第七章微生物的生態(tài)

第一節(jié)

微生物在自然界中的分布與菌種資源開發(fā)根據(jù)微生物尤其細(xì)菌對(duì)周圍水生環(huán)境中營養(yǎng)物質(zhì)濃度的要求，可把微生物分成三類：①貧營養(yǎng)細(xì)菌（oli-gotrophicbacteria）：指一些能在1～15mgC／L低含量有機(jī)質(zhì)培養(yǎng)基中生長的細(xì)菌；②兼性貧營養(yǎng)細(xì)菌：指一些在富營養(yǎng)培養(yǎng)基中經(jīng)反復(fù)培養(yǎng)后也能適應(yīng)并生長的貧營養(yǎng)細(xì)菌；③富營養(yǎng)細(xì)菌：指一些能生長在營養(yǎng)物質(zhì)濃度很高（10gC／L）的培養(yǎng)基中的細(xì)菌，它們?cè)谪殸I養(yǎng)培養(yǎng)基中反復(fù)培養(yǎng)后即行死亡。本文檔共58頁；當(dāng)前第1頁；編輯于星期三\9點(diǎn)34分正常菌群——生活在健康動(dòng)物各部位，數(shù)量大、種類較穩(wěn)定且一般是有益無害的微生物，稱為正常菌群。大腸菌群數(shù)——大腸菌群是指任何可發(fā)酵乳糖產(chǎn)酸產(chǎn)氣的G-、桿狀、無芽孢、兼性厭氧的腸道細(xì)菌。(典型的代表是E.coli，也包括產(chǎn)氣腸桿菌、檸檬酸桿菌屬和肺炎克氏桿菌等。)大腸菌群數(shù)是指大腸菌群的數(shù)目。本文檔共58頁；當(dāng)前第2頁；編輯于星期三\9點(diǎn)34分第二節(jié)微生物與生物環(huán)境間的關(guān)系

自然環(huán)境中的微生物一般都不是單獨(dú)存在的。生物間的關(guān)系既多樣又復(fù)雜雜。微生物與生物環(huán)境間的關(guān)系分為：

一、互生

二、共生

三、寄生

四、拮抗

五、捕食本文檔共58頁；當(dāng)前第3頁；編輯于星期三\9點(diǎn)34分一、互生

兩種可單獨(dú)生活的生物，當(dāng)它們?cè)谝黄饡r(shí)，通過各自的代謝活動(dòng)而有利于對(duì)方，或偏利于一方的生活方式。1、微生物間的互生關(guān)系在土壤微生物中，互生關(guān)系十分普遍。

