环境微生物学第八章微生物生态及其在环境物质转化中的作用描述.ppt

第八章微生物生态,第一节微生物生态系统的概念及其特点第二节微生物在自然及人为环境中的分布第三节微生物之间的相互作用第四节自然界物质循环中微生物的作用,第一节微生物生态系统的概念及其特点,一、微生物生态系统,生态系统:生物群落与其生存环境组成的整体系统。微生物生态系统：微生物与周围的生物及非生物共同构成的整体系统。微生物生态学：研究微生物与其周围生物和非生物环境之间相互关系的科学。,第一节微生物生态系统的概念及其特点,二、微生物生态系统的特点,1、微环境微生物的微环境指直接影响微生物生存和发展的，与微生物的关系最为密切的微生物细胞周围环境。,2、稳定性由于微生物生态系统中微生物种类的多样性,使之在环境条件一定范围的变化时,微生物种类组成比较稳定的特性。,3、适应性微生物的微环境发生剧烈变化时，微生物群落的结构会发生相应的变化的特性。,第二节微生物在自然及人为环境中的分布,一、大气中的微生物,1、存在形式：多为孢子2、来源：土壤、水体、动物3、常见种类：霉菌：曲霉、青霉、木霉、根霉、毛霉、白地霉细菌：枯草芽孢杆菌、八叠球菌等病原菌：结核杆菌、白喉杆菌、肺炎双球菌、流感病毒,表8-1不同室内环境的微生物总数及致病微生物的种类和数量（cfu/m3）,第二节微生物在自然及人为环境中的分布,一、大气中的微生物,第二节微生物在自然及人为环境中的分布,一、大气中的微生物,4、大气微生物分布（数量与种类）的影响因子：（1）地区性质（2）季节的演替（3）气候条件:日照、降水、气流,表8-2不同场所的上空微生物数量（cfu/m3）,二、水圈中的微生物,（一）淡水微生物1、来源：土壤、空气、污水及有机残体2、种类：自养菌3、影响微生物在淡水中分布的因子：营养物质、温度、溶解氧等。,第二节微生物在自然及人为环境中的分布,浸入小河里的载玻片上的发育形成的小菌落,二、水圈中的微生物,蓝细菌、藻、水生植物,层次化湖泊生态EcologyofaStratifiedlake,水体不同层次微生物分布,第二节微生物在自然及人为环境中的分布,二、水圈中的微生物,（二）海洋微生物1、种类：多数是嗜盐菌2、分布：（1）平面分布：近海数量很高（2）垂直分布：表层：好氧性微生物中层：紫硫细菌底层：厌氧菌及硫酸还原菌,第二节微生物在自然及人为环境中的分布,二、水圈中的微生物,（三）水体自净及污染水体的微生物生态1、水体自净过程,第二节微生物在自然及人为环境中的分布,水体接纳了一定量的有机污染物后，在物理的、化学的及生物等因素的综合作用后得到净化，水质恢复到污染前的水平和状态。,二、水圈中的微生物,（三）水体自净及污染水体的微生物生态2、污染水体的微生物生态,第二节微生物在自然及人为环境中的分布,三、极端环境中的微生物,极端环境：高、低温环境高盐环境高酸、高碱环境高压环境。,第二节微生物在自然及人为环境中的分布,三、极端环境中的微生物,（一）嗜热微生物1、发现,第二节微生物在自然及人为环境中的分布,地热泉,热水系统制糖厂,三、极端环境中的微生物,（一）嗜热微生物2、生存机制（高温对微生物的一般影响是什么？）有限的保护机制：细胞膜的蜡质程度、震热蛋白极端嗜热菌的保护机制：高溶点脂肪、抗热蛋白、核酸保护蛋白,第二节微生物在自然及人为环境中的分布,（二）嗜冷微生物1、发现（红雪现象：嗜寒水藻）,三、极端环境中的微生物,第二节微生物在自然及人为环境中的分布,耐寒喜温型嗜冷型,（二）嗜冷微生物2、生存机制特殊的酶、细膜含特殊的脂肪,三、极端环境中的微生物,第二节微生物在自然及人为环境中的分布,四、土壤中的微生物,（一）土壤与微生物相互作用1、微生物对土壤的作用：（1）微生物是土壤形成的先驱生物自养固氮菌固氮，使成土母质间有了氮素成分。（2）为植物生长提供有效氮源。有机态氮向无机氮（氨态氮、硝态氮）的转换,第二节微生物在自然及人为环境中的分布,2、土壤对微生物的作用土壤是微生物良好的生活场所。