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(shí)間和空間范圍內(nèi)由生物(包括動(dòng)物、植物和微生物的個(gè)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(guò)能量流動(dòng)、物質(zhì)循環(huán)所組成的一個(gè)自然體（周群英）。由英國(guó)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(guò)物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)互相作用、互相依存而構(gòu)成的一個(gè)生態(tài)學(xué)功能單位，這個(gè)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(wú)機(jī)物 有機(jī)化合物 氣候因素 生產(chǎn)者 (producer) 消費(fèi)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(lán)綠藻和一些能進(jìn)行光合作用的細(xì)菌。l消費(fèi)者：異養(yǎng)生物，主要指以其他生物為食的各種動(dòng)物，包括植食動(dòng)物（一級(jí)） 、肉食動(dòng)物（二四級(jí)） 、雜食動(dòng)物和寄生動(dòng)物等。l分解者：異養(yǎng)生物，把復(fù)雜的有機(jī)物分解成簡(jiǎn)單無(wú)機(jī)物，包括細(xì)菌、真菌、放線菌和動(dòng)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?yàn)楣庹铡囟取⑺值牟町?，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(rùn)植物、海洋水生植物）。l時(shí)間結(jié)構(gòu)：一年四季植

3、物群落發(fā)生外貌的改變。營(yíng)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(yíng)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(yíng)養(yǎng)級(jí)（trophic level）：食物鏈指生態(tài)系統(tǒng)中不同生物之間在營(yíng)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(kāi)始，然后一級(jí)一級(jí)地轉(zhuǎn)移到大型食肉動(dòng)物。食物鏈上的每一個(gè)環(huán)節(jié)稱為營(yíng)養(yǎng)階層或營(yíng)養(yǎng)級(jí)，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(diǎn)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(dòng)植物為起點(diǎn)的食物鏈，如綠色

4、植物，草食動(dòng)物、各級(jí)食肉動(dòng)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(jī)體或腐屑開(kāi)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(jí)消費(fèi)者初級(jí)消費(fèi)者)螳螂螳螂(二級(jí)消費(fèi)者二級(jí)消費(fèi)者)黃雀黃雀(三級(jí)消費(fèi)者三級(jí)消費(fèi)者)鷹鷹(四級(jí)消費(fèi)者四級(jí)消費(fèi)者)(頂極食肉動(dòng)物頂極食肉動(dòng)物)l生物生產(chǎn)：植物等自養(yǎng)生物通過(guò)光合作用將太陽(yáng)光、水

5、、二氧化碳和無(wú)機(jī)物合成糖、蛋白質(zhì)等有機(jī)成分，構(gòu)成植物體。l能量流動(dòng)：生產(chǎn)者 消費(fèi)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(yíng)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(zhǎng)具有的能量食物鏈中的能量流動(dòng)較長(zhǎng)食物鏈中的能量流動(dòng)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(duì)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(shí)別、威嚇、警告等信息作用（孔雀開(kāi)屏）；生物的酶、維生素、生長(zhǎng)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(dòng)物又

6、要能夠尿作標(biāo)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(guò)發(fā)育和調(diào)節(jié)達(dá)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(dāng)受到外來(lái)干擾時(shí)，平衡將受到破壞，但只要這種干擾沒(méi)有超過(guò)一定限度，生態(tài)系統(tǒng)仍能通過(guò)自我調(diào)節(jié)恢復(fù)原來(lái)狀態(tài)。 生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性包括了兩個(gè)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(dòng)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(jī)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(gè)控制論系統(tǒng)，因此，負(fù)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(gè)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(zhǎng)期穩(wěn)定的狀態(tài)。第二節(jié) 細(xì)菌的分布 細(xì)菌種類多、繁殖快、適應(yīng)環(huán)境能力強(qiáng)，因此，細(xì)菌廣泛分布于自然界，在水、土壤、空氣、食物、人和動(dòng)物的體表以及與外界相通的腔道中，常有各種細(xì)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(duì)人類有益的，對(duì)人致病的只是少數(shù)。一、細(xì)菌在自然界的分布 （一）土壤中的細(xì)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(gè)微生物。土壤中的細(xì)菌來(lái)自天然生活在土壤中的自養(yǎng)菌和腐物寄生菌以及隨動(dòng)物排泄物及其尸體進(jìn)入土壤的細(xì)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(xì)菌由于日光照射和干燥，不利于其生存，所以細(xì)菌數(shù)量少。 土壤中的微生物以細(xì)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(duì)人是有益的，它們參與大自然的物質(zhì)循環(huán)，分解動(dòng)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(xì)菌屬和諾卡氏菌屬的微生物不受土壤中動(dòng)、植物殘?bào)w數(shù)量的影響，相對(duì)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(duì)施入其中一定負(fù)荷的有機(jī)物或有機(jī)污染物具有吸附和生物降解的能力，通過(guò)各種物理、生化過(guò)程自動(dòng)分解污染物，是土壤恢復(fù)到原有水平的凈化過(guò)程。土壤是如何被污染的？怎樣進(jìn)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(chǔ)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(guò)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(guò)各種途徑進(jìn)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(xì)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(lái)源于人畜呼吸道的飛沫及地面飄揚(yáng)起來(lái)的塵埃。由于空氣中缺乏營(yíng)養(yǎng)物及適當(dāng)?shù)臏囟龋?xì)菌不能繁殖，并且常常因陽(yáng)光照射和干燥作用而被消滅。只有抵抗力較強(qiáng)的細(xì)菌和真菌或細(xì)菌芽胞才能存留較長(zhǎng)時(shí)間。 室外空氣中常見(jiàn)產(chǎn)芽胞桿菌、產(chǎn)色素細(xì)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(chǎng)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(yán)重污染空氣。 場(chǎng)所宿舍街道公園海洋上空微生物的數(shù)量2104510320012表1 不同場(chǎng)所上空微生物的數(shù)量（個(gè)m3空氣）表2 空氣的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn) （個(gè)m3空氣） 清潔程度細(xì)菌總數(shù) 清潔程度細(xì)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(yán)重污染 301 空氣微生物檢測(cè)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(wú)菌水中，取一定量的菌液涂平板、培養(yǎng)、計(jì)數(shù)。 （三）水中的細(xì)菌 水也是微生物存在的天然環(huán)境，水中的細(xì)菌來(lái)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(jìn)行著自凈作用。 日光及紫外線可使表面水中的細(xì)菌死亡；水中原生生物可以吞噬細(xì)菌；藻類和噬菌體能抑制一些細(xì)菌生長(zhǎng)；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(xì)菌大為減少。（三）水中的細(xì)菌 水中的病菌如傷寒桿菌、痢