2020-2021学年高中生物竞赛微生物生态课件.ppt

1、第八章第八章 微生物的生态微生物的生态 概念n生命科学研究领域： n生物圈（biosphere） n生态系统（ecosystem） n群落（community） n种群（population） n个体、器官、组织、细胞、细胞器、分子 n生态学：研究生物系统与其所处环境系统之间的相互作用规律的科学。 n微生物生态学：微生物群体对其环境条件的相互作用规律的科学。 n环境条件：非生物环境和生物环境 生态学生态学n生态学：研究生物系统与其所处环境系统之间的相互作用规律的科学。 n微生物生态学为生态学的一个分支 n微生物生态学：微生物群体对其环境条件的相互作用规律的科学。 n环境条件：非生物环境和生物环

2、境微生物生态系统的特点:1.微环境微生物的微环境指直接影响微生物生存和发展的，与微生物的关系最为密切的微生物细胞周围环境。 2.稳定性由于微生物生态系统中微生物种类的多样性,使之在环境条件一定范围的变化时,微生物种类组成比较稳定的特性。3.适应性微生物的微环境发生剧烈变化时，微生物群落的结构会发生相应的变化的特性。第一节 微生物的分布与开发一、微生物在自然界的分布 二、菌种资源的开发 一、微生物在自然界的分布n土壤中的微生物土壤中的微生物 n水体中的微生物水体中的微生物 n空气中的微生物空气中的微生物 n工农业产品上的微生物工农业产品上的微生物 n生物体内外的正常菌群生物体内外的正常菌群 n极

3、端环境下是微生物极端环境下是微生物 1. 1.土壤中的微生物土壤中的微生物n是微生物的大本营、也是人类最丰富的“菌种资源库” n细菌放线菌霉菌酵母菌藻类原生动物 n108 107 106105104103个/g n土壤微生物是构成土壤肥力的重要因素。 n则所含细菌干重约为土壤有机质的1%左右 土壤颗粒表面的微生物2.2.水体中的微生物水体中的微生物n淡水型水体微生物淡水型水体微生物 清水型：清水型：主要为自养菌（10103/ml） 腐水型：腐水型：异养细菌（107 108/ml） n海水型水体微生物海水型水体微生物 一些藻类及耐盐细菌一些藻类及耐盐细菌 快速流动的水中，存在着对有机或无机污染物

4、的自净作用。蓝细菌、藻、水生植物阳光阳光表层输入表层输入(河流河流)产氧光合产氧光合动物、原生动物、好氧细菌动物、原生动物、好氧细菌嗜甲烷菌、无机化能细菌嗜甲烷菌、无机化能细菌不产氧光合不产氧光合发酵发酵厌氧呼吸菌厌氧呼吸菌产甲烷菌产甲烷菌沉积物沉积物厌厌 氧氧 层层好好 氧氧 层层表层输出表层输出层次化湖泊生态层次化湖泊生态Ecology of a Stratified lake 水体不同层次微生物分布水体不同层次微生物分布n良好的饮用水：细菌含量应在100个/ml以下，当超过500个/ml时，即不适合作为饮用水。更重要的是水中的微生物种类，一般用大肠菌群数作为是否含有病原菌的指标。(3个/

5、L )3.3.空气中的微生物空气中的微生物n存在状态：漂浮，短暂停留，以吸附于尘埃微粒上的形式存在。空气中的尘埃颗粒数与微生物数量有直接关系。 n分布：越接近地面的空气含菌量越高，目前人类检测到微生物存在的最高处为85km的高空。 n种类：球菌、芽孢杆菌、产色素细菌、真菌孢子4.工农业产品上的微生物工农业产品上的微生物 n工业品类型： 纤维制品、革制品、橡胶制品、油漆、卷烟、化妆品等，塑料、水性涂料等，文物、书画等 n食品上微生物的来源：食品原料的采收、运输、加工和包装过程中被微生物污染 n农产品上的微生物：粮食和饲料上的微农产品上的微生物：粮食和饲料上的微生物生物5.5.生物体内外的正常菌生

