第七章水生微生態(tài)學(xué)第一節(jié)水體中微生物的分布第二節(jié)

環(huán)境因素對(duì)水生微生物的影響第三節(jié)水生微生物在生態(tài)系統(tǒng)中的作用水生微生態(tài)學(xué)

研究水生微生物與水體環(huán)境的相互關(guān)系的科學(xué)。海洋、河流、泉流、湖泊和池塘均是典型的水生生態(tài)系統(tǒng)。微生物區(qū)系在某一固定的空間內(nèi)，環(huán)境因素使得某些類別的微生物能較好的生長(zhǎng)繁殖，其它微生物受到抑制而形成的微生物群落結(jié)構(gòu)。第一節(jié)水體中微生物的分布

在江河湖海等淡咸水中均生存著相應(yīng)的微生物，其分布有規(guī)律性。水體中有機(jī)物和無機(jī)物含量、光照強(qiáng)度、溫度、pH、鹽度、滲透壓、含氧量及有毒物的含量差異很大，因而各種水域中微生物種類和數(shù)量呈現(xiàn)明顯的差異。

水體微生物分布易受季節(jié)影響有機(jī)物豐度異養(yǎng)型微生物無機(jī)物豐度自養(yǎng)型微生物光能自養(yǎng)型微生物光照強(qiáng)度溫度嗜熱、嗜溫、嗜冷微生物pH耐酸、耐堿微生物鹽度、滲透壓耐鹽、不耐鹽微生物溶解氧好氧、厭氧微生物有毒污染物污染物降解微生物1、泉水（營(yíng)養(yǎng)貧乏）一、淡水中微生物的分布小型球菌和短桿菌占優(yōu)勢(shì)，還有藍(lán)細(xì)菌和酵母流動(dòng)水體中，上層只有單細(xì)胞藻類和細(xì)菌；水流緩慢的淺水層常有絲狀藻類、細(xì)菌和真菌，腐生菌和原生動(dòng)物也較多；2、

河水（流速）3、湖泊與水庫水（營(yíng)養(yǎng)類型）上層水（深0-10cm），有假單胞菌、柄桿菌、嗜纖維菌、浮游球衣菌等好氧細(xì)菌、真菌和藻類中層水（20-30cm），有著色菌屬、綠菌屬等光合細(xì)菌底層水（30cm以下），有脫硫弧菌、甲烷桿菌、甲烷球菌等厭氧細(xì)菌、原生動(dòng)物和一些鞘細(xì)菌4、池塘水（富營(yíng)養(yǎng)）施肥和投餌對(duì)微生物都有很大影響在初始降解階段，弧菌科、腸桿菌科和假單胞菌屬細(xì)菌迅速增加；第二階段，梭菌屬細(xì)菌成為優(yōu)勢(shì)種類；餌料被消耗完畢后，不動(dòng)桿菌、摩拉克氏菌、假單胞菌占優(yōu)池塘中常見的藍(lán)細(xì)菌隸屬于顫藻屬、藍(lán)纖維藻屬、魚腥藻屬、微囊藻屬、席藻屬等。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(zhǎng)的。海水微生物的種類和數(shù)量遠(yuǎn)超淡水微生物總量低溫生長(zhǎng)，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。耐高壓（特別是生活在深海的細(xì)菌）。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)）

二、海水中微生物的分布表面區(qū)細(xì)菌總數(shù)最高，隨水深增大，細(xì)菌數(shù)減少海水中常見的細(xì)菌主要有：假單胞菌屬、枝動(dòng)菌屬、弧菌屬、螺菌屬、梭菌屬、變形菌屬，以及硫細(xì)菌、硝化細(xì)菌和藍(lán)細(xì)菌的一些種類；常見的其他微生物有：

色串孢屬、酵母菌屬，霉菌，噬菌體，藻類，原生動(dòng)物等三、沉積物中微生物的分布1.淡水沉積物底泥有機(jī)質(zhì)含量高，決定了異養(yǎng)菌數(shù)量遠(yuǎn)超水層底泥中包含的微生物有細(xì)菌，放線菌，真菌在幾厘米深處，底泥中微生物，尤其是腐生菌含量隨深度增加而下降湖泊沉積物中不同菌群存在季節(jié)變動(dòng)2.海水沉積物海洋沉積物的類型和微生物的生物量有較大關(guān)系：

