第九章

微生物的生態(tài)生態(tài)學(xué)：研究生物與其周?chē)锖头巧锃h(huán)境之間相互關(guān)系的一門(mén)科學(xué)。微生物生態(tài)學(xué)：研究微生物與其周?chē)锖头巧锃h(huán)境之間相互關(guān)系。各種環(huán)境中的微生物的種類(lèi)、分布；微生物和其它生物的關(guān)系；微生物與物質(zhì)循環(huán)；第一節(jié)微生物在生態(tài)系統(tǒng)中的作用一、微生物在生態(tài)系統(tǒng)中的角色生態(tài)系統(tǒng)：在一定的空間內(nèi)生物的成分和非生物的成分通過(guò)物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)互相作用、互相依存而構(gòu)成的一個(gè)生態(tài)學(xué)功能單位。1、微生物是有機(jī)物的主要分解者；微生物最大的價(jià)值也在于其分解功能。它們分解生物圈內(nèi)存在的動(dòng)物和植物殘?bào)w等復(fù)雜有機(jī)物質(zhì)，并最后將其轉(zhuǎn)化成最簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)物，再供初級(jí)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，起主要作用；而一些過(guò)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(guò)程，起關(guān)鍵作用。3、微生物是生態(tài)系統(tǒng)中的初級(jí)生產(chǎn)者；光能營(yíng)養(yǎng)和化能營(yíng)養(yǎng)微生物是生態(tài)系統(tǒng)的初級(jí)生產(chǎn)者，它們具有初級(jí)生產(chǎn)者所具有的二個(gè)明顯特征，即可直接利用太陽(yáng)能、無(wú)機(jī)物的化學(xué)能作為能量來(lái)源，另一方面其積累下來(lái)的能量又可以在食物鏈、食物網(wǎng)中流動(dòng)。4、微生物是物質(zhì)和能量的貯存者；微生物和動(dòng)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；微生物是最早出現(xiàn)的生物體，并進(jìn)化成后來(lái)的動(dòng)、植物。藻類(lèi)的產(chǎn)氧作用，改變大氣圈中的化學(xué)組成，為后來(lái)動(dòng)、植物出現(xiàn)打下基礎(chǔ)。第一節(jié)微生物在生態(tài)系統(tǒng)中的作用二、微生物與生物地球化學(xué)循環(huán)生物地球化學(xué)循環(huán)（biogeochemicalcycles)：生物圈中的各種化學(xué)元素經(jīng)生物化學(xué)作用在生物圈中的轉(zhuǎn)化和運(yùn)動(dòng)。主要的兩個(gè)過(guò)程：同化；礦化；地球上90％以上的有機(jī)物礦化由細(xì)菌和真菌完成；第二節(jié)生態(tài)環(huán)境中的微生物微生物的特點(diǎn)：個(gè)體微小、代謝營(yíng)養(yǎng)類(lèi)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的分布生境的特征微生物的分布是生境各種物理、化學(xué)、生物因素對(duì)微生物的限制、選擇的結(jié)果。在某些生境中，高度專(zhuān)一性的微生物存在并僅限于這種生境中，并成為特定生境的標(biāo)志。一、微生物群落在生命科學(xué)研究對(duì)象中，一般可以分成十個(gè)水平，依次為：生物圈、生態(tài)系統(tǒng)、群落、種群、個(gè)體、器官、組織、細(xì)胞、細(xì)胞器和分子。種群：具有相似特性和生活在一定空間內(nèi)的同種個(gè)體群，是組成群落的基本組分。群落：在一定區(qū)域或一定生態(tài)環(huán)境內(nèi)，各種生物群體構(gòu)成的一個(gè)生態(tài)學(xué)結(jié)構(gòu)單位，群落中各生物群體之間存在各種相互作用。種群間的相互作用中立作用：兩種群之間在一起彼此沒(méi)有影響或僅存無(wú)關(guān)緊要的影響；偏利作用：一種群因另一種群的存在或生命活動(dòng)而得利，而后者沒(méi)有從前者受益或受害；協(xié)同作用：相互作用的兩種群相互有利，是非專(zhuān)性的松散聯(lián)合；共生：相互作用的兩種群相互有利，是專(zhuān)性和緊密的結(jié)合；種群間的相互作用寄生：一種群對(duì)另一種群的直接侵入，寄生者從寄主生活細(xì)胞或生活組織獲得營(yíng)養(yǎng)，而對(duì)寄主產(chǎn)生不利影響；捕食：一種群被另一種群完全吞食，捕食者從被食者得到營(yíng)養(yǎng)；偏害作用：一種群阻礙另一種群的生長(zhǎng)，但對(duì)前者無(wú)影響；競(jìng)爭(zhēng)：兩種群因需要相同的生長(zhǎng)因子或其他環(huán)境因子，致使增長(zhǎng)率和種群密度受到限制時(shí)發(fā)生的相互作用，結(jié)果對(duì)二者均不利；二、陸生生境的微生物土壤是固體無(wú)機(jī)物(巖石和礦物質(zhì))、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。土壤微生物種類(lèi)多（細(xì)菌、放線菌、真菌、藻類(lèi)和原生動(dòng)物）、數(shù)量多（每克肥土可含２５億個(gè)細(xì)菌）、代謝潛力巨大，是主要的微生物源，是微生物的大本營(yíng)。1）土壤微生物的數(shù)量和分布主要受到營(yíng)養(yǎng)物、含水量、氧、溫度、pH等因子的影響，并隨土壤類(lèi)型的不同而有很大變化。2）土壤微生物的數(shù)量和分布受季節(jié)影響；3）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，隨著土層的加深，微生物的數(shù)量逐步減少。三、水生生境的微生物微生物的水域環(huán)境水中無(wú)機(jī)鹽水中有機(jī)物ＰＨ值溫度光線飲用水的微生物指標(biāo)：總菌數(shù)：<100個(gè)/ml大腸桿菌：<3個(gè)/L飲用水消毒常用方法：加入液態(tài)氯或次氯酸鹽（三）水體的富營(yíng)養(yǎng)化作用和“水華”、“赤潮”水體大量的有機(jī)物或無(wú)機(jī)物，特別是磷酸鹽和無(wú)機(jī)氮化合物水的富營(yíng)養(yǎng)化藻類(lèi)等過(guò)量生長(zhǎng)，產(chǎn)生大量的有機(jī)物異養(yǎng)微生物氧化這些有機(jī)物，耗盡水中的氧，使厭氧菌開(kāi)始大量生長(zhǎng)和代謝分解含硫化合物，產(chǎn)生H2S，從而導(dǎo)致水有難聞的氣味，魚(yú)和好氧微生物大量死亡，水體出現(xiàn)大量沉淀物和異常顏色上述過(guò)程又稱(chēng)富營(yíng)養(yǎng)化作用，它是水體受到污染并使水體自身的正常生態(tài)失去平衡的結(jié)果。“水花”或“水華”（waterbloom）：藻類(lèi)（主要是微藻）的大量繁殖使水體出現(xiàn)顏色，并變得渾濁，許多藻類(lèi)團(tuán)塊漂浮在水面上形成。赤潮或紅潮（redtides）：在海洋中，某些甲藻類(lèi)大量繁殖也可也可以形成水花，從而使海水出現(xiàn)紅色或褐色。引起水體富營(yíng)養(yǎng)化的藻類(lèi)除通過(guò)消耗水的氧氣危害養(yǎng)殖業(yè)外，很多藻類(lèi)還能產(chǎn)生各種毒素，使動(dòng)物得病或死亡，因此由于富營(yíng)養(yǎng)化作用致死的魚(yú)等水產(chǎn)品不能食用四、大氣生境的微生物1）無(wú)原生的微生物區(qū)系；2）來(lái)源于土壤、水體及人類(lèi)的生產(chǎn)、生活活動(dòng)；3）種類(lèi)主要為真菌和細(xì)菌，一般與其所在環(huán)境的微生物種類(lèi)有關(guān)；4）數(shù)量取決于塵埃數(shù)量；5）停留時(shí)間和塵埃大小、空氣流速、濕度、光照等因素有關(guān)；6）與人類(lèi)的關(guān)系：傳播疾病、造成食品等的污染微生物學(xué)的基本技術(shù)：無(wú)菌操作技術(shù)制備微生物氣溶膠實(shí)現(xiàn)群體免疫五、極端環(huán)境下的微生物參見(jiàn)P295~298六、動(dòng)物體內(nèi)的微生物有害：病原微生物（病毒、細(xì)菌、真菌、原生動(dòng)物等）；有益：共生現(xiàn)象；例如白蟻與其腸道內(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，必須依賴腸道中共生的原生動(dòng)物和細(xì)菌通過(guò)厭氧發(fā)酵過(guò)程來(lái)分解纖維素。反芻動(dòng)物，如牛、羊、駱駝、長(zhǎng)頸鹿等以植物的纖維素為主要食物，它們?cè)诹鑫钢薪?jīng)微生物發(fā)酵變成有機(jī)酸和菌體蛋白再供動(dòng)物吸收利用。瘤胃也為里面居住的微生物提供了必要的營(yíng)養(yǎng)和生長(zhǎng)條件----食物和嚴(yán)格的厭氧環(huán)境七、植物體中的微生物1、植物表面微生物與植物病害葉際生境葉面生境主要的植物病害（真菌）2、微生物與植物根間的相互作用1）根際微生物根際效應(yīng)的存在；協(xié)同作用；根際微生物與病原體間的競(jìng)爭(zhēng)作用；病原體；

