模块四微生物的生态学时.pptx
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1、项目一 微生物在自然界中的分布一、微生物生态系统的特点二、微生物在环境中的分布三、微生物间的相互关系第1页/共98页学习目标知识目标 了解微生物生态学的基本知识以及在自然环境的分布规律 掌握微生物与生物环境间的相互关系能力目标 使学生对微生物的生态系统有进一步的认识,能利用微生物之间的相互关系进行生产。第2页/共98页一、微生物生态系统的特点一、微生物生态系统的特点(一)微生物生态系统的概念(二)微生物在生态系统的作用(三)微生物生态系统的特点第3页/共98页(一)微生物生态系统的概念生物圈:地球上有生命活动的范围,是地球上全部生活有机体与其环境相互作用的统一整体,是所有生态系统的总和生态系统
2、:生物群落与其生存环境组成的整体系统微生物生态系统:许多不同的微生物群落与周围的生物及非生物共同构成的整体系统微生物群落:许多不同种的微生物种群生活在一起构成的群落微生物种群:指具有相似性和生活在一定空间内的同种微生物个体群第4页/共98页第5页/共98页一、微生物生态系统的特点一、微生物生态系统的特点(一)微生物生态系统的概念(二)微生物在生态系统的作用(三)微生物生态系统的特点第6页/共98页(二)微生物在生态系统的作用微生物是有机物质的主要分解者微生物是物质循环中的重要成员微生物是生态系统中的初级生产者微生物是物质和能量的贮存者微生物是地球上生物演化中的先锋种类第7页/共98页一、微生物
3、生态系统的特点一、微生物生态系统的特点(一)微生物生态系统的概念(二)微生物在生态系统的作用(三)微生物生态系统的特点第8页/共98页(三)微生物生态系统的特点微环境性:是指紧密围绕微生物细胞的环境稳定性:微生物的微环境中微生物种群种类多样、组成稳定的特性适应性:微生物的微环境发生剧烈变化时,微生物群落的结构会发生相应变化的特性第9页/共98页二、微生物在环境中的分布二、微生物在环境中的分布(一)微生物在土壤中的分布(二)微生物在水体中的分布(三)微生物在空气中的分布(四)微生物在食品上的分布(五)极端环境中的微生物第10页/共98页(一)微生物在土壤中的分布土壤是微生物良好的生活环境:土壤中
4、含有大量的有机物和矿物质;土壤中含有一定的水分;土壤中具有孔隙性;土壤具有保温性;土壤的pH值接近中性,缓冲性较强土壤的自净作用:污水、污物进入土壤后,可被土壤吸附和过滤,接着被微生物及其他生物降解,使土壤逐渐恢复到原来状态第11页/共98页第12页/共98页表面土壤层淋溶层淀积层疏松母质耕作土壤层第13页/共98页1、土壤中微生物的垂直分布表面土壤层:微生物数量少;因为这里缺水,受紫外线照射微生物易死亡1030cm耕作层:微生物数量最多,种类多样;若是植物根系附近,微生物数量更多30cm以下土壤层:微生物数量随土层深度增加而减少,至lm深处减少约20倍,至2m深处,因缺乏营养和氧气每克土中仅
5、有几个第14页/共98页2、土壤微生物的种类种类:以细菌为最多(106-109/g土),放线菌(105-108/g土)和真菌(103-105/g土)次之,藻类和原生动物较少土壤习居微生物:以G-的无芽胞杆菌和放线菌为主;它们以土壤腐殖质为营养,生长慢、数量较稳定、作用持久土壤暂居微生物:以芽胞杆菌、青霉、曲霉、镰刀菌和毛霉等为主;它们以动植物的分泌物、排泄物和残体为营养,一旦离开生物残体后不能生活较长时间第15页/共98页典型花园土壤不同深度每克土壤的微生物菌落数/CFU深度/cm细菌放线菌真菌藻类3-8975000020800001190002500020-25217900024500050