淤泥>黏土>膠體沉積物沉積物中有細(xì)菌、放線菌、低等真菌和酵母菌在幾厘米厚的沉積物表層，細(xì)菌和真菌數(shù)量最高，表層以下隨深度增加，腐生菌數(shù)量迅速下降四、水生生物體上微生物的分布1.水生動(dòng)物體表魚類體表有細(xì)菌附著，主要是G-無芽孢桿菌，不少魚體表有真菌附著很多低等動(dòng)物（包括原生動(dòng)物、對(duì)蝦等）體表有細(xì)菌和真菌棲息2.魚類消化道（酸性，富膽汁）淡水魚消化道中，嗜水氣單胞菌、A型擬桿菌、假單胞菌屬和腸桿菌科的細(xì)菌占優(yōu)；海水魚消化道，以弧菌屬細(xì)菌為主，其次為假單胞菌、莫拉氏菌、不動(dòng)桿菌、擬桿菌等降河魚優(yōu)勢(shì)菌：氣單胞菌>>假單胞菌>>弧菌溯河魚優(yōu)勢(shì)菌：弧菌、假單胞菌>>氣單胞菌、假單胞菌3.蝦類消化道（底棲生活）優(yōu)勢(shì)菌為假單胞菌、弧菌，還存在不動(dòng)桿菌屬、腸桿菌科、黃桿菌屬、噬纖維菌屬、莫拉氏菌屬、發(fā)光桿菌屬的細(xì)菌發(fā)育各階段，消化道菌群與其食性有關(guān)，蚤狀幼體期弧菌占優(yōu)，成體期假單胞菌占優(yōu)4.藻類體表（海藻）浮游藻類體表有細(xì)菌生長(zhǎng)：

泡沫節(jié)球藻和水華束絲藻的藻絲上棲息著大量細(xì)菌，包括柄桿菌、球菌等；水華形成后，這些表面細(xì)菌成比例增加藻類膠鞘上，旺盛生長(zhǎng)的藻類表面沒有細(xì)菌生長(zhǎng)；水華形成后，藻類細(xì)胞老化時(shí)，附著細(xì)菌便成倍增加一些藻體表面分泌的酸和活性物質(zhì)能抑制或殺死細(xì)菌第二節(jié)