土壤为微生物生长提供有利条件：土壤中含有大量的有机物土壤中含有大量的矿物质土壤中含有一定的水分土壤中含有一定的空隙土壤具有保温性土壤的pH值一般为5.58.5之间,第二节微生物在自然及人为环境中的分布,四、土壤中的微生物,（二）土壤中微生物的分布1、土壤剖面结构与微生物垂直分布,有机质层,淀积层,碳酸盐积累,疏松母质,淋溶层,土体层,第二节微生物在自然及人为环境中的分布,四、土壤中的微生物,（二）土壤中微生物的分布2、土壤团聚体与微生物的分布土壤团聚体（土壤团粒）：由土壤矿物质颗粒（黏粒）、微生物、植物残体以及腐殖质构成的微团聚体经过多次复合和团聚而成的结构。,不同的团聚体微生物的分布不同。同一团聚体内外微生物的分布不同。,第二节微生物在自然及人为环境中的分布,四、土壤中的微生物,土壤颗粒表面的微生物,团聚体周围的等氧线,（二）土壤中微生物的分布2、土壤团聚体与微生物的分布,团聚体周围的等氧线,耕地土壤一个团聚体等氧压线，在近中心部位为一缺氧带，由此向外，氧浓度逐渐提高。,O2%,第二节微生物在自然及人为环境中的分布,四、土壤中的微生物,3、根际微生物,（1）几个基本概念根际根际效应根土比,溶胞物质,植物黏液,渗出物,黏质,植物黏液,渗出物和分泌物,植物黏液,植物黏液,植物根际,第二节微生物在自然及人为环境中的分布,四、土壤中的微生物,（二）土壤中微生物的分布,（2）根际微生物类群1、根际细菌：假单胞菌、黄杆菌、产碱杆菌2、根际真菌：镰孢霉属、黏帚霉属、青霉属3、根际原生动物,第二节微生物在自然及人为环境中的分布,3、根际微生物,（二）土壤中微生物的分布,四、土壤中的微生物,第二节微生物在自然及人为环境中的分布,五、活性污泥中的微生物,活性污泥：由细菌、微型动物为主的微生物与悬浮物质、胶体物质混杂在一起形成的具有很强吸附分解有机物的能力和良好的沉降性能的絮状体颗粒。,经过初沉的废水,空气,曝气池,二次沉淀池,出水,剩余污泥,回流污泥,第二节微生物在自然及人为环境中的分布,五、活性污泥中的微生物,动胶菌属丛毛单胞菌属产碱杆菌属微球菌属棒状杆菌属黄杆菌属无色杆菌属芽孢杆菌属假单胞菌属亚硝化单胞菌属短杆菌属固氮菌属浮游球衣属微丝菌属大肠杆菌属产气杆菌属节杆菌属螺菌属其中可分为优势菌、较多、一般、及少量四个数量等级。,、构成正常活性污泥的主要细菌,第二节微生物在自然及人为环境中的分布,五、活性污泥中的微生物,、活性污泥中的原生动物,教材P113表6-4,活性污泥的成熟度与原生动物的种类分布,活性污泥逐步成熟,游动型纤毛虫,肉足类鞭毛类,爬行型纤毛虫,附着型纤毛虫,教材P114表6-5,1、偏利共栖：一群微生物得益，而另一群体不受影响。（普遍）,氨化细菌,亚硝酸菌,有机氮,氨态氮,亚硝酸,氨化作用,硝化作用,第三节微生物之间的相互作用,2、互利共栖：两个群体相互协作，达到在某一生境中共同生存的目的。,H2S,硫酸盐,硫酸盐还原菌,绿硫细菌,第三节微生物之间的相互作用,3、共生：两个群体形成具有特殊结构、功能和绝对互利关系的高度专一的共生体。地衣：是由藻类或蓝细菌与真菌形成的共生体,光合作用,运输矿质营养,第三节微生物之间的相互作用,4、竞争：两个或多个群体共同依赖同一个生长基质或环境因素，结果一方或两方的群体大小或生长率受到限制的现象。,根瘤菌接种剂与土壤中的土著性根瘤菌的竞争关系,第三节微生物之间的相互作用,5、偏害或拮抗：某一微生物群体产生某种物质，使另一微生物群体生长受到抑制，而本身不受影响的现象。,酸泡菜与酸牛奶：水体中的产氧藻类：抗生素产生菌：,第三节微生物之间的相互作用,6、寄生：一种微生物寄生在另一种微生物细胞中或细胞表面，从寄主中取得养料，并引起寄主病害或死亡。噬菌体与细菌蛭弧菌寄生于革兰氏阴性菌（蛭弧菌被噬菌体寄生超寄生现象）粘细菌对细菌的寄生：依靠胞外酶溶解敏感菌群，释放出营养物,第三节微生物之间的相互作用,7、捕食：一种微生物直接吞食另一种微生物的现象。