農(nóng)業(yè)微生物學(xué)課件

第八章微生物的生態(tài)前言第一節(jié)微生物在自然界中的分布與菌種資源的開發(fā)第二節(jié)微生物與環(huán)境間的關(guān)系第三節(jié)微生物與自然物質(zhì)循環(huán)第四節(jié)微生物與環(huán)境保護第八章微生物的生態(tài)前言1本章重點掌握：

1、微生物與生物的五種關(guān)系2、微生物在自然界碳素循環(huán)和氮素循環(huán)中的作用

了解

1、各種環(huán)境中的微生物分布

2、微生物與環(huán)境保護的關(guān)系

本章重點掌握：2生態(tài)學(xué)：是一門研究生物系統(tǒng)與其環(huán)境條件間相互作用規(guī)律性的科學(xué)。生態(tài)學(xué)植物生態(tài)學(xué)動物生態(tài)學(xué)人類生態(tài)學(xué)微生物生態(tài)學(xué)研究微生物與其周圍生物和非生物環(huán)境之間相互關(guān)系。

各種環(huán)境中的微生物的種類、分布；

微生物和其它生物的關(guān)系；

微生物與物質(zhì)循環(huán)；前言生態(tài)學(xué)：是一門研究生物系統(tǒng)與其環(huán)境條件間相互作用規(guī)律性的科學(xué)3研究微生物的分布規(guī)律——發(fā)掘豐富的菌種資源，推動進化、分類的研究和開發(fā)應(yīng)用；研究微生物與其它種生物的關(guān)系——開發(fā)新的微生物農(nóng)藥、微生物肥料和微生物制劑，發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)，為防治人和動、植物病蟲害提供理論依據(jù)；研究微生物在自然界物質(zhì)循環(huán)中的作用——為探礦、冶金、提高土壤肥力、治理環(huán)境污染、開發(fā)生物能源和促進大自然生態(tài)平衡提供科學(xué)的基礎(chǔ)。前言研究意義：研究范圍

生物圈、生態(tài)系統(tǒng)、群落、種群。研究微生物的分布規(guī)律——發(fā)掘豐富的菌種資源，推動進化、分類的4一、微生物在自然界中的分布(一)土壤中的微生物

（二）水中的微生物

（三）空氣中的微生物

（四）極端環(huán)境中的微生物

（五）工農(nóng)業(yè)產(chǎn)品上的微生物

第一節(jié)微生物在自然界中的分布與菌種資源的開發(fā)一、微生物在自然界中的分布(一)土壤中的微生物

（二）水中5土壤為微生物生長提供有利條件：①土壤是微生物的天然培養(yǎng)基

②土壤的保水性，使微生物生長有充分的水供應(yīng)③土壤顆粒間的空隙，保持了良好的通氣條件

④土壤的pH約5.5~8.5，是大多數(shù)微生物的最適pH⑤土壤具有保溫性，使土壤中溫度變化不大

(一)土壤中的微生物一)土壤環(huán)境條件營養(yǎng)、水分、空氣、酸堿度、滲透壓和溫度條件都適于微生物的生活，是微生物的大本營、也是人類最豐富的“菌種資源庫”。土壤為微生物生長提供有利條件：(一)土壤中的微生物一)土壤6二)土壤中的微生物種類與數(shù)量

土壤中微生物的數(shù)量：按種類遞減細菌—放線菌—霉菌—酵母菌—藻類—原生動物~108~107 ~106~105~104~103個/g土壤微生物的代謝活動，可改變土壤的理化性質(zhì)，進行物質(zhì)轉(zhuǎn)化，因此，土壤微生物是構(gòu)成土壤肥力的重要因素。土壤中微生物的含量與土壤有機質(zhì)含量有直接關(guān)系耕作層和施肥區(qū)中微生物含量較多，地表土受陽光直接照射，其中微生物含量較少。采取土樣時一般要刮開表土2~3cm后采樣。二)土壤中的微生物種類與數(shù)量土壤中微生物的數(shù)量：按種類遞減7有機質(zhì)層淀積層碳酸鹽積累疏松母質(zhì)淋溶層土體層三)土壤中微生物分布特點1.土壤微生物的數(shù)量和分布主要受到營養(yǎng)物、含水量、氧、溫度、pH等因子的影響，并隨土壤類型的不同而有很大變化。2.土壤微生物的數(shù)量和分布受季節(jié)影響，春秋季上升，冬夏季下降。3.微生物的數(shù)量也與于土層的深度有關(guān)，一般土壤表層微生物最多，隨著土層的加深，微生物的數(shù)量逐步減少。4.土壤中的微生物以細菌最多，其次為放線菌和霉菌。有機質(zhì)層淀積層碳酸鹽積累疏松母質(zhì)淋溶層土體層三)土壤中微生物8四)土壤微生物的作用（1）參與土壤中幾乎所有的生物化學(xué)變化，異養(yǎng)微生物分解有機質(zhì)，自養(yǎng)微生物轉(zhuǎn)化礦質(zhì)養(yǎng)分存在狀態(tài)。（2）微生物是合成土壤腐殖質(zhì)的主要成員，因此成為土壤肥力和土壤結(jié)構(gòu)的決定者之一。（3）光合微生物能增加某些環(huán)境中有機碳素的含量，尤其在無植被的環(huán)境中，藻類是土壤形成或恢復(fù)的先行者。四)土壤微生物的作用（1）參與土壤中幾乎所有的生物化學(xué)變化，9水淡水海水：地下水：無色桿菌、黃桿菌、革蘭氏陽性桿菌、微球菌、諾卡氏菌地表水溪水：營養(yǎng)少、主要是革蘭氏陰性無芽孢桿菌、生絲微菌河水：出現(xiàn)假單孢菌、芽孢、腸桿菌、弧菌、螺菌、硫細菌、微球菌、八疊球菌、諾卡氏菌、鏈球菌、螺旋體等污水生活污水：熒光、綠膿、變形、枯草、陰溝、大腸、糞鏈球菌、病毒和噬菌體生產(chǎn)污水：與所含污物有關(guān)(二)微生物在水中的分布水也具備微生物生長繁殖的條件，成為微生物廣泛分布的第二個理想環(huán)境。多數(shù)是嗜鹽菌水淡水地下水：無色桿菌、黃桿菌、革蘭氏陽性桿菌、微球菌、諾卡10

