第七章 生態(tài)系統(tǒng)課件

第七章微生物生態(tài)一、生態(tài)系統(tǒng)和生物圈（一）生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)系統(tǒng)是在—定時(shí)間(或長(zhǎng)或短)和空間范圍內(nèi)由生物與它們的生境通過(guò)能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)所組成的一個(gè)自然體。簡(jiǎn)稱生態(tài)系，可用公式表示。生態(tài)系統(tǒng)＝生物群落十環(huán)境條件。第一節(jié)生態(tài)系統(tǒng)個(gè)體、種群和生物群落個(gè)體是指某一具體的生物單個(gè)個(gè)體,有其生長(zhǎng)、發(fā)育、繁殖和死亡的過(guò)程。是組成種群的組成單位。種群是生活在同一特定空間的同一生物種的所有個(gè)體的集合體，是生物群落的組成單位。生物群落:生活在同一特定空間或區(qū)域的所有生物種群的聚合體，是生態(tài)系統(tǒng)的組成部分。生態(tài)系統(tǒng)的四個(gè)基本組成環(huán)境、生產(chǎn)者、消費(fèi)者及分解或轉(zhuǎn)化者。

1.環(huán)境：指生態(tài)系統(tǒng)中的各種無(wú)生命的無(wú)機(jī)物、有機(jī)物和各種自然因素（如土壤、空氣、水等）。2.生產(chǎn)者：主要是綠色植物，凡能進(jìn)行光合作用制造有機(jī)物的植物種類，包括單細(xì)胞藻類，均屬于生產(chǎn)者。還有一些能利用化學(xué)能把無(wú)機(jī)物轉(zhuǎn)化為有機(jī)物的化能自養(yǎng)型微生物也屬于生產(chǎn)者。3.消費(fèi)者：消費(fèi)者：主要是動(dòng)物，又分為一級(jí)消費(fèi)者（如草食性動(dòng)物）；二級(jí)消費(fèi)者（如肉食動(dòng)物）等等。4.分解者：指各種具有分解能力的微生物，也包括一些微型動(dòng)物，如鞭毛蟲(chóng)，土壤線蟲(chóng)等。（二）生物圈生存在地球陸地以上和海面以下各約10千米之間的范圍，包括巖石圈、土壤圈、水圈和大氣圈內(nèi)所有各種生物群落及人與它們生存環(huán)境的總體叫生物圈。一、生態(tài)系統(tǒng)和生物圈二、生態(tài)平衡當(dāng)能量和物質(zhì)的輸入大于輸出，生物量增加，反之，生物量減少。如有外來(lái)干擾，生態(tài)系統(tǒng)能通過(guò)自行調(diào)節(jié)的能力恢復(fù)到原來(lái)的穩(wěn)定狀態(tài)，這就是生態(tài)系統(tǒng)平衡，即生態(tài)平衡。生態(tài)閾限：生態(tài)系統(tǒng)對(duì)來(lái)自自然界或人類施加干擾的最大限度的調(diào)節(jié)能力稱生態(tài)閾限。

三、生態(tài)系統(tǒng)的分類

根據(jù)生存環(huán)境：水體生態(tài)系統(tǒng)和陸地生態(tài)系統(tǒng)等。根據(jù)動(dòng)態(tài)和靜態(tài)：河流生態(tài)系統(tǒng)和湖泊生態(tài)系統(tǒng)等。根據(jù)生物群落：動(dòng)物生態(tài)系統(tǒng)、植物生態(tài)系統(tǒng)及微生物生態(tài)系統(tǒng)等。

第二節(jié)土壤微生物生態(tài)土壤是微生物最良好的天然培養(yǎng)基，它具有微生物所必需的營(yíng)養(yǎng)和微生物生長(zhǎng)繁殖及生命活動(dòng)所需的各種條件。一、土壤的生態(tài)條件

