東北大學(xué)考研微生物生態(tài)

1、第八章 微生物生態(tài) 第一節(jié) 生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)系統(tǒng) 是在一定時間和空間范圍內(nèi)由生物(包括動物、植物和微生物的個體、種群、群落)與它們的生境（包括光、水、土壤、空氣及其他生物因子）通過能量流動、物質(zhì)循環(huán)所組成的一個自然體（周群英）。由英國植物生態(tài)學(xué)家 坦斯林(1935)提出，指在一定的空間內(nèi)，生物成分和非生物成分通過物質(zhì)循環(huán)和能量流動互相作用、互相依存而構(gòu)成的一個生態(tài)學(xué)功能單位，這個生態(tài)學(xué)功能單位稱生態(tài)系統(tǒng)。生態(tài)系統(tǒng)的范圍生態(tài)系統(tǒng)的組成成分 無機物 有機化合物 氣候因素 生產(chǎn)者 (producer) 消費者 (consumer) 分解者 (還原者)(decomposer)六大組成成分（四大基本成分）l

2、生產(chǎn)者：自養(yǎng)生物，主要是各種綠色植物，也包括藍綠藻和一些能進行光合作用的細菌。l消費者：異養(yǎng)生物，主要指以其他生物為食的各種動物，包括植食動物（一級） 、肉食動物（二四級） 、雜食動物和寄生動物等。l分解者：異養(yǎng)生物，把復(fù)雜的有機物分解成簡單無機物，包括細菌、真菌、放線菌和動物等。非生物成分非生物成分生物成分生物成分(生物群落生物群落)三大功能群三大功能群l空間結(jié)構(gòu)：有明顯的三維空間結(jié)構(gòu)。因為光照、溫度、水分的差異 ，使得生物群落在空間上有明顯的垂直分布（喬木、灌木與草本植物）與水平分布（凍原、寒帶、寒溫帶、溫帶、亞熱帶、熱帶；內(nèi)陸干旱草原、中生濕潤植物、海洋水生植物）。l時間結(jié)構(gòu)：一年四季植

3、物群落發(fā)生外貌的改變。營養(yǎng)結(jié)構(gòu)食物鏈(C.Elton,1927)食物網(wǎng)食物鏈和食物網(wǎng)概念的意義生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)結(jié)構(gòu)及能流和物流間的關(guān)系l食物鏈（food chain）和營養(yǎng)級（trophic level）：食物鏈指生態(tài)系統(tǒng)中不同生物之間在營養(yǎng)關(guān)系中形成的一環(huán)套一環(huán)似鏈條式的關(guān)系，即物質(zhì)和能量從植物開始，然后一級一級地轉(zhuǎn)移到大型食肉動物。食物鏈上的每一個環(huán)節(jié)稱為營養(yǎng)階層或營養(yǎng)級，指處于食物鏈某一環(huán)節(jié)上的所有生物種的總和。l食物鏈的類型：根據(jù)食物鏈的起點不同，可將其分成兩大類:牧食食物鏈和腐食食物鏈牧食食物鏈（grazing food chain）：又稱捕食食物鏈，以活的動植物為起點的食物鏈，如綠色

4、植物，草食動物、各級食肉動物。寄生食物鏈可以看作捕食食物鏈的一種特殊類型。腐食食物鏈（detrital food chain）：又稱碎屑食物鏈，從死亡的有機體或腐屑開始。l食物網(wǎng) (food web)：生態(tài)系統(tǒng)中的食物鏈很少是單條、孤立出現(xiàn)的，它往往是交叉鏈索，形成復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，此即食物網(wǎng)。螳螂捕蟬，黃雀在后螳螂捕蟬，黃雀在后螳螂捕蟬，螳螂捕蟬，黃雀在后！黃雀在后！哈！哈！哈！哈！植物汁液植物汁液蟬蟬(初級消費者初級消費者)螳螂螳螂(二級消費者二級消費者)黃雀黃雀(三級消費者三級消費者)鷹鷹(四級消費者四級消費者)(頂極食肉動物頂極食肉動物)l生物生產(chǎn)：植物等自養(yǎng)生物通過光合作用將太陽光、水

