氮异异化化性性硝硝酸酸盐还原作用盐还原作用亚亚硝硝酸酸氨化作用氨化作用硝化作用硝化作用氨化作用氨化作用（双线箭头表示微生物与植物的共同作用，双线箭头表示微生物与植物的共同作用，粉色箭头表示好氧条件下粉色箭头表示好氧条件下进行进行；黄色表示厌氧条件）黄色表示厌氧条件）反硝化作用原核生物的专原核生物的专利，占利，占8585亚硝化细亚硝化细菌：亚硝菌：亚硝化单胞菌化单胞菌属属硝化细硝化细菌：硝菌：硝化杆菌化杆菌菌属菌属荧光假单胞菌荧光假单胞菌;腐败梭菌腐败梭菌;芽芽孢杆菌孢杆菌兼性厌兼性厌氧菌，氧菌，行无氧行无氧呼吸的呼吸的菌种菌种气单胞菌气单胞菌属、芽孢属、芽孢杆菌属、杆菌属、肠杆菌属肠杆菌属淹水的土壤或死水淹水的土壤或死水塘，少数异养和化塘，少数异养和化能自养菌能自养菌（红箭头表示植物与微生物共同进行的反应红箭头表示植物与微生物共同进行的反应，黄色表示无氧条件，黄色表示无氧条件，其它有无氧均可其它有无氧均可）SSO42-H2S生生 物物 体体有机硫有机硫异化性硫酸盐还原异化性硫酸盐还原同同化化性性硫硫酸酸盐还原盐还原脱硫作用脱硫作用硫氧化作用硫氧化作用异化性硫还原异化性硫还原硫氧化作用硫氧化作用三、微生物在硫素循环中的作用腐败微生物腐败微生物好氧或微好好氧或微好氧的化能营氧的化能营养硫氧化菌养硫氧化菌和光营养硫和光营养硫细菌细菌脱硫弧菌属脱硫弧菌属脱硫弧单胞菌属脱硫弧单胞菌属生物有机磷生物有机磷不溶性磷酸盐磷酸或可溶性磷酸盐与与土土壤壤中中的的盐盐基基结结合合产产酸酸微微生生物物的的作作用用或或磷磷肥肥的的生产生产植植物物与与微微生生物物的吸收同化的吸收同化微微生生物物的的分分解作用解作用四、微生物在自然界中磷元素的循环作用第九章第九章 微生物的生态微生物的生态8.4 8.4 微生物与环境保护微生物与环境保护第九章第九章 微生物的生态微生物的生态微生物学水资源污染日益严重水资源污染日益严重一、水污染及防治微生物学富营养化富营养化水体中氮、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水华:淡水水体中的富营养化赤潮:咸水水体中的富营养化二、微生物治理污染污水的微生物治理 好氧生物处理:活性污泥法、生物膜法及氧化塘法 厌氧生物处理:甲烷发酵 固体垃圾的微生物治理 好氧堆肥法 厌氧发酵法:厌氧堆肥法和沼气发酵 污水的微生物处理高BOD5的污水进入处理装置后，其中的自然微生物区系在好氧条件下，根据其中营养物质或有毒物质的情况，在客观上造成了一个选择性的培养条件，并随着时间的推移，发生了微生物区系的有规律的更迭，从而使水中的有机物或毒物不断被降解、氧化、分解、转化或吸附沉降，进而达到去除污染物和沉降、分层的效果。其废渣经过厌氧发酵生产沼气和有机肥。污水处理装置是一个小型生态系统，污水处理装置是一个小型生态系统，在其中利用各种生理生化性能的微生在其中利用各种生理生化性能的微生物类群间的互相配合而进行的一种物物类群间的互相配合而进行的一种物质循环过程。质循环过程。nBOD5（biological oxygen demand）：五日生化需氧量。表示水中有机物含量的间接指标。一般指在20下，1L污水中所含的有机物（主要是有机碳源），在进行微生物氧化时，5日内所消耗的分子氧的毫克数（或ppm数）。n测定方法：取一定量被测水样，用加有磷素营养和经氧饱和的稀释用水稀释到一定浓度，然后放在密封瓶中，在20 恒温培养5天，测定水中残留溶解氧的量。nCOD（chemical oxygen demand）：即化学需氧量。使用强氧化剂使1L污水中的有机物质迅速进行化学氧化时所消耗氧的毫克数。实际上许多无机物也能被氧化而影响COD值。COD能在短时间内测得，有利于指导现场操作。常用的氧化剂是K2Cr2O7，测得为CODCr。污水处理的有关名词污水处理的有关名词污水处理的主要装置污水处理装置节能型耗能型产能型：氧化塘法洒水滤床法活性污泥法生物膜法厌氧消化法（即沼气发酵）推流式曝气法完全混合曝气法生物转盘法塔式滤池法曝曝气池气池1.完全混合曝气法(活性污泥法)n所谓活性污泥是指由菌胶团形成菌、原生动物、有机和无机胶体及悬浮物组成的絮状体。在污水处理过程中，它具有很强的吸附、氧化和分解有机物的能力。在静止状态时,又具有良好的沉降性能.活性污泥中菌胶团细菌和丝状细菌的复合体显微照片引自Lansing M.Prescott et al Microbiology(fifth edition)生物转盘法的基本装置2.生物转盘法生物膜是附着在载体表面，以菌胶团为主体所形成的粘膜状物 固体垃圾的微生物处理有机垃圾好氧生物反应器三、沼气发酵与环保沼气（marsh gas或swamp gas）：又称生物气（biogas），是一种混合可燃气体，其中主要成分为甲烷、还含有少量H2、N2、CO2等。沼气发酵：其生化本质是一种由产甲烷细菌进行的甲烷形成（methanogenesis）过程。甲烷形成的阶段理论：1906年，Omeliansky提出，由纤维素等复杂有机物经甲烷菌分解直接产生CH4和CO2；1930年代有人将其分为产酸和产气两阶段；1979年Bryant提出三阶段理论。即：u大分子降解产酸，厌氧和兼性厌氧菌，产物为有机酸、氨、H2、CO2；u产氢产乙酸细菌，产物为乙酸和H2；u产甲烷菌群，严格厌氧产物为甲烷。生物量的概念：某一时刻存在于一个生态系统中的全部生物体有机物质的总和，称为生物量。植物秸杆和其它动植物残体是含量最高的生物量，是一类可再生资源（renewable）或永续资源。一步利用燃烧，快速取得其中约10%左右的热能和草木灰梯级利用方式：粉碎做牲畜饲料畜粪沼气发酵，利用其中约90%化学能固体残渣可做优质肥料，甚至添加到饲料中产甲烷菌是自然界碳素循环中厌氧生物链的最后一个成员沼气发酵的意义沼气发酵的意义四、微生物与环境监测（一）粪便污染指示菌（一）粪便污染指示菌n 肠道菌群的数量作为水体质量的指标肠道菌群的数量作为水体质量的指标（二）水体污染指示生物带（二）水体污染指示生物带n 根据水域中的动、植物和微生物区系，可推测该根据水域中的动、植物和微生物区系，可推测该水域中的污染状况。水域中的污染状况。（三）致突变物与致癌物的微生物检测（三）致突变物与致癌物的微生物检测n 艾姆氏试验法检测环境中的艾姆氏试验法检测环境中的“三致三致”物质物质（四）发光细菌检测法（四）发光细菌检测法