土壤的生態(tài)條件如下：

1.營(yíng)養(yǎng)土壤中有大量動(dòng)、植物殘?bào)w，植物根系的分泌物，還有人和動(dòng)物的排泄物；有豐富的無(wú)機(jī)元素和微量元素，能滿足微生物生長(zhǎng)發(fā)育的需要。

2.pH

土壤pH范圍在3.5—8.5之間，多數(shù)在5.5～

8.5之間，適合大多數(shù)微生物生長(zhǎng)需要。3.滲透壓革蘭氏陰性桿菌體內(nèi)的滲透壓為0.5～0.6MPa，革蘭氏陽(yáng)性球菌體內(nèi)滲透壓為2.0～

2.5MPa。土壤的滲透壓通常在0.3～

0.6MPa之間，有利于微生物攝取營(yíng)養(yǎng)。4.氧氣和水

土壤具有團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，為土壤創(chuàng)造通氣條件，氧的含量為土壤空氣體積的7％-8％。土壤的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)中的小空隙還起毛細(xì)管的作用，具有持水性，為微生物提供了水分。5.溫度

土壤的保溫性也較強(qiáng)，一年四季溫度變化不大，即使冬季地面凍結(jié)，一定深度土壤中仍保持著一定的溫度，可供微生物生長(zhǎng)需要。6.保護(hù)層

幾毫米厚的表層土是保護(hù)層，使土壤中的微生物免遭太陽(yáng)光中紫外輻射的直接照射致死。二、微生物在土壤中的種類、數(shù)量和分布

(一)土壤中微生物的種類和數(shù)量土壤中有機(jī)物含量的多寡是衡量土壤肥力的指標(biāo)之一。通常把土壤分為肥土和貧瘠土。土壤微生物以細(xì)菌量最大，約占70％-90％，其次為放線菌、真菌、藻類、原生動(dòng)物等。(二)微生物在土壤中的分布

1.土壤中微生物的水平分布取決于碳源油田地區(qū)存在以碳?xì)浠衔餅樘荚吹奈⑸铩Ｉ滞寥乐写嬖诜纸饫w維素的微生物。含動(dòng)、植物殘?bào)w多的土壤中含氨化細(xì)菌、硝化細(xì)菌較多。二、微生物在土壤中的種類、數(shù)量和分布

2.影響土壤中微生物的垂直分布的因素：輻射：造成表面土微生物容易死亡而數(shù)量少。水：缺少水造成表面土微生物容易死亡而數(shù)量少。營(yíng)養(yǎng)：隨土層深度增加營(yíng)養(yǎng)減少，在離表面2m深處微生物每克土只有幾個(gè)，氧氣：同營(yíng)養(yǎng)。在5-20cm處微生物數(shù)量最多。

二、微生物在土壤中的種類、數(shù)量和分布

(二)微生物在土壤中的分布三、土壤自凈和污染土壤微生物生態(tài)

(一)土壤自凈

土壤自凈能力的大小的決定因素：

1.土壤中微生物的種類、數(shù)量和活性。種類數(shù)量多，降解活性強(qiáng)，則自凈能力強(qiáng)。

2.土壤結(jié)構(gòu)、通氣狀況等理化性質(zhì)。

團(tuán)粒結(jié)構(gòu)好，能夠提供吸附力及充足氧氣，則自凈能力強(qiáng)。

(二)污染土壤的微生物生態(tài)

污(廢)水長(zhǎng)期灌溉會(huì)引誘導(dǎo)產(chǎn)生分解各種污染物的微生物新品種。誘導(dǎo)產(chǎn)生的能分解聚氯聯(lián)苯的諾卡氏菌三、土壤自凈和污染土壤微生物生態(tài)土壤微生物對(duì)重金屬元素的凈化機(jī)制：1.微生物體內(nèi)積累（毒性增加）銅綠色假單胞菌可將無(wú)機(jī)汞轉(zhuǎn)化為毒性更強(qiáng)的有機(jī)汞積累在微生物體內(nèi)。大腸埃希氏菌(E．coli)可使二價(jià)汞還原為元素汞。2.微生物體內(nèi)代謝（毒性減弱）節(jié)桿菌等可氧化亞砷酸鹽為砷酸鹽，降低毒性，或使砷甲基化。土壤中的細(xì)菌、放線菌和真菌還能還原硒氧化物為元素硒，使毒性降低。四、土壤污染和土壤生物修復(fù)(一)土壤的污染及其不良后果

