最新微生物学生态PPT课件.ppt

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1、微生物学生态微生物学生态生态学生态学 是一门研究生物系统与其环境条件间相互作用是一门研究生物系统与其环境条件间相互作用规律性的科学。规律性的科学。微生物生态学微生物生态学 就是研究微生物群体与其周围的生物和就是研究微生物群体与其周围的生物和非生物环境条件相互作用关系的科学。非生物环境条件相互作用关系的科学。微生物分布微生物分布 开发菌种资源开发菌种资源微生物与其他生物的关系微生物与其他生物的关系制药、农药制药、农药、肥料、肥料微生物之间的关系微生物之间的关系混菌发酵、污水处理混菌发酵、污水处理微生物在自然界物质循环中的作用微生物在自然界物质循环中的作用揭开地球环揭开地球环境境变迁、生物进化之谜

2、。同时有助于探矿、冶金、环保变迁、生物进化之谜。同时有助于探矿、冶金、环保等等 微生物的数量也与土层的深度有关，一般土壤表层微生物最多，随着土层的加深，微生物的数量逐步减少。水体中含有机物、无机物、水体中含有机物、无机物、O2、毒物以及光照、毒物以及光照、pH、温度、水压、流速、渗透压和生物群体等的明显、温度、水压、流速、渗透压和生物群体等的明显差别，在自然界的江、河、湖、海等各种淡水与咸水差别，在自然界的江、河、湖、海等各种淡水与咸水水域中都生存着相应的微生物水域中都生存着相应的微生物.（二）水体中的微生物（二）水体中的微生物1不同水体中的微生物种类不同水体中的微生物种类（1）淡水型水体的微

3、生物淡水型水体的微生物江、河、湖和水库等，根据其中有机物含量的多少及江、河、湖和水库等，根据其中有机物含量的多少及其与微生物的关系还可分为两类。其与微生物的关系还可分为两类。1）清水型水生微生物）清水型水生微生物 在洁净的湖泊和水库蓄水中，因有机物含量低，在洁净的湖泊和水库蓄水中，因有机物含量低，故微生物数量很少（故微生物数量很少（10103ml),可认为是水体环可认为是水体环境中境中“土生土长土生土长”的土居微生物或土著种的土居微生物或土著种.典型的清水型微生物以典型的清水型微生物以化能自养微生物和光能自化能自养微生物和光能自养微生物养微生物为主，如硫细菌、铁细菌和衣细菌等，以及为主，如硫细

4、菌、铁细菌和衣细菌等，以及含有光合色素的蓝细菌、绿硫细菌和紫细菌等。含有光合色素的蓝细菌、绿硫细菌和紫细菌等。2）腐败型水生微生物）腐败型水生微生物 流经城市的河水、港口附近的海水、滞留的池水以流经城市的河水、港口附近的海水、滞留的池水以及下水道的沟水中，富营养化的湖水，由于流入了大及下水道的沟水中，富营养化的湖水，由于流入了大量的人畜排泄物、生活污物和工业废水等，因此有机量的人畜排泄物、生活污物和工业废水等，因此有机物的含量大增，同时也夹入了大量外来的腐生细菌物的含量大增，同时也夹入了大量外来的腐生细菌.腐败型水生微生物尤其是细菌和原生动物大量繁腐败型水生微生物尤其是细菌和原生动物大量繁殖，

5、每毫升污水的微生物含量达到殖，每毫升污水的微生物含量达到107108个。其中个。其中主要为主要为各种肠道杆菌、芽孢杆菌、弧菌和螺菌各种肠道杆菌、芽孢杆菌、弧菌和螺菌等。这等。这些微生物在污水环境中大量繁殖，逐渐把水中的有机些微生物在污水环境中大量繁殖，逐渐把水中的有机物分解成简单的无机物污水也就逐步净化变清。物分解成简单的无机物污水也就逐步净化变清。包括：包括：好氧菌对有机物的分解作用好氧菌对有机物的分解作用，原生动物对细菌等的吞原生动物对细菌等的吞噬作用，噬菌体对宿主的裂解作用，藻类对无机元素噬作用，噬菌体对宿主的裂解作用，藻类对无机元素的吸收利用，以及浮游动物和一系列后生动物通过食的吸收利

6、用，以及浮游动物和一系列后生动物通过食物链对有机体的摄取和浓缩作用等物链对有机体的摄取和浓缩作用等。水体的自净作用水体的自净作用流水不腐流水不腐在自然水体尤其是快速流动的水体中，存在着对有机在自然水体尤其是快速流动的水体中，存在着对有机或无机污染物的或无机污染物的自净作用自净作用。其原因是多方面的，虽有。其原因是多方面的，虽有物理性的稀释、沉降、吸附等作用和化学性的氧化作物理性的稀释、沉降、吸附等作用和化学性的氧化作用，但更重要的却是用，但更重要的却是各种生物学和生物化学各种生物学和生物化学作用。作用。（三）水体自净及污染水体的微生物生态（三）水体自净及污染水体的微生物生态特特 征征多污带多污

