第八章微生物生态学-PPT课件

第八章微生物生态学第一节微生物在生态系统中的作用第二节生态环境中的微生物第三节人体微生物及病原微生物的传播第四节微生物与环境保护第八章微生物生态学第一节、微生物在生态系统中的作用微生物在生态系统中的角色微生物与生物地球化学循环碳循环氮循环硫循环其他元素的微生物转化磷循环铁循环微生物在生态系统中的角色1.微生物是有机物的主要分解者2.微生物是物质循环中的重要成员3.微生物是生态系统中的初级生产者4.微生物是物质和能量的贮存者5.微生物是地球生物演化中的先行者碳循环碳在生物圈中的总体循环微生物在碳循环中的作用降解作用呼吸作用发酵作用甲烷形成光合作用CO2+H2OCO2+CH2O醇有机酸CO2+H2CH4光合作用发酵作用呼吸作用化石燃料碳在生物圈中的总体循环氮循环自然界中的氮素循环微生物在氮素循环中的作用固氮氨化作用硝化作用硝酸盐还原和反硝化作用生物体有机酸NO3-NH4+NO2-NON2O大气N2反硝化作用生物固氮自然界中的氮素循环生物固氮：据70年代中期的统计全球生物圈每年生物固氮达1.7108吨，其中草原3.5107吨，林地4.0108吨，海洋3.6108吨，其它土壤0.6108吨。根瘤菌属每年可为每公顷土地固氮达250Kg。硝化作用（nitrification）•定义：土壤或水体中的氨态氮经化能自养菌的氧化而成为硝酸态氮的过程。•过程：两阶段——（1）由亚硝化细菌参与，铵→亚硝酸；（2）由硝化细菌参与，亚硝酸→硝酸。•意义：是自然界氮素循环中不可缺少的一环，对农业无益。氨化作用（ammonnification）定义：含氮有机物经微生物的分解产生氨的作用。含氮有机物的种类：蛋白质、尿素、尿酸、几丁质等。分解蛋白质的微生物种类：Proteusvulgaris（普通变形杆菌），Bacillusmegaterium（巨大芽孢杆菌），Clostridiumputrificum（腐败梭菌）。分解尿素的细菌：Sporosarcinaureae（脲芽孢八叠球菌）和Bacilluspasteurii（巴氏芽孢杆菌）。分解几丁质的细菌：Bacteriumchitinophilum（嗜几丁杆菌）等。意义：含氮有机物必须经过微生物降解才能被植物利用。反硝化作用定义：由硝酸盐还原成NO2–并进一步还原成N2的过程（广义）。狭义的反硝化作用仅指由亚硝酸还原成N2的过程。条件：厌氧（淹水的土壤或死水塘中）。菌种：少数异养和化能自养菌。如：Pseudomonasaeruginosa（铜绿假单胞菌）、Ps.stutzeri（施氏假单胞菌）、Thiobacillusdenitrificans（脱氮硫杆菌）以及Spirillum（螺菌属）和Moraxella（莫拉氏菌属）等。意义：土壤中氮元素流失的重要原因之一。水稻田中施用化学氮肥，有效利用率只有25%左右。另外可以利用水生性反硝化细菌去除污水中的硝酸盐。硫循环生物体有机硫SO42-H2S原素S微生物在硫素循环中的作用硫的氧化硫酸盐还原有机硫化物的矿化（硫化氢释放）其他元素的微生物转化有机质的分解作用无机离子的固定或同化作用无机离子和化合物的氧化作用氧化态还原态的还原作用陆生生境的微生物水生生境的微生物大气生境的微生物工农业产品上的微生物及生物性酶腐的控制第二节、生态环境中的微生物极端环境下的微生物生物体内外的正常菌群微生物群落一、微生物群落种群：具有相似特性和生活在一定空间内的同种个体群，种群是组成群落的基本部分。群落：一定区域内或一定生境中各种微生物种群相互松散结合的一种结构和功能单位。互生共生竟争寄生捕食中立生活、偏利作用、偏害作用种群的相互作用互生两种生物可以独立生活。也可以形成松散的联合，对一方有利，或双方都有利。微生物间的互生关系微生物与高等植物之间的互生关系微生物与人及动物间的互生关系固氮菌纤维素分解菌固氮碳源微生物与高等植物之间的互生关系根际微生物与高等植物：高等植物为微生物提供所需的营养物质，植物发达的根系改善了土壤结构，水分和空气条件，有利于微生物的生长。