6、000500035-40570000490001400050065-751100050006000100135-14514003000第16页/共98页3、根圈效应根圈(rhizosphere):也称根际,指植物根系表面至其外围几毫米的土壤区域,是植物根系直接影响的土壤范围根圈效应:同根圈外的微生物群落相比,根圈中的微生物在数量、种类和活性上表现出一定特异性根土比(RS):即根际微生物数量与非根际土壤微生物数量的比值;R/S值一般为520,有时可高达100以上第17页/共98页二、微生物在环境中的分布二、微生物在环境中的分布(一)微生物在土壤中的分布(二)微生物在水体中的分布(三)微生物在空气
7、中的分布(四)微生物在食品上的分布(五)极端环境中的微生物第18页/共98页(二)微生物在水体中的分布淡水生境:以土著性的光能或化能自养微生物为主;江、河微生物种群受流经区域的影响;水体较深的湖泊微生物有明显的垂直分布带海水生境:特点是耐盐(2-4%)、耐低温和耐压;以藻类、G-需氧性或兼性厌氧细菌为主水体的自净作用:污染物进入水体后,可被水体吸附和沉降,接着被微生物及其他生物降解,使水体逐渐恢复到原来状态第19页/共98页第20页/共98页二、微生物在环境中的分布二、微生物在环境中的分布(一)微生物在土壤中的分布(二)微生物在水体中的分布(三)微生物在空气中的分布(四)微生物在食品上的分布(
8、五)极端环境中的微生物第21页/共98页(三)微生物在空气中的分布大气圈微生物:大气圈含有微生物,但因营养物质和水分的缺乏、紫外线辐射等影响并非微生物生长繁育的良好场所;多数以孢子和休眠体形态吸附在尘埃上,通过气流进行传播分布:空气中微生物的数量与温湿度、尘埃颗粒数等有关系;越接近地面的空气含菌量越高种类:以球菌、芽孢杆菌、产色素细菌、真菌孢子为主第22页/共98页第23页/共98页地点微生物数量/CFUm-3北极(北纬800)0海洋上空l2市区公园200城市街道5,000宿舍2104畜舍1062107不同地点大气中的微生物数量第24页/共98页二、微生物在环境中的分布二、微生物在环境中的分布
9、(一)微生物在土壤中的分布(二)微生物在水体中的分布(三)微生物在空气中的分布(四)微生物在食品上的分布(五)极端环境中的微生物第25页/共98页(四)微生物在食品上的分布食品中的微生物:食品含有丰富的营养物质,通常在食品原料生长、采收、运输、加工和包装等过程中被微生物附生或污染一旦水分、温度、通气等环境条件适宜,霉菌和细菌等就会迅速繁殖起来第26页/共98页1、微生物对食品的影响引起食物腐败:降低风味产生有毒物质:误食后引起食物中毒如肉毒毒素;有些毒素甚至能致癌如黄曲霉素少数对人类有益:可被用于食品加工,如豆腐乳、酸奶等第27页/共98页2、食品常见的污染微生物粮食:最常见的有曲霉、青霉、假
10、单胞菌和黄单胞菌等肉类:芽胞杆菌、梭菌、无芽胞杆菌、球菌、曲霉、毛霉和青霉等鱼类:微球菌、变形杆菌、黄杆菌、副溶血弧菌等乳制品:荧光假单胞菌、变形杆菌、大肠杆菌、粪链球菌、青霉、酵母菌等第28页/共98页一、微生物在环境中的分布一、微生物在环境中的分布(一)微生物在土壤中的分布(二)微生物在水体中的分布(三)微生物在空气中的分布(四)微生物在食品上的分布(五)极端环境中的微生物第29页/共98页(五)极端环境中的微生物极端微生物:是指能在一般生物不能生存的高温、高压、高盐、强酸、强碱、低温、缺氧等特殊环境条件下存活的微生物;多数属于古细菌在冶金、采矿、石油化工、酶制剂生产、环保等领域有重要的意
11、义第30页/共98页、嗜热微生物嗜热微生物:最适生长温度高于6570,最高生长温度可达110 生态环境:热泉(温度高达100),高强度太阳辐射的土壤,岩石表面(高达70),各种堆肥、厩肥等嗜热的生化机制:蛋白质、核酸、类脂具有热稳定性,存在热稳定性因子应用:可用于高温发酵、污水处理;嗜热细菌的耐高温DNA多聚酶使DNA体外扩增的技术(PCR)技术得到突破第31页/共98页第32页/共98页、嗜冷微生物嗜冷微生物:能在较低的温度下生长,最高生长温度不超过20,可以在0或低于0条件下生长生态环境:极地、深海、寒冷水体、冷冻土壤、阴冷洞穴、保藏食品的低温环境嗜冷的生化机制:细胞膜脂组成中有大量的不饱
