【微生物課件】微生物生態(tài)

微生物生態(tài)學(xué)微生物生態(tài)學(xué)本章主要內(nèi)容 自然界中的微生物分布情況自然界中的微生物分布情況 微生物與其他生物類群間的關(guān)系微生物與其他生物類群間的關(guān)系 微生物在自然界物質(zhì)循環(huán)中的作用微生物在自然界物質(zhì)循環(huán)中的作用 微生物在環(huán)境保護(hù)方面的應(yīng)用微生物在環(huán)境保護(hù)方面的應(yīng)用 生態(tài)系統(tǒng)：生態(tài)系統(tǒng)： 在一定的空間內(nèi)生物的成分和在一定的空間內(nèi)生物的成分和非生物的成分非生物的成分通過通過物質(zhì)循環(huán)物質(zhì)循環(huán)和和能量流動能量流動互相作用、互相作用、互相依存而互相依存而構(gòu)成的一構(gòu)成的一個生態(tài)學(xué)功能單位。個生態(tài)學(xué)功能單位。生態(tài)學(xué)：生態(tài)學(xué)：研究研究生物生物與其周圍與其周圍生物生物和和非生物非生物環(huán)境之環(huán)境之間相間相 互關(guān)系的一門科學(xué)?；リP(guān)系的一門科學(xué)。微生物生態(tài)學(xué)：微生物生態(tài)學(xué)：研究微生物與其周圍生物和非生物環(huán)境之間相互研究微生物與其周圍生物和非生物環(huán)境之間相互關(guān)系。關(guān)系。t 各種環(huán)境中的微生物的種類、分布；各種環(huán)境中的微生物的種類、分布；t 微生物和其它生物的關(guān)系；微生物和其它生物的關(guān)系；t 微生物與物質(zhì)循環(huán)；微生物與物質(zhì)循環(huán)；第一節(jié)第一節(jié) 自然界中的微生物自然界中的微生物微生物的特點(diǎn)：微生物的特點(diǎn)：個體微小，代謝營養(yǎng)類型多樣，適應(yīng)能力強(qiáng)個體微小，代謝營養(yǎng)類型多樣，適應(yīng)能力強(qiáng)微生物在自然界中分布廣泛微生物在自然界中分布廣泛一、微生物在自然界中的分布一、微生物在自然界中的分布（一）土壤中的微生物（一）土壤中的微生物土壤是固體無機(jī)物土壤是固體無機(jī)物( (巖石和礦物質(zhì)巖石和礦物質(zhì)) )、有機(jī)物、水、有機(jī)物、水、空氣和生物組成的復(fù)合物，是微生物的合適生境。空氣和生物組成的復(fù)合物，是微生物的合適生境。是是微生物的大本營。微生物的大本營。土壤微生物種類多、數(shù)量多、代謝潛力巨大，是主土壤微生物種類多、數(shù)量多、代謝潛力巨大，是主要的微生物源。要的微生物源。1 1）土壤微生物的數(shù)量和分布主要受到）土壤微生物的數(shù)量和分布主要受到營養(yǎng)物、含水量、氧、溫度、營養(yǎng)物、含水量、氧、溫度、pHpH等因子等因子的影響，并隨土壤類型的不同而有很大的影響，并隨土壤類型的不同而有很大變化。變化。2 2）土壤微生物的數(shù)量和分布受季節(jié)影）土壤微生物的數(shù)量和分布受季節(jié)影響；響；3 3）微生物的數(shù)量也與于土層的深度有）微生物的數(shù)量也與于土層的深度有關(guān)，一般土壤表層微生物最多，隨著土關(guān)，一般土壤表層微生物最多，隨著土層的加深，微生物的數(shù)量逐步減少。層的加深，微生物的數(shù)量逐步減少。4 4）土壤中的微生物以）土壤中的微生物以細(xì)菌細(xì)菌最多，其次最多，其次位放線菌和霉菌。位放線菌和霉菌。土壤中的微生物分布特點(diǎn)土壤中的微生物分布特點(diǎn)（二）水體中的微生物（二）水體中的微生物1 1）數(shù)量和種類與接觸的土壤有密切關(guān)系；）數(shù)量和種類與接觸的土壤有密切關(guān)系；2 2）垂直分帶分布垂直分帶分布3 3）多是）多是吸附吸附在懸浮在水中的有機(jī)物上及水底；在懸浮在水中的有機(jī)物上及水底； 4 4）多能運(yùn)動，有些具有很異常的形態(tài)（例如）多能運(yùn)動，有些具有很異常的形態(tài)（例如柄細(xì)柄細(xì)菌菌）；）；5 5）靠近城市或城市下游水中的微生物多，并且有）靠近城市或城市下游水中的微生物多，并且有很多對健康不利的細(xì)菌，因此不宜作為很多對健康不利的細(xì)菌，因此不宜作為飲用水源飲用水源；6 6）水體自身存在）水體自身存在自我凈化作用自我凈化作用：1 1、江河水、江河水2 2、海水、海水1 1）嗜鹽，真正的海洋細(xì)菌在缺少氯化鈉的情況下是）嗜鹽，真正的海洋細(xì)菌在缺少氯化鈉的情況下是不能生長的。不能生長的。2 2）低溫生長，除了在熱帶海水表面外，在其它海水）低溫生長，除了在熱帶海水表面外，在其它海水中發(fā)現(xiàn)的細(xì)菌多為嗜冷菌。中發(fā)現(xiàn)的細(xì)菌多為嗜冷菌。3 3）大多數(shù)海洋細(xì)菌為）大多數(shù)海洋細(xì)菌為G G細(xì)菌，并具有運(yùn)動能力。細(xì)菌，并具有運(yùn)動能力。 4 4）耐高壓（特別是生活在深海的細(xì)菌）。）耐高壓（特別是生活在深海的細(xì)菌）。5 5）更明顯的垂直分層分布（透光區(qū)、無光區(qū)、深海）更明顯的垂直分層分布（透光區(qū)、無光區(qū)、深海區(qū)、超深淵海區(qū)）區(qū)、超深淵海區(qū)）德國科學(xué)家德國科學(xué)家H. N. Schulz等等1999年在納米比亞年在納米比亞海岸的海底沉積物中發(fā)現(xiàn)的一種硫磺細(xì)菌（海岸的海底沉積物中發(fā)現(xiàn)的一種硫磺細(xì)菌（sulfur bacterium），），其大小可達(dá)其大小可達(dá)0.75 mm，Thiomargarita namibiensis，-“納米比亞硫納米比亞硫磺珍珠磺珍珠”（三）空氣中的微生物（三）空氣中的微生物1 1）無原生的微生物區(qū)系，主要以氣溶膠形式存在）無原生的微生物區(qū)系，主要以氣溶膠形式存在2 2）來源于土壤、水體及人類的生產(chǎn)、生活活動；）來源于土壤、水體及人類的生產(chǎn)、生活活動；3 3）種類主要為真菌和細(xì)菌，一般與其所在環(huán)境的微）種類主要為真菌和細(xì)菌，一般與其所在環(huán)境的微生物種類有關(guān)；生物種類有關(guān)；4 4）數(shù)量取決于塵埃數(shù)量；）數(shù)量取決于塵埃數(shù)量；5 5）停留時間和塵埃大小、空氣流速、濕度、光照等）停留時間和塵埃大小、空氣流速、濕度、光照等因素有關(guān)；因素有關(guān)；6 6）與人類的關(guān)系：）與人類的關(guān)系：傳播動、植物疾??；造成食品及傳播動、植物疾病；造成食品及發(fā)酵生產(chǎn)中的污染、發(fā)酵生產(chǎn)中的污染、（四）工農(nóng)業(yè)產(chǎn)品上的微生物（四）工農(nóng)業(yè)產(chǎn)品上的微生物1 1微生物引起的工業(yè)產(chǎn)品的霉腐微生物引起的工業(yè)產(chǎn)品的霉腐大量工業(yè)制品都是用用動植物產(chǎn)品作原料來制造的大量工業(yè)制品都是用用動植物產(chǎn)品作原料來制造的 纖維制品、木制品、革制品、橡膠制品、油漆、纖維制品、木制品、革制品、橡膠制品、油漆、卷煙、化妝品等。卷煙、化妝品等。有些工業(yè)產(chǎn)品如塑料、建筑涂料等也有很多微生物可以有些工業(yè)產(chǎn)品如塑料、建筑涂料等也有很多微生物可以分解、利用。分解、利用。 