沈萍微生物学第十一章.ppt

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1、第十一章第十一章 微生物的生态微生物的生态微生物与环境、其他生物间的关系目的要求：目的要求：n n了解微生物在生态系统中的作用，微生物与生物地球化学循环；土壤微生物的生态及其类群；空气微生物生态；水体微生物生态。n n了解和掌握极端环境中、动物、植物、人体微生物种类及相互关系，了解和掌握微生物在环境保护中的作用。重点：重点：n n1、微生物与生物地球化学循环n n 碳的循环；氮的循环；n n2、种群的相互作用n n 互生关系；共生关系；寄生关系；拮抗关系；捕食关系n n3、土壤、水体、空气微生物生态n n4、活性污泥法处理污水、沼气发酵n n 概念n n生命科学研究领域从宏观到微观层次n n生

2、物圈（biosphere）n n生态系统（ecosystem）n n群落（community）n n种群（population）n n个体、器官、组织、细胞、细胞器、分子 n n生态学：生态学：生态学：生态学：研究生物系统与其所处环境系统研究生物系统与其所处环境系统研究生物系统与其所处环境系统研究生物系统与其所处环境系统n n 之间的相互作用规律的科学。之间的相互作用规律的科学。之间的相互作用规律的科学。之间的相互作用规律的科学。n n微生物生态学微生物生态学n n概念概念概念概念：研究处于环境中的微生物和与微生物相联研究处于环境中的微生物和与微生物相联系的物理，化学和生物等环境条件以及它们的

3、相系的物理，化学和生物等环境条件以及它们的相互关系。互关系。n n 各种环境因子对微生物的作用各种环境因子对微生物的作用各种环境因子对微生物的作用各种环境因子对微生物的作用n n 微生物对环境的反作用微生物对环境的反作用微生物对环境的反作用微生物对环境的反作用n n特点特点特点特点：微生物具有群体性，微生物具有群体性，n n 微观性微观性第一节第一节 微生物在生态系统中的地位与作用微生物在生态系统中的地位与作用n n一一.微生物在生态系统中的角色微生物在生态系统中的角色n n生态系统生态系统n n概念：生物群落和它们所生活的非生物环境结合起来的一个整体。n n 植物 微生物n n 无机物无机物

4、 有机物有机物n n n n 微生物微生物的作用：n n1、有机物的主要分解者n n2、物质循环的重要成员n n3、生态系统的初级生产者n n4、物质和能量的贮存者n n5、地球生物演化中的先锋种类二.微生物与生物地球化学循环n n1.碳循环碳循环n n 化能自养、光合菌、化能自养、光合菌、COCO3 32-2-还原菌还原菌 植物、藻、蓝细菌植物、藻、蓝细菌n n C C固定固定 C C固定固定n n n nCOCO2 2 CH CH2 2O OO O2 2 H H2 2O COO CO2 2n n 发酵发酵 n n nn甲烷产生甲烷产生甲烷产生甲烷产生 HH2 2 甲烷产生甲烷产生甲烷产生甲

5、烷产生 植、植、植、植、动、动、动、动、微微微微 、呼吸呼吸呼吸呼吸 COCOn n CHCH4 4n n 甲烷甲烷 氧化氧化n n2.氮循环氮循环n n 有机氮有机氮有机氮有机氮n n NH NH4 4+n nNONO3 3-N N2 2 NH NH4 4+n n N N2 2O NHO NH2 2OHOHn n n n NO2 NO2-氨的同化氨化作用固氮作用亚硝化作用硝化作用反硝化作用同化作用亚硝化细菌腐败细菌固氮微生物反硝化细菌硝化细菌植物，微生物植物，微生物n3.硫循环硫循环n n 有机硫有机硫n n同化性还原同化性还原同化性还原同化性还原 脱硫作用脱硫作用脱硫作用脱硫作用n nSO

6、42-异化性还原异化性还原异化性还原异化性还原 H2Sn n S S氧化氧化氧化氧化 S-S-氧化氧化氧化氧化 Sn n4.磷的循环磷的循环n n 有机磷有机磷 己糖己糖-P -P 核酸核酸 磷脂磷脂n n微生物微生物 微生物微生物n n植物同化植物同化 分解分解n n 不溶不溶POPO4 43-3-n n 无机磷无机磷可溶PO43-n5.铁循环铁循环n n 氧化氧化 n n Fe2+Fe3+n n 还原还原n物质循环原则：物质循环原则：n n 有机质分解作用有机质分解作用n n 无机离子固定同化作用无机离子固定同化作用n n 无机离子和化合物氧化作用无机离子和化合物氧化作用n n 氧化态元素

