第11章微生物生態(tài)環(huán)境中的微生物0

1高至地球大氣層，深至地球的黑暗深處，微生物無(wú)處不在（1）微生物生態(tài)系統(tǒng)3研究物生態(tài)微生定義實(shí)踐意義微生物群落及其非生物環(huán)境的動(dòng)態(tài)綜合體開(kāi)發(fā)新的微生物資源各種環(huán)境因子對(duì)微生物區(qū)系的作用研究生物的進(jìn)化微生物區(qū)系對(duì)外界環(huán)境的反作用評(píng)價(jià)環(huán)境條件的變化具有一定結(jié)構(gòu)和功能的開(kāi)放系統(tǒng)確定生態(tài)系統(tǒng)的運(yùn)作模式（2）土壤微生物4提供了良好的碳源、氮源和能源礦質(zhì)元素、水分、酸堿度、滲透壓適中環(huán)境條件適宜70-90%細(xì)菌；放線(xiàn)菌和真菌次之；藻類(lèi)和原生動(dòng)物較少元素循環(huán)扮演重要角色，構(gòu)成土壤肥力土壤的營(yíng)養(yǎng)狀況、溫度、深度、水分和pH等影響其分布微生物天然培養(yǎng)基最豐富的“菌種資源庫(kù)”土壤是由巖石及多種復(fù)雜相互作用而長(zhǎng)期發(fā)展的產(chǎn)物（3）水體微生物5微生物棲息的第二大天然場(chǎng)所污染物輸入，藻類(lèi)大量繁殖，腐生菌較多微生物種類(lèi)與季節(jié)、水體深度有很大關(guān)系淡水環(huán)境海洋營(yíng)養(yǎng)水平低，鹽度高、有機(jī)物含量少、溫度低、深海靜水壓力大等特點(diǎn)海洋微生物多是需鹽、嗜冷和耐高滲透壓的微生物海洋環(huán)境（4）空氣中的微生物6營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和水分缺乏，還有強(qiáng)烈的紫外線(xiàn)的照射非良好場(chǎng)所來(lái)源：土壤、水體、各種腐爛的有機(jī)物以及人和動(dòng)植物體上的微生物由于人類(lèi)生產(chǎn)活動(dòng)或自然環(huán)境因素進(jìn)入到大氣中。存在形式：以氣溶膠的形式存在?？諝庵械奈⑸镏饕欠遣≡愿?，但在一些公共場(chǎng)所中，如醫(yī)院，空氣中的微生物還有病原菌。（5）極端環(huán)境微生物7嗜熱菌45℃以上，分布于草堆、廄肥、溫泉、煤堆、火山地、地?zé)釁^(qū)土壤及海底火山附近等處應(yīng)用：發(fā)酵；廢物處理；耐熱酶嗜冷菌15℃以下，分布在南北極地區(qū)、冰窖、高山、深海和土壤深處等的低溫環(huán)境中細(xì)胞膜含有大量不飽和脂肪酸應(yīng)用：酶制劑嗜酸菌pH5以下，分布在酸性礦水、硫磺池、酸性熱泉和酸性土壤等處能產(chǎn)生硫酸應(yīng)用：細(xì)菌冶金特殊脂類(lèi)，使膜變硬（5）極端環(huán)境微生物8嗜堿菌pH9以上，分布于堿性湖泊和高碳酸鹽土壤依靠著細(xì)胞質(zhì)膜蛋白的調(diào)控作用。部分嗜堿菌能夠分泌水解酶，如蛋白酶和脂肪酶。嗜鹽菌鹽濃度＞0.5mol/L，分布在自然含鹽環(huán)境和人工含鹽環(huán)境，如鹽湖、曬鹽場(chǎng)多為古細(xì)菌，它的紫膜具有質(zhì)子泵和排鹽的作用?？捎糜谥圃焐锬茈姵睾秃Ｋb置。嗜壓菌無(wú)法生活在常壓，分布在深海底部和深油井等特殊環(huán)境蛋白質(zhì)主要表現(xiàn)為具有緊密的疏水核心。研究比較困難，需要特殊加壓設(shè)備?？馆椛湮⑸飳?duì)輻射僅有抗性或耐受性

具有多種防御機(jī)制，能使它免受放射線(xiàn)的損傷，或能在損傷后加以修復(fù)。擁有多個(gè)基因組拷貝，能夠經(jīng)受住寒冷、真空、干旱和輻射考驗(yàn)。

被用于處理核廢料的污染。（6）植物內(nèi)生菌9中性?xún)?nèi)生微生物：對(duì)宿主無(wú)明顯有害或有益作用有益內(nèi)生微生物：可以給宿主植物提供有益的作用內(nèi)生病原微生物：可能造成植物損失或死亡分類(lèi)生物防治：微生物農(nóng)藥、增產(chǎn)菌或作為潛在的生防載體菌生物聯(lián)合修復(fù)：重金屬富集、有機(jī)物去除，降低農(nóng)作物產(chǎn)品的污染物殘留應(yīng)用（7）腸道微生物10消化吸收的重要場(chǎng)所維持正常免疫防御功能宏基因組、鳥(niǎo)槍測(cè)序法等研究治療腸道微生物失調(diào)動(dòng)物腸道中存在的數(shù)量龐大的微生物，這群微生物依靠動(dòng)物的腸道生活，同時(shí)幫助寄主完成多種生理生化功能。人體代謝的重要參與者治療糖尿病的突破口微生物分子生態(tài)學(xué)0