固氮菌纖維素分解菌

固氮碳源2、微生物與高等植物之間的互生關(guān)系根際微生物與高等植物：高等植物為微生物提供所需的營養(yǎng)物質(zhì)，植物發(fā)達(dá)的根系改善了土壤結(jié)構(gòu)，水分和空氣條件，有利于微生物的生長。本文檔共58頁；當(dāng)前第4頁；編輯于星期三\9點(diǎn)34分3、微生物與人及動(dòng)物間的互生關(guān)系某些種類微生物在數(shù)量穩(wěn)定的情況下對(duì)人及動(dòng)物物體是有益的。一般不會(huì)致病。4、互生現(xiàn)象與發(fā)酵工業(yè)中的混菌培養(yǎng)混菌培養(yǎng)又稱混菌發(fā)酵或混合發(fā)酵。如：氧化葡糖酸桿菌、條紋假單胞菌和巨大芽孢桿菌協(xié)同參與VC生產(chǎn)發(fā)酵。本文檔共58頁；當(dāng)前第5頁；編輯于星期三\9點(diǎn)34分二、共生共生——是指兩種生物共居在一起，相互分工協(xié)作、相依為命，甚至達(dá)到難分難解、合二為一的一種相互關(guān)系。微生物間的共生微生物與植物共生體微生物與動(dòng)物共生本文檔共58頁；當(dāng)前第6頁；編輯于星期三\9點(diǎn)34分（一）微生物間的共生-地衣組成：由菌藻（子囊類真菌與藻類）共生或菌菌（真菌與藍(lán)細(xì)菌）共生的地衣。本文檔共58頁；當(dāng)前第7頁；編輯于星期三\9點(diǎn)34分生理：地衣中的真菌和藻類已形成特殊形態(tài)的整體，在生理上相互依存。其中的藻類或藍(lán)細(xì)菌進(jìn)行光合作用，為真菌提供養(yǎng)料，真菌以產(chǎn)生的有機(jī)酸分解巖石為藻類或藍(lán)細(xì)菌提供礦質(zhì)元素。本文檔共58頁；當(dāng)前第8頁；編輯于星期三\9點(diǎn)34分地衣內(nèi)部由藻類和絲狀真菌形成的組織a、混層葉狀體，在形成網(wǎng)狀菌絲（m）之前，散布著由藻類細(xì)胞集合而成的的綠色顆粒（g）；b、異層葉狀體，最外部是由菌絲組成的皮層（c），其內(nèi)側(cè)是綠色顆粒層。本文檔共58頁；當(dāng)前第9頁；編輯于星期三\9點(diǎn)34分（二）微生物與植物間的共生根毛根瘤菌侵入線已侵入的根瘤菌根瘤根瘤的形成過程1.根瘤菌與植物間的共生本文檔共58頁；當(dāng)前第10頁；編輯于星期三\9點(diǎn)34分2.菌根菌與植物菌根具有改善植物營養(yǎng)、調(diào)節(jié)植物代謝和增強(qiáng)植物抗病能力等功能。菌根菌主要為真菌中的擔(dān)子菌和子囊菌。

菌根可分為外生菌根（哈蒂氏網(wǎng)，主要是擔(dān)子菌、其次是子囊菌形成）、內(nèi)生菌根（叢枝狀菌根，內(nèi)囊霉科中部分真菌形成）。

本文檔共58頁；當(dāng)前第11頁；編輯于星期三\9點(diǎn)34分（三）微生物與動(dòng)物間的共生1、微生物和昆蟲的共生在白蟻、蟑螂等昆蟲的腸道中有大量的細(xì)菌和原生動(dòng)物與其共生。有的生活在共生體的細(xì)胞外（外共生生物），有的生活在共生體的細(xì)胞內(nèi)（內(nèi)共生生物）。它們可在厭氧條件下分解纖維素供白蟻營養(yǎng)，而微生物則可獲得穩(wěn)定的營養(yǎng)和其他生活條件。本文檔共58頁；當(dāng)前第12頁；編輯于星期三\9點(diǎn)34分本文檔共58頁；當(dāng)前第13頁；編輯于星期三\9點(diǎn)34分反芻動(dòng)物與瘤胃微生物的共生原理2.瘤胃微生物與反芻動(dòng)物的共生牛羊等反芻動(dòng)物，草食，但它們本身沒有分解纖維素的能力，而是靠瘤胃微生物幫助分解，使纖維素變成能被牛羊吸收的糖類。瘤胃中生活著多種細(xì)菌和原生動(dòng)物。