7、还原作用氧化态元素还原作用第二节 生态环境中的微生物n n一一.微生物群落微生物群落n n 个体 种群 群落 生态系统n n1.种群的相互作用种群的相互作用 +n n正正 互利共栖互利共栖 A Bn n +n n 初级合作初级合作 A Bn n +n n 偏利共栖偏利共栖 A Bn n 猎物猎物 捕食者捕食者 捕食者捕食者 猎物猎物n负负 捕食作用捕食作用 n n 寄生寄生 寄生物寄生物n n 偏害共栖偏害共栖 A Bn n 竞争竞争 A Bn n 竞争空间资源竞争空间资源一、互生一、互生n n二种可以单独生活的生物，当它们生活在一二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

8、而有利于对方，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。或偏利于一方的一种生活方式。n n这是一种这是一种“可分可合，合比分好可分可合，合比分好”的相互关系的相互关系n n纤维分解菌与固氮菌纤维分解菌与固氮菌n n植物根际微生物植物根际微生物n n动物肠道内的动物肠道内的 微生物微生物二、共生二、共生n n二种生物共居在一起，相互分工协作、相依二种生物共居在一起，相互分工协作、相依为命，甚至形成在为命，甚至形成在生理上表现出一定的分工，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在组织和形态上产生了新的结构的特殊的共的特殊的共生体。生体。n n共生互惠共生、偏利

9、共生共生互惠共生、偏利共生n n豆科植物与根瘤菌豆科植物与根瘤菌n n地衣地衣n n反刍动物与纤维分解菌反刍动物与纤维分解菌三、三、寄生寄生n n 一般指一种小型生物生活在另一种相对较一般指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行生长繁殖，同时使后者蒙受损害甚至被杀死的现象。死的现象。n n食菌蛭弧菌与细菌食菌蛭弧菌与细菌n n植物病原微生物植物病原微生物n n动物的疾病动物的疾病四、拮抗四、拮抗n n指某种生物产生的代谢产物可抑制它种生物的生长发育甚至将后者杀死。n n抗生菌抗生素；某种

10、微生物的生长而引起的其它条件的改变（例如缺氧、pH改变等），五、竞争五、竞争n n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。六、捕食六、捕食n 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 n对微生物来说，一般有如下几种情况：1原生动物吞食细菌和藻类；2粘细菌吞食细菌和其它微生物；3真菌捕食线虫和其它原生动物；n n2.群落结构与功能群落结构与功能n n几个概念几个概念几个概念几个概念n n 群落群落 生态位生态位n n 种多样性种多样性 垂直结构垂直结构n n

11、水平结构水平结构 优势种优势种n n3.3.群落群落群落群落之间相互作用之间相互作用n n氧化糖氧化糖 细菌好氧厌氧消化细菌好氧厌氧消化n n n n 有机物有机物有机物有机物+O+O2 2 CO CO2 2+H+H2 2OOn n 污水污水污水污水 出水出水出水出水n n 藻类光合藻类光合二.陆生生境的微生物n n土壤是微生物生活的重要场所土壤是微生物生活的重要场所土壤是微生物生活的重要场所土壤是微生物生活的重要场所n n1.1.1.1.优越条件优越条件优越条件优越条件n n 能提供微生物生长养料（无机能提供微生物生长养料（无机 有机），有机），n n 土壤的持水性，土壤的持水性，n n 土

12、壤土壤pH5.5 pH5.5 8.5,8.5,n n 土壤保温性，昼夜，季节温差变化小，土壤保温性，昼夜，季节温差变化小，n n2.2.2.2.分布分布分布分布n n 随土壤肥力，熟化程度不同而异随土壤肥力，熟化程度不同而异n n耕作层耕作层 底层底层n n细菌细菌 放线菌放线菌 真菌真菌 藻及原生动物藻及原生动物三.水生生境的微生物n n水是微生物第二大栖息场所水是微生物第二大栖息场所水是微生物第二大栖息场所水是微生物第二大栖息场所n n 水是一种溶液水是一种溶液水是一种溶液水是一种溶液n n 淡水淡水 清水型水生微生物清水型水生微生物n n 腐败水型水生微生物腐败水型水生微生物n n 海水