微生物与人及动物间的互生关系某些种类微生物在数量极少的情况下对人及动物物体是有益的。一般不会致病。共生两种微生物紧密生活在一起，彼此依赖，相互为对方创造有利条件，有的达到了难以分离的程度。生理上相互分工，组织上形成了新的结构，彼此分离各自就不能很好地生活。微生物间的共生微生物与植物共生体——菌根微生物与动物共生微生物间的共生-组成：真菌(子囊菌，担子菌)单细胞藻类(绿藻，蓝藻)共生组成一种植物体。地衣结构：有些种地衣真菌无规律地缠绕藻类细胞，另一些种地衣真菌与藻类形成一定层排列。当地衣繁殖时，表面生出珠状粉芽。其中含有少量藻细胞和真菌丝，粉芽脱离母体。生理：地衣中的真菌和藻类已形成特殊形态的整体了，在生理上相互依存，真菌异养生活，藻类制造养料，真菌提供水分、无机盐供藻类光合作用。微生物与植物共生体－菌根根毛根瘤菌侵入线已侵入的根瘤菌根瘤根瘤的形成过程微生物与动物共生微生物和昆虫的共生瘤胃共生发光细菌和海洋鱼类共生牛羊等反刍动物，草是主要饲料，但它们本身没有分解纤维素的能力，而是靠瘤胃微生物帮助分解，使纤维素变成能被牛羊吸收的糖类。竟争一种微生物生命活动中，通过产生某些代谢产物或改变环境条件，能抑制其它微生物的生长繁殖，或毒害杀死其它微生物的现象。寄生一种生物能侵入另一种生物体内吸取自己所需要的营养物质进行生长繁殖，在一定的条件下对后者造成损害或死亡的现象叫寄生。微生物间的寄生关系微生物对植物的寄生微生物对人与动物的寄生微生物间的寄生关系细菌间：一种细菌可以寄生在另一种细菌体内，如食菌蛭弧菌能寄生在大肠杆菌等许多Ｇ-菌体内。真菌间：一种真菌寄生在另一种真菌间较普遍。寄生物先分泌毒素，引起寄主活力衰退，然后再缠绕致死。有些寄生真菌不分泌毒素，由菌丝将寄主的菌丝紧紧地缠绕起来，再由接触部位侵入寄主菌丝内吸收营养使之死亡。还有些寄生真菌将菌丝或吸器伸到寄主真菌丝内或寄生菌丝与寄主菌丝接触，溶解寄主细胞膜，吸取其营养物质进行生长繁殖。微生物对植物的寄生微生物对植物的寄生很普遍，这是植物发生病害的重要原因。能引起植物病害的微生物称为植物病原微生物。植物或染病微生物发病后，出现变色，组织坏死，萎蔫和畸形等症状。能引起植物病害的有真菌、细菌、病毒等。植物病害以真菌病害为主，占９５％。细菌性植物病害占３％。微生物对人与动物的寄生微生物在人体和动物体内寄生引起人与动物的传染病常见的畜禽传染：炭疽病，口蹄疫，猪瘟，鸡瘟病等病原微生物寄生在有益的动植物体内会给人们造成经济损失，寄生有害在动物体内，则对人类是有益的，可以加以利用。猎食原生动物以水体和土壤中的细菌，放线菌，真菌的孢子及单细胞藻类为食，这种关系即为猎食关系。二、陆生生境的微生物土壤是微生物良好的生活场所土壤中的微生物细菌放线菌真菌藻类和原生动物微生物在土壤中的分布的影响因素土壤是微生物良好的生活场所1、为微生物提供了良好的Ｃ源、Ｎ源、能源。2、为微生物提供有机物、无机盐、微量元素。4、土壤ＰＨ值范围5.5－8.5之间。5、温度、季节与昼夜温差不大。6、土壤颗粒空隙间充满着空气和水分。7、适宜的渗透压。3、满足了微生物对水分的要求。细菌生物量：单位体积内活细胞的重量。每克肥土可含２５亿个细菌。以每亩半尺深耕作层土壤重30万计，细菌活重约100－450斤。放线菌多分布在有机物较丰富的碱性土壤中。(几万-几百万)/克土壤土壤中放线菌数量仅次于细菌由于菌体大，其生物量与细菌接近。真菌真菌主要分布在接近地面的土层中，以丝状体和孢子体形式存在于土壤中，(几千－几十万个)/每克土壤。由于菌体粗大，其生物量不低于细菌，放线菌，为0.6mg／g土壤，菌丝最长可达40米。如酵母在果园土壤里含量几十万个／g土壤。藻类和原生动物藻类（５万个／克土）原生动物（３万个／克土）纤毛虫，鞭毛虫、肉足虫等为主，它们以其它微生物和有机物碎片为食，对其它几类微生物的数量起调节作用。