(一)水體中微生物的來源土壤、空氣、動植物尸體、人和動物的排瀉物、工業(yè)及生活污水。(二)種類

水中存在的微生物90%為革蘭氏陰性菌，主要有弧菌、假單胞菌、黃桿菌等。鞘細菌及有柄附生細菌也常見于水體中。(三)微生物在水體中的分布

表現(xiàn)為水平分布和垂直分布的規(guī)律。此外，相同水域的不同濃度微生物的含量及分布也不同。(四)水體中的病原微生物

通過水體傳播的病原微生物主要有沙門氏菌屬（傷寒）、志賀氏菌屬（細菌性痢疾）、霍亂弧菌等。因此，做好水的衛(wèi)生學(xué)檢查至關(guān)重要。

11（1）有機物含量潔凈的水體：少，以自養(yǎng)型為主——清水型微生物污染的水體：多，以異養(yǎng)型為主——腐敗型微生物（2）溫度：中溫水體﹥低溫水體（3）溶解氧表層水——好氧微生物較多中層水——兼性微生物較多，微需氧菌，光合細菌等深層水——厭氧微生物較多影響水體微生物分布的因素淡水的pH值變幅從3.7到10.5，多數(shù)為6.5-8.5，因而適合于多數(shù)水生微生物的生長。

海洋微生物具有耐壓、嗜冷和低營養(yǎng)要求的特點。（1）有機物含量影響水體微生物分布的因素淡水的pH值變幅從12(三)微生物在空氣中的分布

一）空氣不是微生物良好的生存場所沒有營養(yǎng)物質(zhì)、充足水分，有紫外線。二）空氣中微生物的來源土壤、水、動植物體上的微生物隨氣流運動被攜帶至空氣中。三）空氣中微生物的數(shù)量分布和種群組成特點1.數(shù)量分布特點（1）塵埃越多的空氣，微生物數(shù)量就越多。（2）空氣的溫度、濕度影響微生物的種類和數(shù)量。（3）空氣中微生物可隨氣流傳播到很遠處，太空中也有微生物存在。(三)微生物在空氣中的分布

一）空氣不是微生物良好的生存場132.種群組成特點是一些抗逆性較強的微生物。細菌：產(chǎn)芽孢菌、產(chǎn)色素細菌，各類球菌放線菌、真菌：孢子一些酵母菌四）空氣中微生物的殺滅與去除紫外線照射、甲醛熏蒸、藥物噴霧、過濾除菌等，常用的過濾介質(zhì)有棉花、紗布、石棉濾板、活性炭或超細玻璃纖維過濾紙等。2.種群組成特點四）空氣中微生物的殺滅與去除14不同場所空氣中的細菌數(shù)場所空氣中的細菌數(shù)/(個/m3)蓄舍1~2×106

宿舍2×104

城市街道5×103

公園200海面1~2北極0~1不同場所空氣中的細菌數(shù)場所空氣中的細菌數(shù)/(個/m3)蓄舍115高溫環(huán)境中的微生物

高熱環(huán)境--高溫環(huán)境噴發(fā)的火山、地?zé)嵴羝?、沸騰或過熱的溫泉以及高溫堆肥、熱水器和取暖用熱水循環(huán)系統(tǒng)等是常見的天然或人工的高溫環(huán)境。

(四)極端環(huán)境中的微生物極端環(huán)境:不利于一般生物生長的特殊環(huán)境。主要有極端高溫、低溫、高鹽、高壓、高酸、高堿等。例如火山與溫泉、極地或高山冰川、鹽湖、深海底層等。高溫型微生物中以細菌居多，只有少數(shù)真菌。如水生嗜熱桿菌、酸熱芽孢桿菌等。高溫環(huán)境中的微生物

高熱環(huán)境--高溫環(huán)境噴發(fā)的火山、16嗜熱微生物一類生活在高溫環(huán)境中的微生物，如火山口及其周圍區(qū)域、溫泉、工廠高溫廢水排放區(qū)等。

耐熱菌：最高45~55℃,最低＜30℃兼性嗜熱菌：最高50～65℃，最低＜30℃專性嗜熱菌：最適65～70℃，最低42℃極端嗜熱菌：最高＞70℃,最適＞65℃,最低＞40℃超嗜熱菌：最高113℃，最適80～110℃,最低～55℃嗜熱菌嗜熱微生物

17(1)開發(fā)利用新的微生物資源，包括特異性的基因資源；(2)為微生物生理、遺傳和分類乃至生命科學(xué)及相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域（功能基因組學(xué)、生物電子器材等）的研究提供新的課題和材料；(3)為生物進化、生命起源的研究提供新的材料。