2研究微生物與微生物、微生物與其他生物、微生物與環(huán)境之間相互關(guān)系的分支學(xué)科（1）微生物分子生態(tài)學(xué)方法12一、核酸雜交技術(shù)點(diǎn)漬雜交技術(shù)簡(jiǎn)單易行，結(jié)果準(zhǔn)確，適用范圍廣測(cè)定目的基因在某種特定組織或培養(yǎng)環(huán)境中的表達(dá)強(qiáng)度熒光原位雜交技術(shù)結(jié)合了分子生物學(xué)的快速檢測(cè)鑒定和顯微技術(shù)的形態(tài)分析優(yōu)勢(shì)對(duì)復(fù)雜的環(huán)境樣品中難培養(yǎng)和未培養(yǎng)的微生物進(jìn)行菌種鑒定、數(shù)量及細(xì)胞形態(tài)等進(jìn)行分析與其他技術(shù)聯(lián)合使用可以獲得微生物的更多信息（1）微生物分子生態(tài)學(xué)方法13二、DNA指紋技術(shù)三、高通量測(cè)序技術(shù)擴(kuò)增的rDNA限制酶切分析技術(shù)隨機(jī)擴(kuò)增多態(tài)性DNA技術(shù)研究微生物群落動(dòng)態(tài)變化應(yīng)用現(xiàn)代基因組學(xué)的技術(shù)直接研究自然狀態(tài)下的微生物的有機(jī)群落MPSSPolonySequencing變性梯度凝膠電泳和溫度梯度凝膠電泳454焦磷酸測(cè)序……微生物之間的相互關(guān)系0

3共棲、共生、競(jìng)爭(zhēng)、拮抗、寄生和捕食3微生物之間的相互關(guān)系15可分可合，合比分好（1）共棲關(guān)系互相依賴(lài)，各自獲利（2）共生關(guān)系致它于死地（3）寄生關(guān)系偏利共棲關(guān)系：好氧微生物與厭氧微生物共棲；微藻和菌的共棲互利共棲關(guān)系：纖維分解微生物和固氮細(xì)菌的共棲；熱纖梭菌在環(huán)境中常和一些非降解纖維素的細(xì)菌共棲外寄生：不直接接觸，依靠其胞外酶溶解敏感菌群，使敏感菌群釋放出營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)供其生長(zhǎng)繁殖內(nèi)寄生：進(jìn)入宿主體內(nèi)，病毒寄生于細(xì)菌、放線(xiàn)菌和蛭弧菌，蛭弧菌寄生于細(xì)菌，真菌寄生于真菌、藻類(lèi)等互惠共生生物體：真菌與相應(yīng)藻類(lèi)或藍(lán)細(xì)菌形成的穩(wěn)定的胞外共生群落3微生物之間的相互關(guān)系16(4)拮抗現(xiàn)象a、微生物的代謝活動(dòng)改變了環(huán)境條件，而使環(huán)境不適宜于其他微生物類(lèi)群的生長(zhǎng)和代謝；b、微生物產(chǎn)生某些能抑制、甚至殺死其他微生物類(lèi)群的代謝產(chǎn)物(5)捕食關(guān)系a、表面接觸性捕食b、寄生性捕食或直接侵襲c、群體進(jìn)攻(6)競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系強(qiáng)者生存，弱者淘汰營(yíng)養(yǎng)競(jìng)爭(zhēng)生存空間競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境條件改變，改變競(jìng)爭(zhēng)結(jié)果微生物在生態(tài)系統(tǒng)中的地位與作用0

4主要作為分解者而在生態(tài)系統(tǒng)中起重要作用4微生物在生態(tài)系統(tǒng)中的地位與作用www.islide.cc「讓PPT設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單起來(lái)！」18生物與環(huán)境之間是通過(guò)食物鏈的能量流、物質(zhì)流和信息流而保持聯(lián)系，從而構(gòu)成一個(gè)統(tǒng)一的系統(tǒng)。生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)，通常是沿著生產(chǎn)者→消費(fèi)者→分解者進(jìn)行單方向流動(dòng)在能量流動(dòng)過(guò)程中，存在“浪費(fèi)”現(xiàn)象“浪費(fèi)”部分以熱能的方式返回環(huán)境（1）能量流中地位：分解者初級(jí)生產(chǎn)者主要分解者物質(zhì)循環(huán)中的重要成員物質(zhì)和能量的儲(chǔ)存者（2）食物鏈中地位（3）微生物與生物地球化學(xué)循環(huán)19保持生態(tài)系統(tǒng)中的物質(zhì)和能量流動(dòng)處于平衡狀態(tài)；對(duì)于動(dòng)物和植物群體的生長(zhǎng)和生存是必不可少的；消除環(huán)境污染物；決定了生態(tài)系統(tǒng)中的生產(chǎn)力。重要的意義CO2的固定和CO2的再生一、碳素循環(huán)（3）微生物與生物地球化學(xué)循環(huán)20二、氮素循環(huán)固氮作用、氨化作用、同化作用、硝化作用、反硝化作用以及厭氧氨氧化（3）微生物與生物地球化學(xué)循環(huán)21三、硫素循環(huán)脫硫作用硫化作用同化作用反硫化作用四、磷素循環(huán)五、鐵素循環(huán)鐵的氧化和沉積鐵的還原和溶解鐵的吸收六、其他元素循環(huán)硅循環(huán)：可溶性硅與不溶性硅化合物之間的轉(zhuǎn)化微生物與環(huán)境保護(hù)0