光學(xué)儀器上的鏡頭，建筑泥漿、鋼纜、地下管光學(xué)儀器上的鏡頭，建筑泥漿、鋼纜、地下管道、金屬材料等，各種電訊器材、文物、書畫等也可被道、金屬材料等，各種電訊器材、文物、書畫等也可被多種特殊微生物所破壞。多種特殊微生物所破壞。2 2食品、農(nóng)副產(chǎn)品上的微生物食品、農(nóng)副產(chǎn)品上的微生物不利影響：不利影響：t由于微生物的生長繁殖而腐爛、由于微生物的生長繁殖而腐爛、變質(zhì)，不能再食用或使用；變質(zhì)，不能再食用或使用；t病原微生物進(jìn)入人體的重要途病原微生物進(jìn)入人體的重要途徑，引起傳染性疾病；徑，引起傳染性疾??；t很多微生物在食品、農(nóng)產(chǎn)品上很多微生物在食品、農(nóng)產(chǎn)品上生長后會產(chǎn)生對人有害的毒素；生長后會產(chǎn)生對人有害的毒素； 肉毒毒素、黃曲霉素等肉毒毒素、黃曲霉素等可采用多種方法防止微生物對食品等的破壞可采用多種方法防止微生物對食品等的破壞t 利用特定的微生物制備風(fēng)味食品，利用特定的微生物制備風(fēng)味食品，如醬制品、米酒、腌酸菜等；如醬制品、米酒、腌酸菜等；有利影響：有利影響：（五）極端環(huán)境下的微生物（五）極端環(huán)境下的微生物1 1、嗜熱微生物、嗜熱微生物嗜熱微生物是一類生活在高溫環(huán)境中的嗜熱微生物是一類生活在高溫環(huán)境中的微生物，如火山口及其周圍區(qū)域、溫泉、微生物，如火山口及其周圍區(qū)域、溫泉、工廠高溫廢水排放區(qū)等。工廠高溫廢水排放區(qū)等。兼性嗜熱菌兼性嗜熱菌專性嗜熱菌專性嗜熱菌極端嗜熱菌極端嗜熱菌耐熱菌耐熱菌超嗜熱菌超嗜熱菌 嗜熱菌的類型：嗜熱菌的類型：隱蔽熱網(wǎng)菌隱蔽熱網(wǎng)菌（Pyrodictium occultum）嗜酸熱硫化葉菌嗜酸熱硫化葉菌（Sulfolobus acidocaldarius）水生嗜熱桿菌水生嗜熱桿菌(Thermus aquaticus)2、嗜冷微生物、嗜冷微生物嗜冷菌：最適生長溫度低于嗜冷菌：最適生長溫度低于15耐冷微生物：最適生長溫度為耐冷微生物：最適生長溫度為20-40主要分布于極地、深海、高山、冰窖和冷藏庫主要分布于極地、深海、高山、冰窖和冷藏庫3、嗜酸微生物、嗜酸微生物只能上生活在低只能上生活在低pH（4）的條件下的條件下耐酸微生物：也可在中性環(huán)境中生長最適生長溫度低于耐酸微生物：也可在中性環(huán)境中生長最適生長溫度低于15 4、嗜堿微生物、嗜堿微生物專性生活在專性生活在pH10-11的堿性條件下的堿性條件下5、嗜鹽微生物、嗜鹽微生物在高鹽濃度下才能生長在高鹽濃度下才能生長6、嗜壓微生物、嗜壓微生物在高靜水壓環(huán)境中生長在高靜水壓環(huán)境中生長7、抗輻射微生物、抗輻射微生物研究意義：研究意義：(1)(1)開發(fā)利用新的微生物資源，包括特異性的基因開發(fā)利用新的微生物資源，包括特異性的基因資源；資源；(2)(2)為微生物生理、遺傳和分類乃至生命科學(xué)及相為微生物生理、遺傳和分類乃至生命科學(xué)及相關(guān)學(xué)科許多領(lǐng)域，如：功能基因組學(xué)、生物電子關(guān)學(xué)科許多領(lǐng)域，如：功能基因組學(xué)、生物電子器材等的研究提供新的課題和材料；器材等的研究提供新的課題和材料；(3)(3)為生物進(jìn)化、生命起源的研究提供新的材料。為生物進(jìn)化、生命起源的研究提供新的材料。 ( (六）生物體內(nèi)外的正常菌群六）生物體內(nèi)外的正常菌群1 1、人體的正常菌群、人體的正常菌群 在正常人體皮膚、粘膜及外界相通的各種腔在正常人體皮膚、粘膜及外界相通的各種腔道（如口腔、鼻咽腔、腸道和泌尿道）等部位，道（如口腔、鼻咽腔、腸道和泌尿道）等部位，存在著對人體無害的微生物群，包括存在著對人體無害的微生物群，包括細(xì)菌、真菌、細(xì)菌、真菌、螺旋體、支原體螺旋體、支原體等。等。 在長期進(jìn)化過程中，微生物群的內(nèi)部及其與宿在長期進(jìn)化過程中，微生物群的內(nèi)部及其與宿主之間互相依存、互相制約，形成一個能進(jìn)行物主之間互相依存、互相制約，形成一個能進(jìn)行物質(zhì)、能量等交流的質(zhì)、能量等交流的動態(tài)平衡的微生態(tài)系統(tǒng)動態(tài)平衡的微生態(tài)系統(tǒng)，常稱常稱之為正常菌群之為正常菌群 人體各部位常見的正常菌群人體各部位常見的正常菌群皮膚：皮膚：表皮葡萄球菌、類白喉桿菌、綠膿桿菌、恥垢桿菌等表皮葡萄球菌、類白喉桿菌、綠膿桿菌、恥垢桿菌等口腔口腔：鏈球菌（甲型或乙型）、乳酸桿菌、螺旋體、梭形桿菌、：鏈球菌（甲型或乙型）、乳酸桿菌、螺旋體、梭形桿菌、白色念球菌、（真菌）表皮葡萄球菌、肺炎球菌、奈瑟氏球菌、白色念球菌、（真菌）表皮葡萄球菌、肺炎球菌、奈瑟氏球菌、類白喉桿菌等類白喉桿菌等胃：胃：正常一般無菌正常一般無菌腸道：腸道：類桿菌、雙歧桿菌、大腸桿菌、厭氧性鏈球菌、糞鏈球類桿菌、雙歧桿菌、大腸桿菌、厭氧性鏈球菌、糞鏈球菌、葡萄球菌、白色念球菌、乳酸桿菌、變形桿菌、破傷風(fēng)桿菌、葡萄球菌、白色念球菌、乳酸桿菌、變形桿菌、破傷風(fēng)桿菌、產(chǎn)氣莢膜桿菌等菌、產(chǎn)氣莢膜桿菌等鼻咽腔：鼻咽腔：甲型鏈球菌、奈氏球菌、肺炎球菌、流感桿菌、乙型甲型鏈球菌、奈氏球菌、肺炎球菌、流感桿菌、乙型鏈球菌、葡萄球菌、綠膿桿菌、大腸桿菌、變形桿菌等鏈球菌、葡萄球菌、綠膿桿菌、大腸桿菌、變形桿菌等眼結(jié)膜：眼結(jié)膜：皮表葡萄球菌、結(jié)膜干燥桿菌、類白喉桿菌等皮表葡萄球菌、結(jié)膜干燥桿菌、類白喉桿菌等陰道：陰道：乳酸桿菌、白色念球菌、類白喉桿菌、大腸桿菌等乳酸桿菌、白色念球菌、類白喉桿菌、大腸桿菌等尿道：尿道：表皮葡萄球菌、類白喉桿菌、恥垢桿菌等表皮葡萄球菌、類白喉桿菌、恥垢桿菌等正常菌群的生理作用正常菌群的生理作用（1 1）生物拮抗作用。）生物拮抗作用。正常菌群通過粘附和繁殖能形成一層自然正常菌群通過粘附和繁殖能形成一層自然菌膜，這是一種非特異性的保護(hù)膜菌膜，這是一種非特異性的保護(hù)膜, ,可促機(jī)體抵抗致病微生物的可促機(jī)體抵抗致病微生物的侵襲及定植侵襲及定植, ,從而對宿主起到一定程度的保護(hù)作用。正常菌群除從而對宿主起到一定程度的保護(hù)作用。正常菌群除與病原菌爭奪營養(yǎng)物質(zhì)和空間位置外，還可以通過其代謝產(chǎn)物與病原菌爭奪營養(yǎng)物質(zhì)和空間位置外，還可以通過其代謝產(chǎn)物以及產(chǎn)生抗生素、細(xì)菌素等起作用?？梢哉f正常菌群是人體防以及產(chǎn)生抗生素、細(xì)菌素等起作用?？梢哉f正常菌群是人體防止外襲菌侵入的生物屏障。止外襲菌侵入的生物屏障。（2 2）刺激免疫應(yīng)答。）刺激免疫應(yīng)答。正常菌群釋放的內(nèi)毒素等物質(zhì)可刺激機(jī)體正常菌群釋放的內(nèi)毒素等物質(zhì)可刺激機(jī)體免疫系統(tǒng)保持活躍狀態(tài)，是非特異免疫功能的一個不可缺少的免疫系統(tǒng)保持活躍狀態(tài)，是非特異免疫功能的一個不可缺少的組成部分。組成部分。（3 3）合成維生素。）合成維生素。有些微生物能合成維生素，如核黃素、生物有些微生物能合成維生素，如核黃素、生物素、葉酸、吡哆醇及維生素素、葉酸、吡哆醇及維生素K K等，供人體吸收利用。等，供人體吸收利用。（4 4）降解食物殘渣。）降解食物殘渣。腸道中正常菌群可互相配合，降解末被人腸道中正常菌群可互相配合，降解末被人體消化食物殘渣，便于機(jī)體進(jìn)一步吸收。