研究意義：(1)開發(fā)利用新的微生物資源，包括特異性的基因資源；研究意18(五)工農(nóng)業(yè)產(chǎn)品上的微生物工業(yè)產(chǎn)品上的霉腐大量的工業(yè)產(chǎn)品都是直接或間接用動植物作原料制成的，例如木制品、纖維制品、革制品、橡膠制品、卷煙、化妝品、中成藥等。有些工業(yè)產(chǎn)品如塑料、建筑涂料等很多微生物可以分解、利用。光學(xué)儀器上的鏡頭，建筑泥漿、鋼纜、地下管道、金屬材料等，各種電訊器材、文物、書畫等也可被多種特殊微生物所破壞。(五)工農(nóng)業(yè)產(chǎn)品上的微生物工業(yè)產(chǎn)品上的霉腐19霉腐微生物的作用機理：通過微生物酶系分解工農(nóng)業(yè)產(chǎn)品中的相應(yīng)組分產(chǎn)生危害。在礦物油中生長，不僅因大量菌體阻塞機件，代謝產(chǎn)物會腐蝕金屬器件硫細菌、鐵細菌和硫酸鹽還原菌會對金屬制品、管道和船體外殼等產(chǎn)生腐蝕菌體和代謝物屬于電解質(zhì)，對電訊、電機器材等會危及其電學(xué)性能有些霉菌分泌的有機酸能腐蝕玻璃以致嚴重降低光學(xué)儀器的性能霉腐微生物的作用機理：20控制其溫度、濕度、氧氣和養(yǎng)料采用有效的化學(xué)抑菌劑、殺菌劑或物理殺菌劑在工業(yè)產(chǎn)品加工、包裝過程中，盡量保持環(huán)境衛(wèi)生并嚴防雜菌污染霉腐微生物的控制控制其溫度、濕度、氧氣和養(yǎng)料霉腐微生物的控制212.食品上的微生物食品上微生物的來源：食品原料的采收、運輸、加工和包裝過程中被微生物污染，食品原料在土壤中生長所正常帶有的微生物。污染食品的微生物種類：主要是一些耐熱的、厭氧或兼性微生物（青霉、

木霉、大腸桿菌、枯草桿菌、沙門氏菌、乳酸桿菌、釀酒酵母）。

微生物污染的危害：除引起食品變質(zhì)外，還可能含有各種致病菌和毒素等有害代謝產(chǎn)物，會引起人類的各種嚴重疾病防止霉腐的方法：（1）在加工、制造、包裝過程中必須特別注意清潔衛(wèi)生（2）控制保藏條件——采用低溫、干燥、密封等措施（3）添加少量無毒的化學(xué)防腐劑——如苯甲酸、山梨酸、脫氫醋酸、維生素K、丙酸等2.食品上的微生物223.農(nóng)產(chǎn)品上的微生物主要菌種：主要是一些霉菌（曲霉屬、鐮孢霉屬），許多能產(chǎn)毒素。真菌毒素：黃曲霉毒素單端孢烯族毒素T2凡是被霉菌嚴重污染的糧食一般都含有多種真菌毒素，因此，“防癌必先防霉”。劇毒致癌劑3.農(nóng)產(chǎn)品上的微生物主要菌種：主要是一些霉菌（曲霉屬、鐮孢霉23農(nóng)業(yè)微生物學(xué)ppt課件24

很多微生物在食品、農(nóng)產(chǎn)品上生長后會產(chǎn)生對人有害的毒素（肉毒毒素、黃曲霉素）；不利影響：由于微生物的生長繁殖而腐爛、變質(zhì)，不能再食用或使用；病原微生物進入人體的重要途徑，引起傳染性疾病；有利影響：

利用特定的微生物制備風(fēng)味食品，如醬制品、米酒、腌酸菜等；很多微生物在食品、農(nóng)產(chǎn)品上生長后會產(chǎn)生對人有害的毒素（肉毒25可采用多種方法防止微生物對食品等的破壞可采用多種方法防止微生物對食品等的破壞26二、菌種資源的開發(fā)菌種篩選的一般原則和基本步驟：采集菌樣：了解目標菌分布情況、首選樣品是土壤富集培養(yǎng)：利用選擇性培養(yǎng)基的原理，向所采土樣中加入某些特殊營養(yǎng)物，并創(chuàng)造一些有利于待分離對象生長的條件，使樣品中少量的能分解利用該營養(yǎng)物的微生物大量繁殖，以提高其在群體中的比例，使之便于分離。純種分離（參見第四章）性能測定二、菌種資源的開發(fā)菌種篩選的一般原則和基本步驟：27采取土壤樣品要考慮的幾個問題土質(zhì)肥，微生物含量高，特別肥沃的土壤中細菌多，放線菌少；在植物殘體枯枝落葉下的土壤中較多含有拮抗性真菌。離地面5-20cm處的土壤通氣良好、不受陽光直射，含菌量最高。采土季節(jié)以春秋兩季最好。采土方法：選擇適當?shù)攸c、鏟除表土、取土樣數(shù)十克，盛入事先準備的無菌防水袋中，其上記錄采土?xí)r間、地點、植被情況等。多點采土、混合分離，可以代表每一地塊上的微生物分布平均情況。采取土壤樣品要考慮的幾個問題土質(zhì)肥，微生物含量高，特別肥沃的28第二節(jié)微生物與環(huán)境間的關(guān)系互生關(guān)系

共生關(guān)系

競爭關(guān)系

寄生關(guān)系

獵食關(guān)系

拮抗作用

第二節(jié)微生物與環(huán)境間的關(guān)系互生關(guān)系29一、互生關(guān)系特點：可分可合，合比分好?！昂湍老嗵帯保ㄒ唬┪⑸镩g的互生:

例如:好氧性自生固氮菌(N源)與纖維素分解菌(有機酸)（二）人體腸道中正常菌群與人的互生人體腸道有60-400種微生物可以排阻、抑制外來的腸道致病菌、提供維生素、酶、微量的氮素、產(chǎn)生氣體和糞臭物。（三）微生物-植物的互生（四）互生現(xiàn)象與發(fā)酵工業(yè)的混菌培養(yǎng)

例如:“二步發(fā)酵法生產(chǎn)維生素C”需要弱氧化醋酸桿菌和生黑葡糖酸桿菌。兩種可獨立生活的生物，當它們生活在一起時，通過各自的代謝活動而有利于對方，或偏利于一方的一種生活方式。一、互生關(guān)系兩種可獨立生活的生物，當它們生活在一起時，通過各30一）根際微生物（教材P242）什么叫根際？也稱根圈，指生長中的植物根系直接影響的土壤范圍，包括根系表面至幾毫米的土壤區(qū)域。它是植物根系有效吸收養(yǎng)料和水分的范圍，也是根系分泌作用旺盛的部位，因而是微生物和植物相互作用的界面。根際釋放物質(zhì)的類型：（1）滲出物（2）分泌物（3）植物粘液（4）粘質(zhì)（5）溶胞產(chǎn)物（三）微生物-植物生態(tài)系植物粘液植物粘液滲出物和分泌物粘質(zhì)植物粘液滲出物植物粘液溶胞物質(zhì)一）根際微生物（教材P242）什么叫根際？根際釋放物質(zhì)的類型31

