微生物的生態(tài)

微生物在環(huán)境中的分布

土壤微生物的生態(tài)

土壤的生態(tài)條件

養(yǎng)分水分滲透壓PH氧溫度土壤的生態(tài)條件大多數(shù)為生物需要靠有機物才能生長，而土壤中有大量動、植物殘體，植物根系的分泌物，人和動物的排泄物，他們?yōu)槲⑸锾峁┝素S富的碳源、氮源和能源土壤中微生物的種類、數(shù)量和分布土壤中微生物的數(shù)量和種類很多，包括細(xì)菌、放線菌、真菌、藻類和原生動物等類群。其中，細(xì)菌的數(shù)量和種類最多，占土壤微生物總量的70%~90%；其次是放線菌，藻類和原生動物最少。土壤微生物可以通過其代謝活動可以改變土壤的理化性質(zhì)，因此，土壤微生物是影響土壤肥力的重要因素。我國主要土壤中的微生物數(shù)量（萬/g干土）

土壤類型地點細(xì)菌放線菌真菌暗棕壤棕壤黃棕壤紅壤磚紅壤磷質(zhì)石灰土黑土黑鈣土棕鈣土草甸土婁土白漿土濱海鹽土黑龍江呼瑪遼寧沈陽江蘇南京浙江杭州廣東徐聞西沙群島黑龍江哈爾濱黑龍江安達(dá)寧夏寧武黑龍江亞溝陜西武功吉林皎河江蘇連云港2,3271,2841,4061,1035072,2292,1111,0741407,8639511,59846661239217123391,1051,02431911291,03255411336641115192423430.4土壤中微生物的種類、數(shù)量和分布不同深度土壤中微生物的數(shù)量（103個/g土壤）深度/cm好氧細(xì)菌厭氧細(xì)菌放線菌真菌藻類3~87800195020801192520~25180037924550535~404729849140.565~70101560.1135~14510.4—3—土壤中微生物的種類、數(shù)量和分布

森林土壤中的生物量生物類群生物量干重（kg/10Km2)細(xì)菌放線菌真菌原生動物蚯蚓類其他生物36.90.2454.01.012.023.0土壤中微生物的種類、數(shù)量和分布微生物的生態(tài)

微生物在環(huán)境中的分布

土壤自凈作用和污水灌溉

土壤對施入其中一定負(fù)荷的有機物或有機污染物具有吸附和生物降解作用，通過各種物理、化學(xué)以及生物化學(xué)過程自動分解污染物,使土壤恢復(fù)到原有水平的凈化過程稱為土壤自凈作用。土壤的自凈作用自凈機理：土壤具有團粒結(jié)構(gòu)，棲息真種類繁多、數(shù)量巨大的微生物群落，使得土壤具有強烈的吸附、過濾和生物降解作用吸附作用：污水、有機固體廢棄物施入土壤后，各種有毒或無毒的物質(zhì)先被土壤吸附降解作用：有機物被物生物和小型動物部分或全部分解轉(zhuǎn)化，使土壤恢復(fù)到原有狀態(tài)

土壤的自凈能力是有限度的：一方面與土壤自身理化性質(zhì)（如土粒結(jié)構(gòu)、有機物含量、土壤溫濕度、PH值、陰陽離子的種類和含量等）有關(guān)；另一方面受土壤系統(tǒng)中微生物的種類和數(shù)量制約。土壤的自凈作用

污水灌溉：一般是指使用經(jīng)過一定處理的城市污水灌溉農(nóng)田、森林和草地。污水灌溉的作用：

1、提供灌溉水源

2、提高土壤肥力

3、凈化污水污水灌溉

南京大廠鎮(zhèn)利用經(jīng)過平流式沉淀池進行一級處理的污水灌溉稻田，2~4天后就有明顯的凈化效果。指標(biāo)（mg/L)灌溉時含量灌溉后2d灌溉后4d含量凈化效果（%）含量凈化效果（%）總固體總氮氨氮BOD5溶解氧65913.1410.8618.762.072351.520.224.024.86288.597.578.61121.420.09636.648389.499.084生活污水灌溉稻田的凈化效果污水灌溉微生物的生態(tài)

微生物在環(huán)境中的分布

水體微生物的生態(tài)