體消化食物殘渣，便于機(jī)體進(jìn)一步吸收。條件致病菌條件致病菌 在一定條件下，正常菌群中的細(xì)菌也能使人患?。涸谝欢l件下，正常菌群中的細(xì)菌也能使人患病：（1 1）由于機(jī)體的防衛(wèi)功能減弱）由于機(jī)體的防衛(wèi)功能減弱, ,引起自身感染。引起自身感染。例如皮膚粘膜受傷（特別是大面積燒傷）、身體受涼、過度疲例如皮膚粘膜受傷（特別是大面積燒傷）、身體受涼、過度疲勞、長期消耗性疾病等，可導(dǎo)致正常菌群的自身感染；勞、長期消耗性疾病等，可導(dǎo)致正常菌群的自身感染；（2 2）由于正常菌群寄居部位的改變，發(fā)生了定位轉(zhuǎn)移，也可引）由于正常菌群寄居部位的改變，發(fā)生了定位轉(zhuǎn)移，也可引起疾病。起疾病。例如大腸桿菌進(jìn)入腹腔或泌尿道，可引起腹膜炎、泌尿道感染。例如大腸桿菌進(jìn)入腹腔或泌尿道，可引起腹膜炎、泌尿道感染。人體表面的正常菌群，一旦它們進(jìn)入傷口也會引起感染。人體表面的正常菌群，一旦它們進(jìn)入傷口也會引起感染。條件致病菌：條件致病菌：人體的正常微生物菌群一旦進(jìn)入非正常聚居部位，人體的正常微生物菌群一旦進(jìn)入非正常聚居部位，或生態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變而引起人類疾病的微生物?；蛏鷳B(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變而引起人類疾病的微生物。菌群失調(diào)菌群失調(diào) 在正常情況下，人體和正常菌群之間以及正常菌群在正常情況下，人體和正常菌群之間以及正常菌群中各細(xì)菌之間，保持一定的生態(tài)平衡。中各細(xì)菌之間，保持一定的生態(tài)平衡。 如果生態(tài)平衡失調(diào)，以至機(jī)體某一部位的正常菌如果生態(tài)平衡失調(diào)，以至機(jī)體某一部位的正常菌群中各細(xì)菌的比例關(guān)系發(fā)生數(shù)量和質(zhì)量上的變化，稱群中各細(xì)菌的比例關(guān)系發(fā)生數(shù)量和質(zhì)量上的變化，稱為為菌群失調(diào)菌群失調(diào)。菌群失調(diào)的常見誘因：菌群失調(diào)的常見誘因： 主要是使用抗生素、同位素、激素、患有慢性消主要是使用抗生素、同位素、激素、患有慢性消耗性疾病時腸道、呼吸道、泌尿生殖道的功能失常也耗性疾病時腸道、呼吸道、泌尿生殖道的功能失常也是重要原因。去除誘因后一般可使菌群復(fù)常，也有長是重要原因。去除誘因后一般可使菌群復(fù)常，也有長期失調(diào)難于逆轉(zhuǎn)的情況。期失調(diào)難于逆轉(zhuǎn)的情況。2 2、無菌動物和悉生生物、無菌動物和悉生生物無菌動物：無菌動物：是指不能檢出任何活的微生物和寄生蟲的動物是指不能檢出任何活的微生物和寄生蟲的動物悉生生物悉生生物：指整個個體不攜帶或只攜帶已知微生物的生物：指整個個體不攜帶或只攜帶已知微生物的生物( (七）七） 、根際微生物和附生微生物、根際微生物和附生微生物根際微生物：根際微生物：生活在植物根系周圍土壤中的微生物，生活在植物根系周圍土壤中的微生物， 為正常菌群，多為為正常菌群，多為G G- - 細(xì)菌細(xì)菌附生微生物：附生微生物：生活在植物地上部分表面的微生物生活在植物地上部分表面的微生物第二節(jié)第二節(jié) 微生物與生物環(huán)境之間的關(guān)系微生物與生物環(huán)境之間的關(guān)系 在自然界中，各種微生物極少單獨(dú)存在，總是較多地聚在一起，在自然界中，各種微生物極少單獨(dú)存在，總是較多地聚在一起，也常常與其他生物出現(xiàn)在一個限定的空間內(nèi)，它們之間可能發(fā)生相也常常與其他生物出現(xiàn)在一個限定的空間內(nèi)，它們之間可能發(fā)生相互作用，并由此構(gòu)成微生物以及微生物與其他生物間非常復(fù)雜而多互作用，并由此構(gòu)成微生物以及微生物與其他生物間非常復(fù)雜而多樣化的關(guān)系。樣化的關(guān)系。 一、互生一、互生定義：兩種生物可以獨(dú)立生活。也可以形成相互的聯(lián)合，對一方有定義：兩種生物可以獨(dú)立生活。也可以形成相互的聯(lián)合，對一方有利，或雙方都有利。利，或雙方都有利。（一）微生物間的互生關(guān)系（一）微生物間的互生關(guān)系 固氮菌固氮菌和和纖維素分解菌纖維素分解菌典型：利用纖維素分解菌產(chǎn)生的有機(jī)酸典型：利用纖維素分解菌產(chǎn)生的有機(jī)酸作為碳源和能源，固氮菌大量繁殖，并進(jìn)行固氮；纖維素分解菌避作為碳源和能源，固氮菌大量繁殖，并進(jìn)行固氮；纖維素分解菌避免因自身代謝產(chǎn)物積累過多而中毒；同時可利用固氮菌前提的氮素免因自身代謝產(chǎn)物積累過多而中毒；同時可利用固氮菌前提的氮素營養(yǎng)物質(zhì)，生長更加旺盛。增強(qiáng)了分解纖維素的能力。由于它們的營養(yǎng)物質(zhì)，生長更加旺盛。增強(qiáng)了分解纖維素的能力。由于它們的互生關(guān)系，提高了土壤的肥力?；ドP(guān)系，提高了土壤的肥力。 （二）微生物與人及動物間的互生關(guān)系（二）微生物與人及動物間的互生關(guān)系 人及動物與其正常菌群即是互生關(guān)系。人及動物與其正常菌群即是互生關(guān)系。（三）微生物與高等植物之間的互生關(guān)系（三）微生物與高等植物之間的互生關(guān)系 根際微生物與高等植物間也為互生關(guān)系。植物根在生根際微生物與高等植物間也為互生關(guān)系。植物根在生 長過程中，向周圍土壤中分泌各種有機(jī)物質(zhì)，并有些脫落長過程中，向周圍土壤中分泌各種有機(jī)物質(zhì)，并有些脫落 物，都為微生物提供所需的營養(yǎng)物質(zhì)，植物發(fā)達(dá)的根系改物，都為微生物提供所需的營養(yǎng)物質(zhì)，植物發(fā)達(dá)的根系改 善了土壤結(jié)構(gòu)，水分和空氣條件，有利于微生物的生長。善了土壤結(jié)構(gòu)，水分和空氣條件，有利于微生物的生長。二、共生二、共生定義：定義：兩種微生物緊密地生活在一起，彼此依賴，相兩種微生物緊密地生活在一起，彼此依賴，相互為對方創(chuàng)造有利的生存條件互為對方創(chuàng)造有利的生存條件特點(diǎn)：特點(diǎn)：在生理上相互分工，互換代謝活動的產(chǎn)物；在生理上相互分工，互換代謝活動的產(chǎn)物； 在組織上形成了新的結(jié)構(gòu)，一旦彼此分離，各在組織上形成了新的結(jié)構(gòu)，一旦彼此分離，各自就不能很好地生活。自就不能很好地生活。（一）微生物間的共生（一）微生物間的共生典型的例子是典型的例子是地衣地衣。地衣組成：地衣組成：真菌（子囊菌，擔(dān)子菌）、單細(xì)胞藻類（綠藻，真菌（子囊菌，擔(dān)子菌）、單細(xì)胞藻類（綠藻，藍(lán)藻）藍(lán)藻）地衣的結(jié)構(gòu)：地衣的結(jié)構(gòu)：形成有固定形態(tài)的葉狀結(jié)構(gòu)，真菌無規(guī)則地形成有固定形態(tài)的葉狀結(jié)構(gòu)，真菌無規(guī)則地纏繞藻類細(xì)胞，或二者組成一定的纏繞藻類細(xì)胞，或二者組成一定的層次排列層次排列。地衣的代謝：地衣的代謝：地衣中的真菌和藻類已形成特殊形態(tài)的整體地衣中的真菌和藻類已形成特殊形態(tài)的整體了，在生理上相互依存，真菌營異養(yǎng)生活，藻類制造養(yǎng)料，了，在生理上相互依存，真菌營異養(yǎng)生活，藻類制造養(yǎng)料，真菌提供水分、無機(jī)鹽供藻類光合作用。