（1）根際效應(yīng)（2）根土比根際與根際外土壤中的微生物群落相比，生活在植物根際中的微生物，在數(shù)量、種類和活性上有明顯不同，表現(xiàn)出特異性，這種現(xiàn)象稱為根際效應(yīng)。----反應(yīng)根圈效應(yīng)的重要指標是指根圈中的微生物數(shù)量同相應(yīng)的無根系影響的土壤中的微生物數(shù)量之比。不同的植物和土壤的特性不一樣，根土比差異較大。（1）根際效應(yīng)（2）根土比根際與根際外土壤32（1）葉面的附生微生物以細菌為主，其次是酵母菌類和少數(shù)絲狀真菌，放線菌則是很少的。乳酸桿菌是葉面廣泛存在的附生細菌，研制泡菜利用的天然接種劑。（2）成熟的漿果表面有大量糖類分泌物，是酵母菌的天然附生環(huán)境。如葡萄酒發(fā)酵；水果腐爛。二）附生微生物指直接著生在植物地上部分表面的微生物，附生在根表面的微生物，通常稱根表微生物。（1）葉面的附生微生物以細菌為主，其次是酵母菌類和少數(shù)絲狀真33二、共生關(guān)系兩種生物共居在一起，相互分工協(xié)作、相依為命，形成在生理上表現(xiàn)出一定的分工，在組織和形態(tài)上產(chǎn)生了新的結(jié)構(gòu)的特殊的共生體。特點：難分難解，合二為一?！跋嘁罏槊?、M與M：地衣（真菌與綠藻、真菌與藍細菌）2、M與植物：①根瘤菌與植物（豆科、非豆科）②菌根菌與植物3、M與動物①M與昆蟲②胃瘤M與反芻動物二、共生關(guān)系兩種生物共居在一起，相互分工協(xié)作、相依為命，形成341.微生物間的共生

典型的例子是地衣地衣組成：真菌（子囊菌，擔(dān)子菌）、單細胞藻類（綠藻，藍藻）地衣的結(jié)構(gòu)：形成有固定形態(tài)的葉狀結(jié)構(gòu)，真菌無規(guī)則地纏繞藻類細胞，或二者組成一定的層次排列。地衣的代謝：地衣中的真菌和藻類已形成特殊形態(tài)的整體了，在生理上相互依存，真菌營異養(yǎng)生活，藻類制造養(yǎng)料，真菌提供水分、無機鹽供藻類光合作用。

1.微生物間的共生典型的例子是地衣35①根瘤菌與豆科植物間的共生------形成根瘤共生體根瘤菌固定大氣中的氣態(tài)氮為植物提供氮素養(yǎng)料；豆科植物的根的分泌物能刺激根瘤菌的生長，同時，還為根瘤菌提供保護和穩(wěn)定的生長條件。2.微生物和植物的共生關(guān)系①根瘤菌與豆科植物間的共生------形成根瘤共生體根瘤36②菌根菌與植物的共生關(guān)系

有些真菌能在一些植物根上發(fā)育，菌絲體包圍在根面（外生菌根）或侵入根內(nèi)或根組織（內(nèi)生菌根），共同發(fā)育，建立共生關(guān)系。這種共生體稱為菌根。植物：2000多種，包括被子植物、裸子植物和蕨類植物。真菌：擔(dān)子菌、子囊菌和藻狀菌。②菌根菌與植物的共生關(guān)系有些真菌能在一些植物根上發(fā)育373.微生物與動物間的共生①微生物與昆蟲的共生

切葉蟻同絲狀真菌的共生是很有趣的。它們將地面的樹葉切碎帶回并混以唾液和糞便等含氮物質(zhì)，在巢室里專門培養(yǎng)絲狀真菌使其生長。螞蟻則以食取部分菌絲和孢子為營養(yǎng)。

真菌與切葉蟻的共生對熱帶雨林地表的落葉轉(zhuǎn)化為土壤有機質(zhì)有重要意義。具有很高的特異性，它們培育的真菌幾乎是純培養(yǎng)體，為此而特稱為蟻的“真菌園”。3.微生物與動物間的共生真菌與切葉蟻的共生對熱帶雨林地表的落38（2）瘤胃微生物與反芻動物的共生關(guān)系牛、羊、駱駝、長頸鹿等反芻動物，草是主要飼料，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和提供大量的菌體蛋白。

瘤胃也為里面居住的微生物提供了必要的營養(yǎng)和生長條件。----可以說如此龐大的牛和大量的牛奶是靠微生物喂出來的瘤胃中生活有大量專性厭氧的細菌和以纖毛蟲為主的原生動物。（2）瘤胃微生物與反芻動物的共生關(guān)系牛、羊、駱駝、長頸鹿等反39三、競爭關(guān)系

特點：“明爭暗斗”兩個或多個群體共同依賴同一個生長基質(zhì)或環(huán)境因素，結(jié)果一方或兩方的群體大小或生長率受到限制的現(xiàn)象。

在發(fā)酵工業(yè)上,常利用加大接種量來控制少量雜菌的污染,也是利用微生物的競爭關(guān)系。微生物對干旱、高溫和低溫等極端因子的抗性也對其競爭能力有重要影響。三、競爭關(guān)系