6、物体内外的正常菌群群正常菌群：生活在健康动物各部位，数量大、种类较稳定且一般是有益无害的微生物，称为正常菌群 无菌动物（germ-free animal）：体内外检查不到任何正常菌群的动物 悉生生物（gnotobiotics）：已经人为接种某已知纯种微生物的无菌动物 6.6.极端环境下的微生物极端环境下的微生物嗜热微生物 嗜冷微生物 嗜碱微生物 嗜酸微生物 嗜盐微生物 嗜压微生物嗜热微生物嗜热微生物生存机制生存机制（高温对（高温对微生物的一般影响微生物的一般影响是什么？）是什么？） 有限的保护机有限的保护机制：制：细胞膜的蜡质细胞膜的蜡质程度、震热蛋白程度、震热蛋白 极端嗜热菌的极端嗜热菌的保

7、护机制：保护机制：高溶点高溶点脂肪、抗热蛋白、脂肪、抗热蛋白、核酸保护蛋白核酸保护蛋白地热泉地热泉嗜冷微生物嗜冷微生物发现发现红雪现象：嗜寒水藻红雪现象：嗜寒水藻 分类：分类：耐寒喜温型耐寒喜温型嗜冷型嗜冷型生存机制生存机制:特殊的酶特殊的酶细膜含特殊的脂肪细膜含特殊的脂肪二、菌种资源的开发n50-600万种微生物 n生物资源 n采样-富集-分离-测定第二节第二节微生物与生物环境之间的相互关系微生物与生物环境之间的相互关系n双方获益：共生、互利共栖、协同共栖、互养共栖（+） n单方获益，对方受害：寄生、捕食、拮抗（+ ），（ +） n单方获益，对方无害：偏利共栖、卫星状共栖、互生（+0） n互

8、不相扰：无关共栖（00） n一方受害，对方无益无损：偏害共栖（0 ） n双方受损：竞争共栖（ ） 互生： 排阻、抑制外来致病菌 提供若干种维生素：如VB1、B2、B6、B12、VK、烟酸、泛酸、生物素、叶酸等 产生若干种酶类 一定程度的固氮作用 天然混菌培养纯种混菌培养 维生素C生产共生n两种生物共居在一起，相互协作分工，相依为命，以至达到难分难解、合二为一的一种关系。 ： 地衣：真菌与绿藻或蓝细菌 产氢产乙酸菌株与产甲烷细菌 ： 根瘤菌与豆科植物 放线菌、藻状菌、蓝细菌、分枝杆菌和克雷伯氏菌与一些非豆科植物之间的根瘤 菌根，特别多见于兰科、杜鹃科及其它森林树种 ： 白蚁、蟑螂与其消化道中的原

9、生动物及其它微生物（外共生生物） 反刍动物与其瘤胃微生物 白蚁寄生一般指一种小型生物生活在另一种较大型生物的体内或体表，从中取得营养和进行生长繁殖，同时使后者蒙受损害甚至被杀死的现象。 ： 噬菌体与其宿主之间的关系 真菌对真菌的寄生 细菌或真菌寄生于原生动物 细菌寄生于细菌：蛭弧菌寄生于Pseudomonas phaseolicola（栖菜豆假单胞菌） ： 植物病原体 ： 各种病原微生物 昆虫病原菌生物农药 冬虫夏草 拮抗n由某种生物所产生的某种代谢产物可抑制他种生物的生长发育甚至杀死它们的关系，如，抗生素 n有时也将因某微生物生长而引起的其它条件改变抑制他种生物的现象称为拮抗，如缺氧、pH值