真菌提供水分、無機(jī)鹽供藻類光合作用。（二）微生物與植物間的共生體（二）微生物與植物間的共生體1 1、根瘤根瘤：豆科植物與固氮菌共生、非豆科植物與豆科植物與固氮菌共生、非豆科植物與放線菌共生放線菌共生2 2、菌根菌和植物、菌根菌和植物菌根：菌根：有些真菌能夠在一些植物的根上發(fā)育，菌有些真菌能夠在一些植物的根上發(fā)育，菌絲體著生根的表面或侵入根內(nèi)，形成兩種生物的絲體著生根的表面或侵入根內(nèi)，形成兩種生物的共生體菌根。共生體菌根。能夠與植物共生形成菌根的真菌，稱為能夠與植物共生形成菌根的真菌，稱為菌根菌菌根菌。菌根菌包括藻狀菌，子囊菌和半知菌。以擔(dān)子菌菌根菌包括藻狀菌，子囊菌和半知菌。以擔(dān)子菌為最多。能與真菌共生的植物有為最多。能與真菌共生的植物有20002000種。種。菌根作用菌根作用：幫助植物吸收水分和養(yǎng)料；：幫助植物吸收水分和養(yǎng)料； 調(diào)節(jié)植物代謝；調(diào)節(jié)植物代謝； 增強(qiáng)植物抗病能力增強(qiáng)植物抗病能力菌根的種類：菌根的種類：（1 1）外生菌根）外生菌根：主要分布于木本的喬、灌木；可形：主要分布于木本的喬、灌木；可形成成菌套菌套；或；或哈蒂氏網(wǎng)哈蒂氏網(wǎng)（2 2）內(nèi)生菌根：）內(nèi)生菌根：菌絲體存在于根皮層薄壁細(xì)胞之間，菌絲體存在于根皮層薄壁細(xì)胞之間，并且進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部，而在根系較少，因此具內(nèi)生菌并且進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部，而在根系較少，因此具內(nèi)生菌根的植物，一般都保留著根毛。根的植物，一般都保留著根毛。 最常見和最重要的是最常見和最重要的是泡囊泡囊- -叢枝狀菌根叢枝狀菌根（三）微生物與動物共生（三）微生物與動物共生 1 1、微生物與昆蟲的共生：、微生物與昆蟲的共生：外共生：如白蟻與其腸道內(nèi)的微生物之間的共生外共生：如白蟻與其腸道內(nèi)的微生物之間的共生食木質(zhì)的白蟻?zhàn)陨聿⒉荒芊纸饫w維素，必須依賴食木質(zhì)的白蟻?zhàn)陨聿⒉荒芊纸饫w維素，必須依賴腸道內(nèi)共生的原生動物和細(xì)菌通過厭氧發(fā)酵過程腸道內(nèi)共生的原生動物和細(xì)菌通過厭氧發(fā)酵過程來分解纖維素。來分解纖維素。內(nèi)共生：昆蟲與其細(xì)胞內(nèi)的共生性細(xì)菌內(nèi)共生：昆蟲與其細(xì)胞內(nèi)的共生性細(xì)菌這些細(xì)胞內(nèi)的共生性細(xì)菌能為宿主提供這些細(xì)胞內(nèi)的共生性細(xì)菌能為宿主提供B B族維生族維生素，使昆蟲能以缺乏維生素的植物為生。素，使昆蟲能以缺乏維生素的植物為生。2、瘤胃微生物、瘤胃微生物 反芻動物，草是主要飼料，本身沒有分解纖維素的能力，反芻動物，草是主要飼料，本身沒有分解纖維素的能力，靠瘤胃微生物幫助分解，使纖維素變成能被吸收的糖類?？苛鑫肝⑸飵椭纸?，使纖維素變成能被吸收的糖類。 反芻動物有四個胃，瘤胃、網(wǎng)胃、瓣胃和皺胃，瘤胃和網(wǎng)胃反芻動物有四個胃，瘤胃、網(wǎng)胃、瓣胃和皺胃，瘤胃和網(wǎng)胃是草料暫時貯存，分解，加工的場所，是草料暫時貯存，分解，加工的場所，p5.86.8之間，適宜之間，適宜微生物生長，有大量的纖維素、淀粉、脂肪分解菌。微生物生長，有大量的纖維素、淀粉、脂肪分解菌。 當(dāng)草料到達(dá)瘤胃和網(wǎng)胃時，纖維素菌將纖維素分解為纖維二當(dāng)草料到達(dá)瘤胃和網(wǎng)胃時，纖維素菌將纖維素分解為纖維二糖、葡萄糖被其他微生物吸收利用轉(zhuǎn)化，產(chǎn)生乳酸，丁酸、脂糖、葡萄糖被其他微生物吸收利用轉(zhuǎn)化，產(chǎn)生乳酸，丁酸、脂肪酸等有機(jī)酸和肪酸等有機(jī)酸和CO2；CH4等氣體，前兩個胃沒有消化完的草等氣體，前兩個胃沒有消化完的草料進(jìn)入后兩胃，由其分泌蛋白酶消化分解產(chǎn)生氨基酸、維生素料進(jìn)入后兩胃，由其分泌蛋白酶消化分解產(chǎn)生氨基酸、維生素等。被動物體吸收利用。等。被動物體吸收利用。 三、寄生三、寄生定義：定義：一種生物侵入另一種生物體內(nèi)吸取自己一種生物侵入另一種生物體內(nèi)吸取自己所需要的營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)行生長繁殖，在一定的條所需要的營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)行生長繁殖，在一定的條件下對后者造成損害或死亡的現(xiàn)象件下對后者造成損害或死亡的現(xiàn)象類型：類型：專性寄生（寄生物離開寄主不能生活）專性寄生（寄生物離開寄主不能生活）兼性寄生（寄生物可離開寄主營腐生生活）兼性寄生（寄生物可離開寄主營腐生生活）或細(xì)胞內(nèi)寄生、細(xì)胞外寄生或細(xì)胞內(nèi)寄生、細(xì)胞外寄生 （一）微生物間的寄生關(guān)系（一）微生物間的寄生關(guān)系1 1、噬菌細(xì)菌：、噬菌細(xì)菌：一種細(xì)菌可以寄生在另一種細(xì)菌體內(nèi)，如食菌蛭一種細(xì)菌可以寄生在另一種細(xì)菌體內(nèi)，如食菌蛭弧菌能寄生在大腸桿菌等許多弧菌能寄生在大腸桿菌等許多- -菌體內(nèi)。菌體內(nèi)。2 2、真菌間：、真菌間：一種真菌寄生在另一種真菌間較普遍，其方式：一種真菌寄生在另一種真菌間較普遍，其方式：（1 1）寄生物先分泌毒素，引起寄主活力衰退，然后再纏繞致死）寄生物先分泌毒素，引起寄主活力衰退，然后再纏繞致死（2 2）有些寄生真菌不分泌毒素，由菌絲將寄主的菌絲緊緊地纏）有些寄生真菌不分泌毒素，由菌絲將寄主的菌絲緊緊地纏繞起來，由接觸部位侵入寄主菌絲內(nèi)，吸收營養(yǎng)使之死亡。繞起來，由接觸部位侵入寄主菌絲內(nèi)，吸收營養(yǎng)使之死亡。（3 3）還有些寄生真菌將菌絲或吸器伸到寄主真菌絲內(nèi)或寄生菌）還有些寄生真菌將菌絲或吸器伸到寄主真菌絲內(nèi)或寄生菌絲與寄主菌絲接觸，溶解寄主細(xì)胞膜，吸取其營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)行行絲與寄主菌絲接觸，溶解寄主細(xì)胞膜，吸取其營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)行行 長繁殖。長繁殖。 （二）微生物對植物的寄生（二）微生物對植物的寄生 微生物對植物的寄生很普遍，這是植物發(fā)生病微生物對植物的寄生很普遍，這是植物發(fā)生病害的重要原因，能引起植物病害的微生物稱為害的重要原因，能引起植物病害的微生物稱為植物植物病原微生物。病原微生物。 植物或染病微生物發(fā)病后，出現(xiàn)變色，組織壞植物或染病微生物發(fā)病后，出現(xiàn)變色，組織壞死，萎蔫和畸形等癥狀，能引起植物病害的有死，萎蔫和畸形等癥狀，能引起植物病害的有真菌、真菌、細(xì)菌、病毒細(xì)菌、病毒等。等。1 1、植物病害以真菌病害為主，占、植物病害以真菌病害為主，占. .擔(dān)子菌綱病原菌擔(dān)子菌綱病原菌能引起小麥鐵銹病，和黑穗病。半知菌類可引起棉花炭疽能引起小麥鐵銹病，和黑穗病。半知菌類可引起棉花炭疽病，立枯病，黃萎病，水稻稻瘟病等。