特點：“明爭暗斗”兩個或多個群體共同40

特點：“損人利己”四、寄生關(guān)系指一種小型生物生活在另一種較大型生物的體內(nèi)或體表，從中取得營養(yǎng)和進行生長繁殖，同時使后者蒙受損害甚至被殺死的現(xiàn)象。微生物間的寄生關(guān)系有時也會給工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來巨大的損失。例如，蘇蕓金芽孢桿菌的生產(chǎn)中，常遇到噬菌體的危害而造成損失。但另一方面人們又能利用它們的寄生關(guān)系來殺死有害微生物，防治動植物病害。特點：“損人利己”四、寄生關(guān)系指一種小型生物生活在另一種較41微生物間的寄生：噬菌體與其宿主之間的關(guān)系真菌對真菌的寄生哈茨木霉和鉤狀木霉細菌或真菌寄生于原生動物細菌寄生于細菌：蛭弧菌寄生于棲菜豆假單胞菌微生物與植物之間的寄生關(guān)系：植物病原體專性寄生物和兼性寄生物微生物與動物之間的寄生關(guān)系：各種病原微生物昆蟲病原菌——生物農(nóng)藥冬蟲夏草微生物間的寄生：42五、獵食關(guān)系一種微生物直接吞食另一種微生物的關(guān)系。原生動物捕食細菌和藻類（水體凈化）真菌捕食土壤線蟲（生物防治）食線蟲真菌撲食線蟲的實物照片（引自張克勤等編著的食線蟲菌物生物學(xué)，2001）五、獵食關(guān)系一種微生物直接吞食另一種微生物的關(guān)系。原生動物捕43捕蟲菌目（Zoopagales）在長期的自然進化中形成的特化結(jié)構(gòu)，特化菌絲構(gòu)成巧妙的網(wǎng)，可以捕捉小型原生動物或無脊椎動物，捕獲物死后，菌絲伸入體內(nèi)吸收營養(yǎng)。捕蟲菌目（Zoopagales）在長期的自然進化中形成的特化44特異性拮抗關(guān)系：微生物間的“化學(xué)戰(zhàn)術(shù)”具有選擇性，抗生菌產(chǎn)生能抑制其它生物生長發(fā)育的抗生素，如青霉素對葡萄球菌等G+菌有抑制作用。非特異性拮抗關(guān)系：微生物間的生長抑制因某種微生物的生長而引起的其它條件的改變，從而抑制它種生物的生長，如酸菜、泡菜、酸奶制品等。特點：“排除異己”一種微生物通過產(chǎn)生某種特殊的代謝產(chǎn)物或改變環(huán)境條件來抑制或殺死另一微生物種群的現(xiàn)象。六、拮抗作用

特異性拮抗關(guān)系：微生物間的“化學(xué)戰(zhàn)術(shù)”具有選擇性，抗生菌產(chǎn)生45AB

微生物之間的拮抗現(xiàn)象圖A是一種芽孢桿菌產(chǎn)生的細菌素對茄子黃萎病菌的拮抗作用；圖B是五株放線菌的菌絲瓊脂塊對黃瓜枯萎病菌的拮抗作用AB微生物之間的拮抗現(xiàn)象46第三節(jié)微生物與自然界物質(zhì)循環(huán)自然界的物質(zhì)處于由無機物轉(zhuǎn)化成有機物，再由有機物轉(zhuǎn)化成無機物的往復(fù)循環(huán)之中。無機物有機物光合作用分解作用生產(chǎn)者：從無機物合成有機物，如植物、微生物消費者：利用有機物進行生活，如動物分解者：分解有機物成無機物，如微生物第三節(jié)微生物與自然界物質(zhì)循環(huán)無機物有機物光合作用分解作用47微生物在生態(tài)系統(tǒng)中的地位1、微生物是有機物的主要分解者；微生物最大的價值也在于其分解功能。它們分解生物圈內(nèi)存在的動物和植物殘體等復(fù)雜有機物質(zhì)，并最后將其轉(zhuǎn)化成最簡單的無機物，再供初級生產(chǎn)者使用。2、微生物是物質(zhì)循環(huán)中的重要成員；微生物參與所有的物質(zhì)循環(huán)，大部分元素及其化合物都受到微生物的作用。在一些物質(zhì)的循環(huán)中，微生物是主要的成員，起主要作用；而一些過程只有微生物才能進行，起獨特作用；而有的是循環(huán)中的關(guān)鍵過程，起關(guān)鍵作用。微生物在生態(tài)系統(tǒng)中的地位1、微生物是有機物的主要分解者；微生483、微生物是生態(tài)系統(tǒng)中的初級生產(chǎn)者；光能營養(yǎng)和化能營養(yǎng)微生物是生態(tài)系統(tǒng)的初級生產(chǎn)者，它們具有初級生產(chǎn)者所具有的二個明顯特征，即可直接利用太陽能、無機物的化學(xué)能作為能量來源，另一方面其積累下來的能量又可以在食物鏈、食物網(wǎng)中流動。4、微生物是物質(zhì)和能量的貯存者；微生物和動物、植物一樣也是由物質(zhì)組成和由能量維持的生命有機體。在土壤、水體中有大量的微生物生物量，貯存著大量的物質(zhì)和能量。5、微生物在地球生物演化中的作用；微生物是最早出現(xiàn)的生物體，并進化成后來的動、植物。藻類的產(chǎn)氧作用，改變大氣圈中的化學(xué)組成，為后來動、植物出現(xiàn)打下基礎(chǔ)。3、微生物是生態(tài)系統(tǒng)中的初級生產(chǎn)者；光能營養(yǎng)和化能營養(yǎng)微生物49微生物在自然界物質(zhì)循環(huán)中的作用一、碳素循環(huán)二、氮素循環(huán)三、硫素循環(huán)和細菌過濾四、磷素循環(huán)微生物在自然界物質(zhì)循環(huán)中的作用一、碳素循環(huán)50大氣中的CO2（0.032%）周轉(zhuǎn)利用最快。大氣中的CO2只夠綠色植物約20年使用。微生物在碳素循環(huán)中的作用：既參與固定CO2光合作用，又參與再生CO2的分解作用。地球上約90%的CO2是由微生物分解作用形成的。一、碳素循環(huán)（1）光合作用：參與光合作用的微生物主要是藻類，藍細菌和光合細菌，它們通過光合作用，將大氣中和水體中的CO2合成為有機碳化物。特別是在大多數(shù)水生環(huán)境中，主要的光合生物是微生物，在有氧區(qū)域以藍細菌和藻類占優(yōu)勢；而在無氧區(qū)域則以光合細菌占優(yōu)勢。

