沈萍微生物学第十一章.ppt

第十一章微生物的生态 微生物与环境 其他生物间的关系 目的要求 了解微生物在生态系统中的作用 微生物与生物地球化学循环 土壤微生物的生态及其类群 空气微生物生态 水体微生物生态 了解和掌握极端环境中 动物 植物 人体微生物种类及相互关系 了解和掌握微生物在环境保护中的作用 重点 1 微生物与生物地球化学循环碳的循环 氮的循环 2 种群的相互作用互生关系 共生关系 寄生关系 拮抗关系 捕食关系3 土壤 水体 空气微生物生态4 活性污泥法处理污水 沼气发酵 概念生命科学研究领域从宏观到微观层次生物圈 biosphere 生态系统 ecosystem 群落 community 种群 population 个体 器官 组织 细胞 细胞器 分子 生态学 研究生物系统与其所处环境系统之间的相互作用规律的科学 微生物生态学概念 研究处于环境中的微生物和与微生物相联系的物理 化学和生物等环境条件以及它们的相互关系 各种环境因子对微生物的作用微生物对环境的反作用特点 微生物具有群体性 微观性 第一节微生物在生态系统中的地位与作用 一 微生物在生态系统中的角色生态系统概念 生物群落和它们所生活的非生物环境结合起来的一个整体 植物微生物无机物有机物微生物 微生物的作用 1 有机物的主要分解者2 物质循环的重要成员3 生态系统的初级生产者4 物质和能量的贮存者5 地球生物演化中的先锋种类 二 微生物与生物地球化学循环 1 碳循环化能自养 光合菌 CO32 还原菌植物 藻 蓝细菌C固定C固定CO2CH2OO2H2OCO2发酵甲烷产生H2甲烷产生植 动 微 呼吸COCH4甲烷氧化 2 氮循环有机氮NH4 NO3 N2NH4 N2ONH2OHNO2 氨的同化 氨化作用 固氮作用 亚硝化作用 硝化作用 反硝化作用 同化作用 亚硝化细菌 腐败细菌 固氮微生物 反硝化细菌 硝化细菌 植物 微生物 植物 微生物 3 硫循环有机硫同化性还原脱硫作用SO42 异化性还原H2SS氧化S 氧化S 4 磷的循环有机磷己糖 P核酸磷脂微生物微生物植物同化分解不溶PO43 无机磷 可溶PO43 5 铁循环氧化Fe2 Fe3 还原物质循环原则 有机质分解作用 无机离子固定同化作用 无机离子和化合物氧化作用 氧化态元素还原作用 第二节生态环境中的微生物 一 微生物群落个体种群群落生态系统1 种群的相互作用 正互利共栖AB 初级合作AB 偏利共栖AB 猎物捕食者捕食者猎物负捕食作用寄生寄生物偏害共栖AB竞争AB竞争空间资源 一 互生 二种可以单独生活的生物 当它们生活在一起时 通过各自的代谢活动而有利于对方 或偏利于一方的一种生活方式 这是一种 可分可合 合比分好 的相互关系纤维分解菌与固氮菌植物根际微生物动物肠道内的微生物 二 共生 二种生物共居在一起 相互分工协作 相依为命 甚至形成在生理上表现出一定的分工 在组织和形态上产生了新的结构的特殊的共生体 共生 互惠共生 偏利共生豆科植物与根瘤菌地衣反刍动物与纤维分解菌 三 寄生 一般指一种小型生物生活在另一种相对较大型生物的体内或体表 从中取得营养和进行生长繁殖 同时使后者蒙受损害甚至被杀死的现象 食菌蛭弧菌与细菌植物病原微生物动物的疾病 四 拮抗 指某种生物产生的代谢产物可抑制它种生物的生长发育甚至将后者杀死 抗生菌 抗生素 某种微生物的生长而引起的其它条件的改变 例如缺氧 pH改变等 五 竞争 两个种群因需要相同的生长基质或其它环境因子 致使增长率和种群密度受到限制时发生的相互作用 其结果对两种种群都是不利的 六 捕食 捕食 一种种群被另一种种群完全吞食 捕食者种群从被食者种群得到营养 而对被食者种群产生不利影响 对微生物来说 一般有如下几种情况 1 原生动物吞食细菌和藻类 2 粘细菌吞食细菌和其它微生物 3 真菌捕食线虫和其它原生动物 2 群落结构与功能几个概念群落生态位种多样性垂直结构水平结构优势种3 群落之间相互作用氧化糖细菌好氧厌氧消化有机物 O2CO2 H2O污水出水藻类光合 