1、第9章 Chapter 9,微生物生態(tài) Microbiological ecology,微生物個體微小，代謝營養(yǎng)類型多樣，適應(yīng)能力強，在自然界中分布廣泛。微生物的分布是生境各種物理、化學、生物因素對微生物的限制、選擇的結(jié)果。,Chapter 9 1 自然界中的微生物 （microorganisms in natural environments）,土壤是固體無機物（巖石和礦物質(zhì)）、有機物、水、空氣和生物組成的復(fù)合物，是微生物的合適生境。 土壤中微生物種類多、數(shù)量多、代謝潛力巨大，是主要的微生物源，是微生物的大本營。,一、土壤中的微生物 （microorganisms in soil）,土壤微生

2、物的數(shù)量與有機物的含量密切相關(guān)；細菌最多，然后是放線菌、真菌、藻類、原生動物； 土壤微生物以中溫好氧和兼性厭氧菌為多； 中性及偏堿性土適合細菌和放線菌生長，酸性土壤適合霉菌和酵母菌生長； 土壤微生物的水平分布主要取決于碳源；土壤微生物的垂直分布受到紫外輻射、營養(yǎng)、水、溫度等因子的影響。,二、水體中的微生物 （microorganisms in water）,1、談水水體的微生物,數(shù)量和種類與接觸的土壤有密切關(guān)系； 還與水體類型、受污染程度、水溫、pH值、溶解氧、水深有關(guān)；一般是中溫性、中性pH值的； 多吸附在懸浮在水中的有機物上及水底； 靠近城市或城市下游水中的微生物多，并且有很多對健康不利的

3、細菌，不宜作為飲用水源；,2、海水水體的微生物,沿海帶微生物較多，外海較少； 水平分布還與內(nèi)陸氣候、雨量和潮汐有關(guān)； 在5m50m內(nèi)隨深度增加，微生物量增加；50m以下則相反；海底微生物數(shù)量也較多； 嗜鹽，真正的海洋細菌在缺少氯化鈉的情況下是不能生長的。 低溫生長，除了在熱帶海水表面外，在其它海水中發(fā)現(xiàn)的細菌多為嗜冷菌。,飲用水的微生物指標：總菌數(shù)： 100個/ml； 大腸桿菌： 3 個/L；,3、水體的自凈作用（self cleaning）,污染物排入水體后被水體稀釋； 由固形物吸附再沉積到水底； 好氧菌對有機物的降解；原生動物等的吞噬作用；厭癢菌對有機物進行分解； 水表微生物會受輻射等作用

4、而被殺滅；,4、水體的富營養(yǎng)化作用（eutrophication）,水體大量的有機物或無機物， 特別是磷酸鹽和無機氮化合物。,水的富營養(yǎng)化。,藻類等過量生長，產(chǎn)生大量的有機物。,異養(yǎng)微生物氧化這些有機物，耗盡水中的氧。,厭氧菌開始大量生長和代謝分解含硫化合物，產(chǎn)生H2S，從而導致水有難聞的氣味。,空氣中有較強的紫外輻射，較干燥，溫度變化大，缺乏營養(yǎng)，所無原生的微生物區(qū)系；來源于土壤、水體及人類的生產(chǎn)和生活； 種類主要為真菌和細菌，與其所在環(huán)境的微生物種類有關(guān)； 數(shù)量取決于塵埃數(shù)量；停留時間和塵埃大小、空氣流速、濕度、光照等因素有關(guān)； 傳播疾??；造成食品等的污染；制備微生物氣溶膠實現(xiàn)群體免疫。,

5、三、空氣中的微生物 （microorganisms in air）,大量工業(yè)制品是用動植物產(chǎn)品作原料來制造的，很多都可以被微生物分解和利用，造成損失。 各種食品和農(nóng)副產(chǎn)品可能由于微生物的生長繁殖而腐爛、變質(zhì)，不能食用或使用；是病原微生物進入人體的重要途徑，引起傳染性疾?。?利用特定的微生物制備風味食品，如醬制品、米酒、腌酸菜等；,四、工農(nóng)業(yè)產(chǎn)品上的微生物 （microorganisms on products）,嗜熱微生物；嗜冷微生物；嗜酸微生物； 嗜堿微生物；嗜鹽微生物；嗜壓微生物,開發(fā)利用新的微生物資源（特異性的基因資源）； 為微生物生理、遺傳和分類乃至生命科學及相關(guān)學科許多領(lǐng)域研究提供新

6、的課題和材料； 為生物進化、生命起源的研究提供新的材料。,五、極端環(huán)境下的微生物 （extremophiles）,六、生物體內(nèi)外的正常菌群 （normal flora）,正常菌群（normal flora） ：生活在健康動物各部位、數(shù)量大、種類較穩(wěn)定、一般能發(fā)揮有益作用的微生物種群。,條件致病菌（opportunist pathogen） ：原先不致病的正常菌群成員在宿主防御功能減弱、正常菌群生長部位改變或長期服用抗生素等制菌藥物后，發(fā)生轉(zhuǎn)移或大量繁殖，成為致病菌。,根際微生物（rhizosphere microorganisms）：生活在根系鄰近土壤，依賴根系的分泌物、外滲物和脫落細胞而生長

7、，一般對植物發(fā)揮有益作用的正常菌群。,附生微生物（epibiotic microorganisms）：生活在植物地上部分表面，主要借植物外滲物質(zhì)或分泌物為營養(yǎng)的微生物。,Chapter 9- 2 微生物與生物環(huán)境間的關(guān)系 （Microbial population interactions）,生物間的相互關(guān)系既多樣又復(fù)雜，微生物間和微生物與它種生物間的相互關(guān)系主要有： 互生（metabiosis），共生（symbiosis）， 寄生（parasitism），拮抗（antagonism）， 捕食（predatism），競爭（competition）,兩種可以單獨生活的生物，當它們生活在一起時，通

