环境微生物学第七章 微生物生态.ppt

第七章 微生物生态 微生物微生物环境环境 研究微生物生态学的目的 为人类利用微生物资源和控制微生物提 供依据； 创造有利条件，使水污染控制在更高层 次上得以发展 第一节 生态系统 一、生态系统和生物圈 二、生态平衡 三、生态系统的分类 一、生态系统和生物圈 生态系统(ecosystem)是在一定时间和空间范 围内由生物与它们的生境通过能量流动和物质 循环组成的一个自然体 可用下式表述： 生态系统 = 生物群落 + 环境条件 生态系统的功能包括：生物生产、能量流动 、物质循环、信息传递 生物生产：太阳能→植物体 能量流动：植物→草食动物→肉食动物→微生物 物质循环：营养物质在食物链之间处于不断循环 之中形成物质循环 信息传递：物理信息、化学信息、行为信息 个体：指某一具体的生物单个个体，具有生长、 发育、繁殖和死亡的过程 种群：是生活在同一特定空间的同一生物种的所 有个体的集合体，是生物群落的组成单位 群落：生活在同一特定空间或区域的所有生物种 群的聚合体，是生态系统的组成部分 生物圈：生存在地球陆地以上和海面以10km 之间的范围，包括岩石圈、土壤圈、水圈和 大气圈内所有生物群落和人以及他们生存环 境的总体。

生物圈是地球上所有生态系统的组合 二、生态平衡 生态系统是开放系统，当能量和物质的 输入大于输出时，生物量增加；反之，生物 量减少如果输入和输出在较长时间趋于相 等，生态系统的组成、结构和功能将长期处 于稳定状态虽然各生物群落有各自的生长 、发育、繁殖及死亡过程，但动物、植物和 微生物等群落的种群、数量，它们的数量比 均保持相对稳定即使有外来干扰，生态系 统能通过自行调节的能力恢复到原来稳定的 状态，这就是生态平衡 地球上的生态危机 厄尔尼诺、拉尼娜现象 酸雨 臭氧空洞 土壤退化 生物多样性减少 ………… 三、生态系统的分类 水体生态系统 陆地生态系统 淡水生态系统 海水生态系统 河流生态系统 湖泊生态系统 水体生态系统 陆地生态系统 动物生态系统 植物生态系统 土壤微生物生态系统 生 存 环 境 生 存 状 态 微 生 物 生 存 状 态 水体微生物生态系统 空气微生物生态系统 微生物生态系统 第二节 土壤微生物生态 一、土壤微生物生态 二、微生物在土壤的种类、数量和分布 三、土壤自净和污染土壤微生物生态 四、土壤污染和土壤生物修复 一、土壤微生物生态 土壤——“微生物的天然培养基” 土壤中微生物的数量最大，类 型最多，是人类利用微生物资源的 主要来源，也是微生物在自然界中 最大的储藏库。

一、土壤微生物生态 土壤对微生物生存的影响因子包括以下几个方面： 1. 营养； 2. pH； 3. 渗透压； 4. 氧气和水； 5. 温度； 6. 保护层 二、微生物在土壤的种类、数量和分布 土壤中的微生物含量是衡量土壤肥力的指标之一 •肥沃土：1×108~1×109个微生物/克土 •贫瘠土：1×106~1×107个微生物/克土 土壤中细菌最多，约占所有微生物的70％～90％ （一）微生物在土壤的种类、数量 水平分布——取决于土壤的碳源种类 （一）微生物在土壤的分布 垂直分布——取决于土壤生态条件（温度、水、光照……） 空隙多——好氧微生物 空隙少——厌氧微生物 ………… 油田地区土壤——降解石油微生物 森林地区土壤——降解纤维素微生物 含动、植物残体土壤——腐生异养菌 ………… 三、土壤自净和污染土壤微生物生态 土壤自净：土壤对施入其中一定负荷的有机 物或有机污染物具有吸附和生物降解能力， 通过各种物理、生化过程自动分解污染物使 土壤恢复到原来水平的净化过程，称土壤自 净 土地——天然的生物处理厂 污水长期灌溉会引起土壤“土著”微生物 区系和数量的改变，并诱导产生分解各种污 染物的微生物新品种。