10、改变等捕食一种较大型的生物直接捕捉、吞食另一种小型生物以满足其营养需要的相互关系。 微生物间的捕食关系 原生动物吞食细菌和藻类的现象。 真菌捕食线虫和其它原生动物的现象 生物防治 n一、碳素循环： 地球上约90%的CO2是由微生物分解作用形成 n二、氮素循环： n 根瘤菌属每年可为每公顷土地固氮达250Kg n 含氮有机物必须经过微生物降解才能被植物利用 n三、硫素循环 n四、磷素循环 n五、铁素循环 第三节第三节 微生物在自然界物质循环中的作用微生物在自然界物质循环中的作用一、碳素循环中微生物的作用一、碳素循环中微生物的作用 纤维素的分解纤维素的分解 半纤素的分解半纤素的分解 果胶物质的分解

11、果胶物质的分解 木质素的分解木质素的分解 几丁质的分解几丁质的分解二、氮素循环中微生物的作用二、氮素循环中微生物的作用 氨化作用氨化作用 硝化作用硝化作用 反硝化作用反硝化作用 生物固氮生物固氮一、碳素循环中微生物的作用一、碳素循环中微生物的作用CO2有机质（一）纤维素的分解（一）纤维素的分解（C C6 6H H1010O O5 5）n n1 1、分解纤维素的微生物、分解纤维素的微生物(1)(1)有氧、中温条件有氧、中温条件a. a.真菌真菌( (木霉属木霉属) ) 木材腐朽：木材腐朽： 棕色腐朽（褐腐）棕色腐朽（褐腐）：真菌分解纤维素剩下木质素：真菌分解纤维素剩下木质素 白白 腐：腐：真菌分

12、解木质素剩下纤维素真菌分解木质素剩下纤维素b.b.细菌细菌（食纤维菌属（食纤维菌属) )c. c.放线菌放线菌一、碳素循环中微生物的作用一、碳素循环中微生物的作用(2)(2)无氧中温条件无氧中温条件 细菌细菌：纤维分解梭菌：纤维分解梭菌 真菌真菌：木朽菌、层孔菌：木朽菌、层孔菌 放线菌放线菌：（一）纤维素的分解（一）纤维素的分解(3)(3)高温条件：在高温条件：在60607070条件下生长，并分解纤维素条件下生长，并分解纤维素 细细 菌菌：热纤维菌：热纤维菌 放线菌放线菌：链霉菌属、小单孢菌属：链霉菌属、小单孢菌属一、碳素循环中微生物的作用一、碳素循环中微生物的作用（一）纤维素的分解（一）纤维

13、素的分解2 2、微生物分解纤维素的生化机制、微生物分解纤维素的生化机制 纤维素纤维素 单糖单糖纤维素复合酶的类型纤维素复合酶的类型（按作用场所分）：（按作用场所分）：表面酶：表面酶：分布于细胞表面分布于细胞表面, ,不能在其细胞培养液中起作用的不能在其细胞培养液中起作用的酶（食纤维菌）酶（食纤维菌）外外 酶：酶：分泌到胞外分泌到胞外, ,在细胞生活环境中起作用的酶（真菌的在细胞生活环境中起作用的酶（真菌的纤维素酶）。纤维素酶）。内切葡萄糖酶内切葡萄糖酶外切葡萄糖酶外切葡萄糖酶-葡萄糖苷酶葡萄糖苷酶纤维素复合酶纤维素复合酶一、碳素循环中微生物的作用一、碳素循环中微生物的作用（二）半纤维素的分解（

14、二）半纤维素的分解五碳糖五碳糖、六碳糖六碳糖及及糖醛酸糖醛酸的组成的多糖的组成的多糖分解半纤维素的微生物：分解半纤维素的微生物：真菌（双孢蘑菇）真菌（双孢蘑菇）放线菌（青铜色小单孢菌）放线菌（青铜色小单孢菌）细菌（枯草杆菌）细菌（枯草杆菌）原生动物原生动物藻藻 类类一、碳素循环中微生物的作用一、碳素循环中微生物的作用（三）果胶物质的分解（三）果胶物质的分解半乳糖醛酸半乳糖醛酸以以-1-1，4 4糖苷键连成的多糖糖苷键连成的多糖1 1、分解果胶的微生物、分解果胶的微生物细细 菌：芽孢杆菌、梭菌、假单孢菌等菌：芽孢杆菌、梭菌、假单孢菌等放线菌：链霉菌、小单孢菌、游动放线菌等放线菌：链霉菌、小单孢菌