四、土壤污染和土壤生物修復(fù)(一)土壤的污染及其不良后果

1.有機(jī)、無(wú)機(jī)毒物過(guò)多滯留、積累在土壤中，改變了土壤理化性質(zhì)，破壞土壤生態(tài)平衡。2.土壤中的毒物隨食物鏈遷移，或造成水體污染，毒害人類。3.污水和廢物中含有的各種病原微生物通過(guò)各種途徑轉(zhuǎn)移到水體，進(jìn)而進(jìn)入人體中，引起人的疾病。(二)土壤修復(fù)土壤生物修復(fù)是利用土壤中天然的微生物資源或人為投加目的菌株，甚至用構(gòu)建的特異降解功能菌投加到各污染土壤中，將滯留的污染物快速降解和轉(zhuǎn)化，使土壤恢復(fù)其天然功能。四、土壤污染和土壤生物修復(fù)

土壤生物修復(fù)技術(shù)的關(guān)鍵因素

1.微生物種：“土著”微生物具有經(jīng)濟(jì)性，但效果較差。選育優(yōu)勢(shì)菌種，擴(kuò)大培養(yǎng)接種到污染土壤中。這方法較易實(shí)施，收效快而效果好。用質(zhì)粒育種或基因工程構(gòu)建工程菌并接種到污染土壤中。這種方法有不相容性。2.微生物營(yíng)養(yǎng)：與廢水處理一樣，土壤微生物也需一定的營(yíng)養(yǎng)元素比例，即C：N：P比。因污染物過(guò)量積累，可能品種單一，營(yíng)養(yǎng)元素比例失衡嚴(yán)重，要通過(guò)可行性試驗(yàn)確定適宜的營(yíng)養(yǎng)元素比例。

土壤生物修復(fù)技術(shù)的關(guān)鍵因素

3.溶解氧：土壤的結(jié)構(gòu)、土質(zhì)不同，污染物數(shù)量不等，其中的溶解氧量也隨之不同。為保證有效分解污染物，用鼓風(fēng)機(jī)向地下鼓風(fēng)，使微生物對(duì)污染物的好氧分解有足夠的氧分。

土壤生物修復(fù)技術(shù)的關(guān)鍵因素

4.微生物的環(huán)境因子：適量的水、pH和溫度對(duì)于土壤的生物修復(fù)也有很大的影響。這些都是決定微生物生長(zhǎng)繁殖狀況的關(guān)鍵因素。

土壤生物修復(fù)技術(shù)的關(guān)鍵因素

土壤生物修復(fù)技術(shù)的關(guān)鍵因素

5.污染物的類型：相對(duì)于芳香烴，氯代芳香烴化合物降解更為困難，主要由于：需要較高能量打開(kāi)C-Cl鍵。該類化合物的降解需要兩個(gè)緊鄰的未被Cl取代的碳原子以便能夠加入羥基，進(jìn)一步加氧完成開(kāi)環(huán)。

土壤生物修復(fù)技術(shù)的關(guān)鍵因素5.污染物的類型：

土壤生物修復(fù)工程

一般適用于小面積土壤修復(fù)。土壤生物修復(fù)工程有如下幾種形式：

1.原位處理：2.生物通風(fēng)：是改進(jìn)和強(qiáng)化原位處理的一種方法，此方法用于處理因儲(chǔ)油罐泄漏而污染的土壤，與原位處理不同是氣體流動(dòng)，氣體發(fā)生變化。

