环境微生物课件—微生物生态.ppt

第四章 微生物的生态前言第一节 微生物在自然界中的分布第二节 微生物与环境间的关系第三节 微生物与自然物质循环第四节 微生物与环境保护前 言一、生态学的概念 生态学是一门研究生命系统与环境系统间相互作用规律的科学二、什么是微生物生态学 微生物生态学是生态学的一个分支，它的研究对象是微生物群体与其周围生物和非生物环境条件间相互作用的规律生命科学研究领域中，从宏观到微观一般可分10个层次：生物圈（biosphere）、生态系统（ecosystem）、群落（community）、种群（population）、个体（individual）、器官（organ）、组织（tissue）、细胞（cell）、细胞器（organelle）、分子（molecule），其中前4个客观层次都是生态学的研究范围第一节 微生物在自然界中的分布一、土壤圈及其微生物(一)土壤是微生物生活的良好环境 由于土壤具备了各种微生物生长发育所需要的营养、空气、酸碱度、渗透压和温度等条件，所以土壤中微生物的种类和数量是其他任何生态系统无法比拟的1）土壤的矿物质成分，提供微生物需要的矿质养料；（2）土壤中的动植物残体，以及耕作土壤中有机肥料，源源不断地供给微生物碳素养料和氮素养料；（3）土壤的持水性为微生物提供水分条件；（4）土壤的孔隙性和土壤水分多少，直接影响土壤的通气条件。

5）土壤的pH范围在3.510.5之间，多数在5.58.5之间，这是大多数微生物活动最适宜的pH；（6）土壤的保温性，比地面空气温度变化小，也为微生物的生长提供了良好的条件同一土体由于微环境的通气、水分、营养等状况都存在着差异，致使不同微生物呈立体分布每克肥土中通常含有几亿至几十亿个微生物，贫瘠土壤每克也有几百万至几千万个微生物1）细菌 数量：7090%；种类：主要为腐生，少数自养 分布：表层最多，随土层加深减少，厌氧菌反之2）放线菌 数量：530%（3）真菌 （4）藻类 （5）原生动物（二）土壤中微生物的分布表表9 92 2 农田土壤上层农田土壤上层15cm15cm处微生物数量和生物量处微生物数量和生物量微 生 物土壤中的数量(个/g)生物量（g/m2）细菌放线菌真菌藻类原生动物9.81072.01061.21022.52043.0104160160200328二、微生物在水中的分布水具有微生物生命活动适宜的温度、水具有微生物生命活动适宜的温度、pHpH、氧气等，水体中也具备微、氧气等，水体中也具备微生物生长繁殖的其他条件，因此成为微生物栖息的又一天然场所生物生长繁殖的其他条件，因此成为微生物栖息的又一天然场所。

一一)水体中微生物的来源水体中微生物的来源 土壤、空气、动植物尸体、人和动物的排泻物、工业及生活污水土壤、空气、动植物尸体、人和动物的排泻物、工业及生活污水二二)种类种类 水中存在的微生物水中存在的微生物90%90%为革兰氏阴性菌，主要有弧菌、假单胞菌、黄为革兰氏阴性菌，主要有弧菌、假单胞菌、黄杆菌等鞘细菌及有柄附生细菌也常见于水体中鞘细菌及有柄附生细菌也常见于水体中三三)微生物在水体中的分布微生物在水体中的分布 表现为水平分布和垂直分布的规律此外，相同水域的不同浓度微生表现为水平分布和垂直分布的规律此外，相同水域的不同浓度微生物的含量及分布也不同物的含量及分布也不同四四)水体中的病原微生物水体中的病原微生物通过水体传播的病原微生物主要有沙门氏菌属、志贺氏菌属、霍乱弧通过水体传播的病原微生物主要有沙门氏菌属、志贺氏菌属、霍乱弧菌等因此，做好水的卫生学检查至关重要因此，做好水的卫生学检查至关重要影响水体微生物分布的因素影响水体微生物分布的因素 有机物含量有机物含量温度温度 水的深度水的深度 日光与水体的溶解氧量日光与水体的溶解氧量 海洋微生物具有耐压、嗜冷和低营养要求的特点海洋微生物具有耐压、嗜冷和低营养要求的特点。

