土壤微生物

土壤微生物广东药学院流行病教研室土壤微生物土壤生境特征土壤微生物的来源、种类、分布及其卫生学意义（掌握）土壤微生物的检测与卫生标准土壤微生物污染的预防（熟悉）土壤微生物研究的前景土壤：人类生产、生活最重要的环境之一，微生物生活的大本营和生物地球化学物质循环的最主要场所土壤是生命的摇篮，生命是土壤的发动机！土壤是微生物的大本营—被忽视的生物王国！第一节土壤生境特征土壤：是地壳表面的岩石经过长期风化和生物学作用而形成的一层疏松物质土壤的形成过程岩石表面物理化学风化疏松的母质层生物作用土壤(活跃层、固、液、气三相复杂系统）相互作用开放系统（物理、化学、生物活动）土壤是联系有机界和无机界的重要环节土壤中生物：微生物（细菌、放线菌、真菌、藻类、原生动物）动物植物土壤生态系统：土壤和以土壤为基质的生物种群紧密的联系在一起，构成一个有机的整体土壤生物类型的多样性土壤生物有:多细胞的后生动物单细胞的原生动物真核细胞的真菌（酵母、霉菌）和藻类原核细胞的细菌、放线菌和蓝细菌没有细胞结构的分子生物（如病毒）土壤生物土壤生物土壤生物的种类：土壤生物微生物动物植物生态系统的结构和组成生态系统非生物成分消费者分解者生产者温度、光土壤水、CO2、O2有机物等生物成分土壤生境的特征：1、土壤的固相成分：95％以上矿物质，5％有机质（腐殖质是主要组成成分）土壤中的营养素：无机营养素、有机营养素无机营养素磷、硫、钾、钠、铁、镁、钙、锌、锰有机营养素动植物残体、腐殖质等为微生物提供碳、氮、氧等有机养分2、土壤的水分：土壤中有足够的水分可使矿物质溶解其中有利于微生物的利用，也有利于微生物分泌的酶类降解有机质。使微生物处于正常生理状态。3、土壤的酸碱度：土壤一般呈中性或弱碱性，适合大多数微生物的生长；一般真菌喜欢酸性，放线菌喜欢碱性，细菌喜欢中性。因此不同酸碱度的土壤存在的微生物类群各异5、土壤的空气4、土壤的温度土壤具有一定的保温性，使土壤一年四季中变化不大，利于微生物的生长繁殖和生存；但由于地区和季节的不同土壤温度有所不同，也导致了微生物种类和数量上的差异。5、土壤的空气土壤空隙中的空气，是需氧微生物生长的氧气来源。空气的多少，决定了土壤中微生物的类群。团粒结构好的土壤，如壤土，其中小空隙中充满水，团粒间的大空隙中则充满空气，可保证需氧微生物的旺盛生长；在潮湿的粘土中，空隙中充满水，空气缺乏，有利于厌氧微生物生长。第二节土壤微生物的来源、种类、分布及其卫生学意义一、土壤微生物的来源“土著”微生物类群：土著性微生物长期生活于土壤中，对于土壤环境有较强的适应性，当土壤环境变劣时，它们一般能呈休眠状态存活下来；外来微生物:随雨水、动植物残体、堆肥或受污染的水体进入土壤它们可在土壤中持续一定时间，并作短期的生长繁殖，但由于适应性差，一般不能持续发展。微生物土壤生物土壤中微生物分布广数量大种类多最活跃它们参与土壤有机质分解，腐殖质合成，养分转化和推动土壤的发育和形成。1公斤土壤可含：5亿个微小动物。5亿个细菌，近10亿个真菌100亿个放线菌土壤微生物：土壤生物土壤是微生物生活的大本营单体数量最多生物多样性最复杂生物量最大在1g土壤中几乎可以发现所有的微生物高级分类单元（Meyer1993）。每克土壤含有多于109个微生物（Torsciketal.，1990）。虽然微生物本身仅占土壤有机质的很小部分，但它是活着的有机体和物质转化的作用（Stevenson，1986），有机质转化所需能量的95%以上来自微生物的分解作用土壤微生物的主要功能分解有机废弃物在生态系统中通过光合作用合成有机物生产工业原料如乙醇丙酮等生产发酵食品如醋奶酪面包等生产药物产品如抗生素胰岛素等有些为动植物病原微生物微生物与物质循环主要的有O、N、C、S、P循环1.碳素的循环①有氧条件：光合作用:②无氧条件：酵解甲烷生成形成化石燃料呼吸作用：有机物CO2CO2有机物碳素循环微生物与物质循环2、微生物在含氮有机物质转化中的作用含氮有机物是土壤中氮素的主要贮藏状态，包括蛋白质、氨基酸、腐殖质等。