藻菌綱可引起馬鈴病，立枯病，黃萎病，水稻稻瘟病等。藻菌綱可引起馬鈴薯與蕃茄晚疫病。子囊菌綱可引起大麥和蘋果白粉病等。薯與蕃茄晚疫病。子囊菌綱可引起大麥和蘋果白粉病等。2 2、細(xì)菌性植物病害占。大多為無芽孢，具鞭毛、細(xì)菌性植物病害占。大多為無芽孢，具鞭毛菌。菌。如假單胞桿菌屬，黃桿菌屬，土壤桿菌屬，棒桿菌屬和歐如假單胞桿菌屬，黃桿菌屬，土壤桿菌屬，棒桿菌屬和歐文氏菌屬等，這些病原菌主要從植物氣孔等自然孔口和傷文氏菌屬等，這些病原菌主要從植物氣孔等自然孔口和傷口侵入植物體內(nèi)，寄生口侵入植物體內(nèi)，寄生在組織細(xì)胞間或?qū)Ч苤校鹪诮M織細(xì)胞間或?qū)Ч苤?，引起傳染病害。傳染病害?（三）微生物對人與動物的寄生（三）微生物對人與動物的寄生微生物在人體和動物體內(nèi)寄生引起人與動物的傳染病，這些微微生物在人體和動物體內(nèi)寄生引起人與動物的傳染病，這些微生物稱為生物稱為動物病原微生物。動物病原微生物。常見的畜禽傳染病有炭疽病，口蹄疫，豬瘟，雞瘟病等。常見的畜禽傳染病有炭疽病，口蹄疫，豬瘟，雞瘟病等。病原微生物病原微生物寄生在有益寄生在有益的動植物體內(nèi)的動植物體內(nèi)造成經(jīng)濟(jì)損失造成經(jīng)濟(jì)損失，寄生有寄生有害害在動物體內(nèi)在動物體內(nèi)有益有益，可利用。如微生物寄生在有害昆蟲體內(nèi)，可利用。如微生物寄生在有害昆蟲體內(nèi)，引起害蟲致病死亡，對農(nóng)產(chǎn)品發(fā)展是有利的，引起害蟲致病死亡，對農(nóng)產(chǎn)品發(fā)展是有利的，昆蟲病原菌包括昆蟲病原菌包括細(xì)菌真菌病毒等幾類細(xì)菌真菌病毒等幾類。目前利用微生物消滅農(nóng)業(yè)害蟲已成為微生物防治的一個重要方目前利用微生物消滅農(nóng)業(yè)害蟲已成為微生物防治的一個重要方面?，F(xiàn)被人們利用的微生物有蘇云金桿菌等細(xì)菌、白僵菌等真面?，F(xiàn)被人們利用的微生物有蘇云金桿菌等細(xì)菌、白僵菌等真菌及昆蟲病毒等。菌及昆蟲病毒等。 冬蟲夏草冬蟲夏草 四、拮抗四、拮抗定義：定義：一種微生物生命活動中，通過產(chǎn)生某些代謝產(chǎn)物或改一種微生物生命活動中，通過產(chǎn)生某些代謝產(chǎn)物或改變環(huán)境條件，能抑制其它微生物的生長繁殖，或毒害殺死其它變環(huán)境條件，能抑制其它微生物的生長繁殖，或毒害殺死其它微生物的現(xiàn)象。微生物的現(xiàn)象。類型：類型：1 1、非特異拮抗關(guān)系、非特異拮抗關(guān)系 如乳酸菌能產(chǎn)生乳酸，能抑制腐敗菌的生長，酸菜泡菜不易爛就因如此。如乳酸菌能產(chǎn)生乳酸，能抑制腐敗菌的生長，酸菜泡菜不易爛就因如此。這種抑制作用沒有特定專一性，對不耐酸的菌都有抑制作用。這種抑制作用沒有特定專一性，對不耐酸的菌都有抑制作用。2 2、特異拮抗關(guān)系、特異拮抗關(guān)系一種微生物在生命活動中，能產(chǎn)生某種或某類特殊代謝產(chǎn)物，一種微生物在生命活動中，能產(chǎn)生某種或某類特殊代謝產(chǎn)物，具有選擇性地抑制或殺死其它種微生物具有選擇性地抑制或殺死其它種微生物前種菌稱為抗生菌，后者稱為敏感菌，拮抗性物質(zhì)稱抗生素。前種菌稱為抗生菌，后者稱為敏感菌，拮抗性物質(zhì)稱抗生素。如青霉素產(chǎn)生與病原菌之間關(guān)系。如青霉素產(chǎn)生與病原菌之間關(guān)系。 五、捕食五、捕食定義：定義：一種大型的生物直接捕捉、吞食其他一種大型的生物直接捕捉、吞食其他小型生物來滿足生存需要的現(xiàn)象小型生物來滿足生存需要的現(xiàn)象類型：類型：1 1、原生動物：、原生動物：捕食水體和土壤中的細(xì)菌，捕食水體和土壤中的細(xì)菌，放線菌，真菌的孢子及單細(xì)胞藻類為食放線菌，真菌的孢子及單細(xì)胞藻類為食2 2、捕食性真菌：、捕食性真菌：捕食線蟲捕食線蟲第三節(jié)第三節(jié) 微生物與自然界物質(zhì)循環(huán)微生物與自然界物質(zhì)循環(huán)自然界的物質(zhì)處于由無機(jī)物轉(zhuǎn)化成有機(jī)物，再由有機(jī)物自然界的物質(zhì)處于由無機(jī)物轉(zhuǎn)化成有機(jī)物，再由有機(jī)物轉(zhuǎn)化成無機(jī)物的往復(fù)循環(huán)之中。轉(zhuǎn)化成無機(jī)物的往復(fù)循環(huán)之中。無機(jī)物無機(jī)物有機(jī)物有機(jī)物光合作用光合作用分解作用分解作用生產(chǎn)者：生產(chǎn)者：從無機(jī)物合成有機(jī)物，如植物、微生物從無機(jī)物合成有機(jī)物，如植物、微生物消費(fèi)者：消費(fèi)者：利用有機(jī)物進(jìn)行生活，如動物利用有機(jī)物進(jìn)行生活，如動物分解者：分解者：分解有機(jī)物成無機(jī)物，如微生物分解有機(jī)物成無機(jī)物，如微生物微生物在生態(tài)系統(tǒng)中的地位微生物在生態(tài)系統(tǒng)中的地位1、微生物是有機(jī)物的主要分解者；、微生物是有機(jī)物的主要分解者；微生物最大的價值也在于其分解功能。它們分解生物圈內(nèi)存在微生物最大的價值也在于其分解功能。它們分解生物圈內(nèi)存在的動物和植物殘體等復(fù)雜有機(jī)物質(zhì)，并最后將其轉(zhuǎn)化成最簡單的動物和植物殘體等復(fù)雜有機(jī)物質(zhì)，并最后將其轉(zhuǎn)化成最簡單的無機(jī)物，再供初級生產(chǎn)者使用。的無機(jī)物，再供初級生產(chǎn)者使用。2、微生物是物質(zhì)循環(huán)中的重要成員；、微生物是物質(zhì)循環(huán)中的重要成員；微生物參與所有的物質(zhì)循環(huán)，大部分元素及其化合物都受到微微生物參與所有的物質(zhì)循環(huán)，大部分元素及其化合物都受到微生物的作用。在一些物質(zhì)的循環(huán)中，微生物是主要的成員，起生物的作用。在一些物質(zhì)的循環(huán)中，微生物是主要的成員，起主要作用；而一些過程只有微生物才能進(jìn)行，起獨(dú)特作用；而主要作用；而一些過程只有微生物才能進(jìn)行，起獨(dú)特作用；而有的是循環(huán)中的關(guān)鍵過程，起關(guān)鍵作用。有的是循環(huán)中的關(guān)鍵過程，起關(guān)鍵作用。3、微生物是生態(tài)系統(tǒng)中的初級生產(chǎn)者；光能營養(yǎng)和化能營養(yǎng)微生物是生態(tài)系統(tǒng)的初級生產(chǎn)者，它們具光能營養(yǎng)和化能營養(yǎng)微生物是生態(tài)系統(tǒng)的初級生產(chǎn)者，它們具有初級生產(chǎn)者所具有的二個明顯特征，即可直接利用太陽能、有初級生產(chǎn)者所具有的二個明顯特征，即可直接利用太陽能、無機(jī)物的化學(xué)能作為能量來源，另一方面其積累下來的能量又無機(jī)物的化學(xué)能作為能量來源，另一方面其積累下來的能量又可以在食物鏈、食物網(wǎng)中流動?？梢栽谑澄镦?、食物網(wǎng)中流動。4、微生物是物質(zhì)和能量的貯存者；、微生物是物質(zhì)和能量的貯存者；微生物和動物、植物一樣也是由物質(zhì)組成和由能量維持的生命微生物和動物、植物一樣也是由物質(zhì)組成和由能量維持的生命有機(jī)體。在土壤、水體中有大量的微生物生物量，貯存著大量有機(jī)體。在土壤、水體中有大量的微生物生物量，貯存著大量的物質(zhì)和能量。的物質(zhì)和能量。