水體的生態(tài)條件

養(yǎng)分PH氧溫度℃

PO2

PN

N

℃℃

℃O2

O2

O2OH-

OH-

OH-H+

H+

H+

水體的生態(tài)條件水體的生態(tài)條件微生物在水中的分布與數(shù)量亦受到水體類型與層次、污染情況、季節(jié)等各種因素的影響。如貧營養(yǎng)湖中細(xì)菌數(shù)約在103~104個／ml；而富營養(yǎng)湖中可達(dá)107~108個／ml?，F(xiàn)將不同淡水及海水中的微生物情況分述如下。大氣水江河水湖泊與池塘水地下水海水微生物的生態(tài)

微生物在環(huán)境中的分布

水體的自凈作用

當(dāng)有機廢水進入河流之后，廢水流入處的水質(zhì)會發(fā)生惡化，但隨著河水向下游流動其水質(zhì)逐漸轉(zhuǎn)好，在河水流經(jīng)一定的距離后，河水水質(zhì)可以恢復(fù)到廢水流入之前的狀態(tài)，這就是水的自凈作用。物理過程：稀釋、擴散、沉淀生物過程：吸收和分解作用水體的自凈作用

水體的自凈能力是有限的。當(dāng)水體中有機物濃度很高時，促進了異養(yǎng)微生物的大量生長繁殖，他們呼吸需要大量的氧，這樣會造成水體缺氧，從而使好氧微生物的活動受到限制，而厭氧微生物活躍起來。水體的自凈作用

當(dāng)有機污染物排入河流后，在排污點下游進行的自凈過程，導(dǎo)致沿著河流方向形成一系列在污染程度上逐漸減輕的連續(xù)帶：多污帶水體受有機污染嚴(yán)重，BOD高，溶解氧極低（或無），為厭氧狀態(tài)，水生生物的種類很少。α-中污帶

溶解氧極少，為半?yún)捬鯛顟B(tài)，有機物量減少，有較多的氨、有機酸、H2S等代謝產(chǎn)物，生物種類較多污帶有所增加。

污染水體的生態(tài)系統(tǒng)

當(dāng)有機污染物排入河流后，在排污點下游進行的自凈過程，導(dǎo)致沿著河流方向形成一系列在污染程度上逐漸減輕的連續(xù)帶：β-中污帶有機物減少，溶解氧升高，NH3-和H2S氧化為NO3-和SO42-，兩者含量均減少，水生生物的種類增多。寡污帶有機物基本無機化，BOD和懸浮物含量極低，H2S消失，溶解氧恢復(fù)到正常水平,細(xì)菌數(shù)量少，水生生物的種類多。

污染水體的生態(tài)系統(tǒng)微生物的生態(tài)

微生物在環(huán)境中的分布

空氣微生物的生態(tài)

空氣中有較強的紫外線輻射，而且具有較干燥、溫度變化大、缺乏營養(yǎng)等特點，所以，空氣不是微生物生長繁殖的場所?？諝庵械奈⑸镏皇菚簳r停留，停留的長短有風(fēng)力、氣流和雨、雪等氣象條件決定，但他最終還是要降落到土壤、水中、植物上和建筑物上?？諝馕⑸锏纳鷳B(tài)

空氣中微生物的來源飛揚的塵土（土壤和地面的）飛濺的水滴（水中的）人和動物的干燥脫落物通過打噴嚏、咳嗽，口腔中的微生物進入空氣?？諝馕⑸锏纳鷳B(tài)場所微生物數(shù)量場所微生物數(shù)量畜舍（1~2）×106

實驗室200城市街道5000城市公園200教室2500住房180辦公室1400海洋上空1~2醫(yī)院700~1100北緯80°0一些場所上空微生物數(shù)量（個/m3

）空氣微生物的數(shù)量和分布空氣中的微生物數(shù)量隨地區(qū)、季節(jié)、氣候、空氣濕度、土壤、植被狀況、人口與動物密度及活動狀況、空氣流動程度和高度等因素的變化而發(fā)生顯著變化。清潔程度細(xì)菌總數(shù)最清潔的空氣1~2清潔空氣<30普通空氣31~125臨界環(huán)境150輕度污染<300嚴(yán)重污染>301日本以細(xì)菌總數(shù)評價空氣的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)（個/m3

）空氣中微生物的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)2002年11月頒布的《室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T18883-2002）中生物性參數(shù)選用菌落數(shù)，標(biāo)準(zhǔn)值為2500CFU/m3（撞擊法）微生物的生態(tài)