大氣中的CO2（0.032%）周轉(zhuǎn)利用最快。大氣中的CO2只51大氣中CO2的利用植物、微生物的光合作用溶入水中轉(zhuǎn)變?yōu)樘妓猁}大氣中的CO2的蓄積化學(xué)燃料的燃燒微生物對動植物殘體的分解陸地和海洋中動植物的呼吸作用碳酸鹽和珊瑚礁的分解微生物在碳素循環(huán)中的作用（2）分解作用：自然界有機碳化物的分解，主要是微生物的作用，陸地和水域的有氧條件中，通過好氧微生物分解被徹底氧化為CO２；在無氧條件中，通過厭氧微生物發(fā)酵，被不完全氧化成有機酸、甲烷、氫和CO２

。能分解有機碳化物的微生物很多，主要有細菌、真菌和放線菌。大氣中CO2的利用大氣中的CO2的蓄積微生物在碳素循環(huán)中的作52二、氮素循環(huán)大氣N2生物體有機氮NH4+NO3-NO2-NON2ONH2OHNH4+②硝化作用③硝酸鹽同化作用⑤銨鹽同化作用①生物固氮⑥異化性硝酸鹽還原作用⑦反硝化作用⑧亞硝酸氨化作用②硝化作用④氨化作用氮素在自然界的循環(huán)（紅箭頭表示微生物與植物的共同作用；黃箭頭表示生物固氮循環(huán)中的重要環(huán)節(jié)）微生物既可以將有機態(tài)氮化合物分解為無機態(tài)氮化合物，又可以將空氣中的分子態(tài)氮固定為化合態(tài)氮，從而自然界中的氮素不斷發(fā)生轉(zhuǎn)化，這個過程稱氮素循環(huán)。二、氮素循環(huán)大氣N2生物體有機氮NH4+NO3-NO2-NO53氮元素的自然形態(tài)（1）無機態(tài):銨鹽、亞硝酸鹽、硝酸鹽；（2）有機態(tài):蛋白質(zhì)、核酸；（3）分子態(tài):氮氣。（一）生物固氮

分子態(tài)氮被還原成氨和其他氮化物的過程稱為固氮作用。自然界氮的固定，有兩種方式：一是非生物固氮，即通過閃電高溫放電等固氮，這樣形成的氮化物很少。

二是生物固氮，即通過微生物的作用固氮，大氣中90％以上的分子態(tài)氮都是微生物的活性而固定成氮化物。

氮是生物有機體的主要組成元素，氮循環(huán)是重要的生物地球化學(xué)循環(huán)。氮元素的自然形態(tài)（1）無機態(tài):銨鹽、亞硝酸鹽、硝酸鹽；（2）54（二）硝化作用（nitrification）定義：氨態(tài)氮經(jīng)消化細菌的氧化，轉(zhuǎn)變?yōu)橄跛釕B(tài)氮的過程。過程：兩階段——（1）由亞硝化細菌參與，銨→亞硝酸；（2）由硝化細菌參與，亞硝酸→硝酸。意義：是自然界氮素循環(huán)中不可缺少的一環(huán)，對農(nóng)業(yè)并無多大利益，因為硝酸鹽比銨鹽水溶性強，極易被雨水帶走而降低肥效。（二）硝化作用（nitrification）定義：氨態(tài)氮經(jīng)消55（三）氨化作用(ammonnification）定義：含氮有機物經(jīng)微生物的分解產(chǎn)生氨的作用。含氮有機物的種類：蛋白質(zhì)、尿素、尿酸、幾丁質(zhì)等分解含氮有機物的微生物種類：很多細菌、真菌和放線菌都能分解蛋白質(zhì)及其含氮衍生物，氨化作用產(chǎn)生的氨，一部分供微生物、植物同化，一部分被轉(zhuǎn)變成硝酸鹽。意義：含氮有機物必須經(jīng)過微生物降解才能被植物利用。（三）氨化作用(ammonnification）定義：含氮有56定義：土壤中的硝酸鹽經(jīng)微生物的作用而被還原成亞硝酸鹽，再進一步還原成分子態(tài)氮的過程。菌種：少數(shù)異養(yǎng)和化能自養(yǎng)菌。意義：不利的一面，反硝化作用造成土壤中植物可利用的氮消失；另一方面，如果沒有反硝化作用，氮素就要失去平衡，物質(zhì)循環(huán)無法進行，所以從這點上講，反硝化作用又是必需的。另外，反硝化作用還能提高水的飲用性，因為含有高濃度的硝酸鹽的水是有毒的。（四）反硝化作用（脫氮作用，denitrification）定義：土壤中的硝酸鹽經(jīng)微生物的作用而被還原成亞硝酸鹽，再進一57SSO42-H2S生物體有機硫④異化性硫酸鹽還原①同化性硫酸鹽還原②脫硫作用③硫氧化作用⑤異化性硫還原③硫氧化作用三、硫素循環(huán)與細菌過濾在自然界，硫素以元素Ｓ，H2S，硫酸鹽和有機態(tài)硫的形式存在，而植物一般只能以無機鹽類作為養(yǎng)料。因此，Ｓ素各種形式的循環(huán)轉(zhuǎn)化，對植物營養(yǎng)非常重要。1．分解作用：