本文檔共58頁；當(dāng)前第14頁；編輯于星期三\9點(diǎn)34分三、寄生

一種小型生物生活在另一種較大型生物的體內(nèi)（包括細(xì)胞內(nèi)）或體表，從中奪取營養(yǎng)并生長繁殖，同時(shí)使后者蒙受損害甚至被殺死的一種相互關(guān)系。前者稱為寄生物，后者稱為寄主或宿主。各種各樣的寄生微生物多是致病菌。微生物間的寄生關(guān)系微生物對(duì)植物的寄生微生物對(duì)人與動(dòng)物的寄生本文檔共58頁；當(dāng)前第15頁；編輯于星期三\9點(diǎn)34分（一）微生物間的寄生1、噬菌體—細(xì)菌；2、蛭弧菌—細(xì)菌；蛭弧菌的生活史示意圖（蛭弧菌能寄生在大腸桿菌等許多Ｇ-菌體內(nèi)。）復(fù)分裂本文檔共58頁；當(dāng)前第16頁；編輯于星期三\9點(diǎn)34分3、真菌—真菌；4、真菌、細(xì)菌—原生動(dòng)物。真菌寄生于真菌菌絲細(xì)菌寄生于真菌菌絲本文檔共58頁；當(dāng)前第17頁；編輯于星期三\9點(diǎn)34分寄生物先分泌毒素，引起寄主活力衰退，然后再纏繞致死。有些寄生真菌不分泌毒素，由菌絲將寄主的菌絲緊緊地纏繞起來，再由接觸部位侵入寄主菌絲內(nèi)吸收營養(yǎng)使之死亡。還有些寄生真菌將菌絲或吸器伸到寄主真菌絲內(nèi)或寄生菌絲與寄主菌絲接觸，溶解寄主細(xì)胞膜，吸取其營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)行生長繁殖。本文檔共58頁；當(dāng)前第18頁；編輯于星期三\9點(diǎn)34分（二）微生物與植物間的寄生微生物對(duì)植物的寄生很普遍，這是植物發(fā)生病害的重要原因。能引起植物病害的微生物稱為植物病原微生物。植物或染病微生物發(fā)病后，出現(xiàn)變色，組織壞死，萎蔫和畸形等癥狀。能引起植物病害的有真菌、細(xì)菌、病毒等。植物病害以真菌病害為主，占９５％。細(xì)菌性植物病害占３％。本文檔共58頁；當(dāng)前第19頁；編輯于星期三\9點(diǎn)34分玉米大斑病玉米小斑病玉米絲黑穗病本文檔共58頁；當(dāng)前第20頁；編輯于星期三\9點(diǎn)34分寄生于動(dòng)物的微生物即為動(dòng)物的病原菌。種類極多，包括：各種病毒、細(xì)菌、真菌和原生動(dòng)物等。這些微生物若寄生于對(duì)人有害的動(dòng)物，則可用它們制成微生物殺蟲劑或生物農(nóng)藥。冬蟲夏草：寄生于昆蟲的真菌。（三）微生物與動(dòng)物間的寄生本文檔共58頁；當(dāng)前第21頁；編輯于星期三\9點(diǎn)34分微生物在人體和動(dòng)物體內(nèi)寄生引起人與動(dòng)物的傳染病常見的畜禽傳染：炭疽病，口蹄疫，豬瘟，雞瘟病等病原微生物寄生在有益的動(dòng)植物體內(nèi)會(huì)給人們?cè)斐山?jīng)濟(jì)損失，寄生有害在動(dòng)物體內(nèi)，則對(duì)人類是有益的，可以加以利用。本文檔共58頁；當(dāng)前第22頁；編輯于星期三\9點(diǎn)34分四、拮抗（抗生）指由某種生物所產(chǎn)生的特定的代謝產(chǎn)物可抑制它種生物的生長繁殖甚至殺死它們的一種相互關(guān)系。典型例子：抗生素（抗菌素）、乳酸。本文檔共58頁；當(dāng)前第23頁；編輯于星期三\9點(diǎn)34分五、捕食一種大型的生物直接捕捉、吞食另一種小型生物以滿足其營養(yǎng)需要的一種相互關(guān)系。原生動(dòng)物捕食水體和土壤中的細(xì)菌，放線菌，真菌的孢子及單細(xì)胞藻類（凈化污水）。捕食性真菌捕食土壤線蟲，對(duì)生物防治具有一定意義。本文檔共58頁；當(dāng)前第24頁；編輯于星期三\9點(diǎn)34分第三節(jié)微生物與環(huán)境保護(hù)環(huán)境中的主要污染物環(huán)境污染：指土壤或水體等生態(tài)結(jié)構(gòu)和功能受外來有害因素的破壞而失去了平衡，導(dǎo)致物質(zhì)流、能量流無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。例：土壤自凈能力、水體自凈能力的喪失。無毒有機(jī)物

有毒有機(jī)物

無毒無機(jī)物

有毒無機(jī)物

本文檔共58頁；當(dāng)前第25頁；編輯于星期三\9點(diǎn)34分微生物對(duì)污染物的降解與轉(zhuǎn)化微生物對(duì)無毒有機(jī)物的降解

