席宇《环境微生物学》13环境微生物学讲义-课件3.ppt
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- 环境微生物学 席宇 环境 微生物学 13 讲义 课件
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1、 郑州大学生物工程系郑州大学生物工程系 席席 宇宇Environmental Microbiology第二章第二章 微生物生态学微生物生态学Chapter outline一、概一、概 论论二、自然生态系统中微生物的分布二、自然生态系统中微生物的分布三、微生物之间的相互作用三、微生物之间的相互作用在一定的空间内生物的成分和非生物的成分通过在一定的空间内生物的成分和非生物的成分通过物物质循环质循环和和能量流动能量流动互相作用、互相依存而构成的一互相作用、互相依存而构成的一个生态学功能单位。个生态学功能单位。生态系统生态系统(ecosystem):生态学生态学(ecology):研究生物与其周围生物
2、和非生物环境之间相互关系研究生物与其周围生物和非生物环境之间相互关系的一门科学。的一门科学。第一节第一节 概概 论论一、基本概念一、基本概念生命科学研究中,一般可分成十个水平,依次为:生命科学研究中,一般可分成十个水平,依次为:生物圈生物圈(biosphere)生态系统生态系统(ecosystem)群落群落(community)种群种群(population)个体个体(individual)器官器官(organ)组织组织(tissue)细胞细胞(cell)细胞器细胞器(organelle)分子分子(molecule)生态学范畴生态学范畴the study of microbial relati
3、onship with other organisms and also with nonliving environments.These relationships,based on interactive uses of resources,have effects extending to the global scale.Microbial ecologyMethods used to study microbial interaction and microbial ecology provide information on environmental characteristi
4、cs;microbial biomass.Numbers,types and activity,and community structure.Microscopic,chemical,enzymatic and molecular techniques are used in these studies.微生物生态学微生物生态学(microbial ecology):研究微生物与其周围生物和非生物环境之间相研究微生物与其周围生物和非生物环境之间相互关系。互关系。t 各种环境中的微生物的种类、分布;各种环境中的微生物的种类、分布;t 微生物和其它生物的关系;微生物和其它生物的关系;t 微生物与
5、物质循环;微生物与物质循环;Microbial ecology Environmental microbiology?v The term microbial ecology is now used in a general way to describe the presence and distributions of microorganisms.v Microbial ecology is the the study of the behavior and activities of microorganisms in their natural environments.Microb
6、ial ecologyEnvironmental microbiologyIt is not concerned with the particular micro-environment where the microorganisms actually are functioning,but with the broader-scale effects of microbial presence and activities.Environmental microbiology is relates primarily to all over microbial processes tha
7、t occur in a soil,water or food,as examples二、自然环境中微生物的生态学特点二、自然环境中微生物的生态学特点1.微环境(微生境微环境(微生境 microhabitat)微生物个体微小,所处的环境也微小,肉眼见微生物个体微小,所处的环境也微小,肉眼见不到,一般称为不到,一般称为微环境微环境(microenvironments)。在一个土壤团块内或一条植物根的表面,可能在一个土壤团块内或一条植物根的表面,可能存在着许多环境因素不同的微环境。每一微环存在着许多环境因素不同的微环境。每一微环境中只适宜于某种或某些微生物生长繁殖,从境中只适宜于某种或某些微生物生
8、长繁殖,从而形成复杂的而形成复杂的微生物区系微生物区系(microflora)。2.表面环境表面环境*与附生与附生环境中的营养物常吸附于物体表面,所以表面环境中的营养物常吸附于物体表面,所以表面营养水平高,菌数多。天然水滤去颗粒物,近营养水平高,菌数多。天然水滤去颗粒物,近99的细菌亦被除去。的细菌亦被除去。微生物在物体表面形成生物膜(微生物在物体表面形成生物膜(biofilm,BF),),过程如下;过程如下;(1).有机质附着在物体表面上有机质附着在物体表面上。(2).附着于表面上的有机物的化学信息,诱导附着于表面上的有机物的化学信息,诱导微生物向它定向移动进而以其一端附着在表微生物向它定向
9、移动进而以其一端附着在表面上。面上。(3).吸附在表面上的微生物分泌出胞外聚合吸附在表面上的微生物分泌出胞外聚合物,菌体与物体表面粘着在一起,形成牢固物,菌体与物体表面粘着在一起,形成牢固吸附层。吸附层。表面吸附的微生物数往往比水体中高几十倍表面吸附的微生物数往往比水体中高几十倍到几百倍。到几百倍。3.寡营养寡营养 自然界营养水平往往只有自然界营养水平往往只有1mgCL-10mgCL或更低,与培养基中的有机物水平约或更低,与培养基中的有机物水平约1gCL-10gCL相比是很低的。所以在自相比是很低的。所以在自然状态下生活的微生物常处于然状态下生活的微生物常处于营养贫乏营养贫乏的的状况状况无毒的