動、植物和微生物尸體中的有機硫化物，被微生物降解成無機物（硫酸鹽、H2S等）的過程稱為分解作用。SSO42-H2S生物體有機硫④異化性硫酸鹽還原①同化性硫酸58（二）細菌過濾也稱細菌冶金，是近年來新興的綠色冶金工藝。它主要是應(yīng)用細菌法溶浸貧礦、廢礦、尾礦和大冶爐渣等，以回收某些貴重有色金屬和稀有金屬，達到防止礦產(chǎn)資源流失，最大限度地利用礦藏的一種冶金方法。主要有三步：1.溶礦：硫酸銅溶出2.置換：用鐵屑置換銅3.再生浸礦劑：Fe2+→Fe3+2．微生物利用硫酸鹽和H2S，組成本身細胞物質(zhì)的過程稱為同化作用，細菌、放線菌、真菌中都有能利用硫酸鹽作為硫源的種類。僅少數(shù)微生物同化H2S。3．無機硫的氧化作用：無機硫的氧化作用是微生物氧化硫化氫、元素Ｓ或FeS等生成硫酸鹽的過程。主要是硫細菌。

4．無機硫化物的還原作用：無機硫化物的還原作用是在厭氧條件下微生物將硫酸鹽還原成H2S的過程。參與此過程的微生物是硫酸鹽還原細菌（脫硫弧菌屬、脫硫腸狀菌屬）。

（二）細菌過濾也稱細菌冶金，是近年來新興的綠色冶金工59含磷礦物風(fēng)化作用PO43-不溶性磷酸鹽有機磷化物土壤固定微生物溶磷作用植物微生物同化作用微生物解磷作用①有機磷化物的分解(解磷作用)(作用的主要細菌：假單孢菌屬、芽孢桿菌屬；霉菌：曲霉、青霉、根霉等)，②不溶性無機磷化物的轉(zhuǎn)化(溶磷作用)

)(作用的主要微生物：假單孢菌屬、芽孢桿菌屬、青霉等)，③有效磷的微生物固定四、磷素循環(huán)磷是所有生物都需要的生命元素，遺傳物質(zhì)的組成和能量貯存都需要磷。微生物參與磷循環(huán)的所有過程，但在這些過程中，微生物不改變磷的價態(tài)，因此微生物所推動的磷循環(huán)可看成是一種轉(zhuǎn)化。含磷礦物風(fēng)化作用PO43-不溶性磷酸鹽有機磷化物土壤固定微生60第三節(jié)微生物與環(huán)境保護一、微生物對土壤中污染物的降解二、微生物對農(nóng)藥和合成聚合物的降解三、微生物對有毒元素的轉(zhuǎn)化四、污水處理的微生物學(xué)原理五、微生物對空氣污染的指示作用六、沼氣發(fā)酵第三節(jié)微生物與環(huán)境保護一、微生物對土壤中污染物的降解61環(huán)境污染：生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、機能受到外來有害物質(zhì) 的影響或破壞，無法進行正常的物質(zhì)循環(huán)。水體污染的表現(xiàn)：無法進行水的自凈作用污水的種類：生活污水、工業(yè)有機污水（如屠宰、造紙、 淀粉和發(fā)酵工業(yè)）、工業(yè)有毒污水（如農(nóng) 藥、炸藥、石油化工、電鍍、印染、制革 等行業(yè)）和其它污水（如醫(yī)院）。有害物質(zhì)的種類：農(nóng)藥、炸藥、多氯聯(lián)苯（PCB）、多環(huán)芳 烴（致癌）酚、氰和丙烯腈等污水處理方法中，最關(guān)鍵、最有效和最常用的是微生物處理法。環(huán)境污染：生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、機能受到外來有害物質(zhì) 的影響或破62污水處理中的特殊微生物自然界中微生物的分解能力：分解氰 諾卡氏菌屬等14屬49種分解多氯聯(lián)苯 少數(shù)紅酵母、假單胞菌 無色桿菌屬等分解多環(huán)芳烴 產(chǎn)堿桿菌、假單胞菌、 棒桿菌、諾卡氏菌分解硝基炸藥 檸檬酸桿菌屬、腸桿菌屬 克雷伯氏菌屬、埃希氏菌屬 假單胞菌屬等若干菌種降解高分子物質(zhì) 惡臭假單胞菌、芽孢桿菌污水處理中的特殊微生物自然界中微生物的分解能力：63

一、微生物對土壤中污染物的降解

1.作為廢棄物處理系統(tǒng)的土壤

土壤對于外來污染物質(zhì)具有一定自動凈化能力，這是由于土壤中數(shù)量巨大和種類繁多的微生物的作用，特別是那些能夠降解復(fù)雜有機物的微生物。

能夠降解人造有機化合物的許多細菌都含有降解質(zhì)粒。2.土壤的污染源

工業(yè)污水農(nóng)用化學(xué)制品糞肥和垃圾

一、微生物對土壤中污染物的降解1.作為廢棄物處理系統(tǒng)的64二、微生物對農(nóng)藥和合成聚合物的降解

1.微生物對化學(xué)農(nóng)藥的轉(zhuǎn)化和降解

化學(xué)農(nóng)藥在土壤中的降解類型----①光化學(xué)降解②化學(xué)降解③微生物降解（降解農(nóng)藥的微生物）

2.人工合成聚合物的分解

人工合成的高分子聚合物是各種塑料制品的原料。90%是由聚乙烯、聚氯乙烯和聚苯乙烯所構(gòu)成。高分子聚合物的分子量在數(shù)千至15萬的范圍內(nèi)，一般都能抗生物降解。聚合物之所以難以降解與其分子量過大有關(guān)。分子量越大，抗生物降解性越強。二、微生物對農(nóng)藥和合成聚合物的降解1.微生物對化學(xué)農(nóng)藥的轉(zhuǎn)65三、微生物對有毒元素的轉(zhuǎn)化