2）菌根真菌與植物根建立的共生體；3）共生固氮（參見(jiàn)P114）八、工農(nóng)業(yè)產(chǎn)品上的微生物及霉腐的控制1．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(dòng)植物產(chǎn)品作原料來(lái)制造的纖維制品、木制品、革制品、橡膠制品、油漆、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分解、利用光學(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(shū)畫(huà)等也可被多種特殊微生物所破壞。微生物在各類(lèi)工業(yè)產(chǎn)品上的生長(zhǎng)所造成的產(chǎn)品的霉腐給人類(lèi)造成了巨大的損失!而另一方面，有時(shí)也努力想開(kāi)發(fā)并推廣使用可被微生物降解的產(chǎn)品，或利用微生物的降解特性。---------生物可降解塑料---------開(kāi)發(fā)、利用纖維素（能源、飼料）2．食品、農(nóng)副產(chǎn)品上的微生物很多微生物在食品、農(nóng)產(chǎn)品上生長(zhǎng)后會(huì)產(chǎn)生對(duì)人有害的毒素；肉毒毒素、黃曲霉素等不利影響：由于微生物的生長(zhǎng)繁殖而腐爛、變質(zhì)，不能再食用或使用；病原微生物進(jìn)入人體的重要途徑，引起傳染性疾??；可采用多種方法防止微生物對(duì)食品等的破壞2．食品、農(nóng)副產(chǎn)品上的微生物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；有利影響：第三節(jié)人體微生物及病原微生物的傳播一、人體微生物人體:正常微生物區(qū)系皮膚口腔胃腸道二）人體腸道正常菌群互生關(guān)系（正常情況）寄生關(guān)系（某些特殊條件下）人腸道內(nèi)的菌群：60-400種不同的微生物，占糞便干重1/3的是細(xì)菌，其中厭氧菌占了絕大多數(shù)。正常菌群通過(guò)腸道獲取營(yíng)養(yǎng)；通過(guò)排阻、抑制外來(lái)致病菌；提供許多人體所必不可少的維生素、氨基酸等營(yíng)養(yǎng)物對(duì)人體作出貢獻(xiàn)；環(huán)境條件改變或著生部位改變：正常菌群致病菌濫用抗生素；人身體虛弱抵抗力下降；吃了不潔凈的食物；腸道中的正常菌群，大腸桿菌，一旦進(jìn)入泌尿系統(tǒng)，引起感染。人體表面的正常菌群，一旦它們進(jìn)入傷口也會(huì)引起感染。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，或生態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變而引起人類(lèi)疾病的微生物?？梢酝ㄟ^(guò)口服某些活的微生物制劑來(lái)治療由于正常菌群失調(diào)而導(dǎo)致的腹瀉，例如，含蠟狀芽孢桿菌（Bcereus）的“促菌生”，含地衣芽孢桿菌的“整腸生”等，它們都是通過(guò)芽孢桿菌的生長(zhǎng)，為腸道重新創(chuàng)造良好的厭氧環(huán)境，促使腸道內(nèi)正常的厭氧菌的生長(zhǎng)繁殖，這類(lèi)活微生物制劑又稱(chēng)微生態(tài)制劑。微生態(tài)制劑一般用于恢復(fù)腸道內(nèi)的正常生態(tài)環(huán)境，若腸道功能正常，一般不需要服用！二、病原微生物的傳播通過(guò)水體傳播（直接飲用、接觸、吸入）通過(guò)土壤傳播；通過(guò)空氣傳播；第四節(jié)微生物與環(huán)境保護(hù)一、微生物對(duì)污染物的降解與轉(zhuǎn)化二、重金屬的轉(zhuǎn)化三、污染介質(zhì)的微生物處理四、污染環(huán)境的生物修復(fù)五、環(huán)境污染的微生物監(jiān)測(cè)一、微生物對(duì)污染物的降解與轉(zhuǎn)化降解性質(zhì)粒的發(fā)現(xiàn)；有機(jī)物的結(jié)構(gòu)與自然物質(zhì)差別越大，就越難降解；微生物對(duì)有毒有機(jī)物的降解農(nóng)藥石油