淡水的淡水的pHpH值变幅从值变幅从3.73.7到到10.510.5，多数为，多数为6.5-8.56.5-8.5，因而适合于多数水生微生物的生长因而适合于多数水生微生物的生长三、微生物在空气中的分布:1空气是传播微生物的重要介质 空气本身缺乏微生物生活所必需的营养物，日光对微生物也具有很强的杀菌作用，另外空气一般是干燥的，因此空气不是微生物生活的良好环境2空气中微生物的种类和数量 空气中的微生物主要来源于带有微生物菌体及孢子的灰尘，这类微生物大多数是腐生性的，还来源于人和动物，它们大多数是通过呼吸道排出的，其中也包含有病原微生物，悬浮在大气中空气中微生物的分布随环境条件及微生物的抵抗力不同而呈现不同的分布规律空气中存在较多的、存活时间较长的是各种真菌、放线菌的孢子及细菌芽胞空气中微生物的数目决定于尘埃的总量表表9 93 3不同地点空气中的微生物数量不同地点空气中的微生物数量地 点微生物数量（个/3空气）北极(北纬80)0海洋上空1-2市区公园200城市公园5,000宿 舍2,000畜 舍1,000,000-2,000,000四、极端环境中的微生物四、极端环境中的微生物 不利于一般生物生长的特殊环境称为极端环境。

主要有极端高温、低温、高盐、高压、高酸、高碱等例如火山与温泉、极地或高山冰川、盐湖、深海底层等1 1高温环境中的微生物高温环境中的微生物 高热环境高热环境-高温环境喷发的火山、地热蒸汽、沸腾或过热的温泉以及高温堆肥、热水器和取暖用热水循环系统等是常见的天然或人工的高温环境不同微生物对高温的适应能力见表94，高温型微生物 中以细菌居多，只有少数真菌如嗜热脂肪芽孢杆菌、酸热芽孢杆菌（acidocalda rius）等表表94 各类群各类群生长的上限温度生长的上限温度类 群上限温度()真核微生物原生动物藻类真菌5655-6060-62原核微生物盐盐细菌光合细菌无机化能细菌异养细菌70-7370-739090嗜热机制嗜热机制-嗜热菌之所以耐热，主要是其结构及生理上具有一定特点近年来，对其嗜热机制进行了分子水平的研究，可归纳为以下4种假说1 1）类脂的敏感作用）类脂的敏感作用 嗜热菌细胞质膜的化学成分，随环境温度的升高不仅类脂总含量增加，而且细胞中的高熔点饱和脂肪酸也增加，即长链饱和脂肪酸增加，而不饱和脂肪酸减少因此，嗜热菌在高温下能维持膜的功能，能较好地生存2 2）重要代谢产物的迅速再合成）重要代谢产物的迅速再合成 嗜热菌中tRNAr的周转率大于中温菌的周转率，核酸中的GC含量也比中温菌高。

3 3）大分子的热稳定性）大分子的热稳定性-嗜热菌的酶和蛋白质比中温菌的酶和蛋白质具有较高的热稳定性4 4）蛋白质合成系统的热稳定性）蛋白质合成系统的热稳定性-嗜热菌的核糖体比中温菌的核糖体抗热性高2 2高盐环境中的微生物高盐环境中的微生物 高盐环境高盐环境-盐湖、盐池和盐腌制的食品等是常见的高盐环境通常把能在含盐量高于的环境中生长的微生物称为极端嗜盐菌，常见的种类有盐细菌属和盐球菌属(表9-5)耐盐机理：嗜盐菌具有能适应高盐环境的细菌结构和离子浓度嗜 盐菌有选择性地吸收K排出Na的能力，细胞内的高浓度K既可以防止原生质脱水，又能维持酶和蛋白质等的活性;有嗜盐的酶;光合盐杆菌的细胞质膜上含有菌视紫素，能利用光能造成膜内外H的浓度梯度并藉以产生ATP和向细胞外排出Na对高盐浓度的适应性 酶的嗜盐性 紫膜的H+泵作用和排盐作用 表表9-5 9-5 微生物的不同嗜盐类群微生物的不同嗜盐类群嗜 盐 类 群最适生长盐浓(NaC1)实 例非嗜盐微生物0.2mol/L淡水微生物弱嗜盐微生物0.2-0.5mol/L大多数海洋微生物中等嗜盐微生物0.5-2.5mol/L某些细菌和藻类极端嗜盐微生物2.5-5.2mol/L盐杆菌和盐球菌耐盐微生物耐受范围0.2-2.5mol/L金黄色葡萄球菌和其他葡萄球菌，耐盐酵母菌等3 3高压环境中的微生物高压环境中的微生物 自然界的高压环境主要存在于深海中，多数海洋底部的压力在100个大气压以上，最深处约为1100个大气压。