5、微生物在地球生物演化中的作用；、微生物在地球生物演化中的作用；微生物是最早出現(xiàn)的生物體，并進(jìn)化成后來的動、植物。藻類微生物是最早出現(xiàn)的生物體，并進(jìn)化成后來的動、植物。藻類的產(chǎn)氧作用，改變大氣圈中的化學(xué)組成，為后來動、植物出現(xiàn)的產(chǎn)氧作用，改變大氣圈中的化學(xué)組成，為后來動、植物出現(xiàn)打下基礎(chǔ)。打下基礎(chǔ)。微生物在自然界物質(zhì)循環(huán)中的作用微生物在自然界物質(zhì)循環(huán)中的作用1 1、碳素循環(huán)碳素循環(huán)2 2、氮素循環(huán)氮素循環(huán)3 3、硫素循環(huán)硫素循環(huán)4 4、磷素循環(huán)磷素循環(huán)微生物在碳素循環(huán)中的作用微生物在碳素循環(huán)中的作用碳素是生物體最重要的一種元素，它的主要來源是大氣碳素是生物體最重要的一種元素，它的主要來源是大氣中的中的CO，只有通過生物所推動的碳素循環(huán)，特別是微，只有通過生物所推動的碳素循環(huán)，特別是微生物的分解作用，使不同形態(tài)的碳素相互轉(zhuǎn)化，大氣中生物的分解作用，使不同形態(tài)的碳素相互轉(zhuǎn)化，大氣中的的CO才不會被耗竭，生命才能維持。才不會被耗竭，生命才能維持。（一）自然界中的碳素循環(huán)（一）自然界中的碳素循環(huán)碳素循環(huán)包括碳素循環(huán)包括CO的固定的固定: 綠色植物和微生物通綠色植物和微生物通過光合作用固定自然界過光合作用固定自然界中的中的CO ，合成有機(jī)物，合成有機(jī)物碳化物碳化物CO的再生的再生: 動物、植物和微生物進(jìn)行呼吸作用獲得能量，同時放了動物、植物和微生物進(jìn)行呼吸作用獲得能量，同時放了CO 動、植物和微生物尸體等有機(jī)碳化物被微生物分解動、植物和微生物尸體等有機(jī)碳化物被微生物分解時，產(chǎn)生大量時，產(chǎn)生大量CO （二）微生物在碳素循環(huán)中的作用（二）微生物在碳素循環(huán)中的作用微生物在碳素循環(huán)中具有非常重要的作用，它們微生物在碳素循環(huán)中具有非常重要的作用，它們既參與固定既參與固定CO光光合作用，又參與再生合作用，又參與再生CO的分解作用。的分解作用。1、光合作用：、光合作用：主要是藻類，藍(lán)細(xì)菌和光合細(xì)菌，通過光合作用，主要是藻類，藍(lán)細(xì)菌和光合細(xì)菌，通過光合作用，將大氣中和水體中的將大氣中和水體中的合成為有機(jī)碳化物。特別是在大多數(shù)水合成為有機(jī)碳化物。特別是在大多數(shù)水生環(huán)境中，主要的光合生物是微生物，在有氧區(qū)域以藍(lán)細(xì)菌和藻類生環(huán)境中，主要的光合生物是微生物，在有氧區(qū)域以藍(lán)細(xì)菌和藻類占優(yōu)勢；而在無氧區(qū)域則以光合細(xì)菌占優(yōu)勢。占優(yōu)勢；而在無氧區(qū)域則以光合細(xì)菌占優(yōu)勢。2、分解作用：、分解作用：自然界有機(jī)碳化物的分解，主要是微生物的作用。自然界有機(jī)碳化物的分解，主要是微生物的作用。陸地和水域的有氧條件中，通過好氧微生物分解被徹底氧化為陸地和水域的有氧條件中，通過好氧微生物分解被徹底氧化為CO ；在無氧條件中，通過厭氧微生物發(fā)酵被不完全氧化成有要酸、；在無氧條件中，通過厭氧微生物發(fā)酵被不完全氧化成有要酸、甲烷、氫和甲烷、氫和CO 。能分解有機(jī)碳化物的微生物很多，主要有細(xì)菌、真菌和放線菌。能分解有機(jī)碳化物的微生物很多，主要有細(xì)菌、真菌和放線菌。 微生物在氮素循環(huán)中的作用微生物在氮素循環(huán)中的作用 氮素是生物體合成及蛋白質(zhì)的主要成份，是氮素是生物體合成及蛋白質(zhì)的主要成份，是構(gòu)成生物體的必需元素。構(gòu)成生物體的必需元素。 大氣體積中約有大氣體積中約有79是分子態(tài)氮，但所有植是分子態(tài)氮，但所有植物、動物和大多數(shù)微生物都不能直接利用。初級物、動物和大多數(shù)微生物都不能直接利用。初級生產(chǎn)者植物體需要的氨鹽、硝酸鹽等無機(jī)氮化物、生產(chǎn)者植物體需要的氨鹽、硝酸鹽等無機(jī)氮化物、在自然界為數(shù)不多，常常限制了植物體發(fā)展，只在自然界為數(shù)不多，常常限制了植物體發(fā)展，只有將分子氮進(jìn)行轉(zhuǎn)化和循環(huán)，才能滿足植物體對有將分子氮進(jìn)行轉(zhuǎn)化和循環(huán)，才能滿足植物體對氮素營養(yǎng)的需要。因此氮素物質(zhì)的相互轉(zhuǎn)化和不氮素營養(yǎng)的需要。因此氮素物質(zhì)的相互轉(zhuǎn)化和不斷地循環(huán)，在自然界十分重要。斷地循環(huán)，在自然界十分重要。自然界中的氮素循環(huán)及微生物在氮素循環(huán)中的作用自然界中的氮素循環(huán)及微生物在氮素循環(huán)中的作用氮素循環(huán)包括：氮素循環(huán)包括：固氮作用、氨化作用、硝化作用、反硝化作用固氮作用、氨化作用、硝化作用、反硝化作用微生物參與氮素循環(huán)的所有過程，并在每一過程中都起主要作用。微生物參與氮素循環(huán)的所有過程，并在每一過程中都起主要作用。1、固氮作用、固氮作用分子態(tài)氮被還原成氨和其他氮分子態(tài)氮被還原成氨和其他氮化物的過程稱為固氮作用。自化物的過程稱為固氮作用。自然界氮的固定，有兩種方式，然界氮的固定，有兩種方式，一是非生物固氮，即通過閃電一是非生物固氮，即通過閃電高溫放電等固氮，這樣形成的高溫放電等固氮，這樣形成的氮化物很少；二是生物固氮，氮化物很少；二是生物固氮，即通過微生物的作用固氮，大即通過微生物的作用固氮，大氣中以上的分子態(tài)氮都?xì)庵幸陨系姆肿討B(tài)氮都是微生物的活性而固定成氮化是微生物的活性而固定成氮化物。物。2 2、氨化作用、氨化作用微生物分解有機(jī)氮化物產(chǎn)生氨的微生物分解有機(jī)氮化物產(chǎn)生氨的過程稱為氨化作用。很多細(xì)菌、過程稱為氨化作用。很多細(xì)菌、真菌和放線菌都能分解蛋白質(zhì)及真菌和放線菌都能分解蛋白質(zhì)及其含氮衍生物，氨化作用產(chǎn)生的其含氮衍生物，氨化作用產(chǎn)生的氨，一部分供微生物，植物同化，氨，一部分供微生物，植物同化，一部分被轉(zhuǎn)變成硝酸鹽。一部分被轉(zhuǎn)變成硝酸鹽。、反硝化作用、反硝化作用微生物還原硝酸鹽，釋放出分子態(tài)氮和的過程稱為反硝化微生物還原硝酸鹽，釋放出分子態(tài)氮和的過程稱為反硝化作用作用,參與這一作用的細(xì)菌稱為反硝化作用細(xì)菌。參與這一作用的細(xì)菌稱為反硝化作用細(xì)菌。 3、硝化作用、硝化作用微生物將微生物將氧化成硝酸鹽的過程稱為硝化作用；整個過程氧化成硝酸鹽的過程稱為硝化作用；整個過程由兩類細(xì)菌分兩個階段進(jìn)行。第一階段是由兩類細(xì)菌分兩個階段進(jìn)行。第一階段是被氧化為亞硝被氧化為亞硝酸鹽，靠亞硝酸細(xì)菌完成，第二階段是亞硝酸鹽被氧化為硝酸鹽，靠亞硝酸細(xì)菌完成，第二階段是亞硝酸鹽被氧化為硝酸鹽，靠硝酸鹽細(xì)菌完成。酸鹽，靠硝酸鹽細(xì)菌完成。硝化作用形成的硝酸鹽，在有氧環(huán)境中，被植物微生物同化，硝化作用形成的硝酸鹽，在有氧環(huán)境中，被植物微生物同化，但缺氧環(huán)境中，則被還原成分子態(tài)氮，從環(huán)境中消失。