土壤生物修復(fù)工程

3.挖掘堆置處理和反應(yīng)器處理:挖掘堆置處理類似于固體廢棄物的堆肥，反應(yīng)器處理與污水生物處理類似。這兩個(gè)處理工藝效果較好，但費(fèi)用高。

土壤生物修復(fù)工程

土壤生物修復(fù)工程

4.植物修復(fù)技術(shù)植物提取：利用植物吸收積累污染物。植物降解：利用根系吸收、根際微生物轉(zhuǎn)化。植物穩(wěn)定：利用根系與土壤將污染物固定。第三節(jié)空氣微生物生態(tài)

一、空氣的生態(tài)條件空氣中有較強(qiáng)的紫外輻射，具有較干燥，溫度變化大，缺乏營(yíng)養(yǎng)等特點(diǎn)?？諝獠皇俏⑸锷L(zhǎng)繁殖的場(chǎng)所，空氣中微生物數(shù)量較多，但只是暫時(shí)停留。

二、空氣微生物的種類、數(shù)量和分布種類：以細(xì)菌和霉菌為主。數(shù)量：與環(huán)境衛(wèi)生狀況和綠化狀況有關(guān)。分布：非常廣泛，隨空氣流動(dòng)，不同場(chǎng)所分布有差異。三、空氣微生物的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)及生物潔凈技術(shù)目前，空氣還沒(méi)有統(tǒng)一的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，一般以室內(nèi)1m3空氣中細(xì)菌總數(shù)為500—1000個(gè)以上作為空氣污染的指標(biāo)?？諝馕廴镜闹甘揪匝屎碚＞鷧仓械木G色鏈球菌為最合適。美國(guó)宇航局標(biāo)準(zhǔn)NHB5340.2中的潔凈等級(jí)生物潔凈室標(biāo)準(zhǔn)塵埃生物粒子粒徑(μm)個(gè)/L浮游量(個(gè)/L)浮沉量(個(gè)/㎡周)100≥0.5≤3.5≤0.00351290010000≥0.5≥5.0≤350≤2.3≤0.017664600100000≥0.5≥5.0≤3500≤23≤0.0884323000GBJ73-84規(guī)定的潔凈度等級(jí)等級(jí)每立方米（升）空氣中>0.5μm塵粒數(shù)每立方米（升）空氣中>5μm塵粒數(shù)100<3.5×103

1000<3.5×104<2.5×10210000<3.5×105<2.5×103100000<3.5×106<2.5×104四、空氣微生物檢測(cè)評(píng)價(jià)空氣的清潔程度，需要測(cè)定空氣中的微生物數(shù)量和空氣污染微生物。測(cè)定的細(xì)菌指標(biāo)有細(xì)菌總數(shù)和綠色鏈球菌，在必要時(shí)則測(cè)病源微生物。(一)空氣微生物的測(cè)定方法

1．固體法平皿落菌法(沉降—平板法)撞擊法(有縫隙采樣器、篩板采樣器、針孔采樣器)過(guò)濾法1．固體法(1)平皿落菌法將營(yíng)養(yǎng)瓊脂平板放在待測(cè)點(diǎn)。打開(kāi)皿蓋暴露于空氣5-10min。置于培養(yǎng)箱中培養(yǎng)48h后取出計(jì)菌落數(shù)。

(一)空氣微生物的測(cè)定方法

奧氏公式如下：

C=1000÷(A／100×t×l0／5)／N

式中：C——空氣細(xì)菌數(shù)/m3；

A——捕集面積，cm2；

t——暴露時(shí)間，min；

N——菌落數(shù)，個(gè)。簡(jiǎn)化后的奧氏公式：

C＝1000×50NA×t1.固體法

（2）撞擊法：

以縫隙采樣器為例，含菌空氣以一定流速穿過(guò)狹縫而被抽吸到營(yíng)養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基平板上。根據(jù)取樣時(shí)間和空氣流量算出單位空氣中的含菌量。

