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Chap.8微生物的生态微生物生态学研究微生物群体与周围生物及非生物环境间相互关系的科学。微生物在生态系统中的作用微生物:生产者分解者§.1微生物在自然界中的分布与菌种资源的开发一、微生物在自然界中的分布(一)微生物的多样性(可培养）现有估计细菌4,700130,000真菌69,0001,500,000病毒5,000130,000藻类3,000100,000线虫15,000500,000合计96,7002,363,0001.在生物体上的微生物人体肠道的微生物分布●微生态学：研究动植物界面微生物与宿主相互关系的科学。●正常菌群:健康动物身体各部位稳定的微生物类群。●条件致病菌：宿主防御能力下降后，某些正常菌群成为致病菌，称之~。●益生菌剂：用于改善特定位置微生物生态平衡的微生物活体制剂。2．土壤中的微生物1）植物体上微生物●叶瘤菌;病原菌;木腐菌;植物内生真菌植物表生真菌●根际微生物:植物根围1.0cm范围内微生物。●菌根：真菌与植物根部形成的共生体，包括外生菌根和内生菌根。内生菌根：VA菌根；外生菌根：哈蒂网●豆科植物—●非豆科植物—RhizobiumFrankia●根瘤：豆科植物与根瘤菌、非豆科植物与Frankia放线菌形成的共生体。当代土壤微生物研究重大课题：1）土壤微生物参与的地球化学过程2）根际植物促生细菌（PGPR）3）土壤有害物质的降解4）土壤微生物的共生体系建议读物3．水体中微生物●海洋微生物海岸带:浅海带:藻类;光合微生物;化能异养菌;化能自养菌;深海带：200-6000M深渊带:6000-11000M嗜特异生境微生物●贫营养细菌也称寡营养菌，可在可溶性有机碳1-15mg/L的条件下生长的细菌。●饮用水微生物大肠菌群:发酵乳糖产酸产气的无芽孢革兰氏阴性菌，包括大肠杆菌等一些肠道细菌。计数:滤膜培养法;多管发酵法4.空气中的微生物●微生物种类和数量：●微生物的采样和计数：培养皿沉降法、空气采样器5、极端环境微生物（嗜极菌）----嗜热菌:最适生长（Topt）温度约45ºC●极端嗜热菌Topt：70~105ºC●超嗜热菌Topt：80~110ºC●耐热菌Tmax45ºC，室温可生长----嗜冷菌：0~20ºC，Topt20ºC----耐冷菌：在0ºC可生长，Topt20ºC以上嗜温菌：Topt20－45ºC嗜冷微生物－－雪地藻类极端嗜热细菌（来自黄石公园热泉）深海热泉嗜极端环境微生物●深海热泉附近存在的管形蠕虫—细菌的共生体(线状物为自养细菌:在丙酮酸存在时以硫化物为电子受体)●嗜酸菌;嗜碱菌：pH4；pH9；pH7不生长●耐酸菌;耐碱菌：pH7可生长●嗜极酶----嗜盐菌●微生物与盐份的关系类型最适NaCl代表非嗜盐菌＜0.2M多数陆生微生物低度嗜盐菌0.2~0.5M海洋微生物中度嗜盐菌0.5~2.5M副溶血性弧菌极端嗜盐菌2.5~5.2M古细菌极端嗜盐菌引起的生态景观----嗜压菌●嗜压：POPT1atm●耐压：POPT=1atm，1atm可生长----抗辐射微生物§.2微生物与生物环境间的相互关系一、互生：互利或偏利●固氮微生物----纤维素分解菌●混菌发酵二、共生：共居、相互依存1．微生物间的共生关系：●地衣:子囊菌----藻类2．微生物与植物间的共生关系●外生菌根:哈蒂网●内生菌根:泡囊(vesicle)丛枝状(arbuscule)（VA菌根）植物菌根形态（外生菌根）3．微生物与动物间的共生●瘤胃微生物与牛的共生关系三、寄生1．微生物间的寄生关系(蛭弧菌)2．微生物与植物间的寄生关系●专性寄生：白粉菌、锈菌、植物病毒-植物宿主（活的组织/细胞）●兼性寄生：以腐生为主,也可营寄生生活。3．微生物与动物间的寄生关系●病原菌、昆虫寄生M（苏云金杆菌、白僵菌、病毒杀虫剂）、冬虫夏草（真菌）●蛭弧菌●虫草四、拮抗某种生物产生的代谢产物抑制或杀灭它种生物的相互关系。●拮抗试验:拮抗菌,敏感菌五、捕食●真菌捕食线虫和其它原生动物-----菌网、菌环●微生物的抗菌测定方法§.3微生物在自然界物质循环中的作用●生物地球化学循环：生物参与的自然界的物质转化过程。