5、、二氧化碳和無機物合成糖、蛋白質(zhì)等有機成分，構(gòu)成植物體。l能量流動：生產(chǎn)者 消費者 分解者，單向l物質(zhì)循環(huán)：生物 環(huán)境，雙向。l信息傳遞：包括營養(yǎng)信息、化學(xué)信息、物理信息和行為信息等，構(gòu)成信息網(wǎng)。 不同波長具有的能量食物鏈中的能量流動較長食物鏈中的能量流動物質(zhì)循環(huán)碳循環(huán)物質(zhì)循環(huán)磷循環(huán)物質(zhì)循環(huán)氮循環(huán)植物對礦物質(zhì)的吸收生態(tài)系統(tǒng)的信息傳遞l生態(tài)系統(tǒng)中的信息傳遞多種多樣，有物理信息如光、聲、顏色等起吸引異性、種間識別、威嚇、警告等信息作用（孔雀開屏）；生物的酶、維生素、生長素、抗生素、激素等是化學(xué)信息（黃鼠狼有一種臭腺散發(fā)臭液，防止敵害追捕，有助于取食）；在同種或不同種間還有行為信息（獵豹和貓科動物又

6、要能夠尿作標志的特征）。l生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性（stability）(生態(tài)平衡):生態(tài)系統(tǒng)通過發(fā)育和調(diào)節(jié)達到一種穩(wěn)定的狀態(tài)，表現(xiàn)為結(jié)構(gòu)上、功能上、能量輸入和輸出上的穩(wěn)定，當受到外來干擾時，平衡將受到破壞，但只要這種干擾沒有超過一定限度，生態(tài)系統(tǒng)仍能通過自我調(diào)節(jié)恢復(fù)原來狀態(tài)。 生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性包括了兩個方面的含義 :一方面是系統(tǒng)保持現(xiàn)行狀態(tài)的能力 ,即抗干擾的能力（抵抗力resistance）;另一方面是系統(tǒng)受擾動后回歸該狀態(tài)的傾向 ,即受擾后的恢復(fù)能力（恢復(fù)力resilience）。l生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性機制：生態(tài)系統(tǒng)具有自我調(diào)節(jié)的能力，維持自身的穩(wěn)定性，自然生態(tài)系統(tǒng)可以看成是一個控制論系統(tǒng)，因此，負反饋

7、（negative feedback）調(diào)節(jié)在維持生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性方面具有重要的作用。 生態(tài)系統(tǒng)的演替：由于環(huán)境的改變，使生物群落發(fā)生改變的現(xiàn)象。 生態(tài)系統(tǒng)的分類：自然生態(tài)系統(tǒng)與人工生態(tài)系統(tǒng)。 與生態(tài)系統(tǒng)有關(guān)的名詞：個體、種群、群落、生物圈。 生態(tài)平衡：生態(tài)系統(tǒng)的組成、結(jié)構(gòu)、功能處于長期穩(wěn)定的狀態(tài)。第二節(jié) 細菌的分布 細菌種類多、繁殖快、適應(yīng)環(huán)境能力強，因此，細菌廣泛分布于自然界，在水、土壤、空氣、食物、人和動物的體表以及與外界相通的腔道中，常有各種細菌和其它微生物存在。在自然界物質(zhì)循環(huán)上起重要作用，不少是對人類有益的，對人致病的只是少數(shù)。一、細菌在自然界的分布 （一）土壤中的細菌 土壤中含有大

8、量的微生物，肥土中每克土含有幾億或幾十億個微生物。土壤中的細菌來自天然生活在土壤中的自養(yǎng)菌和腐物寄生菌以及隨動物排泄物及其尸體進入土壤的細菌。它們大部分在離地面1020厘米深的土壤處存在。土層越深，菌數(shù)越少，暴露于土層表面的細菌由于日光照射和干燥，不利于其生存，所以細菌數(shù)量少。 土壤中的微生物以細菌為主，放線菌次之，另外還有真菌、螺旋體等。 土壤中微生物絕大多數(shù)對人是有益的，它們參與大自然的物質(zhì)循環(huán)，分解動物的尸體和排泄物；固定大氣中的氮，供給植物利用；土壤中可分離出許多能產(chǎn)生抗生素的微生物。 “土著”菌群：節(jié)細菌屬和諾卡氏菌屬的微生物不受土壤中動、植物殘體數(shù)量的影響，相對穩(wěn)定地存在于土壤中被