7、带-中污带中污带-中污带中污带寡污带寡污带水色暗灰色，很浑浊灰色，较浑浊浑浊浑浊度低BOD高减少,有悬浮物减少,悬浮物少极少,悬浮极少溶解氧含量极低（或无）少升高恢复正常气体H2S、CO2和CH4NH3、H2S氨及H2S减少H2S消失细菌数量107-8/ml106/ml104/ml极少微生物种类特点（兼）厌气性硫酸还原菌产甲烷菌藻类及原生动物出现藻类大量繁殖纤毛虫活跃鱼腥藻、硅藻、黄藻、钟虫、变形虫动物类型寡毛类（颤蚯蚓）颤蚯蚓，增多轮虫、浮游甲壳动物轮虫、浮游甲壳动物增多显花植物无无出现增多鱼类无无无有底泥大量的有机质部分无机化大量无机化1）海水的含盐量）海水的含盐量3%左右，能在其中生活的

8、微生物为左右，能在其中生活的微生物为嗜盐菌。嗜盐菌。v真正的海洋细菌在缺少氯化钠的情况下是不能生长真正的海洋细菌在缺少氯化钠的情况下是不能生长的，为：一些藻类以及细菌中的芽孢杆菌属、假单的，为：一些藻类以及细菌中的芽孢杆菌属、假单孢菌属、弧菌属及一些发光细菌等。孢菌属、弧菌属及一些发光细菌等。2）除了在热带海水表面外，在其它海水中发现的细菌）除了在热带海水表面外，在其它海水中发现的细菌多为嗜冷菌。多为嗜冷菌。3）在深海或超深海由于黑暗、寒冷和超高压只有少数）在深海或超深海由于黑暗、寒冷和超高压只有少数耐压菌才可生长，少数微生物甚至可在耐压菌才可生长，少数微生物甚至可在600个大气个大气压下生长

9、。如水活微球菌和浮游植物弧菌等。压下生长。如水活微球菌和浮游植物弧菌等。(2)海水型水体微生物海水型水体微生物（三）（三）空气中的微生物空气中的微生物1、无原生的微生物区系无原生的微生物区系空气中不含微生物生长繁殖所必须的营养物、充足空气中不含微生物生长繁殖所必须的营养物、充足的水分和其他条件，且日光中的的水分和其他条件，且日光中的UV还具强烈的杀菌作还具强烈的杀菌作用，因而不宜于微生物的生存。用，因而不宜于微生物的生存。2、来源、来源土壤、水体及人类的生产、生活活动。土壤、水体及人类的生产、生活活动。3、种类、种类主要为真菌和细菌，一般与其所在环境的微生物种主要为真菌和细菌，一般与其所在环境

10、的微生物种类有关。类有关。4、数量、数量取决于尘埃数量。取决于尘埃数量。测定空气中微生物的数目可用培养皿沉降法或液测定空气中微生物的数目可用培养皿沉降法或液体阻留法等方法进行体阻留法等方法进行.凡须进行空气消毒的场所，例如医院的手术室、病凡须进行空气消毒的场所，例如医院的手术室、病房、微生物接种室或培养室等处可以用房、微生物接种室或培养室等处可以用紫外线消毒、福紫外线消毒、福尔马林尔马林等药物的熏蒸或喷雾消毒等方法进行。等药物的熏蒸或喷雾消毒等方法进行。为防止空气中的杂菌对微生物培养物或发酵罐内为防止空气中的杂菌对微生物培养物或发酵罐内的纯种培养物的污染，可用棉花、纱布（的纯种培养物的污染，可

11、用棉花、纱布（8层以上）、层以上）、石棉滤板、活性炭或超细玻璃纤维过滤纸进行空气过石棉滤板、活性炭或超细玻璃纤维过滤纸进行空气过滤滤.极端环境：极端环境：高温、低温、高酸、高碱、高盐、高温、低温、高酸、高碱、高盐、高毒、高渗、高压、干旱或高辐射强度等绝高毒、高渗、高压、干旱或高辐射强度等绝大多数生物都无法生存的环境。大多数生物都无法生存的环境。极端微生物（嗜极菌）：极端微生物（嗜极菌）：凡依赖于这些极端凡依赖于这些极端环境才能正常生长繁殖的微生物。环境才能正常生长繁殖的微生物。（五）极端环境下的微生物（五）极端环境下的微生物极端环境极端环境不同生物的不同生物的pH极限极限红色为古细菌红色为古细

12、菌，蓝色为细菌，蓝色为细菌，浅绿色为藻类浅绿色为藻类，棕色为真棕色为真菌菌，黄色为原生动物，黄色为原生动物，绿色为植物绿色为植物，紫色是动物紫色是动物。不同生物的温度极限不同生物的温度极限红色为古细菌红色为古细菌，蓝色为细菌蓝色为细菌，浅绿色为藻类浅绿色为藻类，棕色为真棕色为真菌菌，黄色为原生动物黄色为原生动物，绿色为植物绿色为植物，紫色是动物紫色是动物。Life in extreme environments.LynnJ.Rothschild&RoccoL.MancinelliNature,2001,Vol.409,1092-1101极端环境微生物的研究意义极端环境微生物的研究意义v由于极端