研究表明从常压环境中分离的多数微生物在200-600个大气压的高压环境 中将受到抑制或死亡，高压条件主要抑制常压微生物细胞蛋白质合成、质膜上物质和能量的传递及酶的代谢活性高压环境中生长的主要是细菌，如分离自深海淤泥的耐压假单胞菌，生长十分迟缓，代时为33天3类嗜压菌及其生长静水压（大气压数）类型最低生长压最适生长压最高生长压耐压菌未测1-100500嗜压菌1400-500700极端嗜压菌400700-80010354.嗜冷微生物（psychrophiles）5.嗜酸微生物（acidophiles）6.嗜碱微生物（alkalinophiles）7.嗜酸微生物（acidophiles）8.抗辐射微生物其他极端环境的微生物五、工农业产品上的微生物工业产品上的霉腐 大量的工业产品都是直接或间接用动植物作原料制成的,例如木制品、纤维制品、革裘制品、橡胶制品、卷烟、化妆品、中成药等食品上的微生物 粮、油、肉、蛋、奶、蔬菜和水果等各类食品含有丰富的营养成分，因而是微生物生长 繁殖的天然营养基质1粮食上的微生物 2肉类上的微生物 3鱼类上的微生物 4乳制品中的微生物 第二节 微生物与环境间的关系互生关系互生关系 共生关系共生关系 竞争关系竞争关系 寄生关系寄生关系 猎食关系猎食关系 拮抗作用拮抗作用 一、互生关系一、互生关系 概念：两种生物都可以单独生活，当生活在一概念：两种生物都可以单独生活，当生活在一起时，比单独生活的好，但二者不形成共生组织起时，比单独生活的好，但二者不形成共生组织(生生命整体命整体)的关系。

的关系一）微生物间的互生（一）微生物间的互生:例如例如:好氧性自生固氮菌好氧性自生固氮菌(N(N源源)与纤维素分解菌与纤维素分解菌(有机酸有机酸)（二）人体肠道中正常菌群与人的互生（二）人体肠道中正常菌群与人的互生（三）微生物（三）微生物-植物的互生植物的互生（四）互生现象与发酵工业的混菌培养（四）互生现象与发酵工业的混菌培养 例如例如:“二步发酵法生产维生素二步发酵法生产维生素C C”需要弱氧化醋酸杆菌需要弱氧化醋酸杆菌（Acetobacter suboxydansAcetobacter suboxydans）和生黑葡糖酸杆菌（）和生黑葡糖酸杆菌（Gluconobacter Gluconobacter melanogenesmelanogenes）二、共生关系二、共生关系 概念：指两种生物在一起生活，互相提供必要的生活条件，彼此依赖，概念：指两种生物在一起生活，互相提供必要的生活条件，彼此依赖，形成一个在形态上具有共同结构，而在生理上却相互分工，互换生命活动形成一个在形态上具有共同结构，而在生理上却相互分工，互换生命活动产物的生存关系如将二者分开，各自都生活不好此可视为互生关系的产物的生存关系。

如将二者分开，各自都生活不好此可视为互生关系的高度发展高度发展一）微生物间的共生（一）微生物间的共生 藻类或蓝细菌与真菌共生所形成的地衣是共生关系的典型代表，藻类和蓝细菌通 过光合作用向真菌提供有机养料，固氮蓝细菌还可以同时供给有机氮素营养，真菌则利用菌丝的吸收作用为藻类和蓝细菌提供水、矿质养料及某些生长素和在基质上牢固附着的条件，这一共生关系使地衣具有极强的适应性和生命力(图9-1)图9-1 A.囊衣属(pgtsucia)地衣原植体的纵切面；B.peltigera praetextata的裂芽；C.牛皮叶属(Sticta)地衣的杯点二）微生物和植物的共生关系类型 共生关系是两个生物间相互有利的共居关系，彼此间有直接的营养物质交流，一种生物对另一种生物的生长有促进作用种子植物和微生物间的共生关系现像，一般有两类型：根瘤（root nodule)和菌根（mycorrhiza）1）细菌和植物的共生关系 有的植物（豆科植物居多）的根上，常有各种形状的瘤状突起，称为根瘤根瘤的产生是由于土壤内的一种细。