微生物對(duì)有毒有機(jī)物的降解

微生物對(duì)重金屬的轉(zhuǎn)化

生物降解（biodegradation）：是微生物對(duì)物質(zhì)（特別是環(huán)境污染物）的分解作用。

農(nóng)藥、石油、洗滌劑、多氯聯(lián)苯、氰和腈等都可被相應(yīng)種類的微生物所降解。本文檔共58頁；當(dāng)前第26頁；編輯于星期三\9點(diǎn)34分一、水體的污染——富營養(yǎng)化二、用微生物治理污染三、沼氣發(fā)酵與環(huán)境保護(hù)四、用微生物監(jiān)測(cè)環(huán)境污染

本文檔共58頁；當(dāng)前第27頁；編輯于星期三\9點(diǎn)34分一、水體的污染——富營養(yǎng)化

（一）水體的富營養(yǎng)化水體中因氮、磷等元素含量過高，引起水體表層的藍(lán)細(xì)菌和藻類過量生長繁殖的現(xiàn)象。是水體受到污染并使水體自身的正常生態(tài)失去平衡的結(jié)果。

現(xiàn)象：下層水體缺光、少氧，大量死藻，產(chǎn)生大量的有機(jī)物（藻類），異養(yǎng)微生物氧化這些有機(jī)物，耗盡水中的氧，使厭氧菌開始大量生長和代謝，并分解含硫化合物，產(chǎn)生H2S，從而導(dǎo)致水有難聞的氣味，并由于缺氧引起魚和好氧微生物的死亡，最終引起水體出現(xiàn)大量沉淀物和顏色異常。本文檔共58頁；當(dāng)前第28頁；編輯于星期三\9點(diǎn)34分（二）“水華”、“赤潮”1、“水華”（“水花”）淡水水體的富營養(yǎng)化現(xiàn)象。溫暖季節(jié)，一般地說，總磷和無機(jī)氮分別超過20mg/m3和300mg/m3，就可以認(rèn)為是危險(xiǎn)狀態(tài)。浮游藻類、藍(lán)細(xì)菌突然快速繁殖，使水體變得渾濁，水面形成一薄層藍(lán)、綠色的藻體和泡沫，從而形成所謂的“水花”或“水華”（waterbloom）。2、“赤潮”河口、港灣或淺海等咸水區(qū)水體的富營養(yǎng)化現(xiàn)象。在海洋中，某些甲藻類、藍(lán)細(xì)菌、原生動(dòng)物等大量繁殖，從而使海水出現(xiàn)紅色或褐色，即所謂的“赤潮”（“紅潮”redtides）。

“水華”、“赤潮”等大面積水體污染一旦發(fā)生，很難治理，預(yù)防是關(guān)鍵。

本文檔共58頁；當(dāng)前第29頁；編輯于星期三\9點(diǎn)34分滇池厚達(dá)5cm的微囊藻水華本文檔共58頁；當(dāng)前第30頁；編輯于星期三\9點(diǎn)34分本文檔共58頁；當(dāng)前第31頁；編輯于星期三\9點(diǎn)34分本文檔共58頁；當(dāng)前第32頁；編輯于星期三\9點(diǎn)34分鳳眼蓮本文檔共58頁；當(dāng)前第33頁；編輯于星期三\9點(diǎn)34分鳳眼蓮(Eichhorniacrassipes)又稱水葫蘆本文檔共58頁；當(dāng)前第34頁；編輯于星期三\9點(diǎn)34分鳳眼蓮本文檔共58頁；當(dāng)前第35頁；編輯于星期三\9點(diǎn)34分（一）污水的微生物處理二、用微生物治理污染污水的種類很多，有生活污水、工業(yè)有機(jī)污水（如屠宰、造紙、淀粉和發(fā)酵工業(yè)等的污水）、工業(yè)有毒污水（農(nóng)藥、炸藥、石油化工、電鍍、印染、制革等工業(yè)污水）和其他污水等。其中所含的各種有害物質(zhì)，例如農(nóng)藥、炸藥（TNT、黑索金等）、多氯聯(lián)苯（PCB）、多環(huán)芳烴（致癌劑）、酚、氰和丙烯腈等的污染后果尤為嚴(yán)重。在污水處理方法中，最關(guān)鍵、最有效和最常用方法是微生物處理法本文檔共58頁；當(dāng)前第36頁；編輯于星期三\9點(diǎn)34分1、微生物處理污水的原理

