微生物生態(tài)和農(nóng)業(yè)微生物應(yīng)用技術(shù)

微生物生態(tài)和農(nóng)業(yè)微生物應(yīng)用技術(shù)第一頁，共三十頁，2022年，8月28日本章主要內(nèi)容1、環(huán)境與生態(tài)

2、環(huán)境中的微生物

3、微生物與生物地球化學(xué)循環(huán)

4、生物間的相互關(guān)系

5、應(yīng)用微生物技術(shù)

6、資源微生物開發(fā)的理論和實踐第二頁，共三十頁，2022年，8月28日環(huán)境與生態(tài)環(huán)境：生物體外的空間；環(huán)境因素：化學(xué)因素、生物因素、物理因素生態(tài)學(xué)：研究生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)物理、化學(xué)、生物因素相互作用的學(xué)科。生態(tài)與生態(tài)系統(tǒng)：生態(tài)：區(qū)域內(nèi)生物因素、化學(xué)因素和物理因素的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。生態(tài)系統(tǒng)：一定空間內(nèi)生物因子和非生物因子通過物質(zhì)循環(huán)和能量流動形成的相互作用、相互依存而構(gòu)成的一個系統(tǒng)。包括宏觀生態(tài)系統(tǒng)和微生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)平衡：一定生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)三因素協(xié)調(diào)的動態(tài)穩(wěn)定生物因素：生產(chǎn)者、消費者、分解者第三頁，共三十頁，2022年，8月28日

生產(chǎn)者消費者（主要自養(yǎng)生物）（各種動物）

分解者（化能有機營養(yǎng)型微生物，分解死亡的生物體）

食物鏈生態(tài)系統(tǒng)中的生物第四頁，共三十頁，2022年，8月28日生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)生物之間的相互關(guān)系植物動物

微生物食物鏈協(xié)助種群擴大促進植物生長協(xié)助種群擴大促進微生物生長（動物體內(nèi)、體外）促進生長、傳染病促進生長、植物病害促進生長和繁殖環(huán)境中的微生物第五頁，共三十頁，2022年，8月28日

微生物種群研究，也就是微生物區(qū)系分析，微生物區(qū)系分析方法包括：傳統(tǒng)的基于可培養(yǎng)技術(shù)的方法。工作步驟：采樣→數(shù)量測定、純種分離→分類鑒定→生物學(xué)特性研究（包括表形性狀研究和遺傳也行研究）；基于非培養(yǎng)技術(shù)的方法。包括（1）TGGE技術(shù)，DGGE技術(shù)，工作步驟：樣品總DNA提取→設(shè)計引物→PCR擴增保守區(qū)段（原核生物為16SrDNA,真核生物是18SrDNA）→TGGE或DGGE電泳技術(shù)分離保守區(qū)段的擴增混合物→回收保守區(qū)段→質(zhì)?；蚴删w載體連接→克隆到受體細胞→測序公司對保守區(qū)段測序→序列提交GenBank→構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹。第六頁，共三十頁，2022年，8月28日（2）RNA探針技術(shù)。工作步驟：樣品總DNA提取→根據(jù)保守區(qū)段設(shè)計合成RNA探針→探針標記（熒光標記、放射性同位素標記、生物素標記）→探針和總DNA雜交→雜交識別第七頁，共三十頁，2022年，8月28日環(huán)境中的微生物土壤中的微生物：不同類型土壤和理化性質(zhì)不同土壤，微生物的種群和數(shù)量是不相同的，微生物種群和數(shù)量上的變化，直接反映出不同土壤理化性質(zhì)的不同和變化。土壤中的微生物，從數(shù)量看，細菌>放線菌>真菌(霉菌）>真菌（酵母菌）>藻類>原生動物。以重量計，真菌>細菌>原生動物>藻類>酵母菌。特殊的微生物類群可指示土壤類型和土壤優(yōu)劣的作用.第八頁，共三十頁，2022年，8月28日具體應(yīng)用：

（1)土宜：什么土壤種植什么植物；

（2）土壤改良的生物指標；根據(jù)土壤中微生物種群組成和數(shù)量上的變化（土壤微生物區(qū)系分析），作為土壤改良的生物指標。

（3）設(shè)計種植制度、耕作制度和施肥措施

（4）有機污染的微生物修復(fù)；第九頁，共三十頁，2022年，8月28日環(huán)境中的微生物水體中的微生物

水體的自凈化作用：污染的水體在快速流動和氧氣充足時，水體會自我凈化?？諝庵械奈⑸铮嚎諝庀竞瓦^濾是防止病源（或醫(yī)源）微生物的重要措施，通常的空氣消毒方法是紫外燈消毒和化學(xué)藥劑熏蒸。工業(yè)產(chǎn)品上的微生物：農(nóng)業(yè)產(chǎn)品上的微生物：在實際應(yīng)用中主要是防止腐敗和農(nóng)產(chǎn)品的微生物加工。第十頁，共三十頁，2022年，8月28日環(huán)境中的微生物極端環(huán)境下的微生物：極端微生物：生長在極端環(huán)境如高溫、高壓、低溫、高酸、高堿、高毒、高滲、干旱、強輻射的微生物。