但缺氧環(huán)境中，則被還原成分子態(tài)氮，從環(huán)境中消失。硫素循環(huán)硫素循環(huán)硫是生物的重要的營養(yǎng)元素，它是一些必需氨基酸、硫是生物的重要的營養(yǎng)元素，它是一些必需氨基酸、某些維生素、輔酶等的成份。某些維生素、輔酶等的成份。在自然界，硫素以元素在自然界，硫素以元素S，HS，硫酸鹽和有機(jī)態(tài)硫，硫酸鹽和有機(jī)態(tài)硫的形式存在，而植物一般只能以無機(jī)鹽類作為養(yǎng)料。的形式存在，而植物一般只能以無機(jī)鹽類作為養(yǎng)料。因此，因此，S素各種形式的循環(huán)轉(zhuǎn)化，對植物營養(yǎng)非常重素各種形式的循環(huán)轉(zhuǎn)化，對植物營養(yǎng)非常重要。要。（一）自然界中的硫素循環(huán)（一）自然界中的硫素循環(huán)硫素循環(huán)可劃分為硫素循環(huán)可劃分為分解作用分解作用，同化作用同化作用，無機(jī)硫的氧無機(jī)硫的氧化作用化作用和和無機(jī)硫的還原作用無機(jī)硫的還原作用微生物參與素循環(huán)的全過程，并起很重要作用。微生物參與素循環(huán)的全過程，并起很重要作用。有機(jī)硫化物有機(jī)硫化物硫酸鹽硫酸鹽元素元素分解作用分解作用分解作用分解作用同化作用同化作用同化作用同化作用無機(jī)硫的氧化作用無機(jī)硫的氧化作用無機(jī)硫的氧無機(jī)硫的氧化作用化作用無機(jī)硫的還原作用無機(jī)硫的還原作用1、分解作用：、分解作用：動、植物和微生物尸體中的動、植物和微生物尸體中的有機(jī)硫化物，被微生物降解有機(jī)硫化物，被微生物降解成無機(jī)物（硫酸鹽、成無機(jī)物（硫酸鹽、等）的過程稱為分解作用。等）的過程稱為分解作用。2、同化作用、同化作用微生物利用硫酸鹽和微生物利用硫酸鹽和，組成本身細(xì)胞物質(zhì)的過程稱組成本身細(xì)胞物質(zhì)的過程稱為同化作用，細(xì)菌、放線菌、為同化作用，細(xì)菌、放線菌、真菌中都有能利用硫酸鹽作真菌中都有能利用硫酸鹽作為硫源的種類。僅少數(shù)微生為硫源的種類。僅少數(shù)微生物同化物同化。3、無機(jī)硫的氧化作用、無機(jī)硫的氧化作用 無機(jī)硫的氧化作用是微生物氧無機(jī)硫的氧化作用是微生物氧化硫化氫、元素或化硫化氫、元素或e等生成等生成硫酸鹽的過程。主要是硫細(xì)菌。硫酸鹽的過程。主要是硫細(xì)菌。4、無機(jī)硫的還原作用、無機(jī)硫的還原作用無機(jī)硫化物的還原作用是在厭氧無機(jī)硫化物的還原作用是在厭氧條件下微生物將硫酸鹽還原成條件下微生物將硫酸鹽還原成的過程。參與此過程的微生的過程。參與此過程的微生物是硫酸鹽還原細(xì)菌。（脫硫弧物是硫酸鹽還原細(xì)菌。（脫硫弧菌屬、脫硫腸狀菌屬）菌屬、脫硫腸狀菌屬） 有機(jī)硫化物有機(jī)硫化物硫酸鹽硫酸鹽元素元素分解作用分解作用分解作用分解作用同化作用同化作用同化作用同化作用無機(jī)硫的氧化作用無機(jī)硫的氧化作用無機(jī)硫的氧無機(jī)硫的氧化作用化作用無機(jī)硫的還原作用無機(jī)硫的還原作用磷素循環(huán)磷素循環(huán)磷素循環(huán)主要包括磷素循環(huán)主要包括無機(jī)磷的溶解、無機(jī)磷的同化、無機(jī)磷的溶解、無機(jī)磷的同化、有機(jī)磷的礦化有機(jī)磷的礦化第四節(jié)第四節(jié) 微生物與環(huán)境保護(hù)微生物與環(huán)境保護(hù) 生物圈內(nèi)的各種物質(zhì)，都是處于不斷地合成，分解和轉(zhuǎn)化生物圈內(nèi)的各種物質(zhì)，都是處于不斷地合成，分解和轉(zhuǎn)化的動態(tài)平衡狀態(tài)之中。由此組成一個自我調(diào)節(jié)，自我維持的一的動態(tài)平衡狀態(tài)之中。由此組成一個自我調(diào)節(jié)，自我維持的一個協(xié)調(diào)整體，從而保證了地球上生命的延續(xù)。個協(xié)調(diào)整體，從而保證了地球上生命的延續(xù)。 但是當(dāng)人們違背了自然界的生態(tài)平衡規(guī)律，將糞便垃圾，污水但是當(dāng)人們違背了自然界的生態(tài)平衡規(guī)律，將糞便垃圾，污水等生活廢棄物和工業(yè)生產(chǎn)所形成的等生活廢棄物和工業(yè)生產(chǎn)所形成的“三廢三廢”及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的使及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的使用的農(nóng)藥殘留物等，大量排入環(huán)境中，這些物質(zhì)超過了環(huán)境所用的農(nóng)藥殘留物等，大量排入環(huán)境中，這些物質(zhì)超過了環(huán)境所能耐受的容納量，就破壞了自然界的生態(tài)平衡，其結(jié)果造成環(huán)能耐受的容納量，就破壞了自然界的生態(tài)平衡，其結(jié)果造成環(huán)境污染，不僅危及國民經(jīng)濟(jì)，且對人類健康有嚴(yán)重危脅，甚至境污染，不僅危及國民經(jīng)濟(jì)，且對人類健康有嚴(yán)重危脅，甚至影響到子孫后代的繁衍昌盛。因此保護(hù)環(huán)境已成為人們?nèi)找骊P(guān)影響到子孫后代的繁衍昌盛。因此保護(hù)環(huán)境已成為人們?nèi)找骊P(guān)心的重大問題。心的重大問題。水體的污染水體的污染水資源污染日益嚴(yán)重水資源污染日益嚴(yán)重富營養(yǎng)化富營養(yǎng)化水體中氮、磷等元素含量過高而引起水體表層的藍(lán)細(xì)水體中氮、磷等元素含量過高而引起水體表層的藍(lán)細(xì)菌和藻類過度生長繁殖菌和藻類過度生長繁殖水花：淡水水體中的富營養(yǎng)化水花：淡水水體中的富營養(yǎng)化赤潮：咸水水體中的富營養(yǎng)化赤潮：咸水水體中的富營養(yǎng)化污水處理的微生物學(xué)原理污水處理的微生物學(xué)原理 環(huán)境污染：生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、機(jī)能受到外來有害物質(zhì)環(huán)境污染：生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、機(jī)能受到外來有害物質(zhì) 的影響或破壞，無法進(jìn)行正常的物質(zhì)循環(huán)。的影響或破壞，無法進(jìn)行正常的物質(zhì)循環(huán)。 水體污染的表現(xiàn)：無法進(jìn)行水的自凈作用水體污染的表現(xiàn)：無法進(jìn)行水的自凈作用 污水的種類：生活污水、工業(yè)有機(jī)污水（如屠宰、造紙、污水的種類：生活污水、工業(yè)有機(jī)污水（如屠宰、造紙、淀粉和發(fā)酵工業(yè)）、工業(yè)有毒污水（如農(nóng)淀粉和發(fā)酵工業(yè)）、工業(yè)有毒污水（如農(nóng)藥、炸藥、石藥、炸藥、石油化工、電鍍、印染、制革油化工、電鍍、印染、制革等行業(yè)）和其它污水（如等行業(yè)）和其它污水（如醫(yī)院）。醫(yī)院）。 有害物質(zhì)的種類：農(nóng)藥、炸藥、多氯聯(lián)苯（有害物質(zhì)的種類：農(nóng)藥、炸藥、多氯聯(lián)苯（PCBPCB）多環(huán)芳多環(huán)芳烴（致癌）酚、氰和丙烯腈等烴（致癌）酚、氰和丙烯腈等 污水處理方法中，最關(guān)鍵、最有效和最常用的是微生物處污水處理方法中，最關(guān)鍵、最有效和最常用的是微生物處理法。