環(huán)境因素對(duì)水生微生物的影響有助于理解水體中微生物的分布和作用，在實(shí)踐中可利用這些環(huán)境因素對(duì)水生微生物的種群實(shí)施控制物理因素有光照、溫度、壓力、渾濁度等；化學(xué)因素有pH、鹽度、無機(jī)質(zhì)、有機(jī)質(zhì)、溶解性氣體等生物因素有競(jìng)爭(zhēng)、捕食、寄生等一、物理因素1.光照在補(bǔ)償點(diǎn)之上的水層中，光照能促進(jìn)綠色植物的生長(zhǎng)繁殖；而較弱的光照下，光能自養(yǎng)菌即可旺盛生長(zhǎng)較強(qiáng)的光照對(duì)無色素細(xì)菌具有破壞作用：54000lx的光照，4h可殺死硝化桿菌，24h可殺死亞硝化單胞菌水表層細(xì)菌和真菌的抑制性效應(yīng)一般發(fā)生在強(qiáng)日光輻射處：渾濁水體中，抑制作用僅限于水表至數(shù)厘米處；清澈水體，可伸展至數(shù)米之下2.溫度0~50℃是多數(shù)水生微生物生存的溫度范圍，過冷或過熱能引起水體中細(xì)菌、藻類和真菌等的死亡微生物在最低溫至最高溫的范圍內(nèi)，代謝速率隨溫度升高而增大接近于最低或最高溫度時(shí)，微生物的形態(tài)會(huì)發(fā)生變化：節(jié)桿菌屬低于20℃時(shí)為G-的菌絲體，在20-26℃時(shí)為G+的節(jié)孢子，在26℃以上為G+棒狀形由于天然水體中生物互作的影響，溫度效應(yīng)可能受到干擾3.壓力靜水壓對(duì)微生物的生理生化有著多方面的影響：在高壓下，敏感細(xì)菌會(huì)出現(xiàn)形態(tài)變化，如粘質(zhì)沙雷氏菌在1個(gè)大氣壓下呈能動(dòng)的短棒狀，在600個(gè)大氣壓下呈無運(yùn)動(dòng)性的絲狀體50-500個(gè)大氣壓下，發(fā)光桿菌屬的某些種類在高于最適溫度下發(fā)光獲促進(jìn)，而低于最適溫度則發(fā)光受抑制靜水壓決定了微生物在水層中的分布4.渾濁度渾濁度主要通過對(duì)營(yíng)養(yǎng)和光照的影響間接發(fā)揮作用水體渾濁度由懸浮物所致；當(dāng)懸浮物富含有機(jī)質(zhì)時(shí)，細(xì)菌總數(shù)隨渾濁度增大而增加；若懸浮物為無機(jī)顆粒時(shí)，渾濁度的變化不影響細(xì)菌總數(shù)渾濁度也影響水體微生物區(qū)系的組成：污水池塘附著細(xì)菌的比例大于自由生活細(xì)菌二、化學(xué)因素1.pH值pH通過影響細(xì)胞膜上電荷的變化而影響微生物對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收，影響代謝酶的活性pH影響水體中細(xì)菌和真菌的種群組成：在酸性水體中真菌比例大，中性或微堿性水體中真菌比例小pH變化可引起微生物的形態(tài)變化：在偏離最適pH的情況下，某些微生物細(xì)胞趨于退化，呈現(xiàn)不規(guī)則的隆起和分支2.氧化還原電位氧化還原電位影響微生物細(xì)胞內(nèi)許多酶的活性，也影響細(xì)胞的呼吸作用好氧細(xì)菌比厭氧細(xì)菌需要更高的氧化還原電位值微生物活動(dòng)在不同程度上改變著氧化還原電位：細(xì)菌耗氧致氧還電位降低，光合放氧值氧還電位升高鹽度高低較大程度上決定水體中的生物群落鹽度偏離，會(huì)導(dǎo)致細(xì)菌和真菌的世代時(shí)間延長(zhǎng)，并引起形態(tài)上的改變：阿拉伯海的發(fā)光細(xì)菌在鹽度10時(shí)呈球狀，鹽度30時(shí)呈棒狀，鹽度75時(shí)呈長(zhǎng)絲狀鹽度對(duì)微生物的生理效應(yīng)是多方面的：發(fā)光細(xì)菌在鹽度50以上就喪失發(fā)光能力，進(jìn)行稀釋后并不能恢復(fù)發(fā)光能力，而出現(xiàn)細(xì)胞自溶3.鹽度4.無機(jī)物（除NaCl外）無機(jī)磷和無機(jī)氮加劇了細(xì)菌和浮游植物之間的競(jìng)爭(zhēng)：藍(lán)藻水華通常出現(xiàn)在富含無機(jī)氮磷的湖泊中重金屬及其有機(jī)復(fù)合物通過與酶的巰基結(jié)合嚴(yán)重影響水體微生物的生命活動(dòng)，具有殺菌和滅病毒作用5.有機(jī)物有機(jī)物含量與水體微生物數(shù)量存在正相關(guān)：可同化的有機(jī)物含量高，則細(xì)菌總數(shù)和腐生菌的數(shù)量高有機(jī)物的組成強(qiáng)烈影響特定的微生物種群：在富含蛋白質(zhì)的水體中蛋白水解細(xì)菌占優(yōu)勢(shì)，在富含纖維素的水體中優(yōu)勢(shì)種為分解纖維素的細(xì)菌和真菌6.