(1)水解作用蛋白质在微生物分泌的蛋白质水解酶作用下，分解成氨基酸的作用称水解作用。蛋白质氨基酸蛋白质水解酶(2)氨化作用分解含氮有机物产生氨的生物学过程称氨化作用。CH2NH2COOH＋O2HCOOH＋CO2＋NH3CH2NH2COOH＋H2CH3COOH＋NH3CH2NH2COOH＋H2OCH2(OH)COOH＋NH3氧化好气分解还原嫌气分解水解（3）.硝化作用氨态氮被微生物氧化成亚硝酸，并进一步氧化成硝酸的过程，称硝化作用。这一作用可分为两个阶段：第一阶段，氨被亚硝酸细菌氧化成亚硝酸；第二阶段，亚硝酸被硝化细菌氧化成硝酸。其反应如下：2NH2＋3O22HNO2＋2H2O＋热量2HNO2＋O22HNO3＋热量（4）反硝化作用同细菌在无氧或微氧条件下以NO3－或NO2－作为呼吸作用的最终电子受体生成N2O和N2的硝酸盐还原过程，称反硝化作用。其反应如下：反硝化细菌C6H12O6＋24KNO324KHCO3＋6CO2＋12N2↑＋18H2O氮素的循环微生物与物质循环3.含磷有机物质的转化土壤中含磷有机物主要有核蛋白、卵磷脂、核酸、核素等，它们在有机磷细菌的作用下进行分解：磷细菌水解K＋＋Na＋＋Ca2＋核蛋白质磷酸磷酸盐产生的磷酸盐是植物可吸收的磷素养分，但在酸性或石灰性土壤中易与Fe、Al、Ca、Mg等生成难溶性的磷酸盐，降低其有效性。在缺氧条件下磷酸又被还原为磷化氢，其反应如下：H3PO4H3PO3H3PO2PH34.含硫有机物质的转化植物残体中的硫，主要存在于蛋白质中，能分解含硫有机物的土壤微生物很多，一般能分解含氮有机物的氨化细菌，都能分解有机硫化物，产生硫化氢，其反应如下：蛋白质硫氨基酸H2S还原型的无机硫化物被硫化细菌氧化成硫酸的过程，称硫化作用。其反应如下：2H2S＋O22H2O＋2S2S＋3O2＋2H2O2H2SO4硫化作用产生的硫酸与土壤中的盐基物质作用，形成硫酸盐，硫酸盐是植物可吸收的养分。硫素的循环微生物与物质循环二、土壤微生物的种类细菌(Bacteria)（70％－90％）放线菌真菌(Fungi)–酵母菌(Yeast)–霉菌(Molds)原生动物(Protozoa)藻类(Algae)病毒(Viruses)土壤微生物群体的组成微生物的营养型：根据微生物对营养和能源的要求，一般可将其分为四大类型化能有机营养型，又称化能异养型。这类微生物的生长需要有机化合物作为碳源，并从氧化有机化合物的过程中获得能量。大多数细菌都属于这类。化能无机营养型，又称化能自养型。这类微生物以CO2为碳源，从氧化无机化合物中取得能量。这类细菌数量不多，但在物质转化过程中起着主要作用。根据它们氧化不同底物的能力，可分为5个主要类群：亚硝酸菌（NH3NO2-）；硝酸菌（NO2-NO3-）；硫氧化菌（H2S，S，S2O32-SO4-）；铁细菌（Fe2+Fe3+）；氢细菌（H2H2O）。土壤微生物群体的组成光能有机营养型，又称光能异养型。以光为能源，以有机化合物作为供氢体以还原CO2，合成细胞物质。如紫色非硫细菌中的深红红螺菌。光能无机营养型，又称光能自养型。以光为能源，以无机物作为供氢体以还原CO2，合成细胞物质。如蓝细菌，绿硫细菌，紫硫细菌。1、土壤中的细菌细菌是土壤中最常见，也是数量最多的微生物，占土壤微生物总数的70-90%，主要是能分解各种有机物质的种类。细菌为原核生物，细胞壁主要由肽葡聚糖组成。细菌繁殖很快，在适宜条件下，很多细菌的世代时间均不到1小时，因而具有较强的竞争力和适应力。