極端微生物的細胞結(jié)構(gòu)、生理、代謝、遺傳都和普通微生物不同。主要包括以下幾種類型：①嗜熱微生物

耐熱菌：30℃<生長溫度<45-55℃

兼性嗜熱菌：30℃<生長溫度<50-65℃

專性嗜熱菌：42℃<生長溫度<65-70℃

極端嗜熱菌：最低42℃<生長溫度最高>70℃

超嗜熱菌：最高113℃，最適80-110℃，最低55℃。

分布：草堆、廄肥、堆肥、煤堆、溫泉、火山地、地熱區(qū)域土壤、海底火山口附近。應(yīng)用：高溫堆肥；耐熱酶。第十一頁，共三十頁，2022年，8月28日環(huán)境中的微生物②嗜冷微生物：指一類最適生長溫度低于15℃,最高生長溫度低于20℃以及一些最低生長溫度在0℃以下的微生物。

分布：冰箱；冷庫；寒冷地帶。③嗜酸微生物：只能生活在PH<4的環(huán)境中的微生物。④嗜堿微生物：指專性生活在pH10～11強堿性下的微生物。分布：堿性鹽湖、碳酸鹽含量高的土壤中。類群：多數(shù)是芽孢桿菌屬（Bacillus)的細菌，少數(shù)是古細菌。應(yīng)用：開發(fā)一些特殊的蛋白酶、脂肪酶、纖維素酶，用于洗滌劑中。第十二頁，共三十頁，2022年，8月28日環(huán)境中的微生物⑤嗜鹽微生物：必須在一定的鹽度下才能生存的微生物，有些種類必須生活在含鹽高達12-30%的環(huán)境中，稱為極端嗜鹽菌，嗜鹽微生物在鹽堿地的改良中具有獨特的指示作用。⑥嗜壓微生物：必須生活在很深的水中和一些油井中，這些地方壓力很大。⑦抗輻射微生物：這類微生物只是抗輻射能力強。在輻射生物學(xué)，如核生物學(xué)研究中具有重要的研究價值。第十三頁，共三十頁，2022年，8月28日環(huán)境中的微生物生物體內(nèi)外的微生物：①植物體內(nèi)外的微生物，包括葉圍（表）微生物，植物內(nèi)生微生物，根圍（際）微生物，他們對植物病源微生物的防護，植物營養(yǎng)都有重要的作用。特點：共生微生物和內(nèi)生微生物。這些微生物主要包括：根際微生物(rhizospheremicroorganisms)根際：鄰接根表的土壤區(qū)域。根際中的微生物稱為根際微生物。根際效應(yīng)（Rhizophereeffect)：同根際外的微生物相比，根際微生物在數(shù)量和種類上同其他非根際微生物相比明顯不同，表現(xiàn)出一定的獨特的特點，叫根際效應(yīng)（Rhizophereeffect)。根土比：

根際微生物數(shù)量和非根際微生物數(shù)量之比。根際微生物植物第十四頁，共三十頁，2022年，8月28日環(huán)境中的微生物菌根(mycorrhiza)定義：一些土壤真菌和植物根以互惠關(guān)系建立起來的共生體稱為菌根。陸地上97%以上的綠色植物具有菌根。作用：菌根可以大大促進磷、氮和其他礦物質(zhì)的吸收。類型：內(nèi)生菌根：也叫VA菌根或泡囊叢枝菌根（有隔膜真菌形成的和無隔膜真菌形成的）內(nèi)生菌根的菌絲體主要存在于根的皮層中，在根外較少。內(nèi)生菌根存在于草、林木和各種作物中。外生菌根：菌絲在根表形成鞘套，一般不侵入根細胞。第十五頁，共三十頁，2022年，8月28日泡囊叢枝菌根（VA菌根）第十六頁，共三十頁，2022年，8月28日VA菌根（泡囊叢枝菌根）示意圖外生菌根兩種類型的菌根第十七頁，共三十頁，2022年，8月28日環(huán)境中的微生物固氮微生物

A:自生固氮微生物

B:共生固氮微生物

1）：根瘤菌和豆科植物的共生固氮

2）:放線菌和非豆科植物共生固氮

結(jié)瘤植物多為木本雙子葉植物，如榿木、楊梅、沙棘等。

3）:藍細菌和植物的共生固氮：

藍細菌(藍藻)中許多屬種除能自生因氮外，念珠藻屬、魚腥藻屆等屬的藍細菌與部分苔類植物、蕨類植物、裸子植物和被子植物可建立具有固氮功能的共生體。理論意義，應(yīng)用不大。人體內(nèi)外的微生物動物體內(nèi)外的微生物第十八頁，共三十頁，2022年，8月28日Rhizobiumnodulesonapearoot第十九頁，共三十頁，2022年，8月28日第二十頁，共三十頁，2022年，8月28日微生物與地球化學(xué)循環(huán)