溶解氣體溶解氧的水平高低決定了好氧、厭氧微生物在水體中的分層溶于水中的分子態(tài)氮可被固氮細(xì)菌和藍(lán)細(xì)菌利用溶解型的CO2為自養(yǎng)微生物所必需，部分異養(yǎng)菌也需要CO2H2S的出現(xiàn)能讓大多數(shù)微生物死亡三、生物因素1.營(yíng)養(yǎng)競(jìng)爭(zhēng)最快接近可用營(yíng)養(yǎng)物且盡快吸收的生物成為營(yíng)養(yǎng)競(jìng)爭(zhēng)中的贏家；生長(zhǎng)速度快的微生物產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物可能抑制競(jìng)爭(zhēng)者在極端環(huán)境下或難利用的物質(zhì)面前，營(yíng)養(yǎng)競(jìng)爭(zhēng)居于次要地位，因?yàn)橹灰贁?shù)微生物能利用現(xiàn)存的營(yíng)養(yǎng)物2.微生物間共生與拮抗不同微生物通過彼此聯(lián)合的方式實(shí)現(xiàn)互利雙贏（共生）：好氧菌通過迅速耗氧制造無氧環(huán)境，從而使厭氧菌得以生長(zhǎng)微生物在與其他生物共生時(shí)，可能抑制、損害其他生物的，或者被其他生物損害（拮抗）：噬菌體能裂解相應(yīng)的細(xì)菌，細(xì)菌產(chǎn)生的細(xì)菌素能殺死近緣關(guān)系的細(xì)菌3.濾食者在微生物（細(xì)菌、真菌）含量高的水體和沉積物中，底棲動(dòng)物（大多數(shù)原生動(dòng)物）以它們?yōu)橹饕澄镌春芏嗪笊鷦?dòng)物——輪蟲、枝角類、橈足類及濾食性魚類等也能攝食細(xì)菌、真菌和藻類，這些濾食者對(duì)水體中的微生物區(qū)系有重大影響4.病原侵襲噬菌體侵食對(duì)應(yīng)的細(xì)菌（富營(yíng)養(yǎng)水體及污水中）蛭弧菌感染相應(yīng)的細(xì)菌（淡水和海水都有）寄生性藻狀菌類能侵襲其他真菌種類（Rozella屬）5.生物體釋放活性物質(zhì)細(xì)菌、藻類和酵母能生產(chǎn)維生素并適時(shí)釋放至水中細(xì)菌、真菌、原生動(dòng)物和后生動(dòng)物等釋放酶類至水中細(xì)菌和藻類釋放抗生素至水中第三節(jié)水生微生物在生態(tài)系統(tǒng)中的作用一、微生物與能量流、食物鏈無機(jī)物有機(jī)物光合作用分解作用生產(chǎn)者：從無機(jī)物合成有機(jī)物，如植物、微生物消費(fèi)者：利用有機(jī)物進(jìn)行生活，如動(dòng)物分解者：分解有機(jī)物成無機(jī)物，如微生物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。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)化成后來的動(dòng)、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(dòng)、植物出現(xiàn)打下基礎(chǔ)。微生物在生態(tài)系統(tǒng)中的地位1、碳素循環(huán)2、氮素循環(huán)3、硫素循環(huán)4、磷素循環(huán)二、微生物在物質(zhì)循環(huán)中的作用降解作用呼吸作用發(fā)酵作用甲烷形成光合作用微生物在碳循環(huán)中的作用有機(jī)物CH2OCO2CO2厭氧碳固定好氧碳固定發(fā)酵呼吸甲烷產(chǎn)生甲烷產(chǎn)生甲烷氧化CH4H2COCO氧化生物體有機(jī)酸NO3-NH4+NO2-NON2O大氣N2同化作用氨化作用硝化作用硝化作用反硝化作用生物固氮同化作用還原作用自然界中的氮素循環(huán)硫素循環(huán)有機(jī)硫化物硫酸鹽Ｈ２Ｓ元素Ｓ分解作用分解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)硫的還原作用有機(jī)硫化物硫酸鹽Ｈ２Ｓ元素Ｓ分解作用分解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)硫的還原作用

磷素循環(huán)磷素循環(huán)主要包括無機(jī)磷的溶解、無機(jī)磷的同化、有機(jī)磷的礦化1.水體的污染

水資源污染日益嚴(yán)重三、微生物與水污染

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(zhǎng)繁殖富營(yíng)養(yǎng)化水華：淡水水體中的富營(yíng)養(yǎng)化赤潮：咸水水體中的富營(yíng)養(yǎng)化

嚴(yán)重污染的水會(huì)通過食物鏈的生物放大作用危害人類健康2.污染物類型