8、過各自的代謝活動而有利于對方，或偏利于一方的一種生活方式。,“可分可合，合比分好”,一、互生（metabiosis）,人體腸道中的細菌和人,兩種生物共居在一起，相互分工協(xié)作、相依為命，甚至形成在生理上表現(xiàn)出一定的分工，在組織和形態(tài)上產(chǎn)生了新的結(jié)構(gòu)的特殊的共生體。,互惠共生：二者均得利 偏利共生：一方得利，但另一方并不受害,二、共生（symbiosis）,地衣藻類和真菌的共生體,根瘤 根瘤菌與豆科植物間的共生,瘤胃微生物與反芻動物的共生,發(fā)光細菌與深海魚的共生,一種小型生物生活在另一種相對較大型生物的體內(nèi)或體表，從中取得營養(yǎng)和進行生長繁殖，同時使后者蒙受損害甚至被殺死的現(xiàn)象。,三、寄生（para

9、sitism）,病毒和宿主細胞,某種生物產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物可抑制它種生物的生長發(fā)育甚至將后者殺死。,四、拮抗（antagonism）,青霉菌和敏感菌,一種種群被另一種種群完全吞食，捕食者種群從被食者種群得到營養(yǎng)，而對被食者種群產(chǎn)生不利影響。,五、捕食（predatism）,捕食真菌和土壤線蟲,六、競爭（competition）,是指兩物種或更多物種共同利用同樣的有限資源而產(chǎn)生的相互競爭作用。結(jié)果常常是不對稱的，即一方取得優(yōu)勢，而另一方被抑制甚至被消滅。,Chapter 9- 3 微生物與自然界物質(zhì)循環(huán) (Microorganisms and biogeochemical cycles),生物生長和

10、繁殖需要能源和各種營養(yǎng)元素，整個生物圈要獲得繁榮昌盛和發(fā)展，其能量來源是太陽，元素來源則主要依賴于由微生物所推動的生物地球化學循環(huán)。,碳是構(gòu)成各種生物體最基本的元素，沒有碳就沒有生命。碳素循環(huán)包括CO2的固定和CO2的再生。,氮是核酸和蛋白質(zhì)的主要成分，是構(gòu)成生物體的重要元素。氮素循環(huán)包括固氮作用、氨化作用、硝化作用、異化型硝酸還原及同化作用。,硫是生命物質(zhì)所必需的元素，它是一些必須氨基酸和某些維生素、輔酶的成分。硫素循環(huán)可劃分為脫硫作用、同化作用、硫化作用和反硫化作用。,Chapter 9- 4 微生物與環(huán)境保護,環(huán)境污染是指生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和機能受到有害物質(zhì)的影響或破壞，超過了生態(tài)系統(tǒng)的自凈

11、能力，打破了正常的生態(tài)平衡。 環(huán)境保護除保護自然環(huán)境外，就是防治污染和其它公害，微生物不但可以處理污染物，還可以用于環(huán)境監(jiān)測。,1、生化需氧量（BOD）：是指1L水中所含的有機物被微生物生化降解時所消耗的氧氣量。,一、基本概念,2、化學需氧量（COD）：是在一定條件下，用一定的強氧化劑處理1L水樣時所消耗的氧化劑的量。,3、總需氧量（TOD）：指有機物在高溫下燃燒變成穩(wěn)定氧化物時的需氧量。 4、總有機碳（TOC）：表示污水中有機污染物的總含碳量。 5、懸浮物（SS）：以懸浮狀態(tài)存在于廢水中的固形物。 6、溶解氧（DO）：溶于水中的分子態(tài)氧。,二、污水的微生物處理,水源污染危害大、范圍廣，種類多

12、，包括生活污水、工業(yè)有機廢水、有毒、有害污水。這些廢水要經(jīng)過處理才能排入自然水體或直接供給生產(chǎn)和生活重復(fù)使用。 污水處理的方法有物理法、化學法和生物法。按處理程度可分為一級、二級和三級處理。,又叫曝氣法，最早由英國人于1914年創(chuàng)建，處理有機廢水最主要的方法。,1、好氧活性污泥法,好氧活性污泥是在曝氣狀態(tài)下由多種多樣的好氧微生物和兼性厭氧微生物（兼有少量的厭氧微生物）與污（廢）水中有機的和無機固體物混凝交織在一起，形成的絮狀體或稱絨粒。,2、氧化塘法,氧化塘的工藝是特殊的活性污泥法，是一種人工的、接近自然生態(tài)系統(tǒng)的活性污泥法。 在氧化塘內(nèi)，藻類和細菌共存于同一環(huán)境中，保持互生關(guān)系，還有霉菌、放線菌、原生動物、輪蟲、線蟲、浮游甲殼動物、寡毛類、軟體動物和水生植物等組成一個生態(tài)系。一般用于三級深度處理。,3、好氧生物膜法,好氧生物膜法是模擬土壤廢水凈化時依靠于讓生物填料表面附著的生物薄膜進行污染物降解的生物處理法。,好氧生物膜是由多種多樣的好氧微生物和兼性厭氧微生物粘附在生物濾池濾料上或粘附在生物轉(zhuǎn)盤盤片上的一層帶粘性、薄膜狀的微生物混合群體。,4、厭氧活性污泥法,高濃度有機廢水一般用厭氧消化法處理。厭氧消化法單位負荷高，營養(yǎng)要求低，運行費用低，還能取得能量，有一定經(jīng)濟優(yōu)勢。但由于有機物分解不完全，產(chǎn)