5微生物處理：綠色而節(jié)能1微生物對(duì)污水的處理23一、好氧生物處理——活性污泥法

活性污泥是指由菌膠團(tuán)形成菌、原生動(dòng)物、有機(jī)和無(wú)機(jī)膠體及懸浮物組成的絮狀體，是一種特殊的、復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)，在多種酶的作用下進(jìn)行著復(fù)雜的生化反應(yīng)。在污水處理過(guò)程中，它具有很強(qiáng)的吸附、氧化和分解有機(jī)物的能力。在靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，又具有良好的沉降性能。

活性污泥中的微生物主要是細(xì)菌，占微生物總數(shù)的90%-95%。1微生物對(duì)污水的處理24一、好氧生物處理——生物膜法

生物膜是微生物高度密集的生物體，在膜的表面、中部和一定深度的內(nèi)部生長(zhǎng)繁殖著大量的各種類(lèi)型的微生物，并形成有機(jī)污染物-細(xì)菌-原生動(dòng)物（后生動(dòng)物）的食物鏈。生物膜的更新：初生、生長(zhǎng)及老化剝落，脫落后再形成新的膜。工藝：生物濾池（普通生物濾池、高負(fù)荷生物濾池、塔式生物濾池、曝氣生物濾池）、生物轉(zhuǎn)盤(pán)、生物接觸氧化、生物流化床、移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器。1微生物對(duì)污水的處理25二、厭氧生物處理在無(wú)氧條件下，依靠兼性菌和專(zhuān)性厭氧菌的生物化學(xué)作用，對(duì)有機(jī)物進(jìn)行生化降解的過(guò)程。厭氧消化過(guò)程的“三階段理論”：水解、發(fā)酵階段；產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段；產(chǎn)甲烷階段。1微生物對(duì)污水的處理26三、

氧化塘適宜處理生活污水以及、制革、造紙、石油化工、乙烯、焦化和農(nóng)藥等部門(mén)的工業(yè)廢水，還可養(yǎng)藻、養(yǎng)魚(yú)、養(yǎng)鴨、鵝等。利用自然生態(tài)系統(tǒng)大面積、敞開(kāi)式凈化污水的一種處理池塘，通過(guò)細(xì)菌和藻類(lèi)的共生關(guān)系來(lái)分解有機(jī)污染物的一種廢水處理法2微生物對(duì)廢氣的處理27大氣污染物有氮氧化合物、二氧化硫、PM10、PM2.5、黑碳（BC）、有機(jī)碳（OC）、NH3和揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）微生物凈化氣態(tài)污染物的裝置有：生物過(guò)濾、生物滴濾、生物洗滌附著在多孔、潮濕介質(zhì)上的活性微生物以廢氣中有機(jī)組分作為其生命活動(dòng)的能源或養(yǎng)分，轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)物(CO2、H2O)或細(xì)胞組成物質(zhì)。283微生物對(duì)固體有機(jī)廢棄物的處理好氧堆肥法厭氧發(fā)酵法4微生物對(duì)農(nóng)藥及塑料的降解人工合成的產(chǎn)物的生物降解是一個(gè)緩慢的過(guò)程篩選特殊菌5微生物對(duì)重金屬的污染處理生物吸附生物轉(zhuǎn)化復(fù)習(xí)思考題291．什么是微生物生態(tài)學(xué)？2．為什么說(shuō)土壤是微生物的天然培養(yǎng)基？在土壤中，哪個(gè)區(qū)域微生物含量比較高？3．宏基因組學(xué)在微生物生態(tài)學(xué)研究中的優(yōu)勢(shì)有哪些？4．海底熱液噴口發(fā)現(xiàn)了哪些有意思的微生物，請(qǐng)舉例說(shuō)明它們的特別之處？5．我國(guó)飲用水標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，自來(lái)水中細(xì)菌總數(shù)不得高于多少？大腸菌群數(shù)不得超過(guò)多少？6．為什么說(shuō)微生物無(wú)處不在？7．你知道哪些極端微生物？試分析該極端微生物與環(huán)境的關(guān)系？