(一)空氣微生物的測(cè)定方法

2．液體法

該法將一定體積的含菌空氣通入無(wú)菌蒸餾水或無(wú)菌液體培養(yǎng)基中然后取少量菌液涂布于平板上。培養(yǎng)后按稀釋比例計(jì)算空氣中菌含量。

(一)空氣微生物的測(cè)定方法

(二)空氣微生物的檢測(cè)點(diǎn)數(shù)空氣微生物的測(cè)點(diǎn)數(shù)越多越準(zhǔn)確，為照顧到工作方便，又相對(duì)準(zhǔn)確，以20～30個(gè)測(cè)點(diǎn)數(shù)為宜，最少測(cè)點(diǎn)數(shù)為5—6。

(三)空氣微生物的培養(yǎng)溫度和時(shí)間長(zhǎng)期以來(lái)，培養(yǎng)空氣細(xì)菌的溫度和時(shí)間是37℃，48h，根據(jù)實(shí)驗(yàn)認(rèn)為培養(yǎng)一般細(xì)菌和細(xì)菌總數(shù)以31-32℃，24h或48h；培養(yǎng)真菌以25℃，96h為好。

(四)浮游菌最小采樣量和最小沉降面積在測(cè)浮游菌時(shí)，為了避免出現(xiàn)“0”粒的概率，確保測(cè)定結(jié)果的可靠性，要考慮最小采樣量。同樣，在測(cè)降落菌時(shí)，要考慮最小沉降面積。第四節(jié)水體微生物生態(tài)

水體中微生物的來(lái)源有四方面：1.水體中固有的微生物

2.來(lái)自土壤的微生物

由于雨水沖刷地面，將土壤中的微生物帶到水體中。3.來(lái)自生產(chǎn)和生活的微生物各種工業(yè)廢水、生活污水和牲畜的排泄物夾帶各種微生物進(jìn)入水體。4.來(lái)自空氣微生物一、水體中的微生物群落1.海洋微生物的群落分布：海面0-10米：藻類、好氧菌。海面5-50米：兼性厭氧菌。海底：兼性厭氧菌、厭氧菌。其中，海面0-100米以細(xì)菌為主；100米以下以古菌為主。

(一)海洋中微生物群落

2.海洋微生物群落特征：按棲息地可分為：底棲性細(xì)菌浮游性細(xì)菌有鞭毛，自由生活，有熒光假單腦菌、變形桿菌、纖維弧菌、螺旋菌及人和動(dòng)物的腸道細(xì)菌。附著性細(xì)菌附著在動(dòng)、植物體上，是異養(yǎng)菌。一、水體中的微生物群落

(一)海洋中微生物群落

(二)淡水微生物群落種類與土壤相似。分布規(guī)律和海洋的相似。一、水體中的微生物群落二、水體自凈和污染水體的微生物生態(tài)(一)水體自凈

1．水體自凈過(guò)程物理作用：稀釋、沉淀（強(qiáng)）化學(xué)作用：日光、氧氣等對(duì)污染物的分解（弱）生物作用：生物降解（食物鏈）（強(qiáng)）提問(wèn)：水體自凈速度有哪些限制因素？物理？?jī)羲髁俊⒘魉?、污染物物理性質(zhì)化學(xué)？地域、季節(jié)、天氣生物？生物種類、數(shù)量（營(yíng)養(yǎng)物濃度、環(huán)境因子）、代謝的極限速度因此水體的自凈速度是有限的。在正常情況下，水體單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)正常生物循環(huán)中能夠同化有機(jī)污染物的最大數(shù)量稱為同化容量或自凈容量。

在自凈容量范圍內(nèi)水體的凈化是如何進(jìn)行的呢？水體自凈過(guò)程：污水

(一)水體自凈

2．衡量水體自凈的指標(biāo)二、水體自凈和污染水體的微生物生態(tài)水體外觀、化學(xué)指標(biāo)、生物種類、數(shù)量及比例關(guān)系、溶解氧等等山東小清河第七章生態(tài)系統(tǒng)第七章生態(tài)系統(tǒng)第七章生態(tài)系統(tǒng)第七章生態(tài)系統(tǒng)二、水體自凈和污染水體的微生物生態(tài)A、P／H指數(shù)與BIP指數(shù)P/H