13、海水 含盐含盐3.2%4%3.2%4%n n 水平分布水平分布 垂直分布垂直分布n n我国饮用水标准我国饮用水标准我国饮用水标准我国饮用水标准n n 细菌总数细菌总数 100100个个个个/ml/mln n 大肠杆菌群数大肠杆菌群数 3 3个个个个/1000ml/1000mln n 致病菌不能检出致病菌不能检出四.大气生境的微生物n n微生物存在环境，非生活环境。微生物存在环境，非生活环境。-主要以主要以休眠体休眠体形式存在形式存在 空气为多种气体混合物，空气为多种气体混合物，空气中水分不足，营养缺乏，空气中水分不足，营养缺乏，微生物可随气流飘流传播，微生物可随气流飘流传播，空气中微生物测定方

14、法，空气中微生物测定方法，固体法固体法 液体法液体法五.极端环境下的微生物n n研究意义研究意义n n1.嗜热微生物嗜热微生物n n种类种类：n n耐热耐热耐热耐热 兼性耐热兼性耐热兼性耐热兼性耐热 专性嗜热专性嗜热专性嗜热专性嗜热 极端嗜热极端嗜热极端嗜热极端嗜热 超嗜热超嗜热超嗜热超嗜热n n45-5545-55 5065 5065 65-70 65-70 70 70 110 110 n n存在存在：热泉热泉 堆肥堆肥 岩石表面岩石表面n n机制机制：质粒性基因质粒性基因n n应用应用：高温发酵高温发酵 污水处理污水处理n n2.嗜冷微生物嗜冷微生物 专性 20 n n 兼性 可 20 n

15、 n生化机制：生化机制：细胞膜含不饱和细胞膜含不饱和FAFAn n存在：存在：极地极地 深海深海 冷冻土壤冷冻土壤 低温环境低温环境n n应用应用：低温蛋白酶低温蛋白酶-洗涤剂洗涤剂n n3.嗜酸微生物嗜酸微生物n n 最适pH34n n存在：存在：酸矿水 酸热泉 地热泉n n机制机制：把质子从胞内排出n n应用：应用：微生物冶金 生物脱硫n4.嗜碱微生物嗜碱微生物n n 最适pH9以上n n存在存在：碳酸盐湖和碳酸盐荒漠n n 石灰水 碱性污水n n机制机制：把OH-从胞内排出n n应用应用：生产碱性蛋白酶n5.嗜盐微生物嗜盐微生物n n 弱嗜盐 中度嗜盐 极端嗜盐n n机制：机制：吸K+，

16、排Na+六.动物体中的微生物n n病原微生物病原微生物n n有益微生物有益微生物 n n微生物与昆虫共生微生物与昆虫共生n n 白蚁消化道内原生动物 n n瘤胃共生瘤胃共生n n 反刍动物-专性厌氧微生物n n发光细菌与海洋鱼共生发光细菌与海洋鱼共生n n 有利配偶识别七.植物体中的微生物n n1.附生与寄生附生与寄生n n茎叶，花果茎叶，花果-附生性微生物附生性微生物n n植物病害植物病害-寄生性微生物寄生性微生物n n2.2.互生互生互生互生n n根际微生物根际微生物 根区根区 根面根面n n菌根菌根 内生内生 外生外生n n3.3.共生共生共生共生 n n根瘤根瘤 豆科植物豆科植物-固氮

17、菌固氮菌n n红萍红萍 蓝细菌蓝细菌-植物植物n n放线菌与非豆科植物放线菌与非豆科植物八.工农业产品上微生物及防霉n n1.1.粮食粮食粮食粮食 原生性微生物区系原生性微生物区系n n 次生性微生物区系次生性微生物区系n n 青霉属青霉属 曲霉属曲霉属-黄曲霉毒素黄曲霉毒素黄曲霉毒素黄曲霉毒素n n 防腐办法：防腐办法：n n2.2.乳制品乳制品乳制品乳制品 消毒消毒 密封密封 低温低温n n3.3.肉类肉类肉类肉类 肉毒梭菌肉毒梭菌n n4.4.鱼类鱼类鱼类鱼类 低温型微生物低温型微生物n n5.5.食品加工微生物食品加工微生物食品加工微生物食品加工微生物 酿酒酿酒 制醋制醋 发面发面 酸

18、菜酸菜n n6.6.工业产品工业产品工业产品工业产品-胶片胶片 纸张纸张 棉制品棉制品 玻璃玻璃第三节.人体微生物与病原微生物传播n n正常菌群正常菌群正常菌群正常菌群-生活在健康动物各部位，数量大，生活在健康动物各部位，数量大，种类较稳定，一般能发挥有益作用的微生物群体。种类较稳定，一般能发挥有益作用的微生物群体。n n一一一一.人体微生物人体微生物人体微生物人体微生物n n1.1.1.1.皮肤皮肤皮肤皮肤 正常正常-保护，对外来微生物排斥保护，对外来微生物排斥n n 大面积烧伤大面积烧伤-化脓感染化脓感染n n2.2.2.2.口腔口腔口腔口腔 利于微生物生长环境利于微生物生长环境n n3.