13、环境微生物能产生许多独特的稳定蛋由于极端环境微生物能产生许多独特的稳定蛋白，在生物技术产业上有很高的价值，它们产白，在生物技术产业上有很高的价值，它们产生的许多酶已经在市场上得到广泛的应用。生的许多酶已经在市场上得到广泛的应用。v在生物学上，极端环境微生物的意义也不能被在生物学上，极端环境微生物的意义也不能被低估，通过对低估，通过对16s rDNA的研究，的研究，Woese在在1990年提出了新的分类系统。年提出了新的分类系统。v对极端环境微生物中古细菌的研究，显示这一对极端环境微生物中古细菌的研究，显示这一类微生物和已知的微生物有显著的差别，从而，类微生物和已知的微生物有显著的差别，从而，提

14、出了新的分类系统，即三域分类系统古菌、提出了新的分类系统，即三域分类系统古菌、细菌和真核生物。细菌和真核生物。极端环境微生物在工业上的应用极端环境微生物在工业上的应用Lifeinextremeenvironments.LynnJ.Rothschild&RoccoL.MancinelliNature,2001,Vol.409,1092-1101人体的正常菌群人体的正常菌群 在人类的皮肤、粘膜以及一切与外界环境相通的腔在人类的皮肤、粘膜以及一切与外界环境相通的腔道，如口腔、鼻咽腔、消化道和泌尿生殖道中经常有道，如口腔、鼻咽腔、消化道和泌尿生殖道中经常有大量的微生物存在着。大量的微生物存在着。生活在

15、健康动物各部位，数量大、种类较稳定且生活在健康动物各部位，数量大、种类较稳定且一般是有益无害的微生物，称为正常菌群一般是有益无害的微生物，称为正常菌群.正常菌群与人体的关系：一般能维持平衡，菌群正常菌群与人体的关系：一般能维持平衡，菌群内部的各种微生物之间，也相互制约而维持相对稳定。内部的各种微生物之间，也相互制约而维持相对稳定。机体防御机能减弱时，一部分正常菌群会成为病原微机体防御机能减弱时，一部分正常菌群会成为病原微生物；生物；正常菌群在非正常部位时也可引起疾病；正常菌群在非正常部位时也可引起疾病；由于外界因素的影响，破坏了各种微生物之间的相互由于外界因素的影响，破坏了各种微生物之间的相互

16、制约关系，正常菌群也会引起疾病（菌群失调症）。制约关系，正常菌群也会引起疾病（菌群失调症）。人体肠道正常菌群与宿主间的关系，主要是互生关系，人体肠道正常菌群与宿主间的关系，主要是互生关系，但在某些特殊条件下，也会转化为寄生关系。所谓正但在某些特殊条件下，也会转化为寄生关系。所谓正常菌群，实际上是相对的、可变的和有条件的。常菌群，实际上是相对的、可变的和有条件的。v正常菌群失调：正常菌群的微生态平衡是相对的、正常菌群失调：正常菌群的微生态平衡是相对的、可变的、有条件的。一旦宿主的防御功能减弱、正常可变的、有条件的。一旦宿主的防御功能减弱、正常菌群生长部位改变或长期服用抗生素等制菌药物后，菌群生长

17、部位改变或长期服用抗生素等制菌药物后，就会引起菌群失调。就会引起菌群失调。v条件致病菌：条件致病菌：由于正常菌群失调，原先某些不致病的正由于正常菌群失调，原先某些不致病的正常菌群成员就会乘机转移或大量繁殖，成为致病菌。常菌群成员就会乘机转移或大量繁殖，成为致病菌。v内源感染：内源感染：由条件致病菌引起的感染。由条件致病菌引起的感染。v微生态制剂：微生态制剂：根据微生态学理论而制成的含有有益菌的根据微生态学理论而制成的含有有益菌的活菌制剂。活菌制剂。v微生态学：微生态学：从细胞和分子水平上研究微观层次上的生态从细胞和分子水平上研究微观层次上的生态学规律。学规律。v人体五大微生态系统：人体五大微生

18、态系统：消化道、呼吸道、泌尿生殖道、消化道、呼吸道、泌尿生殖道、口腔及皮肤。口腔及皮肤。v益生菌剂：益生菌剂：一类分离自正常菌群，以高含量活菌为主体，一类分离自正常菌群，以高含量活菌为主体，以口服或粘膜途径投入，以改善宿主特定部位微生态平以口服或粘膜途径投入，以改善宿主特定部位微生态平衡并有其他有益生理活性的生物制剂。衡并有其他有益生理活性的生物制剂。二、二、菌种资源的开发菌种资源的开发菌种开发的一般步骤：菌种开发的一般步骤：采集菌样采集菌样富集培养富集培养纯种分离纯种分离性能测定。性能测定。研究微生物的研究微生物的分布规律分布规律，有助于开发丰富的菌种有助于开发丰富的菌种资源，防止有害微生物