9、稱為 “土著”菌群。 土壤自凈：土壤對施入其中一定負荷的有機物或有機污染物具有吸附和生物降解的能力，通過各種物理、生化過程自動分解污染物，是土壤恢復(fù)到原有水平的凈化過程。土壤是如何被污染的？怎樣進行土壤的生物修復(fù)？ 土壤污染的原因：污、廢水的農(nóng)田灌溉；污、廢水的土地處理；固體廢物填埋、堆放的滲漏；地下儲油罐的泄漏以及噴灑農(nóng)藥。 主要污染物有：農(nóng)藥、石油烴類、氨、重金屬等。 土壤污染的不良后果： 有毒物質(zhì)過多滯留，積累在土壤中改變土壤的理化性質(zhì)，使土壤板結(jié)、鹽堿化；毒害植物與微生物，破壞土壤生態(tài)平衡。 有毒物質(zhì)的富集、濃縮，隨食物鏈遷移，危害人類。 病原微生物通過各種途徑進入水體、人體，引起人類

10、產(chǎn)生疾病。 土壤生物修復(fù) 土壤生物修復(fù)的定義； 土壤生物修復(fù)的工作步驟； 土壤生物修復(fù)技術(shù)的關(guān)鍵； 土壤生物修復(fù)工程； 土壤生物修復(fù)工程的三種形式；（二）空氣中的細菌 空氣中的微生物分布的種類和數(shù)量因環(huán)境不同有所差別。 空氣中的微生物來源于人畜呼吸道的飛沫及地面飄揚起來的塵埃。由于空氣中缺乏營養(yǎng)物及適當?shù)臏囟龋毦荒芊敝?，并且常常因陽光照射和干燥作用而被消滅。只有抵抗力較強的細菌和真菌或細菌芽胞才能存留較長時間。 室外空氣中常見產(chǎn)芽胞桿菌、產(chǎn)色素細菌及真菌孢子等； 室內(nèi)空氣中的微生物比室外多，尤其是人口密集的公共場所、醫(yī)院病房、門診等處，容易受到帶菌者和病人污染。如飛沫、皮屑、痰液、膿汗和糞

11、便等攜帶大量的微生物，可嚴重污染空氣。 場所宿舍街道公園海洋上空微生物的數(shù)量2104510320012表1 不同場所上空微生物的數(shù)量（個m3空氣）表2 空氣的衛(wèi)生標準 （個m3空氣） 清潔程度細菌總數(shù) 清潔程度細菌總數(shù) 最清潔空氣 12臨界環(huán)境 150 清潔空氣 30 輕度污染 300 普通空氣 31125 嚴重污染 301 空氣微生物檢測方法 1、固體法： 1）平皿菌落法； 2）撞擊法：狹縫采樣器 2、液體法：將含菌的空氣通入一定量的無菌水中，取一定量的菌液涂平板、培養(yǎng)、計數(shù)。 （三）水中的細菌 水也是微生物存在的天然環(huán)境，水中的細菌來自土壤、塵埃、污水、人畜排泄物及垃圾等。 水中微生物種類及數(shù)量因水源不同而異。一般地面水比地下水含菌數(shù)量多，并易被病原菌污染。在自然界中，水源雖不斷受到污染，但也經(jīng)常地進行著自凈作用。 日光及紫外線可使表面水中的細菌死亡；水中原生生物可以吞噬細菌；藻類和噬菌體能抑制一些細菌生長；另外水中的微生物常隨一些顆粒下沉于水底污泥中，使水中的細菌大為減少。（三）水中的細菌 水中的病菌如傷寒桿菌、痢