用微生物凈化污水的過程，實(shí)質(zhì)上就是在污水處里裝置這一小型人工生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)，利用不同生理、生化性能的微生物類群間的協(xié)同作用而進(jìn)行的一種物質(zhì)循環(huán)過程。

本文檔共58頁；當(dāng)前第37頁；編輯于星期三\9點(diǎn)34分當(dāng)高BOD5的污水進(jìn)入污水處理裝置后，其中的自然微生物區(qū)系在好氧條件下，根據(jù)其中營養(yǎng)物質(zhì)或有毒物質(zhì)的情況，在客觀上造成了一個(gè)選擇性的培養(yǎng)條件，并隨著時(shí)間的推移，發(fā)生了微生物區(qū)系的有規(guī)律的更迭，從而使水中的有機(jī)物或毒物不斷被降解、氧化、分解、轉(zhuǎn)化或吸附沉降，進(jìn)而達(dá)到去除污染物和沉降、分層的效果。自然去除廢氣后的低BOD清水，可流入河道。而經(jīng)好氧性微生物處理后的廢渣——活性污泥或生物膜的殘余物，是比原來污水的BOD更高的有機(jī)物，它們可通過厭氧處理（又稱污泥消化或沼氣發(fā)酵）而生產(chǎn)出有用的沼氣和有機(jī)肥料。本文檔共58頁；當(dāng)前第38頁；編輯于星期三\9點(diǎn)34分本文檔共58頁；當(dāng)前第39頁；編輯于星期三\9點(diǎn)34分本文檔共58頁；當(dāng)前第40頁；編輯于星期三\9點(diǎn)34分（1）BOD（biochemicaloxygendemand）

生化需氧量又稱生化耗氧量，是一種間接表示水中有機(jī)物含量的指標(biāo)，表示1L污水或待測(cè)水樣中所含的一部分容易氧化的有機(jī)物，當(dāng)微生物對(duì)其氧化、分解時(shí)，所消耗的水中溶解氧的毫克數(shù)，其單位為毫克／升表示。2、污水處理中的幾個(gè)常用名詞

本文檔共58頁；當(dāng)前第41頁；編輯于星期三\9點(diǎn)34分在水處理技術(shù)中，污水處理前后水中BOD5值之差，即可理解為這一處理過程對(duì)有機(jī)物處理效率的高低。BOD5的測(cè)定，起始于英國（1870年），目的是為了判斷河水污染的程度以保護(hù)河流。由于英國的泰晤士河水自源頭至大海流程僅5天左右，且英國夏天河水的平均溫度在20℃左右，故至今全世界還一直以這一條件為依據(jù)來測(cè)定BOD5。我國對(duì)地面水環(huán)境的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)：一級(jí)水BOD5<1mg/L，二級(jí)水BOD5<3mg/L，三級(jí)水BOD5<4mg/L，若>10mg/L時(shí)已嚴(yán)重污染。本文檔共58頁；當(dāng)前第42頁；編輯于星期三\9點(diǎn)34分（2）COD（chemicaloxygendemand）化學(xué)需氧量，使用強(qiáng)氧化劑使１L污水中的有機(jī)物質(zhì)迅速進(jìn)行化學(xué)氧化時(shí)所消耗氧的毫克數(shù)，稱COD其單位為毫克／升表示。