二 陆生生境的微生物 土壤是微生物生活的重要场所1 优越条件能提供微生物生长养料 无机有机 土壤的持水性 土壤pH5 5 8 5 土壤保温性 昼夜 季节温差变化小 2 分布随土壤肥力 熟化程度不同而异耕作层 底层细菌 放线菌 真菌 藻及原生动物 三 水生生境的微生物 水是微生物第二大栖息场所水是一种溶液淡水清水型水生微生物腐败水型水生微生物海水含盐3 2 4 水平分布垂直分布我国饮用水标准细菌总数 100个 ml大肠杆菌群数 3个 1000ml致病菌不能检出 四 大气生境的微生物 微生物存在环境 非生活环境 主要以休眠体形式存在空气为多种气体混合物 空气中水分不足 营养缺乏 微生物可随气流飘流传播 空气中微生物测定方法 固体法液体法 五 极端环境下的微生物 研究意义1 嗜热微生物种类 耐热兼性耐热专性嗜热极端嗜热超嗜热45 55 50 65 65 70 70 110 存在 热泉堆肥岩石表面机制 质粒性基因应用 高温发酵污水处理 2 嗜冷微生物专性 20 兼性可 20 生化机制 细胞膜含不饱和FA存在 极地深海冷冻土壤低温环境应用 低温蛋白酶 洗涤剂3 嗜酸微生物最适pH3 4存在 酸矿水酸热泉地热泉机制 把质子从胞内排出应用 微生物冶金生物脱硫 4 嗜碱微生物最适pH9以上存在 碳酸盐湖和碳酸盐荒漠石灰水碱性污水机制 把OH 从胞内排出应用 生产碱性蛋白酶5 嗜盐微生物弱嗜盐中度嗜盐极端嗜盐0 2 0 5mol L 2 5 5 2mol L机制 吸K 排Na 六 动物体中的微生物 病原微生物有益微生物微生物与昆虫共生白蚁消化道内原生动物瘤胃共生反刍动物 专性厌氧微生物发光细菌与海洋鱼共生有利配偶识别 七 植物体中的微生物 1 附生与寄生茎叶 花果 附生性微生物植物病害 寄生性微生物2 互生根际微生物根区根面菌根内生外生3 共生根瘤豆科植物 固氮菌红萍蓝细菌 植物放线菌与非豆科植物 八 工农业产品上微生物及防霉 1 粮食原生性微生物区系次生性微生物区系青霉属曲霉属 黄曲霉毒素防腐办法 2 乳制品消毒密封低温3 肉类肉毒梭菌4 鱼类低温型微生物5 食品加工微生物酿酒制醋发面酸菜6 工业产品 胶片纸张棉制品玻璃 第三节 人体微生物与病原微生物传播 正常菌群 生活在健康动物各部位 数量大 种类较稳定 一般能发挥有益作用的微生物群体 一 人体微生物1 皮肤正常 保护 对外来微生物排斥大面积烧伤 化脓感染2 口腔利于微生物生长环境3 胃肠道正常 微生物合成V等被人体吸收异常 胃肠炎等等 二 病原微生物通过水体传播饮用接触吸入三 病原微生物通过土壤传播固体废弃物污水灌溉农田肥料四 病原微生物通过空气传播呼吸道疾病 SARS禽流感 第四节 微生物与环境保护 一 生物降解概念机制反应二 重金属转化三 污染介质的微生物处理污水废气固体废弃物1 污水处理本质分级 原理 1 水体自净作用稀释自然沉降2 微生物作用 菌体吸附有机物 菌体分解代谢有机物 毒物 菌体合成中同化有机物 病原微生物因环境不适而死 BOD5 五日生化需氧量 20 1L污水有机物5日内消耗分子氧mg数 或ppm数 COD 化学需氧量 使用强氧化剂使1L污水的有机物迅速氧化时消耗氧mg数 常用K2Cr2O7 CODcr 1 好氧处理系统活性污泥法概念 特性 生物活性沉降性能吸附降解流程曝气池沉淀池污水清水消毒接种活性污泥晒干农肥 2 生物膜法生物膜 附于载体上呈薄膜状的活性污泥 生物转盘法 生物滤池法 缺点 耗能 活性污泥需进一步处理 进水 出水 3 氧化塘法 O2 CO2 污水 出水 好氧分解 厌氧消化 藻类光合 2 厌氧处理系统也称沼气发酵 多糖 蛋白质脂肪 发酵性细菌 丙酸 丁酸乙酸 琥珀酸 H2CO2乙酸 H2 CO2乙酸 产甲烷细菌 CH4CO2 厌氧 兼性厌氧 甲烷发酵 产氢产乙酸细菌 沼气发酵三个阶段 水解阶段 发酵性细菌 产酸阶段 产氢产乙酸细菌群 产气阶段 产甲烷细菌 玻璃钢沼气池 3 生态工程处理方法 4 N P去除技术有机N 无机NN2O N2有机