微生物在環(huán)境中的分布

微生物在食品上的分布各種食品營養(yǎng)物質(zhì)豐富，常帶有很多的微生物。其中有些是有害的，常引起食品腐敗，或產(chǎn)生有毒物質(zhì)，或病原微生物滋生，當(dāng)然也有些是無害的甚至是有益于人類的。食品上的微生物糧食肉類魚類乳類糧食上的微生物各種谷物及其制品上均附有大量微生物。糧食上的微生物主要有細(xì)菌及真菌。種類與數(shù)量隨糧食種類、生產(chǎn)地區(qū)、貯藏、運輸、加工等不同情況而異。糧食上的細(xì)菌多為植物表面的附生菌，以無芽孢、革蘭氏陰性細(xì)菌為主，還有芽孢桿菌、放線菌和球菌。它們均來源于土壤及空氣的感染。糧食上常含有大量的霉菌孢子，常見種有曲霉、青霉等。其中黃曲霉可產(chǎn)生黃曲霉毒素，是一種劇毒、致癌性強的真菌毒素，常見于腐爛花生上。肉類上的微生物細(xì)菌和霉菌在肉類上生長能使之產(chǎn)生臭味，造成變質(zhì)。有的細(xì)菌還能產(chǎn)生毒素，誤食后能引起食物中毒，嚴(yán)重的可導(dǎo)致死亡。動物死亡后，細(xì)菌很快在其上繁殖。在市場出售的無包裝肉類，每1g肉中有細(xì)菌幾十萬到上千萬個。肉類上常見的細(xì)菌可分為4類。在肉類上常見的真菌為曲霉屬、毛霉屬、青霉屬、交鏈孢屬、叢梗孢屬、枝孢霉屬等。肉類上的細(xì)菌好養(yǎng)性芽孢桿菌好養(yǎng)性無芽孢桿菌球菌厭氧性細(xì)菌魚類上的微生物魚類也有許多細(xì)菌，如無色桿菌屬、黃桿菌屬和微球菌屬類。海魚中還可有副溶血弧菌等。魚類食品中的一些細(xì)菌也能使魚類腐敗變質(zhì)，也可產(chǎn)生毒素，引起食物中毒。魚類中有些細(xì)菌可耐低溫，在一般冰箱中仍可繁殖。在冷藏條件下細(xì)菌并不死亡，解凍后的凍魚，細(xì)菌繁殖特別快，凍魚的腐敗也較新鮮的魚類快一些。乳類中的微生物乳類中的細(xì)菌主要為乳鏈球菌和乳酸乳桿菌，此外也常見到熒光假單胞菌、普通變形桿菌、大腸桿菌、糞鏈球菌和產(chǎn)氣氣桿菌等。乳類還可攜帶病原菌，可以傳播結(jié)核、傷寒、白喉等病。因此乳類消毒具有重要意義。乳酸菌可引起牛乳的乳酸發(fā)酵，使其中的乳糖發(fā)酵生成乳酸。乳酸對其他細(xì)菌（包括致病菌）具有一定的抑制作用，可生成具有特殊風(fēng)味的酸牛乳。酸牛乳有助消化作用。乳類中也有真菌，如青霉、叢醒孢霉、粉孢霉及酵母菌等。微生物的生態(tài)

微生物在環(huán)境中的分布

極端環(huán)境中的微生物極端環(huán)境包括高溫、低溫環(huán)境，高鹽環(huán)境，高酸、高堿環(huán)境，高熱酸環(huán)境，高壓環(huán)境。另外還有某些特殊環(huán)境，如油田、礦山、沙漠的干旱地帶，地下的厭氧環(huán)境和高輻射環(huán)境、高鹵環(huán)境等。在這些極端環(huán)境中也有微生物存在和生長。微生物適應(yīng)于異常環(huán)境，是自然選擇的結(jié)果。

極端環(huán)境中的微生物冰川熱泉鹽湖荒漠深海火山口嗜熱微生物土壤、肥堆、熱泉和火山地帶普遍存在嗜熱菌，并在每一類生境中，都有一定的種群組成。

嗜熱微生物生長的生態(tài)環(huán)境有：熱泉（溫度高100℃），高強度太陽輻射的土壤，巖石表面（高達(dá)70℃），各種堆肥厥肥、干草、鋸屑及煤渣堆，此外還有家庭及工業(yè)上使用的溫度比較高的熱水及冷卻水。嗜熱微生物大分子蛋白質(zhì)、核酸、脂質(zhì)的熱穩(wěn)定結(jié)構(gòu)以及存在的熱穩(wěn)定性因子是它們嗜熱的生理基礎(chǔ)