土壤中稳定存在的“土著”微生物： 节细菌、诺卡氏菌 如果用污水对农田进行灌溉，只要不超过土 壤自净能力是不会引起土壤污染的 四、土壤污染和土壤生物修复 土壤的污染物主要有：农药、石油烃类、NH3、 重金属等 土壤污染的不良后果： a. 破坏土地的生态平衡； b. 有毒有害物质渗入到地下水中，危害人类 ； c. 各种病原微生物会通过各种途径进入人体 引起人体疾病 四、土壤生物修复 土壤的生物修复：是利用土壤中天然的微生物资源 或人为投加目的菌株，甚至用构建的特异降解功能 菌投加到各污染土壤中，将滞留的污染物快速的降 解和转化，使土壤恢复其天然的功能 土壤修复的关键因素： 微生物种——“土著”微生物、选育的优势菌种、 基因工程菌； 微生物的营养——需要适宜的营养比例； 溶解氧； 环境因子 2.土壤生物修复工程 土壤生物修复工程形式： 原位生物修复——简单，费用低，效率低； 生物通风——较原位法有所强化； 挖掘堆置和反应器处理等方法——效果好， 费用高 第三节 空气微生物生态 一、空气的生态条件 二、空气微生物的种类、数量和分布 三、空气微生物的卫生标准及生物洁净技术 四、空气微生物检测 一、空气的生态条件 空气生态条件特点：紫外辐射较强，较干燥 ，温度变化大，缺乏营养。

空气中微生物只是暂时停留微生物在空气中停 留时间的长短由风力、气流和雨、雪等气象条件 所决定，但它最终要沉降到土壤、水中、建筑物 和植物上 二、空气微生物的种类、数量和分布 空气中微生物的种类和所处的地理位置有关的，其数 量也是如此，不同场所上空微生物的数量如下表所示： 场所畜舍宿舍城市街道市区公园海洋上空北纬80° 微生物(1~2)×1062×1045×1032001~20 空气中的微生物还随着海拔高度而变化，一般来说 ，海拔越高，微生物数量越少 单位：个/m3空气 三、空气微生物的卫生标准及生物洁净技术 清洁程度细菌总数(单位：个/m3) 最清洁的空气（有空调）1~2 清洁空气 30 普通空气31~125 临界环境~150 轻度污染 301 以细菌总数评价空气的卫生标准： 外部大环境的卫生洁净技术主要靠绿化环境，搞好生态环 境，局部环境主要可通过空气过滤器来实现 四、空气微生物检测 空气中微生物的检测可通过： Ø 固体法：（1）平皿落菌法；（2）撞击法 Ø 液体法 空气微生物的测点数越多越准确，以20~30个 点为宜，最少测点数为5~6个 采样后的培养温度和时间一般是37℃和48h。

第四节 水体微生物生态 水体中微生物的来源主要有四个方面： 1. 水体中固有的微生物 2. 来自土壤的微生物 3. 来自生产和生活的微生物 4. 来自空气微生物 一、水体的微生物群落 （一）海洋中微生物群落 1.群落分布 在近海由于自然和人为的影响，微生物含量比远海要多在 海洋不同的深度，由于阳光和溶解氧的变化，微生物的含量 呈一定的变化规律 一、水体的微生物群落 2.群落的生态特征 a) 底栖性细菌 b) 浮游性细菌 c) 附着型细菌 海洋微生物特征： 耐盐、嗜盐、耐高渗透压、耐净水压力 （二）淡水微生物群落 贫营养湖：湖泊形成初期，生物生产力低，水 中有机物少，湖底沉积物少，细菌数量少，有 机物分解能力弱，耗氧量低，含大量溶解氧， 为贫养湖 富营养湖：随着河流不断向湖泊输送养料和泥 沙，生物种类和数量增多湖底沉积的有机物 丰富，细菌数量增加，分解有机物速率提高， 无机物增加，表水层阳光充足，浮游藻类大量 繁殖，生物生产力提高，为富营养湖 二、水体自净和污染水体的微生物生态 阳光 一级生产者原生动物轮虫、浮游甲壳动物鱼其他动物 人废物、排泄物异养细菌 (藻类、光合细菌、水生植物) （一）水体自净 由于天然水体的各种生物和微生物之间构 成的一个生物循环的生物链，因而水体有一个自净的能力。