12、和、低熔点脂肪酸应用:研究开发最适反应温度低的酶,如从嗜冷微生物中获得低温蛋白酶用于洗涤剂,不仅能节约能源,而且效果很好第33页/共98页第34页/共98页、嗜酸微生物嗜酸微生物:生长最适pH在3-4以下,中性条件不能生长的微生物生态环境:各种酸矿水、酸热泉、火山湖、地热泉等,其优势菌是无机化能营养的硫氧化菌、硫杆菌嗜酸的生化机制:细胞壁、细胞膜具有排斥H+,对H+不渗透或把H+从胞内排出的机制应用:微生物冶金、生物脱硫第35页/共98页第36页/共98页、嗜碱微生物嗜碱微生物:一般把最适生长pH在9以上的微生物生态环境:碳酸盐是碱性环境的主要来源;肯尼亚的玛格达湖,我国的青海湖应用:碱性酶包
13、括蛋白酶(活性pH 10.5-12)、淀粉酶(活性pH 4.5-11)、果胶酶(活性PH l0.0)、支链淀粉酶(活性pH 9.0)、纤维素酶(活性pH 6-11),它们被广泛用于洗涤剂或作其他用途第37页/共98页5、嗜盐微生物嗜盐微生物:最适生长盐浓度为0.5-2.5mol/L,从许多含盐量较高的环境中都可以分离到这个类群的微生物嗜盐的生化机制:细胞具有排出Na+和吸收高浓缩K+的能力,以此维持胞内外同样的水活度应用:紫膜是在细胞膜上形成的一种特殊的紫色物质,吸收的光能以质子梯度的形式部分储存起来,并用于合成ATP,许多科学家进行研究探索其作为电子器件和生物芯片的可能性第38页/共98页第
14、39页/共98页6、嗜压微生物嗜压微生物:需要高压才能良好生长的微生物;耐压微生物最适生长压力为正常压力,但能耐受高压的微生物生态环境:从深海底部1.0ll08Pa(1000大气压)处,分离到嗜压菌Pseudomonas bathycetes;从油井深部约4.05107Pa(400大气压)处,分离到耐压的硫酸盐还原菌应用:用于油井下增压,降低原油黏度,以提高采油率第40页/共98页三、微生物间的相互关系(一)中立关系(二)互生关系(三)对抗关系第41页/共98页(一)中立关系中立关系:两个微生物种群之间在一起彼此没有影响的关系;一般发生在种群之间代谢能力差异极大或微生物总量很小而且代谢活力极低
15、的生态环境中如土壤中的固氮细菌和硝化细菌第42页/共98页混合发酵将Aspergillus niger(黑曲霉)和Zymomonas mobilis(运动发酵单胞菌)包埋在海藻酸钠小球中,可以直接将淀粉浆转化为乙醇Trichoderma viride(绿色木霉)408.2和Aspergillus oryzae(米曲霉)3.042混合曲可以提高酱油产率第43页/共98页三、微生物间的相互关系(一)中立关系(二)互生关系(三)对抗关系第44页/共98页(二)互生关系互生关系:两个微生物种群之间在一起,双方都有利或一方对另一方有利的关系,包括以下几种:偏利作用:一种种群因另一种群的存在或生命活动而得
16、利,而后者没有从前者受益或受害协同作用:相互作用的两种种群相互有利,二者之间是一种非专性的松散联合互惠共生:相互作用的两种种群相互有利,二者之间是一种专性的和紧密的联合,并且形成一个共生体第45页/共98页偏利作用:贝氏硫细菌氧化H2S可解除对H2S敏感细菌的毒性H2S硫酸盐硫酸盐还原菌绿硫细菌第46页/共98页乙酸光 照硫酸盐还原细菌细胞底物光合细菌细胞底物SH2SCO2CO2协同作用:硫酸盐还原细菌与绿色光合细菌第47页/共98页互惠共生:囊衣属(pgtsucia)地衣的纵切面藻类和真菌形成的共生体第48页/共98页互惠共生:根瘤菌和豆科植物第49页/共98页三、微生物间的相互关系(一)中
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