第九章微生物的生态
第一节微生物在生态系统中的作用
一、微生物在生态系统中的角色
●微生物是有机物的主要分解者
●微生物是物质循环中的重要成员
●微生物是生态系统中的初级生产者
●微生物是地球生物演化中的先锋种类
二、微生物与生物地球化学循环(biogeochemical cycle)(一)碳循环(carbon cycle)
1 碳在生物圈中的总体循环
2 微生物在碳循环中的作用
降解作用
呼吸作用
发酵作用
光合作用
甲烷形成作用
(二)氮素循环(nitrogen cycle)1 自然界中的氮素循环
2 微生物在氮循环中的作用
生物固氮
氨化作用
硝化作用
硝酸盐还原和反硝化作用
(三)硫循环(sulfur cycle)
1 自然界的硫素循环
2 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)
3 细菌沥滤(bacterial leaching)
利用化能自养细菌对矿物中的硫或硫化物进行氧化,产生酸性物质,使铜等金属以硫酸盐等形式溶解出来,再用铁等置换出来:
(四)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
第二节生态环境中的微生物
一、微生物与生物环境间的关系
(一)互生(metabiosis)
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
1 微生物间的互生关系
2 微生物与高等植物之间的互生关系
根际微生物和叶面微生物
根际微生物与高等植物:
植物发达的根系改善了土壤结构,水分和空气条件,并为微生物提供所需的营养物质有利于微生物的生长。
3 微生物与人及动物间的互生关系
人及动物与其正常菌群即是互生关系
正常菌群(normal flora): 生活在健康动物各部位、数量大、种类较稳定、一般发挥有益作用的微生物种群。
4 互生与发酵工业中的混菌培养
混菌培养(mixed cultivation): 2种及多种微生物联合对原料进行发酵作用,以产生某种物质
(二)共生(symbiosis)
两种微生物紧密生活在一起,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。
1 微生物间的共生
地衣
组成:真菌(子囊菌,担子菌)和单细胞藻类
(绿藻,蓝细菌)共生组成一种植物体,
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,真菌营异养生活,藻类光合作用制造有机养料,真菌提
供水分、无机盐
2 微生物与植物共生体-根瘤菌、菌根菌
3 微生物与动物共生
●微生物和昆虫的共生:如白蚁肠道中分解纤维素的细菌和原生动
物
●瘤胃微生物与反刍动物共生: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。
(三)拮抗(antagonism)
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
产生抗生素
乳酸细菌产酸
(四)寄生(parasitism)
一种生物(寄生物)能侵入另一种生物体(寄主)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。
1 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夺战,如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
2 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
●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%。
● 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---微生物杀虫剂。
(五)猎食(predation)
原生动物以水体和土壤中的细菌、放线菌、真菌孢子及单细胞藻类为食;某些真菌捕食线虫,这种关系即为猎食关系。
二、陆生生境的微生物
(一)土壤是微生物的大本营
1、为微生物提供了良好的C源、N源、无机盐、微量元素
2、土壤颗粒空隙间充满着空气和水分
3、土壤PH值范围5.5-8.5之间
4、温度稳定:季节与昼夜温差不大
5、适宜的渗透压
(二)微生物在土壤中分布的影响因素
土壤深度
有机物含量
酸碱度
三、水生生境的微生物
1 淡水型水体中的微生物
●清水型水生微生物:以自养微生物为主
●腐败型水生微生物:以异养微生物为主
垂直分布:浅水区、深水区、底泥
2 海水型水体中的微生物
耐盐或噬盐微生物:以最适盐浓度为3%的微生物最多
垂直分布:透光区、无光区、深海区、超深渊区
3 水体自净作用(self cleaning)
在自然水体尤其是快速流动、氧气充足的水体中,存在着水体对有机或无机污染物的去除作用
主要作用:好氧菌对有机物的降解,原生动物吞噬细菌,噬菌体裂解细菌,藻类对无机元素的吸收
4 饮用水的微生物学标准
细菌总数:指单位样品中在营养琼脂培养基
上于37℃培养24 h所能形成的菌落数
大肠菌群:又叫总大肠菌群,指一群来自
温血动物肠道、以大肠杆菌为代表、能发酵乳
糖产酸产气、兼性厌氧的无芽孢格兰氏阴性细菌。
我国相关法规对饮用水微生物指标的规定
细菌总数不得超过:100个/毫升
大肠菌群数不得超过:3个/升
四、大气生境的微生物
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、尘土城市街道,医院、畜舍等公共场所空气中量高
森林、海洋、高纬度地带空气中微生物含量低
空气中的微生物的数量是大气污染程度的标志之一
五、工农业产品中的微生物
(一)粮油食品中的微生物
鲜肉:假单胞菌,大肠杆菌,球菌,肠球菌
蛋类:环境中细菌、霉菌可进入蛋壳使蛋变臭
菜果:细菌、真菌、病毒、酵母菌
鱼:水体中的微生物类群
罐头食品是人仍然用来长期保存食品的一种方法,主要通过密封如热杀死微生物,即可长期保存,但有些耐热的芽孢杆菌,芽孢梭菌能形成芽孢,引起罐头变质。
(二)工业材料上的微生物
腐蚀木材:
担子菌类、多孔目、多孔菌、层孔菌
腐蚀金属:铁细菌、S细菌
腐蚀纺织品:细菌、霉菌
防腐方法(工业材料)
●用防菌物隔离:沥青涂管道
●用杀菌剂处理材料:纸浆中加入五氯酚,有机汞
●改变材料分子结构:使之具抗菌性能,如把棉花纤维素分子
乙酰化或氰乙基化
六、极端环境下的微生物
嗜热菌(thermophiles)
嗜冷菌(psychrophiles)
嗜酸菌(acidophiles)
嗜碱菌(alkalinophiles)
嗜盐菌(halophiles)
嗜压菌(barophiles)
思考题
1 为什么说土壤是微生物最好的天然培养基?
2 什么叫水体自净?河水如何自净?
3 名词解释:正常菌群、互生、共生、细菌沥滤、细菌总数、大肠菌群