嗜熱微生物耐熱菌44~55℃兼性嗜熱菌50~65℃專性嗜熱菌65~70℃極端嗜熱菌＞70℃超嗜熱菌80~110℃嗜冷微生物高山、海洋、南北兩極、冷凍土壤、陰冷洞穴以及冰箱等生境中均有微生物存在和生長。嗜冷微生物適應(yīng)環(huán)境的生化機理是因為細(xì)胞膜脂組成中有大量的不飽和、低熔點脂肪酸。嗜冷微生物低溫條件下生長的特性可以使低溫保藏的食品腐敗，甚至產(chǎn)生細(xì)菌毒素。專性嗜冷微生物最高生長溫度不超過20℃，可以在0℃或低于20℃條件下生長兼性嗜冷微生物要在低溫下生長但也可以在20℃以上生長冷營養(yǎng)菌具有在較低溫度下（0~5℃）生長的能力但不是真正的嗜冷菌能耐受低溫但最適溫度較高從深海中分離出來的細(xì)菌既嗜冷，也耐高壓

嗜酸微生物溫和的酸性（pH3~3.5）在自然環(huán)境中較為普遍，如某些湖泊、泥炭土和酸性的沼澤。極端的酸性環(huán)境包括各種酸礦水、酸熱泉、火山湖、地?zé)崛?。嗜酸微生物一般都是從這些環(huán)境中分離出來，其優(yōu)勢菌是無機化能營養(yǎng)的硫氧化菌、硫桿菌。酸熱泉不但呈高酸度，而且有高溫的特點，從這些環(huán)境中分離出獨具特點的嗜酸嗜熱細(xì)菌，如嗜酸熱硫化葉菌等。嗜堿微生物生境：地球上堿性最強的自然環(huán)境是碳酸鹽湖及碳酸鹽荒漠，極端堿性湖pH達(dá)10.5～11.0。碳酸鹽是這些環(huán)境堿性的主要來源。人為堿性環(huán)境是石灰水、堿性污水。耐堿機理：嗜堿微生物胞內(nèi)pH接近中性。細(xì)胞外被是胞內(nèi)中性環(huán)境和胞外堿性環(huán)境的分隔，是嗜堿微生物的重要基礎(chǔ)。其控制機制是具有排出OH-的功能并能產(chǎn)生大量的堿性酶。

嗜堿微生物（分類）最適生長pH在9以上的微生物按生長環(huán)境分專性嗜堿微生物中性條件下不能生長耐堿微生物中性條件甚至酸性條件下都能生長按生長是否需要鹽鹽嗜堿微生物生長需堿性和高鹽度條件非鹽嗜堿微生物生長不需高鹽度條件嗜鹽微生物含有高濃度鹽的自然環(huán)境主要是鹽湖、鹽場、鹽礦和用鹽脂制的食品。海水中含有約3.5%的氯化鈉，是一般的含鹽環(huán)境。

嗜鹽微生物有廣泛的應(yīng)用前景，它們可被用于生產(chǎn)胞外多糖、聚起基丁酸(PHB）、食用蛋白、調(diào)味劑、保健食品強化劑、酶保護劑、電子器件和生物芯片，還可用于海水淡化、鹽堿地開發(fā)利用以及能源開發(fā)等。弱嗜鹽微生物氯化鈉濃度0.2~0.5mol/L中度嗜鹽微生物氯化鈉濃度0.5~2.5mol/L極端嗜鹽微生物氯化鈉濃度2.5~5.2mol/L嗜壓微生物需要高壓才能良好生長的微生物稱為嗜壓微生物。最適生長壓力為正常壓力但能耐受高壓的微生物稱為耐壓微生物

能生活在海洋底部而不能在常壓下生長的微生物稱為專性嗜壓微生物

現(xiàn)在已知的嗜壓細(xì)菌有假單胞菌屬、微球菌屬、芽孢桿菌屬、弧菌屬、螺菌屬等。此外還發(fā)現(xiàn)嗜壓的酵母菌。微生物的生態(tài)