15、、游动放线菌等真真 菌：青霉、曲霉、木霉、根霉等菌：青霉、曲霉、木霉、根霉等一、碳素循环中微生物的作用一、碳素循环中微生物的作用 水浸法：水浸法：把麻类物质浸入水中，利用厌气把麻类物质浸入水中，利用厌气微生物分解其中的果胶。微生物分解其中的果胶。 露浸法：露浸法：把麻类物质堆置并保持一定的把麻类物质堆置并保持一定的湿度，利用好氧微生物分解果胶。湿度，利用好氧微生物分解果胶。2 2、果胶分解的应用、果胶分解的应用-麻类脱胶麻类脱胶（三）果胶物质的分解（三）果胶物质的分解一、碳素循环中微生物的作用一、碳素循环中微生物的作用（四）木质素的分解（四）木质素的分解带支链的带支链的芳香族化合物芳香族化合物

16、的聚合体。的聚合体。降解特点：降解特点：主要微生物：真菌中的主要微生物：真菌中的担子菌担子菌。芳香族化合物芳香族化合物酚类酚类酚酶酚酶一、碳素循环中微生物的作用一、碳素循环中微生物的作用（五）几丁质的分解（五）几丁质的分解 N-N-乙酰氨基葡萄糖乙酰氨基葡萄糖以以-1-1，4 4糖苷键连接糖苷键连接细菌：嗜几丁质芽孢杆菌细菌：嗜几丁质芽孢杆菌放线菌：链霉菌放线菌：链霉菌一、碳素循环中微生物的作用一、碳素循环中微生物的作用有机氮有机氮无机氮无机氮无机氮无机氮无机氮无机氮氮氮 气气植物及微生物的固定植物及微生物的固定微生物微生物微生物微生物微生物微生物微生物微生物微生物微生物二、氮素循环中微生物的

17、作用二、氮素循环中微生物的作用（一）氨化作用（一）氨化作用有机态有机态NN被微生物降解形成被微生物降解形成NHNH3 3的过程的过程(1)(1)蛋白质物质的氨化作用过程蛋白质物质的氨化作用过程蛋白质蛋白质蛋白酶蛋白酶水解水解肽肽肽酶肽酶水解水解氨基酸氨基酸降降解解NH3氧化脱氨基作用氧化脱氨基作用水解脱氨基作用水解脱氨基作用还原脱氨基作用还原脱氨基作用二、氮素循环中微生物的作用二、氮素循环中微生物的作用二、氮素循环中微生物的作用二、氮素循环中微生物的作用（一）氨化作用（一）氨化作用(2)(2)尿素的氨化尿素的氨化CO(NH2)2+2H2O (NH4)2CO3尿酶尿酶2NH3+CO2+H2O（一

18、）氨化作用（一）氨化作用(2)(2)尿素的氨化尿素的氨化尿素细菌：尿素细菌： 1 1、球菌、球菌：尿素生孢八叠球菌：尿素生孢八叠球菌 2 2、芽孢杆菌、芽孢杆菌：巴斯德尿素芽孢杆菌：巴斯德尿素芽孢杆菌二、氮素循环中微生物的作用二、氮素循环中微生物的作用（一）氨化作用（一）氨化作用(2)(2)尿素的氨化尿素的氨化尿素细菌的生理特点：尿素细菌的生理特点： 喜好碱性条件。喜好碱性条件。以尿素、铵盐为以尿素、铵盐为NN源，以有机源，以有机C C为为C C源、能源。源、能源。二、氮素循环中微生物的作用二、氮素循环中微生物的作用（二）硝化作用（二）硝化作用铵氧化形成硝酸的微生物学过程铵氧化形成硝酸的微生物