19、的活动；资源，防止有害微生物的活动；现代分子生态学v微生物生态学研究什么？v1，有什么v2，做什么v3，能做什么v4，我们利用他们做什么v对环境中微生物种群的类型和数量进行及时和准确的分析测定在微生物生态研究中十分重要，传统的微生物分析测定方法，包括显微镜微生物形态观察、选择性培养基计数、纯种分离和生理生化鉴定等，在环境样品研究中都存在巨大缺陷。v近年来，v人们运用微生物生物化学分类的一些生物标记，包括呼吸链泛醌、脂肪酸和核酸，来进行环境样品中的微生物种群分析。v其中，以16S rRNADNA为基础的分子生物学技术已成为普遍接受的方法，该技术主要利用不同微生物在16S核糖体RNA(rRNA)及

20、其基因(rDNA)序列上的差异来进行微生物种类的鉴定和定量分析。微生物多样性与DNA指纹技术v环境样品中的微生物DNA提取物通常是不同微生物的DNA混合物，经过PCR后，其产物是序列等长但不同源DNA片段的混合物。混合物中序列的多样性和不同序列的丰度在一定程度上反映了原始样品中微生物种群的多样性和不同物种的丰度。如果可以将这些序列等长但不同源DNA片段分离开，则可对样品中微生物群落的组成进行初步的分析。经过多年的研究，现在已经有多种DNA指纹技术，又称为指纹技术，又称为多态性分析多态性分析变性梯度凝胶电泳(Denaturing Gradient Gel Electrophoresis，DGGE

21、）vDGGE的原理是：在碱基序列上存在差异的不同DNA双链解链时需要不同的变性剂浓度，DNA双链一旦解链，其在聚丙烯酰胺凝胶中的电泳速度将会急剧下降；因此，将PCR扩增得到的等长的DNA片段加入到含有变性剂梯度的凝胶中进行电泳，序列不同的DNA片段就会在各自相应的变性剂浓度下变性，发生空间构型的变化，导致电泳速度的急剧下降，以至停留在其相应的不同变性剂梯度位置，染色后可以在凝胶上呈现为分开的条带。每个条带代表一个特定序列的DNA片段。在不同泳道中停留在相同位置的条带，一般可视为具有相同的DNA序列。16S rDNA文库v有了微生物16S rDNA序列，不论是全长还是部分，都可以提交到GenBa

22、nk采用BLAST程序与已知序列进行相似性分析。Gen Bank将按照与测得序列的相似性高低列出已知序列名单、相似性程度以及这些序列相对应的微生物种类，但更为精确的微生物分类还取决于系统发育分析(phylogenetic analysis)。系统发育分析，就是根据能反映微生物亲缘关系的生物大分子(如16S rDNA、ATP酶基因)的序列同源性，计算不同物种之间的遗传距离，然后采用聚类分析等方法，将微生物进行分类，并将结果用系统发育树(phylogenetic tree)表示。基因探针设计v虽然上述从核酸提取到PCR、克隆、测序和系统发育分析的技术路线，可以给出v详细的微生物种群分析结果，但费时

23、费力，不能对目标种群进行原位和实时的检测，v而且由于核酸提取和PCR过程中存在的偏差，上述实验结果也有可能存在错误。因此v还需要根据测序和系统发育分析的结果进行DNA探针设计，将其施用于原系统v基因探针是一段特异性的DNA单链，通常长度为15到30个碱基，并可根据碱基互补的原理与待测样品中的互补序列在特定条件下结合(称为杂交)，杂交前这段序列被标记上一些可检测的物质(如放射性同位素、荧光染料、或催化特异性反应的酶)，然后就可利用与目标基因结合的基因探针上的放射性信号或荧光信号识别样品中的目标核酸，如16S rRNA荧光原位杂交(Fluorescence in situ hybridizatio

24、n，FISH)v将基因探针用荧光染料标记，再使之与固定在载玻片上的微生物样品杂交，将未杂交的荧光探针洗去后用普通荧光显微镜或是共聚焦激光扫描显微镜进行观察和摄像。v采用这一技术可以同时对不同类群的细菌在细胞水平上进行原位的定性定量分析和空间位置标示In situ identification of archaea/SRB aggregates with fluorescently labelled rRNA-targeted oligonucleotide probes.The archaea are shown in red,and the SRB in green.The aggregat

25、es were visualized using filter sets specific for DAPI,CY3 and FLUOS for identical microscopic fields.第二节第二节 微生物与生物环境间的关系微生物与生物环境间的关系自然环境中的微生物一般都不是单独存在的。自然环境中的微生物一般都不是单独存在的。生物间的关系既多样又复杂杂。微生物与生物环生物间的关系既多样又复杂杂。微生物与生物环境间的关系分为：境间的关系分为：一、互生一、互生二、共生二、共生三、寄生三、寄生四、拮抗四、拮抗五、捕食五、捕食一、互生一、互生 两种可单独生活的生物，当它们在一起时，通

26、过各自的两种可单独生活的生物，当它们在一起时，通过各自的代谢活动而有利于对方，或偏利于一方的生活方式。代谢活动而有利于对方，或偏利于一方的生活方式。1 1、微生物间的互生关系、微生物间的互生关系在土壤微生物中，互生关系十分普遍。在土壤微生物中，互生关系十分普遍。固氮菌固氮菌纤维素分解菌纤维素分解菌 固氮固氮碳源碳源2、微生物与高等植物之间的互生关系、微生物与高等植物之间的互生关系根际微生物与高等植物：高等植物为微生物提供所需的根际微生物与高等植物：高等植物为微生物提供所需的营养物质，植物发达的根系改善了土壤结构，水分和空营养物质，植物发达的根系改善了土壤结构，水分和空气条件，有利于微生物的生长