微生物的生物環(huán)境

互生

概念：兩種生物都可以單獨生活，當(dāng)生活在一起時，比單獨生活的好，或者一種生物生命活動的結(jié)果為另一生物創(chuàng)造了有利的生活條件。這是一種“可分可合，合比分好”的相互關(guān)系。

但二者不形成共生組織(生命整體)的關(guān)系。

互生關(guān)系

（一）微生物間的互生:

例如:好氧性自生固氮菌(N源)與纖維素分解菌(有機酸)（二）人體腸道中正常菌群與人的互生（三）廢水生物處理過程中的互生

互生關(guān)系微生物的生態(tài)

微生物的生物環(huán)境

共生關(guān)系

概念：指兩種生物在一起生活，互相提供必要的生活條件，彼此依賴，形成一個在形態(tài)上具有共同結(jié)構(gòu)，而在生理上卻相互分工，互換生命活動產(chǎn)物的生存關(guān)系。有的甚至相互依存，一種類型脫離了另一種類型，就不易獨立生活，在生理上形成了一定的分工，在組織上和形態(tài)上產(chǎn)生了新的結(jié)構(gòu)。可視為互生關(guān)系的高度發(fā)展。

共生關(guān)系

藻類或藍(lán)細(xì)菌與真菌共生所形成的地衣是共生關(guān)系的典型代表，藻類和藍(lán)細(xì)菌通過光合作用向真菌提供有機養(yǎng)料，固氮藍(lán)細(xì)菌還可以同時供給有機氮素營養(yǎng)，真菌則利用菌絲的吸收作用為藻類和藍(lán)細(xì)菌提供水、礦質(zhì)養(yǎng)料及某些生長素和在基質(zhì)上牢固附著的條件，這一共生關(guān)系使地衣具有極強的適應(yīng)性和生命力A.囊衣屬(pgtsucia)地衣原植體的縱切面；

B.peltigerapraetextata的裂芽；C.牛皮葉屬(Sticta)地衣的杯點

微生物間的共生微生物和植物的共生關(guān)系

有的植物（豆科植物居多）的根上，常有各種形狀的瘤狀突起，稱為根瘤。根瘤的產(chǎn)生是由于土壤內(nèi)的一種細(xì)菌，即根瘤菌，由根毛侵入根的皮層內(nèi)，一方面根瘤菌在皮層細(xì)胞內(nèi)迅速分裂繁殖；另一方面，受到根瘤菌侵入的皮層細(xì)胞，因根瘤的分泌物的刺激也迅速分裂，產(chǎn)生大量新細(xì)胞，使皮層部分的體積膨大和凸出，形成根瘤。根瘤最大的特點，就是具有固氮的作用。

有些真菌能在一些植物根上發(fā)育，菌絲體包圍在根面（外生菌根）或侵入根內(nèi)或根組織（內(nèi)生菌根），共同發(fā)育，建立共生關(guān)系。這種共生體稱為菌根。植物：2000多種，包括被子植物、裸子植物和蕨類植物。真菌：擔(dān)子菌、子囊菌和藻狀菌。微生物和植物的共生關(guān)系

微生物與昆蟲間的共生關(guān)系表現(xiàn)有多種形式并具有較高的特異性。切葉蟻同絲狀真菌的共生是很有趣的。它們將地面的樹葉切碎帶回并混以唾液和糞便等含氮物質(zhì)，在巢室里專門培養(yǎng)絲狀真菌使其生長。螞蟻則以食取部分菌絲和孢子為營養(yǎng)。一些研究表明切葉蟻同真菌的共生關(guān)系具有很高的特異性，它們培育的真菌幾乎是純培養(yǎng)體，為此而特稱為蟻的“真菌園”。真菌與切葉蟻的共生對熱帶雨林地表的落葉轉(zhuǎn)化為土壤有機質(zhì)有重要意義。微生物與動物間的共生

牛、羊、鹿等反芻動物的胃結(jié)構(gòu)復(fù)雜，包括瘤胃、蜂窩胃、重瓣胃和皺胃四個胃室。反芻動物以草、葉或嫩枝等為食，但它們本身缺乏消化纖維素的酶，而是靠定居在瘤胃中的微生物來分解轉(zhuǎn)化纖維素等物質(zhì)再供動物吸收利用。瘤胃為微生物提供了一個穩(wěn)定的厭氧、中