19、3.3.3.胃肠道胃肠道胃肠道胃肠道 正常正常-微生物合成微生物合成V V等被人体吸收等被人体吸收n n 异常异常-胃肠炎等等胃肠炎等等n二二.病原微生物通过水体传播病原微生物通过水体传播n n 饮用 接触 吸入n三三.病原微生物通过土壤传播病原微生物通过土壤传播n n 固体废弃物 污水灌溉 农田肥料n四四.病原微生物通过空气传播病原微生物通过空气传播n n 呼吸道疾病-SARS 禽流感第四节.微生物与环境保护n n一一.生物降解生物降解 概念n n 机制n n 反应n n二二.重金属转化重金属转化n n三三.污染介质的微生物处理污染介质的微生物处理n n 污水 废气 固体废弃物n n1.污水

20、处理污水处理 本质n n 分级n原理：原理：1.水体自净作用水体自净作用 稀释 自然沉降n n 2.微生物作用微生物作用n n 菌体吸附有机物n n 菌体分解代谢有机物、毒物n n 菌体合成中同化有机物n n 病原微生物因环境不适而死n nBODBOD5 5-五日生化需氧量五日生化需氧量：20 1 L污水有机物5日内消耗分子氧mg数（或ppm数）。n nCOD-COD-化学需氧量化学需氧量：使用强氧化剂使1 L污水的有机物迅速氧化时消耗氧mg数（常用K2Cr2O7-CODcr)n n(1).好氧处理系统好氧处理系统n n 活性污泥法活性污泥法n n 概念概念:n n 特性特性:生物活性 沉降性

21、能 吸附 降解n n 流程流程n n 曝气池 沉淀池 污水污水 清水清水 消毒消毒n n 接种活性污泥接种活性污泥 晒干 农肥n n（2）.生物膜法生物膜法n n 生物膜生物膜-附于载体上呈薄膜状的活性污泥。附于载体上呈薄膜状的活性污泥。n n生物转盘法：生物转盘法：n n生物滤池法：生物滤池法：n n缺点：缺点：耗能耗能 、活性污泥需进一步处理活性污泥需进一步处理进水出水（3）.氧化塘法氧化塘法O2CO2污水污水出水出水好氧分解，厌氧消化好氧分解，厌氧消化藻类光合藻类光合n n（2）厌氧处理系统）厌氧处理系统n n 也称沼气发酵多糖，多糖，蛋白质蛋白质脂肪脂肪发酵性细菌丙酸、丁酸乙酸、琥珀酸

22、H2CO2乙酸H2、CO2乙酸产甲烷细菌CH4CO2厌氧、兼性厌氧甲烷发酵甲烷发酵产氢产乙酸细菌产氢产乙酸细菌n n沼气发酵三个阶段沼气发酵三个阶段n n水解阶段-发酵性细菌n n.产酸阶段-产氢产乙酸细菌群n n产气阶段-产甲烷细菌玻璃钢沼气池玻璃钢沼气池n n（3）生态工程处理方法）生态工程处理方法n n（4）N、P去除技术去除技术n n有机N、无机N N2O、N2n n有机P、无机P （P)nn加石灰 磷酸钙n化粪池构造化粪池构造n n污水污水 土土壤壤n n2.固体废弃物处理与资源化技术固体废弃物处理与资源化技术n n（1）堆肥化）堆肥化n n（2）生态工程法）生态工程法n n（3）废纤维糖化法）废纤维糖化法n n（4）饲料化技术）饲料化技术n n3.气态污染物处理气态污染物处理作业：作业：n n1、解释：基因工程、PCR、限制性核酸内切酶、克隆载体、活性污泥、BOD5n n2、图示微生物在C、N循环中的作用n n3、举例说明微生物之间及与其他生物的相互关系。n n4、图示沼气发酵的三个阶段。