微生物在土壤中的分布的影响因素土壤深度对微生物分布的影响有机物含量对微生物分布的影响碳源对微生物分布的影响酸碱度影响微生物分布土壤中微生物的数量：按种类递减细菌—放线菌—霉菌—酵母菌—藻类—原生动物耕作土壤中，细菌湿重约90~225kg；以土壤有机质含量为2%计算，则所含细菌干重约为土壤有机质的1%左右。土壤微生物的代谢活动，可改变土壤的理化性质，进行物质转化，因此，土壤微生物是构成土壤肥力的重要因素。若按生物量计算则各种微生物的生物量基本相当。微生物的水域环境水中无机盐水中有机物ＰＨ值温度光线三、水生生境的微生物淡水中的微生物海水中的微生物淡水中的微生物细菌总数不得超过：100个/毫升饮用水消毒常用方法：大肠菌群指数不得超过：3个/升我国相关法规对饮用水微生物指标的规定：加入液态氯或次氯酸盐海水中的微生物•平均含盐量：3.5%，密度大、渗透压高、冰点低。•微生物组成：多数为革兰氏阴性菌、多嗜盐、河口处有耐盐菌；•形态：多有鞭毛，常见多形性、可变为球形、弧形、丝状及螺旋状，个体小；•生理：兼性厌氧，生长慢，能在低营养下生活，常产色素，分解蛋白质能力强，解糖能力低，多嗜冷，对热敏感；•分布：不均匀，与水深成反比，0~10米——少；10~50米——呈上升变化；50米以下数量减少；海底沉积物上——多；•常见菌种：假单孢菌、弧菌、螺菌、无色杆菌、黄杆菌清水型水生微生物洁净湖泊和水库，微生物数量少(10-103/ml)，以化能自养型和光能自养型微生物为主，部分腐生细菌，如色杆菌、无色杆菌和微球菌等；霉菌中如水霉、绵霉等的一些种；以及单细胞和丝状的藻类和一些原生动物常在水面生长，数量较少。以上微生物种类可以认为是水中的“土著”菌群。根据微生物对水生环境中的营养要求，将其分为三类：贫营养细菌（1-15mgC/L）、兼性贫营养细菌（指一些在富营养培养基中经反复培养后也能适应并生长的贫营养细菌）、富营养细菌（10gC/L）类型及环境情况：流经城市的河水、港口附近的海水、滞留的池水、阴沟水；流入了大量的人畜排泄物、生活污物和工业废水等，有机物含量大增。微生物数量和类群：数量：大量外来的腐生细菌，使腐败型水生微生物尤其是细菌和原生动物大量繁殖，每毫升污水的微生物含量达到107~108个；类群：革兰氏阴性无芽孢杆菌，纤毛虫类、鞭毛虫类和根足虫类等原生动物，还有一些随人畜排泄物和病体污物进入水体的动植物致病菌繁殖及后果：通常因水体环境中的营养等条件不能满足其生长繁殖的要求，加上周围其它微生物的竞争和拮抗关系，一般难以长期生存，但由于水体的流动，也会造成病原菌的传播甚至疾病的流行。腐败型水生微生物水的自净作用污水中的微生物在污水环境中大量繁殖，逐渐把水中的有机物分解成简单的无机物，同时它们的数量随之减少，污水也就逐步净化变清。水源的饮用价值：良好的饮用水细菌含量应在100个/ml以下，当超过500个/ml时，即不适合作为饮用水。更重要的是水中的微生物种类，一般用大肠菌群数作为是否含有病原菌的指标。在自然水体尤其是快速流动的水中，存在着对有机或无机污染物的自净作用。其原因是多方面的，有稀释、沉降、吸附等物理作用，更重要的是各种生物学和生物化学作用，这种作用称为水的自净作用。是流水不腐的原因。空气干燥，不利于微生物生命活动，不是微生物生长繁殖的场所但却飘浮着相当数量的微生物，来自地面、动植物、尘土。四、大气生境的微生物城市街道、医院、畜舍等公共场所空气中含量高；森林、海洋、高纬度地带的空气中微生物含量很少。微生物在空气中只能短时间停留，就要落地，大部分死亡，包括一些人体病原菌。但结核、白喉，炭疽等杆菌和肺炎双球菌、葡萄球菌、流或病毒、脊髓灰质炎病毒抗性比较强。能传染疾病。微生物在空气传播的距离是无限的，因而其分布是世界性的。空气中的微生物的数量是大气污染程度的标志之一五、极端环境下的微生物嗜热菌嗜冷菌嗜酸菌嗜碱菌嗜盐菌嗜压菌抗辐射的微生物六、生物体内外的正常菌群人体：正常微生物区系；植物体表：分泌物可被微生物利用；动物体表