●细菌、真菌：分解者----参与地球化学循环----应用微生物生态学一、碳素循环1）光合细菌2）无氧下的发酵3）沼气发酵4）有氧降解二、氮素循环1)生物固氮2）硝化作用（亚硝化细菌、硝化细菌）3）硝酸盐同化作用4）氨化作用（蛋白的水解和脱氨）5）氨盐同化作用6）硝酸的异化还原7）反硝化作用（硝酸盐还原为氮气）●Dissimilatorynitratereduction:TheprocessinwhichsomebacteriausenitrateaselectronacceptorattheendoftheirelectrontransportchinatoproduceATP.Thenitrateisreducedtonitriteornitrogengas.●Denitrification:ThereductionofnitratetogasProducts,primarilynitrogengas,duringanaeriobicrespiration.三、硫素循环与金属的细菌冶金1．自然界中的硫素循环1）硫酸盐的同化还原2）脱硫作用（含硫蛋白的分解）3）硫化作用（H2S或S氧化为S或硫酸）4）硫酸盐的异化还原（无氧呼吸）5）硫的异化还原（无氧呼吸）2．细菌冶金（细菌沥滤）：利用细菌从矿砂中回收金属的技术。包括溶矿、置换和浸矿剂[Fe2(SO4)3,H2SO4]再生过程。1）溶矿（氧化还原作用）2）置换3）浸矿剂再生:微生物氧化硫化物产生H2SO4和Fe（SO4)3的过程细菌治矿工地（铜矿生物冶炼）§.4微生物与环境保护一.水体的污染富营养化：水体中N、P含量过高而引起水体表面藻类过度生长的现象。1)有机、无机物的大量排入2)异养微生物的大量繁殖3)藻类过度生长4)溶解氧降低，水生生物死亡5)湖泊沼泽化二、用微生物处理污水●BOD（生化需氧量）：在一定条件下，微生物分解水中有机物生化过程所需溶解氧的量，以mg/L表示。●COD（化学需氧量）：用K2Cr2O7和KMnO4强氧化剂使水中有机物氧化所需溶解氧的量，以mg/L表示。●污水污染指标及三级处理微生物处理污水（好氧）的基本过程：高BOD5污水M区系充分供O2分层废气（CO2、NH3、H2S、CH4H2、CO）废渣（活性污泥、生物膜等）厌氧处理沼气废渣（有机肥料）清水（SO42-、NO3-、PO43-）●污水的生化处理方法－－活性污泥法活性污泥：微生物与悬浮物、胶体等组成的絮状物。－－生物转盘法●生物膜污水处理厂●微生物处理污水的原理充分利用活性污泥（生物膜）特点:----高的吸附能力----强的氧化分解能力----良好的食物链关系----良好的沉淀性能活性污泥Xenobiotic(异生素）Asyntheticproductnotformedbynaturalbiosynthetic;aforeignsubstanceorpoison.Cometabolism（共代谢）原本不能被代谢的物质在外界提供碳源和能源的情况下被代谢的现象，包括对二级基质的共同氧化和微生物协同作用等类型。●Pseudomonassp.Usingcometabolismtogrowoncyclohexane建议读物§.5沼气发酵与环境保护沼气发酵：产甲烷菌在厌氧的条件下利用H2还原CO2等碳源形成甲烷的过程。---意义：一、沼气发酵的三个阶段沼气：混合可燃气体—甲烷、H2、N2、CO2水解产酸产气1．第一阶段：水解●专性厌氧、兼性厌氧●产CO2、H2、低级有机酸2．第二阶段：产酸●严格厌氧菌：产氢产乙酸细菌群（奥氏甲烷杆菌：由S菌和MOH菌组成的共生体）●产乙酸、CO2、H23．第三阶段：产气●严格厌氧菌产甲烷细菌群●利用一、二碳化合物、H2合成甲烷产甲烷细菌：一类必须生活在厌氧环境下并伴有甲烷产生的古细菌。(甲烷杆菌属、甲烷球菌属、甲烷短杆菌属、甲烷八叠球菌属……)利用底物:CO2类:CO2,CO,CHOOH甲基类:甲醇、甲基胺、二甲基乙酸类：乙酸二、甲烷形成的生化机制●独特生理类型（属古细菌）③辅酶M（CoM）即：磺酸基硫基乙酸④F420，属于黄素单核苷酸（FMN）的衍生物。⑤其它辅酶：辅酶B，F430（镍四吡咯）②四氢甲烷蝶呤（F342）●多种独特辅酶参与①甲烷呋喃（CO2还原因子）●城市垃圾无害化处理（好氧发酵）●城市垃圾无害化处理---沼气发酵（能源）