10、有机污染物进入土壤或水体,可引起微无毒的有机污染物进入土壤或水体,可引起微生物数量剧增生物数量剧增能在能在1mgCL-15mgCL低含量有机质培养基低含量有机质培养基中生长的细菌中生长的细菌,谓谓寡寡(或贫或贫)营养细菌营养细菌(oligotrophic bacteria),它们在去除痕量有机污染物方面具有它们在去除痕量有机污染物方面具有应用潜力。应用潜力。4.生长缓慢生长缓慢在自然界中微生物很少有对数生长期,生长很在自然界中微生物很少有对数生长期,生长很缓慢。如缓慢。如E.coli在肉汤中的代时为在肉汤中的代时为20min左右,左右,在人肠道中为在人肠道中为12h;而牧场土壤中的细菌,代而牧
11、场土壤中的细菌,代时可长达时可长达1200h。在实验室里研究天然微生物生态系统的适宜模在实验室里研究天然微生物生态系统的适宜模型是型是恒化器恒化器(chemostat)*。自然环境中的微生物一般都不是单独存在的自然环境中的微生物一般都不是单独存在的个体、种群、群落和生态系统从低到高的组织层次个体、种群、群落和生态系统从低到高的组织层次种群(种群(population):):具有相似特性和生活在一定空间内的同种个具有相似特性和生活在一定空间内的同种个 体群,是组成群落的基本组分。体群,是组成群落的基本组分。群落(群落(community):):在一定区域或一定生态环境内,各种生物在一定区域或一定
12、生态环境内,各种生物 群体构成的一个生态学结构单位,群落中群体构成的一个生态学结构单位,群落中 各生物群体之间存在各生物群体之间存在各种相互作用各种相互作用。第二节第二节 自然生态系统中微生物的分布自然生态系统中微生物的分布生物圈(生物圈(biosphere):):地球上所有生物及其所生活的非生命环境地球上所有生物及其所生活的非生命环境 的总称。的总称。个体群体群落+非生物环境生态系统生物圈任何一个任何一个相对完整的自然整体相对完整的自然整体都可以被看作为一个生态都可以被看作为一个生态系统,如一个池塘,一片森林,一个污水处理池,等等。系统,如一个池塘,一片森林,一个污水处理池,等等。v Pop
13、ulationsv Guildsv Communitiesv EcosystemMicroorganisms and MicroenvironmentMetabolically related populations constitute groupings called guilds.Sets of guilds conducting complementary physiological processes interact to form microbial communities.In a microbial ecosystem individual cells grow to for
14、m populations.Community 3Microbial communities then interact with communities of microorganisms to define the entire ecosystem.EcosystemA Simple EcosystemAn alga,which releases photosynthetically generated oxygen and organic matter to its enviroment,is surrounded by chemoheterotrophs that are using
15、these products of primary production.Microorganisms in NatureDistribution of microorganisms In:Soil Water Air Food With plants and animalsTerrestrial EnvironmentsThe distribution of microorganisms in nature ecosystem depends on the resources(nutrients)available and on the growth conditions.Temperatu
16、re,pH,water availability,light,oxygen of a habitat define the niche for each particular microorganism.Soil particles are not homogeneous in terms of their oxygen content.The outer zones of a small soil particle may be fully oxic,whereas the center,only a very short distance away,can remain completel
17、y anoxic.A soil aggregate composed of mineral and organic components,showing that localization of soil microbes.Very few microorganisms are found free in the soil solution;most of them occur as microcolonies attached to the soil particles.Proportion of different soil microorganisms in soilMicrobosNu
18、mber/gBiomass(g/m3)Bacteria108160Fungi105200Actinomycets105-106160Algae104-10532Protozoa10438Microbial number and biomass in cultivated field soil(15 cm)AgrobacteriumAlcaligenesArthrobacterBacillusCaulobacterCellulomonasClostridiumCorynebacteriumFlavobacteriumMicrococcusMycobacteriumPseudomonasStaph
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