27、。气条件，有利于微生物的生长。3、微生物与人及动物间的互生关系、微生物与人及动物间的互生关系某些种类微生物在数量稳定的情况下对人及动物物体某些种类微生物在数量稳定的情况下对人及动物物体是有益的。一般不会致病。是有益的。一般不会致病。4、互生现象与发酵工业中的混菌培养互生现象与发酵工业中的混菌培养混菌培养又称混菌发酵或混合发酵。如：氧化葡糖酸杆混菌培养又称混菌发酵或混合发酵。如：氧化葡糖酸杆菌、条纹假单胞菌和巨大芽孢杆菌协同参与菌、条纹假单胞菌和巨大芽孢杆菌协同参与V VC C生产发酵。生产发酵。二、共生二、共生两种微生物紧密生活在一起，彼此依赖，相互为对方两种微生物紧密生活在一起，彼此依赖，相

28、互为对方创造有利条件，有的达到了难以分离的程度。生理上创造有利条件，有的达到了难以分离的程度。生理上相互分工，组织上形成了新的结构，彼此分离各自就相互分工，组织上形成了新的结构，彼此分离各自就不能很好地生活。不能很好地生活。微生物间的共生微生物间的共生微生物与植物共生体微生物与植物共生体菌根菌根微生物与动物共生微生物与动物共生（一）微生物间的共生（一）微生物间的共生-地衣地衣组成：组成：由菌藻（子囊类真菌与藻类）共生或菌菌（真由菌藻（子囊类真菌与藻类）共生或菌菌（真菌与蓝细菌）共生的地衣。菌与蓝细菌）共生的地衣。生理：生理：地衣中的真菌和藻类已形成特殊形态的整体，在地衣中的真菌和藻类已形成特殊

29、形态的整体，在生理上相互依存。其中的藻类或蓝细菌进行光合作用，生理上相互依存。其中的藻类或蓝细菌进行光合作用，为真菌提供养料，真菌以产生的有机酸分解岩石为藻类为真菌提供养料，真菌以产生的有机酸分解岩石为藻类或蓝细菌提供矿质元素。或蓝细菌提供矿质元素。地衣-藻类和真菌的共生体形成有固定形态的叶状结构：形成有固定形态的叶状结构：真菌无规则地缠绕藻类细胞，或二者组成一定的层次排列。真菌无规则地缠绕藻类细胞，或二者组成一定的层次排列。地衣繁殖时，在表面上生出球状粉芽，粉芽中含有少量的藻类细胞地衣繁殖时，在表面上生出球状粉芽，粉芽中含有少量的藻类细胞和真菌菌丝，粉芽脱离母体散布到适宜的环境中，发育成新的

30、地衣和真菌菌丝，粉芽脱离母体散布到适宜的环境中，发育成新的地衣结构上的共生：生理上的共生：共生菌从基质中吸收水分和无机养料；共生菌从基质中吸收水分和无机养料；共生藻进行光合作用，合成有机物；共生藻进行光合作用，合成有机物；使地衣能在十分贫瘠的环境中生存。（二）微生物与植物间的共生（二）微生物与植物间的共生根毛根瘤菌侵入线已侵入的 根瘤菌根瘤根瘤的形成过程根瘤的形成过程1.根瘤菌与植物间的共生根瘤菌与植物间的共生2.菌根菌与植物菌根菌与植物菌根具有改善植物营菌根具有改善植物营养、调节植物代谢和增养、调节植物代谢和增强植物抗病能力等功能。强植物抗病能力等功能。菌根菌主要为真菌中的菌根菌主要为真菌中

31、的担子菌和子囊菌。担子菌和子囊菌。菌根可分为菌根可分为外生菌根外生菌根（哈蒂氏网，主要是担（哈蒂氏网，主要是担子菌、其次是子囊菌形子菌、其次是子囊菌形成）、成）、内生菌根内生菌根（丛（丛枝状菌根，内囊霉科中枝状菌根，内囊霉科中部分真菌形成）。部分真菌形成）。（三）微生物与动物间的共生（三）微生物与动物间的共生1 1、微生物和昆虫的共生、微生物和昆虫的共生在白蚁、蟑螂等昆虫的肠道中有大量的细菌和原生动物在白蚁、蟑螂等昆虫的肠道中有大量的细菌和原生动物与其共生。与其共生。有的生活在共生体的细胞外（外共生生物），有的生活有的生活在共生体的细胞外（外共生生物），有的生活在共生体的细胞内（内共生生物）。

32、在共生体的细胞内（内共生生物）。它们可在厌氧条件下分解纤维素供白蚁营养，而微生物它们可在厌氧条件下分解纤维素供白蚁营养，而微生物则可获得稳定的营养和其他生活条件。则可获得稳定的营养和其他生活条件。反刍动物与瘤胃微生物的共生原理反刍动物与瘤胃微生物的共生原理2.2.瘤胃微生物与反刍动物的共生瘤胃微生物与反刍动物的共生牛羊等反刍动物，草食，但它们本身没有分解纤维素的牛羊等反刍动物，草食，但它们本身没有分解纤维素的能力，而是靠瘤胃微生物帮助分解，使纤维素变成能被能力，而是靠瘤胃微生物帮助分解，使纤维素变成能被牛羊吸收的糖类。牛羊吸收的糖类。瘤胃中生活着多种细菌和原生动物。瘤胃中生活着多种细菌和原生动