洗滌劑多氯聯(lián)苯氰和腈農(nóng)藥微生物作用被氧化被脫鹵被還原被脫烴動(dòng)物保護(hù)者在為鳥(niǎo)清洗身上的油污二、重金屬的轉(zhuǎn)化

汞：精神狀態(tài)改變是汞中毒的一大癥狀。脈搏加快，肌肉顫動(dòng)，口腔和消化系統(tǒng)病變。鉛：神經(jīng)系統(tǒng)(神經(jīng)衰弱、手足麻木)、消化系統(tǒng)(消化不良、腹部絞痛)、血液中毒和其他的病變。嚴(yán)重污染的水會(huì)通過(guò)食物鏈的生物放大作用危害人類(lèi)健康微生物對(duì)重金屬的轉(zhuǎn)化微生物不能降解重金屬，微生物作用于重金屬主要是改變金屬在環(huán)境中的存在狀態(tài)從而改變它們的毒性。三、污染介質(zhì)的微生物處理三廢：廢水、廢氣、廢渣治理三廢消除公害環(huán)境保護(hù)可持續(xù)發(fā)展

污水處理BOD5即“五日生化需氧量”，在20℃下，1L污水中所含的有機(jī)物，在進(jìn)行微生物氧化時(shí)，5日內(nèi)所消耗的分子氧的毫克數(shù)。COD使用強(qiáng)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(shí)所消耗氧的毫克數(shù)。一級(jí)處理濾粗固體；二級(jí)處理去除可溶性有機(jī)物；三級(jí)處理除氮磷等無(wú)機(jī)物；國(guó)家重點(diǎn)建設(shè)