污水中除有機(jī)物外，其中的許多無機(jī)物也能被氧化而產(chǎn)生COD值。COD能在短時(shí)間中測(cè)得，有利于指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)操作。使用的氧化劑一般有KMnO4和K2Cr2O7。KMnO4的氧化力較弱，因此，實(shí)際使用對(duì)常采用K2Cr2O7，作氧化劑，并把測(cè)得的數(shù)值稱為CODcr。同一污水的BOD5與COD值是不一致的，但一般都呈明顯的比例關(guān)系。本文檔共58頁；當(dāng)前第43頁；編輯于星期三\9點(diǎn)34分（3）TOD（總需氧量）污水中能被氧化的物質(zhì)（主要為有機(jī)物）在高溫下燃燒變成穩(wěn)定氧化物時(shí)所需的氧量。（4）DO（溶解氧量）溶于水體中的分子態(tài)氧。評(píng)價(jià)水質(zhì)的重要指標(biāo)，地面水質(zhì)的合格標(biāo)準(zhǔn)DO>4mg/L。（5）SS（懸浮物含量）污水中不溶性固態(tài)物質(zhì)的含量。（6）TOC（總有機(jī)碳含量）水體內(nèi)所含有機(jī)物中全部有機(jī)碳的含量。通過其中有機(jī)物全部氧化為CO2的量來計(jì)算。本文檔共58頁；當(dāng)前第44頁；編輯于星期三\9點(diǎn)34分3、污水處理中的特殊微生物在自然界中，廣泛存在著能分解特定污染物的微生物。分解氰諾卡氏菌屬、腐皮鐮孢霉、木素木霉

分解丙烯腈

珊瑚諾卡氏菌分解多氯聯(lián)苯

一些紅酵母和無色桿菌分解多環(huán)芳烴類一些產(chǎn)堿菌和一些棒桿菌分解炸藥

TNT有一些檸檬酸桿菌和腸桿菌分解芳香族磺酸鹽

惡臭假單胞菌分解1-苯基-十一烷磺酸鹽（ABS）芽孢桿菌屬本文檔共58頁；當(dāng)前第45頁；編輯于星期三\9點(diǎn)34分三、沼氣發(fā)酵與環(huán)境保護(hù)

沼氣（生物氣）：是一種混合可燃?xì)怏w。主要成分為CH4甲烷，及少量H2、N2和CO2。沼氣發(fā)酵（甲烷形成）：產(chǎn)甲烷菌在厭氧條件下，利用H2還原CO2等碳源營養(yǎng)物，以產(chǎn)生細(xì)胞物質(zhì)、能量和代謝廢物——CH4的過程。所謂沼氣發(fā)酵，若按其生物化學(xué)本質(zhì)來說，就是一種由產(chǎn)甲烷菌進(jìn)行的甲烷形成過程。

本文檔共58頁；當(dāng)前第46頁；編輯于星期三\9點(diǎn)34分寬古生菌門、2綱、3目、5科、21屬，代表屬有：甲烷桿菌屬（19種）甲烷短桿菌屬（7種）甲烷球菌屬（11種）產(chǎn)甲烷菌屬（11種）甲烷螺菌屬（1種）甲烷嗜鹽菌屬（5種）甲烷葉菌屬（5種）甲烷八疊球菌屬（8種）產(chǎn)甲烷菌是一類必須在嚴(yán)格厭氧生境下并伴有甲烷產(chǎn)生的古生菌。本文檔共58頁；當(dāng)前第47頁；編輯于星期三\9點(diǎn)34分甲烷形成的三個(gè)階段(一)沼氣發(fā)酵3個(gè)階段本文檔共58頁；當(dāng)前第48頁；編輯于星期三\9點(diǎn)34分

1、水解階段水解性（發(fā)酵性）細(xì)菌包括：（1）專性厭氧菌：梭菌屬、擬桿菌屬、丁酸弧菌屬、真桿菌屬、雙歧桿菌屬等。（2）兼性厭氧菌：鏈球菌屬、一些腸道桿菌。本文檔共58頁；當(dāng)前第49頁；編輯于星期三\9點(diǎn)34分由厭氧和兼性厭氧的水解性細(xì)菌或發(fā)酵性細(xì)菌將纖維素、淀粉等糖類水解成單糖，并進(jìn)而形成丙酮酸；將蛋白質(zhì)水解成氨基酸，并進(jìn)而形成有機(jī)酸和氨；將脂類水解成甘油和脂肪酸，并進(jìn)而形成乙酸