=（有葉綠素的微生物數(shù)量）/（異養(yǎng)微生物數(shù)量）BIP=（無(wú)葉綠素的微生物數(shù)量）/（全部微生物數(shù)量）≈H/（P+H）×100%

污染前污染凈化開(kāi)始持續(xù)結(jié)束

P/H：高下降最低點(diǎn)上升高

BIP：0~8上升60~100下降0~8通常使用的是BIP指數(shù)。

(一)水體自凈

2．衡量水體自凈的指標(biāo)

(一)水體自凈

2．衡量水體自凈的指標(biāo)

B、氧垂曲線：

A為有機(jī)物分解的耗氧曲線，B為水體復(fù)氧曲線，C為氧垂曲線，最低點(diǎn)Cp為最大缺氧點(diǎn)。二、水體自凈和污染水體的微生物生態(tài)C．氧濃度晝夜變化幅度提問(wèn)：為什么不同的凈化程度晝夜變化幅度不同？氧濃度高低與細(xì)菌含量有關(guān)，晝夜變幅與藻類數(shù)量有關(guān)，因此與P/H或BIP有關(guān)。二、水體自凈和污染水體的微生物生態(tài)

(一)水體自凈

2．衡量水體自凈的指標(biāo)

D．水體外觀污染前污染

凈化開(kāi)始

持續(xù)結(jié)束

無(wú)色暗灰色

灰色

繼續(xù)變清

無(wú)色

二、水體自凈和污染水體的微生物生態(tài)

(一)水體自凈

2．衡量水體自凈的指標(biāo)

(二)污染水體的微生物生態(tài)1.污化系統(tǒng)(1)多污帶：注：顫蚯蚓屬后生動(dòng)物，與陸地上的蚯蚓從體態(tài)和習(xí)性上都十分相似，他們也是環(huán)節(jié)動(dòng)物，棲息于水底污泥中，與蚯蚓類似吞食污泥故俗稱水蚯蚓，與蚯蚓不同的是，他們體表多毛。

(2)α—中污帶：有關(guān)生物的形態(tài)見(jiàn)下圖天藍(lán)喇叭蟲(chóng)、椎尾水輪蟲(chóng)、櫛蝦。天藍(lán)喇叭蟲(chóng)椎尾水輪蟲(chóng)櫛蝦(3)β—中污帶：β-中污帶的藻類見(jiàn)下圖。變異直鏈硅藻短棘盤(pán)星藻水花束絲藻梭裸藻

(4)寡污帶：寡污帶的指示生物見(jiàn)附圖輪蟲(chóng)、水蚤、魚(yú)腥藻、玫瑰旋輪蟲(chóng)。蚤狀水蚤大型水蚤

魚(yú)腥藻玫瑰旋輪蟲(chóng)前節(jié)晶囊輪蟲(chóng)(1)細(xì)菌菌落總數(shù)(CFU)：細(xì)菌菌落總數(shù)是指lml水樣在營(yíng)養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基中，于37℃培養(yǎng)24h后所生長(zhǎng)出來(lái)的細(xì)菌菌落總數(shù)。細(xì)菌菌落總數(shù)除說(shuō)明水被生活廢棄物污染程度外，還指示該飲用水能否飲用。結(jié)合大腸菌群數(shù)以判斷水的污染源和安全程度更全面。

2．水體有機(jī)污染指標(biāo)(2)總大腸菌群：總大腸菌群又稱大腸菌群和大腸桿菌群。它們是一群兼性厭氧的、無(wú)芽孢的革蘭氏陰性桿菌，在37℃能不同程度地發(fā)酵乳糖產(chǎn)酸、產(chǎn)氣。是指示水體被糞便污染的一個(gè)指標(biāo)。

2．水體有機(jī)污