二、水体自净和污染水体的微生物生态 水体自净过程和各种水生生物随水流距离或时间的变化如图 所示 水体自净：水体接纳了一定量的有机污染物后，在物 理的、化学的和水生物的因素的综合作用下得到净化 ，水质恢复到污染前的水平和状态 水体自净容量：是指在水体正常生物循环中能够净化 有机污染物的最大数量 水体自净过程： 污染物被稀释，固体物沉至河底； 好氧菌首先分解有机物，耗尽水中溶解氧，此时鱼 虾绝迹，原生动物、后生动物死亡，厌氧菌此时大量 繁殖，分解有机物，有机物无机化； 氧垂曲线上升，逐渐恢复至原有水平； 细菌死亡，水体恢复清洁 （二）污水体系的微生物生态 当有机物排入河流后， 在排污点的下游进行着正常的自净过程沿着河流方向 形成一系列连续的污化带： 多污带：水呈暗灰色，浑浊，有机物含量高，溶解氧极低，水生 生物种类极少，以厌氧菌和兼性厌氧菌为主，种类多，数量大，大 量寡毛类动物，水上有气泡，无显花植物，鱼类绝迹； -中污带：水呈灰色，半厌氧状态，细菌数量较多，有少量藻 类和原生动物； -中污带：有机物较少，溶解氧浓度较高，细菌数量较少，藻 类大量繁殖，水生植物出现，原生动物种类较多； 寡污带：标志水体自净过程完成，有机物全部无机化，细菌极少 ，溶解氧正常。

原生动物种类多，有水生植物和鱼类 细菌菌落总数(CFU)：细菌菌落总数是指1ml水样在 营养琼脂培养基中于37℃培养24h后所生长出来的菌落 总数 总大肠菌群：水源水中细菌菌落总数不能说明污染 物的来源，因此通常用大肠菌群数来判断水的污染源 和安全程度 由于粪便的污染，水源水中通常含有致病菌，其典型的代表有 ：痢疾杆菌——痢疾贺氏菌(Shigella dysenteriae)、副痢疾贺氏 菌(Shigella paradysenteriae)、伤寒沙门氏菌(Salmonella typhi)、 甲型、乙型和丙型的副伤寒沙门氏菌(Salmonella paratyphi)及霍 乱弧菌(Vibrio cholerae)等 为什么采用大肠菌群作为指示致病菌污染 水体的指标？ 因为大肠菌群是人肠道中正常寄生 菌，数量大，对人较安全，在环境中的 存活时间与致病菌相近，而且检验技术 较简便，因而被选中，一直沿用至今 （一）水体富营养化的概念与发生 水体富营养化：由于某些自然因素，尤其是人类将富 含氮、磷的城市生活污水和工业废水排放入自然水体 中，使得自然水体中的氮、磷营养过剩，促使水体中 藻类过量生长，使淡水水体发生“水华”，使海洋发生 “赤潮”,造成水体富营养化。

后果：其结果由于水体中藻类和异养细菌的代谢活动 ，耗尽了水中的溶解氧，大量藻类覆盖在水面，大气 中的氧不易溶于水，造成水体缺氧，使浮游动物和鱼 类无法生存加上藻类分泌致臭、致毒物而严重影响 水质 三、水体富营养化 赤潮水华 水体富营养化现象 （二）评价水体富营养化的方法与AGP 评价水体富营养化的方法： 1. 观察蓝藻等指示生物； 2. 测定生物的现存量； 3. 测定原始生产力； 4. 测定水体透明度； 5. 测定氮和磷等导致富营养化的物质 AGP——藻类生产的潜在能力：把特定的藻 类接种在天然水体或废水中，在一定的光照 度和温度条件下培养，使藻类增长到稳定期 为止，通过测干重或细胞数来测其增长量 此即藻类生产的潜在能力（AGP） （三）如何防止水体富营养化？ 防止天然水体富营养化的根本措施是将各 种污水和废水中的氮和磷的排放量控制在低 的水平目前我国规定污水处理厂出水的氨 氮控制在15mg/L以下欧洲的标准是5mg/L 以下 而磷的排放量尚未规定 l l生态系统的功能；生态系统的功能； l l空气微生物的测定：平皿落菌法；空气微生物的测定：平皿落菌法； l l贫营养湖、富营养湖贫营养湖、富营养湖 本章要点本章要点 l l水体自净及过程水体自净及过程 l l排污点下游污化带特征排污点下游污化带特征 l l细菌菌落总数细菌菌落总数 l l大肠菌群被选作致病菌指示菌的理由？大肠菌群被选作致病菌指示菌的理由？ l l水体富营养化水体富营养化 。