33、物。三、寄生三、寄生 一种小型生物生活在另一种较大型生物的体内（包括细一种小型生物生活在另一种较大型生物的体内（包括细胞内）或体表，从中夺取营养并生长繁殖，同时使后者胞内）或体表，从中夺取营养并生长繁殖，同时使后者蒙受损害甚至被杀死的一种相互关系。蒙受损害甚至被杀死的一种相互关系。前者称为寄生物，后者称为寄主或宿主。前者称为寄生物，后者称为寄主或宿主。各种各样的寄生微生物多是致病菌。各种各样的寄生微生物多是致病菌。微生物间的寄生关系微生物间的寄生关系微生物对植物的寄生微生物对植物的寄生微生物对人与动物的寄生微生物对人与动物的寄生（一）（一）微生物间的寄生微生物间的寄生1、噬菌体、噬菌体细菌；细

34、菌；2、蛭弧菌、蛭弧菌细菌；细菌；蛭弧菌的生活史示意图蛭弧菌的生活史示意图（蛭弧菌能寄生在大肠杆菌等许多-菌体内。）3、真菌、真菌真菌；真菌；4、真菌、细菌、真菌、细菌原生动物。原生动物。真菌寄生于真菌菌丝真菌寄生于真菌菌丝细菌寄生于真菌菌丝细菌寄生于真菌菌丝寄生物先分泌毒素，引起寄主活力衰退，然后再缠绕致死。有些寄生真菌不分泌毒素，由菌丝将寄主的菌丝紧紧地缠绕起来，再由接触部位侵入寄主菌丝内吸收营养使之死亡。还有些寄生真菌将菌丝或吸器伸到寄主真菌丝内或寄生菌丝与寄主菌丝接触，溶解寄主细胞膜，吸取其营养物质进行生长繁殖。（二）微生物与植物间的寄生（二）微生物与植物间的寄生微生物对植物的寄生很普

35、遍，这是植物发生病害的微生物对植物的寄生很普遍，这是植物发生病害的重要原因。重要原因。能引起植物病害的微生物称为植物病原微生物。能引起植物病害的微生物称为植物病原微生物。植物或染病微生物发病后，出现变色，组织坏死，植物或染病微生物发病后，出现变色，组织坏死，萎蔫和畸形等症状。萎蔫和畸形等症状。能引起植物病害的有真菌、细菌、病毒等。能引起植物病害的有真菌、细菌、病毒等。植物病害以真菌病害为主，占。细菌性植物植物病害以真菌病害为主，占。细菌性植物病害占。病害占。v寄生于动物的微生物即为动物的病原菌。寄生于动物的微生物即为动物的病原菌。v种类极多，包括：各种病毒、细菌、真菌和原生动物种类极多，包括：

36、各种病毒、细菌、真菌和原生动物等。这些微生物若寄生于对人有害的动物，则可用它等。这些微生物若寄生于对人有害的动物，则可用它们制成微生物杀虫剂或生物农药。们制成微生物杀虫剂或生物农药。v冬虫夏草：寄生于昆虫的真菌。冬虫夏草：寄生于昆虫的真菌。（三）微生物与动物间的寄生（三）微生物与动物间的寄生微生物在人体和动物体内寄生引起人与动物的传染病微生物在人体和动物体内寄生引起人与动物的传染病常见的畜禽传染：炭疽病，口蹄疫，猪瘟，鸡瘟病等常见的畜禽传染：炭疽病，口蹄疫，猪瘟，鸡瘟病等病原微生物寄生在有益的动植物体内会给人们造成经病原微生物寄生在有益的动植物体内会给人们造成经济损失，寄生有害在动物体内，则对

37、人类是有益的，济损失，寄生有害在动物体内，则对人类是有益的，可以加以利用。可以加以利用。四、四、拮抗（抗生）拮抗（抗生）v指由某种生物所产生的特定的代谢产物可抑指由某种生物所产生的特定的代谢产物可抑制它种生物的生长繁殖甚至杀死它们的一种制它种生物的生长繁殖甚至杀死它们的一种相互关系。相互关系。v典型例子：抗生素（抗菌素）、乳酸。典型例子：抗生素（抗菌素）、乳酸。五、五、捕食捕食v一种大型的生物直接捕捉、吞食另一种小型生物以满一种大型的生物直接捕捉、吞食另一种小型生物以满足其营养需要的一种相互关系。足其营养需要的一种相互关系。v原生动物原生动物捕食捕食水体和土壤中的细菌，放线菌，真菌的水体和土壤