1、土壤中的细菌(Bacteria)原核生物Prokaryotes细胞壁组成为肽聚糖生殖方式为等分裂(Binaryfission)形态有球状杆状螺旋状弧状等具鞭毛(flagella)古细菌(Archaea)原核生物细胞壁非肽聚糖生长于极端环境下主要包括:–产烷细菌(Methanogens)–极端喜盐细菌(Extremehalophiles)–极端嗜热细菌(Extremethermophiles)Acinetobactersp.EscherichiacoliStaphylococcusaureusAnActinomyceteGrampositiveGramnegativeexamples属名细胞形态芽孢运动格氏染色与氧的关系假单胞菌杆状-极生鞭毛G-好氧黄单胞菌-G-根瘤菌杆状-周生或亚极生鞭毛G-好氧土壤杆菌-柄杆菌杆状-极生或亚极生鞭毛G-好氧固氮菌杆状-周生鞭毛G-好氧蛭弧菌弧状-极生鞭毛G-好氧噬纤维菌杆状两端尖-滑行G-好氧芽孢杆菌杆状+周生鞭毛G+好氧梭状芽孢杆菌杆状+周生鞭毛G+厌氧链球菌球状--G+兼性厌氧微球菌球状--G+严格好氧八叠球菌球状--G+严格厌氧棒杆菌杆状--G+兼性厌氧节杆菌不规则分枝，球状，杆状--G+严格好氧土壤中常见的细菌属属主要特征小单孢菌菌丝不生长在基质表面，在基质里或表面上产单一的孢子；在多数基质上菌落生长缓慢诺卡氏菌菌丝不稳定，断裂成细菌状单位，菌丝通常不生于基质上，很少产生孢子；链霉菌菌丝上产生长链的孢子，生长于基质上；土壤中种类很多，并产生许多抗菌素孢囊链霉菌孢子在基质表面菌丝上产生的孢囊内或成长链形成，菌落与链霉菌属相似。噬热放线菌在基质表面或基质内形成单一的孢子，孢子抗热，所有的中均噬热。2、土壤中常见的几种放线菌及其主要特征3、土壤中的真菌(Fungi)真核生物(Eukaryotes)细胞壁为几丁质(Chitin)异养，中温性生长分解有机质非常活跃，腐生真菌参与难降解植物残体组分的分解（纤维素、半纤维素和木质素）丝状真菌（霉菌）改良土壤物理结构，促进土壤腐殖质的形成霉菌和蘑菇为多细胞酵母菌为单细胞Yeastsareunicellular4、土壤中的其他微生物：原生动物(Protozoa)EukaryotesUnicellularAbsorboringestorganicchemicalsMaybemotileviapseudopods,cilia,orflagellaE.g.,ameba,paramecium4、土壤中的其他微生物：藻类(Algae)EukaryotesCellulosecellwallsUsephotosynthesisforenergy4、土壤中的其他微生物：病毒(Viruses)AcellularConsistofDNAorRNAcoresurroundedbyaproteincoatCoatmaybeenclosedinalipidenvelopeVirusesarereplicatedonlywhentheyareinalivinghostcell三、土壤微生物的分布微生物种类和数目随土层深度、氢离子浓度、温度、湿度和季节而有明显变化。藻类在地表面或靠近地表面的土层进行光合作用，硝化细菌、铁细菌和硫细菌等进行化学合成作用在深层土壤等特殊条件下还发现有进行特殊化学合成作用的无机营养型细菌。细菌多分布在中性至弱碱性土壤，好氧性细菌多分布在上部土层，厌氧性细菌则多分布在下部土层真菌多分布在酸性土壤，碱性土壤中放线菌多原生动物存在于有机质和微生物丰富的表层土壤四、土壤中的病原微生物及其危害土壤生物性污染：因各种原因造成土壤中致病菌、病毒、寄生虫卵等病原微生物增多主要来源：未经彻底无害化处理的人畜粪便和污泥用于施肥未经处理的生活污水、医院污水和含病原体的工业废水进行农用灌溉病畜尸体处理不当等（一）土壤中的病原微生物存活时间影响因素：有机质种类和数量、pH、温度、日照、土著微生物的拮抗等存活时间的长短与病原微生物造成疾病传播的可能性有密切关系病毒易吸附于土壤颗粒内而延长其存活时间布鲁杆菌形态与染色：G-小球杆菌或短杆菌，无芽胞和鞭毛，有微荚膜培养特性：需氧菌，营养要求较高，