原生动物对细菌的捕食藻类对细菌和其它藻的捕食,各种捕食线虫的真菌和捕捉器,1,2,3,4a,4b,5a,5b,1梯状捕捉网2环状捕捉网3环状捕捉网4a三环菌丝网4b绞环和被勒死的昆虫5a环状网5b被两个环状网勒死的线虫和侵入虫体的菌丝,第三节微生物之间的相互作用,一、碳素循环中微生物的作用纤维素的分解半纤素的分解果胶物质的分解木质素的分解几丁质的分解二、氮素循环中微生物的作用氨化作用硝化作用反硝化作用生物固氮,第四节自然界物质循环中微生物的作用,一、碳素循环中微生物的作用,第四节自然界物质循环中微生物的作用,（一）纤维素的分解,(C6H10O5）n,1014,1、分解纤维素的微生物(1)有氧、中温条件a.真菌(木霉属)木材腐朽：棕色腐朽（褐腐）：真菌分解纤维素剩下木质素白腐：真菌分解木质素剩下纤维素b.细菌（食纤维菌属)c.放线菌,一、碳素循环中微生物的作用,第四节自然界物质循环中微生物的作用,(2)无氧中温条件细菌：纤维分解梭菌。真菌：木朽菌、层孔菌放线菌：,（一）纤维素的分解,(3)高温条件：在6070条件下生长，并分解纤维素细菌：热纤维菌放线菌：链霉菌属、小单孢菌属,第四节自然界物质循环中微生物的作用,一、碳素循环中微生物的作用,（一）纤维素的分解,2、微生物分解纤维素的生化机制纤维素单糖,纤维素复合酶的类型（按作用场所分）：表面酶：分布于细胞表面,不能在其细胞培养液中起作用的酶（食纤维菌）外酶：分泌到胞外,在细胞生活环境中起作用的酶（真菌的纤维素酶）。,内切葡萄糖酶外切葡萄糖酶-葡萄糖苷酶,纤维素复合酶,第四节自然界物质循环中微生物的作用,一、碳素循环中微生物的作用,（二）半纤维素的分解,五碳糖、六碳糖及糖醛酸的组成的多糖,分解半纤维素的微生物：,第四节自然界物质循环中微生物的作用,一、碳素循环中微生物的作用,（三）果胶物质的分解,半乳糖醛酸以-1，4糖苷键连成的多糖,第四节自然界物质循环中微生物的作用,一、碳素循环中微生物的作用,（三）果胶物质的分解,第四节自然界物质循环中微生物的作用,一、碳素循环中微生物的作用,（四）木质素的分解,带支链的芳香族化合物的聚合体。,降解特点：,主要微生物：真菌中的担子菌。,第四节自然界物质循环中微生物的作用,一、碳素循环中微生物的作用,（五）几丁质的分解,N-乙酰氨基葡萄糖以-1，4糖苷键连接,细菌：嗜几丁质芽孢杆菌放线菌：链霉菌,第四节自然界物质循环中微生物的作用,一、碳素循环中微生物的作用,有机氮,无机氮,无机氮,无机氮,氮气,植物及微生物的固定,微生物,微生物,微生物,微生物,微生物,第四节自然界物质循环中微生物的作用,二、氮素循环中微生物的作用,（一）氨化作用,有机态N被微生物降解形成NH3的过程,(1)蛋白质物质的氨化作用过程,氧化脱氨基作用水解脱氨基作用还原脱氨基作用,第四节自然界物质循环中微生物的作用,二、氮素循环中微生物的作用,二、氮素循环中微生物的作用,（一）氨化作用,(2)尿素的氨化,CO(NH2)2+2H2O(NH4)2CO3,尿酶,2NH3+CO2+H2O,第四节自然界物质循环中微生物的作用,（一）氨化作用,(2)尿素的氨化,尿素细菌：1、球菌：尿素生孢八叠球菌2、芽孢杆菌：巴斯德尿素芽孢杆菌,第四节自然界物质循环中微生物的作用,二、氮素循环中微生物的作用,（一）氨化作用,(2)尿素的氨化,尿素细菌的生理特点：喜好碱性条件。以尿素、铵盐为N源，以有机C为C源、能源。,第四节自然界物质循环中微生物的作用,二、氮素循环中微生物的作用,（二）硝化作用,铵氧化形成硝酸的微生物学过程,硝化作用,化能自养型,异养型,1、硝化细菌和硝化作用的过程,第四节自然界物质循环中微生物的作用,二、氮素循环中微生物的作用,2、影响硝化作用的环境因素(1)pH值：适宜微碱性(2)温度：4-40，最适：25-35(3)通气：需氧(4)湿度：过量影响通气，不足引起细胞缺水。3、硝化作用的农业意义淋溶硝化作用的化学抑制,（二）硝化作用,第四节自然界物质循环中微生物的作用,二、氮素循环中微生物的作用,（三）反硝化作用,微生物还原硝酸