38、中的细菌，放线菌，真菌的孢子及单细胞藻类孢子及单细胞藻类（净化污水）。（净化污水）。v捕食性真菌捕食土壤线虫，捕食性真菌捕食土壤线虫，对生物防治具有一定意义。对生物防治具有一定意义。微生物在生态系统中的作用微生物在生态系统中的作用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3.微生物是生态系统中的初级生产者微生物是生态系统中的初级生产者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5.微生物是地球生物演化中的先行者微生物是地球生物演化中的先行者第三节第三节微生物与自然界物质循环微生物与自然界物质循环微生物与生物地

39、球化学循环微生物与生物地球化学循环碳素循环碳素循环氮素循环氮素循环硫素循环硫素循环其他元素的微生物转化其他元素的微生物转化磷素循环磷素循环铁循环铁循环 整个生物圈要获得繁荣昌盛的发展，其能量来源整个生物圈要获得繁荣昌盛的发展，其能量来源主要依赖于太阳，而其元素来源则主要依赖于微生物主要依赖于太阳，而其元素来源则主要依赖于微生物所推动的物质循环。所推动的物质循环。一、碳素循环一、碳素循环微生物在碳循环中的作用微生物在碳循环中的作用降解作用降解作用呼吸作用呼吸作用发酵作用发酵作用甲烷形成甲烷形成光合作用光合作用在自然界中，碳及含碳化合物以多种状态存在着。其中有在自然界中，碳及含碳化合物以多种状态存

40、在着。其中有大气中的大气中的CO2（含量为（含量为0.032）、溶于水中）、溶于水中CO2,H2CO3中中的碳、含碳岩石（石灰石、大理石）和化石燃料（煤、石的碳、含碳岩石（石灰石、大理石）和化石燃料（煤、石油、天然气等）中所含的碳以及有机物中的碳。油、天然气等）中所含的碳以及有机物中的碳。CO2+H2OCO2+CH2O醇有机酸醇有机酸 CO2+H2CH4光合作用光合作用发酵作用发酵作用呼吸作用呼吸作用化石燃料化石燃料碳、氢、氧元素在自然界的循环碳、氢、氧元素在自然界的循环有氧条件下有氧条件下无氧条件下无氧条件下据估计，地球上有据估计，地球上有90的的CO2是靠微生物的分解作是靠微生物的分解作用

41、而形成的。经光合作用固定的用而形成的。经光合作用固定的CO2中，大部分以聚中，大部分以聚糖的形式累积在木本和草本植物躯体中。在陆地上所糖的形式累积在木本和草本植物躯体中。在陆地上所固定的固定的CO2中，几乎有中，几乎有60构成了木材。在木材中，构成了木材。在木材中，约约75是由多糖即纤维素、半纤维素、淀粉、果胶和是由多糖即纤维素、半纤维素、淀粉、果胶和阿拉伯聚糖所构成，另有阿拉伯聚糖所构成，另有20以上以上是由木质素和木聚是由木质素和木聚糖所构成，而蛋白质的含量仅达糖所构成，而蛋白质的含量仅达1左右。左右。微生物在氮素循环中的作用微生物在氮素循环中的作用生物固氮生物固氮氨化作用氨化作用硝化作用

42、硝化作用硝酸盐还原硝酸盐还原二、氮素循环二、氮素循环 氮元素在自然界中的存在形式主要有以下五种：氮元素在自然界中的存在形式主要有以下五种：铵铵盐、亚硝酸盐、硝酸盐、有机含氮物和大气中的游离氮盐、亚硝酸盐、硝酸盐、有机含氮物和大气中的游离氮气。气。反硝化作用反硝化作用自自然然界界中中的的氮氮素素循循环环生物固氮生物固氮生物固氮生物固氮：据据70年代中期的统计全球生物圈每年生年代中期的统计全球生物圈每年生物固氮达物固氮达1.7 108吨，其中草原吨，其中草原3.5 107吨，林地吨，林地4.0 108吨，海洋吨，海洋3.6 108吨，其它土壤吨，其它土壤0.6 108吨。根瘤吨。根瘤菌属每年可为每

43、公顷土地固氮达菌属每年可为每公顷土地固氮达250Kg。硝化作用（硝化作用（硝化作用（硝化作用（nitrificationnitrification）定义：土壤或水体中的氨态氮经化能自养菌的氧化定义：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。而成为硝酸态氮的过程。过程：两阶段过程：两阶段（1）由亚硝化细菌参与，铵）由亚硝化细菌参与，铵亚硝酸；（亚硝酸；（2）由硝化细菌参与，亚硝酸）由硝化细菌参与，亚硝酸硝酸。硝酸。意义：是自然界氮素循环中不可缺少的一环，对农意义：是自然界氮素循环中不可缺少的一环，对农业无益。业无益。氨化作用（氨化作用（ammonnification）定义：含氮

44、有机物经微生物的分解产生氨的作用。定义：含氮有机物经微生物的分解产生氨的作用。含氮有机物的种类：蛋白质、尿素、尿酸、几丁质等。含氮有机物的种类：蛋白质、尿素、尿酸、几丁质等。许多好氧和一些厌氧菌都有强烈的氨化作用能力。许多好氧和一些厌氧菌都有强烈的氨化作用能力。分解蛋白质的微生物种类：分解蛋白质的微生物种类：Proteus vulgaris（普通变形（普通变形杆菌），杆菌），Bacillus megaterium（巨大芽孢杆菌），（巨大芽孢杆菌），Clostridium putrificum（腐败梭菌）。（腐败梭菌）。分解尿素的细菌：分解尿素的细菌：Sporosarcina ureae（脲芽孢