污染土壤的有毒元素主要來自工業(yè)廢水、廢渣和垃圾，冶煉和采礦工業(yè)是向環(huán)境中釋放有毒元素的主要污染源。對人畜毒害大的污染元素有汞、砷、硒、鎘、鉛、鉻、鎳、鉬、鋅等元素，這些元素對生物的致毒作用有3個特點：①致毒濃度如汞、鎘等重金屬的致毒濃度范圍在1-10mg/kg以下，微量的重金屬就可能產(chǎn)生毒性效應(yīng)；②通過食物鏈積累重金屬可在高營養(yǎng)級水平的生物體內(nèi)成千萬倍地富集，然后通過食物進入人體，造成慢性中毒；③有些重金屬通過微生物的作用可轉(zhuǎn)化成毒性更強的化合物，如汞的甲基化。

利用微生物從土壤中吸收提取這些物質(zhì)，然后集中處理，消除其污染。三、微生物對有毒元素的轉(zhuǎn)化污染土壤的有毒元素主要來自工66微生物對重金屬的抗性作用

產(chǎn)生硫化氫與重金屬結(jié)合形成沉淀，減少濃度達到解毒的作用，這種機制是非專一性的；產(chǎn)生大分子有機物（主要為蛋白質(zhì)和核酸），與重金屬結(jié)合形成沉淀，減少濃度達到解毒的作用，這種機制具有很高的專一性的，如微生物對銅、鉛的抗性；

還原作用，使重金屬從毒性較高的價態(tài)還原到毒性較低的價態(tài)，如很多微生物可以把高毒性的Hg2+還原為低毒性的元素Hg0沉淀于培養(yǎng)液低部；

減少吸收或增加排除，以降低細胞內(nèi)的重金屬濃度，如金黃色葡萄球菌對鎘的抗性；

吸附與積累，有些微生物可吸收重金屬并在細胞表面積累，甚至可達細胞干重90%，這種機制有兩種情況，一種是非專一性的，另一種是專一性的。微生物對重金屬的抗性作用67四、污水處理的微生物學(xué)原理

1.自然水體的自凈作用2.水體富營養(yǎng)化

3.污水處理及微生物的作用

四、污水處理的微生物學(xué)原理1.自然水體的自凈作用68一、水體自凈作用是發(fā)生在受到污染（特別是有機污染）的水體中的一個生態(tài)學(xué)過程，在這個過程中微生物消耗或吸收了水中的污染物，使得水或水體向凈化的方向轉(zhuǎn)變。

（1）概念（２）作用造成這一轉(zhuǎn)變的生物化學(xué)過程常被稱作生物降解。生物降解是指在微生物作用下，有機化合物轉(zhuǎn)化為低級有機物和簡單無機物的過程。一、水體自凈作用是發(fā)生在受到污染（特別是有機污染）的水體中的69

富營養(yǎng)化是湖泊分類和演化學(xué)的一個概念，它指的是當湖泊水中的N、P等植物營養(yǎng)物（如氨氮、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮、尿素、磷酸鹽）的濃度超過一定數(shù)值時引起的湖泊生態(tài)系統(tǒng)的一種惡性循環(huán)。２．水體富營養(yǎng)化

（１）概念①大量含有氮磷的污水進入一個湖泊；②湖泊中的主要生產(chǎn)者藻類的快速生長；③藻類的尸體則為湖泊微生物提供了充足的養(yǎng)料，它們也因而大量繁殖并快速消耗水中的溶解氧；

（２）生態(tài)循環(huán)過程

２．水體富營養(yǎng)化

（１）概念①大量含有氮磷70④由于微生物集中于底泥之中，結(jié)果造成水的底層缺氧。⑤缺氧層的厚度越來越大，從而把好氧微生物的活動范圍更加限制在表層。⑥直到最后，只有水面薄薄的一層還有藻類生長，其他需氧生物統(tǒng)統(tǒng)死亡。⑦藻類生長進一步限制了陽光的入射深度和氧氣補充速度，更加劇了這一過程。⑧最后系統(tǒng)終于崩潰，藻類也由于缺氧而開始大量死亡，形成"赤潮"。④由于微生物集中于底泥之中，結(jié)果造成水的底層缺氧。71水華：淡水水體中的富營養(yǎng)化水華：淡水水體中的富營養(yǎng)化72赤潮：咸水水體中的富營養(yǎng)化赤潮：咸水水體中的富營養(yǎng)化73

①營養(yǎng)物太多②水力條件──水流緩慢，陽光照射造成水溫的垂直分布阻礙水的垂直混合等等。（３）形成因素

到了富營養(yǎng)化階段，湖泊就進入了老化階段，開始走向消亡──湖底逐漸升高，以至于變成沼澤，最后變?yōu)殛懙亍Ｋ廴緦吹奈：驮谟谑顾械闹参餇I養(yǎng)物過快積累起來，使得湖泊提前進入富營養(yǎng)化階段，加快它的消亡過程。（４）結(jié)果（３）形成因素（４）結(jié)果74污水處理及微生物的作用

基本原理是污水通過需氧微生物的旺盛代謝活動，氧化分解有機污染物，使污水凈化。根據(jù)污水處理過程中起作用的微生物對氧氣需求的不同，可將污水生物處理分為需氧處理與厭氧處理兩大類。常用的方法有：活性污泥法、生物膜法、氧化塘法、厭氧消化法和土地處理法5大類型。污水處理及微生物的作用基本原理是污水通過需氧微生物的旺盛代75(3)總需氧量（totaloxygendemand,TOD）污水中能被氧化的物質(zhì)（主要是有機物）在高溫下燃燒變成穩(wěn)定氧化物時所需的氧量。污水處理中幾個常用的名詞解釋：(1)生化需氧量（biochemicaloxygendemand,

BOD）指在特定時間和溫度下，微生物好氧過程中氧化一升污水中的有機物所需氧的毫克數(shù)(單位為mg/L)。測定條件：20℃下5晝夜-------BOD5

(2)化學(xué)需氧量（chemicaloxygendemand,COD）表示水體中有機物含量的一個簡便的間接指標,指1L污水中所含有的有機