地球化學(xué)循環(huán)：

地球化學(xué)元素在物理、化學(xué)、生物的作用下不斷的轉(zhuǎn)化和運動。生物地球化學(xué)循環(huán)(biogeochemicalcycles)：定義：是指生物圈中的各種化學(xué)元素，經(jīng)生物化學(xué)作用在生物圈中的轉(zhuǎn)化和運動，是地球化學(xué)循環(huán)的重要組成部分。這種循環(huán)受二個主要的生物過程控制：自養(yǎng)生物對無機營養(yǎng)物的同化；異養(yǎng)生物對有機物質(zhì)的礦化（分解）。微生物在有機物的礦化中起決定性作用，地球上90%以上有機物的礦化都是由細菌和真菌完成的。第二十一頁，共三十頁，2022年，8月28日各主要循環(huán)1、碳循環(huán)過程：

CO2固定和高分子物質(zhì)的合成：生物多聚物的分解淀粉纖維素和半纖維素果膠質(zhì)木質(zhì)素脂類

微生物與地球化學(xué)循環(huán)第二十二頁，共三十頁，2022年，8月28日生物地球化學(xué)循環(huán)2、氮循環(huán)氮循環(huán)由6種氮化合物的轉(zhuǎn)化反應(yīng)所組成，包括以下幾個過程：固氮作用氨化(脫氨)作用硝化作用硝酸鹽還原與反硝化作用及脫氮作用第二十三頁，共三十頁，2022年，8月28日固氮固氮作用：N2被還原為氨和其它氨化物的過程。包括非生物固氮和生物固氮。

非生物固氮：有兩個來源，一是氮肥廠，二是雷電。N2被固定成氨（銨鹽）和硝酸（硝酸鹽）

生物固氮：由固氮微生物將N2固定成氨（銨鹽），固氮微生物有類，一是共生固氮微生物，二是自身固氮微生物。

生物地球化學(xué)循環(huán)第二十四頁，共三十頁，2022年，8月28日氨化(脫氨)作用

氨化作用是有機氮化物轉(zhuǎn)化成氨(銨)的過程。氨的硝化

氨的硝化稱為硝化作用，硝化作用是好氧條件下在硝化細菌作用下，氨被氧化成硝酸鹽的過程。

微生物：硝化細菌，是嚴格的化能自養(yǎng)細菌包括兩個群，即亞硝酸細菌和硝酸細菌4）硝酸鹽還原與反硝化作用

硝酸鹽亞硝酸鹽氨(N2)N20生物地球化學(xué)循環(huán)再次利用脫氮作用固氮作用第二十五頁，共三十頁，2022年，8月28日生物地球化學(xué)循環(huán)3、硫循環(huán)硫的循環(huán)包括還原態(tài)無機硫化物的氧化，異化硫酸鹽還原，同化硫酸鹽還原，硫化氫的釋放（脫硫作用）。微生物參與所有這些循環(huán)過程。

第二十六頁，共三十頁，2022年，8月28日4、磷循環(huán)

磷的生物地球化學(xué)循環(huán)包括三個基本過程：

①難溶性的無機磷轉(zhuǎn)化為可溶性的無機磷（磷的有效化：物理、化學(xué)和解磷菌）

②可溶性的無機磷轉(zhuǎn)化為有機磷（磷的同化）

③有機磷轉(zhuǎn)化成溶解性無機磷(有機磷礦化)。

生物殘體中的磷以植酸的形式存在植酸。植酸酶的來源是土壤中的微生物。5、鐵循環(huán)6、其它元素的循環(huán)生物地球化學(xué)循環(huán)第二十七頁，共三十頁，2022年，8月28日生物間相互關(guān)系

生物間的相互關(guān)系是生物學(xué)和生態(tài)學(xué)研究的重要領(lǐng)域，了解生物間的相互關(guān)系有助于認識生物的生命活動的規(guī)律和特點，為應(yīng)用生物技術(shù)提供有效的科學(xué)的思路和方法。微生物間的相互關(guān)系主要：1、中性關(guān)系：兩種群之間在一起彼此基本沒有影響2、偏利作用：一種種群因另一種種群的存在或生命活動而得利，而后者沒有受益或受害。3、互生關(guān)系：兩種種群相互促進生長，離開能單獨生存。4、共生：相互作用的兩個種群相互有利，兩者形成共生體，地衣、菌根、根瘤是互惠共生的典型例子。5、寄生：一種種群對另一種群的直接侵人，寄生者從寄主生活細胞或生活組織獲得營養(yǎng)，而對寄主產(chǎn)生不利影響。第二十八頁，共三十頁，2022年，8月28日生物間相互關(guān)系6、捕食：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)，對被食者種群產(chǎn)生不利影響。7、拮抗：一種種群阻礙另一種種群的生長，而對第一種種群無影響。8、競爭：兩個種群因需要相同的生長基質(zhì)或其它環(huán)境因子，致使增長率和種群密度受到限制時發(fā)生的