45、八叠球菌）（脲芽孢八叠球菌）和和Bacillus pasteurii（巴氏芽孢杆菌）。（巴氏芽孢杆菌）。分解几丁质的细菌：分解几丁质的细菌：Bacterium chitinophilum（嗜几丁杆（嗜几丁杆菌）等。菌）等。意义：含氮有机物必须经过微生物降解才能被植物利用。意义：含氮有机物必须经过微生物降解才能被植物利用。反硝化作用反硝化作用定义：定义：由硝酸盐还原成由硝酸盐还原成NO2并进一步还原成并进一步还原成N2的过程的过程（广义）。狭义的反硝化作用仅指由亚硝酸还原成（广义）。狭义的反硝化作用仅指由亚硝酸还原成N2的过程。的过程。条件：条件：厌氧（淹水的土壤或死水塘中）。厌氧（淹水的土壤或

46、死水塘中）。菌种：菌种：少数异养和化能自养菌。如：少数异养和化能自养菌。如：Pseudomonas aeruginosa（铜绿假单胞菌）、（铜绿假单胞菌）、Ps.stutzeri（施氏假（施氏假单胞菌）、单胞菌）、Thiobacillus denitrificans（脱氮硫杆菌）（脱氮硫杆菌）以及以及Spirillum（螺菌属）和（螺菌属）和Moraxella（莫拉氏菌属）（莫拉氏菌属）等。等。意义：意义：土壤中氮元素流失的重要原因之一。水稻田中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，有效利用率只有施用化学氮肥，有效利用率只有25%左右。另外可左右。另外可以利用水生性反硝化细菌去

47、除污水中的硝酸盐。以利用水生性反硝化细菌去除污水中的硝酸盐。土壤及水环境土壤及水环境氧被消耗而造成局部的厌氧环境氧被消耗而造成局部的厌氧环境松土，排除过多的水分，保松土，排除过多的水分，保证土壤中有良好的通气条件。证土壤中有良好的通气条件。硝酸盐是一种容易溶解于水的物质，硝酸盐是一种容易溶解于水的物质，通常通过水从土壤流入水域中。如果通常通过水从土壤流入水域中。如果没有反硝化作用，硝酸盐将在水中积没有反硝化作用，硝酸盐将在水中积累，会导致水质变坏与地球上氮素循累，会导致水质变坏与地球上氮素循环的中断。环的中断。反硝化作用的生态学作用：反硝化作用的生态学作用：好氧性机体的呼吸作用好氧性机体的呼吸

48、作用硝酸盐还原细菌进行厌氧呼吸硝酸盐还原细菌进行厌氧呼吸反硝化作用在氮素循环中的重要作用反硝化作用在氮素循环中的重要作用土壤中植物能利用的氮土壤中植物能利用的氮（硝酸盐（硝酸盐NO3-）还原成）还原成氮气而消失，从而降低氮气而消失，从而降低了土壤的肥力。了土壤的肥力。三、硫素循环三、硫素循环 硫是生命物质所必需的元素，其需要量大约是氮素的硫是生命物质所必需的元素，其需要量大约是氮素的十分之一（在生物体内十分之一（在生物体内C N S=100 10 1）。硫元素在）。硫元素在自然界中的贮量十分丰富。硫素循环类似于氮素循环，自然界中的贮量十分丰富。硫素循环类似于氮素循环，其各个环节都有相应的微生物

49、参与。其各个环节都有相应的微生物参与。（一）（一）S素循环素循环微生物在硫素循环中的作用微生物在硫素循环中的作用硫的氧化硫的氧化硫酸盐还原硫酸盐还原有机硫化物的矿化（硫化氢释放）有机硫化物的矿化（硫化氢释放）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（一）（一）硫硫素素循循环环（二）细菌沥滤（二）细菌沥滤铜矿的细菌沥滤原理铜矿的细菌沥滤原理四、四、磷素循环磷素循环（一一）不不溶溶性性无无机机磷磷的的可可溶溶化化（二二）可可溶溶性性无无机机磷磷的的有有机机化化（三三）有有机机磷磷的的矿矿化化（1）（3）（2）第四节、微生物与环境保护第四节、微

50、生物与环境保护环境中的主要污染物环境中的主要污染物环境污染：环境污染：指土壤或水体等生态结构和功能受外来有指土壤或水体等生态结构和功能受外来有害因素的破坏而失去了平衡，导致物质流、能量流无法害因素的破坏而失去了平衡，导致物质流、能量流无法正常运转的现象。正常运转的现象。例：土壤自净能力、水体自净能力的丧失。例：土壤自净能力、水体自净能力的丧失。无毒有机物无毒有机物 有毒有机物有毒有机物 无毒无机物无毒无机物 有毒无机物有毒无机物 一、一、水体的污染水体的污染富营养化富营养化二、用微生物治理污染二、用微生物治理污染三、沼气发酵与环境保护三、沼气发酵与环境保护一、一、水体的污染水体的污染富营养化富