理法。一、污水處理中的特殊微生物一、污水處理中的特殊微生物 自然界中微生物的分解能力：自然界中微生物的分解能力：分解氰分解氰諾卡氏菌屬等諾卡氏菌屬等1414屬屬4949種種分解多氯聯(lián)苯分解多氯聯(lián)苯少數(shù)紅酵母、假單胞菌少數(shù)紅酵母、假單胞菌無色桿菌屬等無色桿菌屬等分解多環(huán)芳烴分解多環(huán)芳烴產(chǎn)堿桿菌、假單胞菌、產(chǎn)堿桿菌、假單胞菌、棒桿菌、諾卡氏菌棒桿菌、諾卡氏菌分解硝基炸藥分解硝基炸藥檸檬酸桿菌屬、腸桿菌屬檸檬酸桿菌屬、腸桿菌屬克雷伯氏菌屬、埃希氏菌屬克雷伯氏菌屬、埃希氏菌屬假單胞菌屬等若干菌種假單胞菌屬等若干菌種降解高分子物質(zhì)降解高分子物質(zhì)惡臭假單胞菌、芽孢桿菌惡臭假單胞菌、芽孢桿菌二、微生物處理污水的原理二、微生物處理污水的原理污水處理裝置是一個小型生污水處理裝置是一個小型生態(tài)系統(tǒng)，在其中利用各種生態(tài)系統(tǒng)，在其中利用各種生理生化性能的微生物類群間理生化性能的微生物類群間的互相配合而進(jìn)行的一種物的互相配合而進(jìn)行的一種物質(zhì)循環(huán)過程。質(zhì)循環(huán)過程。高高BODBOD5 5的污水進(jìn)入處理裝置后，其中的自然微生物區(qū)系在好氧的污水進(jìn)入處理裝置后，其中的自然微生物區(qū)系在好氧條件下，根據(jù)其中營養(yǎng)物質(zhì)或有毒物質(zhì)的情況，在可觀上造成條件下，根據(jù)其中營養(yǎng)物質(zhì)或有毒物質(zhì)的情況，在可觀上造成了一個選擇性的培養(yǎng)條件，并隨著時間的推移，發(fā)生了微生物了一個選擇性的培養(yǎng)條件，并隨著時間的推移，發(fā)生了微生物區(qū)系的有規(guī)律的更迭，從而使水中的有機(jī)物或毒物不斷被降解、區(qū)系的有規(guī)律的更迭，從而使水中的有機(jī)物或毒物不斷被降解、氧化、分解、轉(zhuǎn)化或吸附沉降，進(jìn)而達(dá)到去除污染物和沉降、氧化、分解、轉(zhuǎn)化或吸附沉降，進(jìn)而達(dá)到去除污染物和沉降、分層的效果。其廢渣經(jīng)過厭氧發(fā)酵生產(chǎn)沼氣和有機(jī)肥。分層的效果。其廢渣經(jīng)過厭氧發(fā)酵生產(chǎn)沼氣和有機(jī)肥。污水處理的有關(guān)名詞污水處理的有關(guān)名詞 BOD5（biological oxygen demand）：）：五日生化需氧量。表五日生化需氧量。表示水中有機(jī)物含量的間接指標(biāo)。一般指在示水中有機(jī)物含量的間接指標(biāo)。一般指在20下，下，1L污水中污水中所含的有機(jī)物（主要是有機(jī)碳源），在進(jìn)行微生物氧化時，所含的有機(jī)物（主要是有機(jī)碳源），在進(jìn)行微生物氧化時，5日內(nèi)所消耗的分子氧的毫克數(shù)（或日內(nèi)所消耗的分子氧的毫克數(shù)（或ppm數(shù)）。數(shù)）。 測定方法：取一定量被測水樣，用加有磷素營養(yǎng)和經(jīng)氧飽和測定方法：取一定量被測水樣，用加有磷素營養(yǎng)和經(jīng)氧飽和的稀釋用水稀釋到一定濃度，然后放在密封瓶中，在的稀釋用水稀釋到一定濃度，然后放在密封瓶中，在20 恒恒溫培養(yǎng)溫培養(yǎng)5天，測定水中殘留溶解氧的量。天，測定水中殘留溶解氧的量。 COD（chemical oxygen demand）：）：即化學(xué)需氧量。使用強(qiáng)即化學(xué)需氧量。使用強(qiáng)氧化劑使氧化劑使1L污水中的有機(jī)物質(zhì)迅速進(jìn)行化學(xué)氧化時所消耗氧污水中的有機(jī)物質(zhì)迅速進(jìn)行化學(xué)氧化時所消耗氧的毫克數(shù)。實(shí)際上許多無機(jī)物也能被氧化而影響的毫克數(shù)。實(shí)際上許多無機(jī)物也能被氧化而影響COD值。值。COD能在短時間內(nèi)測得，有利于指導(dǎo)現(xiàn)場操作。常用的氧化能在短時間內(nèi)測得，有利于指導(dǎo)現(xiàn)場操作。常用的氧化劑是劑是K2Cr2O7，測得為測得為CODCr。三、污水處理的主要裝置污水處理裝置節(jié)能型耗能型產(chǎn)能型：氧化塘法灑水濾床法活性污泥法生物膜法厭氧消化法（即沼氣發(fā)酵）推流式曝氣法完全混合曝氣法生物轉(zhuǎn)盤法塔式濾池法第五節(jié)第五節(jié)沼氣發(fā)酵與環(huán)保沼氣發(fā)酵與環(huán)保 沼氣（沼氣（marsh gas或或swamp gas）：）：又稱生物氣又稱生物氣（biogas），），是一種混合可燃?xì)怏w，其中主要成分為甲是一種混合可燃?xì)怏w，其中主要成分為甲烷、還含有少量烷、還含有少量H2、N2、CO2等。等。 沼氣發(fā)酵：其生化本質(zhì)是一種由產(chǎn)甲烷細(xì)菌進(jìn)行的甲烷沼氣發(fā)酵：其生化本質(zhì)是一種由產(chǎn)甲烷細(xì)菌進(jìn)行的甲烷形成（形成（methanogenesis）過程。過程。 甲烷形成的階段理論：甲烷形成的階段理論：1906年，年，Omeliansky提出，由纖提出，由纖維素等復(fù)雜有機(jī)物經(jīng)甲烷菌分解直接產(chǎn)生維素等復(fù)雜有機(jī)物經(jīng)甲烷菌分解直接產(chǎn)生CH4和和CO2；1930年代有人將其分為產(chǎn)酸和產(chǎn)氣兩階段；年代有人將其分為產(chǎn)酸和產(chǎn)氣兩階段；1979年年Bryant提出三階段理論。即：提出三階段理論。即： 大分子降解產(chǎn)酸，厭氧和兼性厭氧菌，產(chǎn)物為有機(jī)酸、大分子降解產(chǎn)酸，厭氧和兼性厭氧菌，產(chǎn)物為有機(jī)酸、氨、氨、H2、CO2； 產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌，產(chǎn)物為乙酸和產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌，產(chǎn)物為乙酸和H2； 產(chǎn)甲烷菌群，嚴(yán)格厭氧產(chǎn)物為甲烷。產(chǎn)甲烷菌群，嚴(yán)格厭氧產(chǎn)物為甲烷。沼氣發(fā)酵的意義沼氣發(fā)酵的意義 生物量的概念：某一時刻存在于一個生態(tài)系統(tǒng)中的全部生物生物量的概念：某一時刻存在于一個生態(tài)系統(tǒng)中的全部生物體有機(jī)物質(zhì)的總和，稱為生物量。體有機(jī)物質(zhì)的總和，稱為生物量。 植物秸桿和其它動植物殘體是含量最高的生物量，是一類可植物秸桿和其它動植物殘體是含量最高的生物量，是一類可再生資源（再生資源（renewable）或永續(xù)資源?；蛴览m(xù)資源。 一步利用一步利用燃燒，快速取得其中約燃燒，快速取得其中約10%左右的熱能和草木左右的熱能和草木灰灰 梯級利用方式：粉碎做牲畜飼料梯級利用方式：粉碎做牲畜飼料畜糞沼氣發(fā)酵，利用其畜糞沼氣發(fā)酵，利用其中約中約90%化學(xué)能化學(xué)能固體殘渣可做優(yōu)質(zhì)肥料，甚至添加到飼固體殘渣可做優(yōu)質(zhì)肥料，甚至添加到飼料中料中 產(chǎn)甲烷菌是自然界碳素循環(huán)中厭氧生物鏈的最后一個成員產(chǎn)甲烷菌是自然界碳素循環(huán)中厭氧生物鏈的最后一個成員