19、学过程硝化作用硝化作用化能自养型化能自养型异异 养养 型型1 1、硝化细菌和硝化作用的过程、硝化细菌和硝化作用的过程NHNH4 4+ + NO NO2 2- - NO NO3 3- -硝酸细菌硝酸细菌亚硝酸细菌亚硝酸细菌二、氮素循环中微生物的作用二、氮素循环中微生物的作用2 2、影响硝化作用的环境因素、影响硝化作用的环境因素 (1)pH(1)pH值：适宜微碱性值：适宜微碱性 (2)(2)温度：温度：4-404-40，最适：，最适：25-3525-35 (3) (3)通气：需氧通气：需氧 (4)(4)湿度：过量影响通气，不足引起细胞缺水。湿度：过量影响通气，不足引起细胞缺水。3 3、硝化作用的农

20、业意义、硝化作用的农业意义 淋溶淋溶 硝化作用的化学抑制硝化作用的化学抑制（二）硝化作用（二）硝化作用二、氮素循环中微生物的作用二、氮素循环中微生物的作用（三）反硝化作用（三）反硝化作用微生物还原硝酸为亚硝酸、氨和微生物还原硝酸为亚硝酸、氨和NN2 2的作用的作用HNO3 N2O 或或 N2NH3合成性硝酸还原作用合成性硝酸还原作用硝酸盐的异化还原作用硝酸盐的异化还原作用（脱氮）（脱氮）1 1、反硝化作用的过程、反硝化作用的过程二、氮素循环中微生物的作用二、氮素循环中微生物的作用（三）反硝化作用（三）反硝化作用2 2、反硝化作用微生物、反硝化作用微生物 大多数：异养兼厌气性大多数：异养兼厌气性

21、 极少数：化能自养型（脱氮硫杆菌）极少数：化能自养型（脱氮硫杆菌）二、氮素循环中微生物的作用二、氮素循环中微生物的作用（三）反硝化作用（三）反硝化作用3 3、环境对反硝化作用的影响、环境对反硝化作用的影响 水分及通气状况水分及通气状况 pHpH值值 有机质与有机质与NONO- -3 3含量含量二、氮素循环中微生物的作用二、氮素循环中微生物的作用细菌冶金（黄铜矿）铁循环第四节 微生物与环境保护n一、微生物治理污水 n n n n污水-分层 气体：CO2、NH3、H2S、CH4、H2、CO清水：含SO42-、NO3-、PO43-等多种微生物群体O2残渣：厌氧发酵-沼气、废渣污水处理装置是一个小型生

22、态系统，在其中利用各种生理生化性能的微生物类群间的互相配合而进行的一种物质循环过程。活性污泥：由细菌、微型动物为主的微生物与悬浮物质、胶体物质混杂在一起形成的具有很强吸附分解有机物的能力和良好的沉降性能的絮状体颗粒。 经过初沉的废水空气曝气池二次沉淀池剩余污泥回流污泥名词nBOD5：五日生化需氧量。 n表示水中有机物含量的间接指标。一般指在20下，1L污水中所含的有机物（主要是有机碳源），在进行微生物氧化时，5日内所消耗的分子氧的毫克数（或ppm数）。 n测定方法：取一定量被测水样，用加有磷素营养和经氧饱和的水稀释到一定浓度，然后放在密封瓶中，在20 恒温培养5天，测定水中残留溶解氧的量。nCOD：即化学需氧量。 n使用强氧化剂使1L污水中的有机物质迅速进行化学氧化时所消耗氧的毫克数。实际上许多无机物也能被氧化而影响COD值。COD能在短时间内测得，有利于指导现场操作。常用的氧化剂是K2Cr2O7，测得为CODCr。 污水处理的主要装置污水处理装置节能型 耗能型 产能型:氧化塘法 洒水滤床法 活性污泥法 生物膜法 厌氧消化法（即沼气发酵）推流式曝气法 完全混合曝气法生物转盘法 塔式滤池法