《微生物生态rev》PPT课件.ppt

1、第七章 微生物生态,1,主要内容： 生态系统 土壤生态系统及其微生物 空气生态系统及其微生物 水体生态系统及其微生物,2,第一节 生态系统,3,当代生物科学的发展方向概括起两大方面: 一是向微观方面发展，借助于电子显微镜等先进仪器，从有机体的分子结构研究，开创了分子生物学，以揭示生命微观的奥秘；由大到小，由个体器官组织细胞分子结构。 另一方面则是向着宏观方向发展，它从个体扩大到种群、群落、生态系统及生物圈，甚至宇宙太空。两者相辅相成，互为因果，共同造福于人类。 宏观方向就是生态学的研究方向。,4,一、 生态学的定义,不同学者对生态学的定义不同，其中比较经典的定义是：“生态学是研究生物与环境相互

2、关系的科学“（Haeckel,1986）。 我国著名生态学家马世骏先生将生态学定义为“生态学是研究生物的生存条件、生物群落与环境系统之间相互作用的过程及其规律的科学”（马世骏，1990）。,5,二、生态系统和生物圈,（一）生态系统 生态系统是在一定时间和空间范围内由生物与它们的生境通过能量流动和物质循环所组成的一个自然体。 生态系统=生物+环境条件 生态系统是生态学的功能单位之一（个体、种群、群落和生态系统）。,6,生态系统中的物质循环和能量流动,7,（二）生物圈 地球上的一切生物，包括人类，都生活在地球的表面层。因为只有这个表面层内有空气、水、土壤等维持生物的生命所必需的物质，人们将这个生物

3、有机体生存的地球表面层，称为生物圈。 生物圈可分为三层，上层是“气圈”的一部分（下层），中层是“水圈”（全部），下层是“岩石圈”的一部分（上层），它们构成地球上生命活动的主要舞台。,8,三、生态平衡,定义：生态系统在一定的时间和空间内，保持相对稳定的状态，并能对外来干扰进行自我调节。 生态阈值：生态系统的自我调节能力是有限度的，干扰超过限度，则不再具有恢复能力。这个限度就称为生态阈值。 生态系统的平衡的破坏与建立，是自然界发展的普遍规律。生态系统总是在不平衡-平衡-不平衡的发展过程中进行着物质和能量的交换，推动着自身的变化和发展。,9,第二节 土壤微生物生态,10,土著微生物：authocht

4、honous microorganism 在一定给定的生境中生存、生长和进行活跃代谢的微生物，并且这些微生物能与来自其他群落的微生物进行有效的竞争，它从生理方面完全适应了这一生境的物化条件。 外来微生物：allochthonous microorganism 来自于其他生态系统的微生物，这些微生物不能在这一生境中长期生活下去。,一、土壤的生态条件,1营养 土壤内有大量的有机和无机物质（动植物的残体、分泌物、排泄物等） 2pH 3.58.5，多为5.58.5；适合于大多数微生物的生长繁殖。,12,3渗透压 土壤内通常为0.30.6MPa，而微生物（细菌）体内，G+为2.02.5MPa, G-为0

5、.50.6MPa。所以土壤是等渗或低渗溶液，有利于微生物吸收水分和营养物质. 4氧气和水 土壤具有团粒结构，有空隙，可以通气和保持水分。土壤中氧气的含量要少于空气中，一般为78%。,13,5温度 土壤具有较强的保温性，其变化幅度要小于空气。 6保护层 表面几毫米厚的土壤，可以使下面的微生物免受紫外线的直接照射。 综合以上各方面，土壤具备了微生物所需要的各种营养和环境条件，是微生物良好的天然培养基。,14,二、微生物在土壤中的种类、数量和分布,（一）种类和数量 1.数量和种类 在肥土中，微生物数在几亿几十亿个/克；在贫瘠土中为几百万几千万个/克。 从种类上看，以细菌最多，达7090%，其次为放线

6、菌、真菌，以及藻类、原生动物和微型后生动物等。 从生物量上来看，放线菌的量几乎可以与细菌相等。,（二）微生物在土壤中的分布 水平分布不同类型的土壤中所含微生物不同 垂直分布同一土壤的不同深度，微生物的分布不同,三、土壤自净和污染土壤的微生物生态,（一）土壤自净 土壤对施入其中一定负荷的有机物或有机物污染物具有吸附和生物降解能力，通过各种物理、生物化学过程自动分解污染物使土壤恢复到原有水平的净化过程。 自净能力取决于土壤中微生物的种类和数量，以及土壤自身的理化性质如土壤团粒结构、有机物含量、pH值、阴阳离子的种类和含量等。土壤容量指土壤对污染物的最大承受量或负荷量。,（二）污染土壤的微生物生态

7、污水长期灌溉会引起土壤微生物生态的变化：区系和数量改变。 产生可分解各种污染物的微生物种类。 重金属的作用。,四、土壤污染和土壤生物修复,（一）土壤的污染及其不良后果 来源：废水（农田灌溉和土地处理）、固体废弃物、油库泄漏或农药的过度使用等。 污染物质：农药、石油类、氨、重金属等。 易降解的污染物在土壤中会被逐渐分解，而难降解物质和重金属等会在土壤中停留和积累，甚至进入地下水中。,土壤污染的后果： 改变土壤的性质，破坏土壤生态系统； 污染物通过食物链迁移或进入水体，危害人类健康； 各种病原微生物可能通过各种途径传播。,（二） 土壤修复 土壤生物修复是利用土壤中天然的微生物、人为投加目的菌株、通

8、过基因工程构建特异的基因工程菌株加入污染土壤中，将滞留的污染物快速降解和转化，恢复土壤的功能。 有关污染环境的修复（生物修复），是目前环境科学领域的热点之一。,1、土壤生物修复的工作步骤： 调查本底资料 选择技术路线，进行可处理性试验 技术咨询 列出方案 确定最佳技术 设计小试和中试 技术实施,2、土壤生物修复技术的关键 （1）微生物种 土著微生物：经济性较好、效果较差 外来微生物：从污染土壤中选育优势菌种，经扩大培养接种至污染土壤中。较易实施，收效快、效果好 基因工程菌：用质粒育种或基因工程构建有不相容性、易受“土著”微生物的排他作用影响。,（2）微生物营养：土壤和地下水中，尤其是地下水中，

9、氮、磷都是限制微生物活性的重要因素。因此要保持一定的C：N：P比值，一般以土壤微生物碳氮比25：1，污水好氧生物处理BOD5：N：P= 100：5：1作为参考值。 （3）溶解氧：溶解氧是现场处理的关键因素。土壤结构、土质、污染物数量的不同，溶解氧含量也不同。为了增加溶解氧，可以采用一些工程的方法：鼓风、添加产氧剂。 （4）微生物的环境因子：水、pH、温度等,第三节 空气微生物生态,25,一、空气的生态条件,有较强的紫外辐射、干燥、温差大、缺乏营养、高空缺氧，不适合微生物生长。空气不是微生物生长繁殖的场所。,二、空气微生物种类、数量和分布,来源：都是在水体、土壤和高等生物中生长，并由空气尘埃、土

10、粒等搬运进入大气的。 空气中的微生物只是短暂停留，是可变的，没有固定类群。在空气中存活的微生物，主要是有芽孢的细菌、有孢子的霉菌、放线菌和各种胞囊。 微生物在空气中的存活时间取决于空气的相对湿度、紫外辐射的强弱、尘埃颗粒的大小和数量，微生物的适应性及对环境的抵抗能力。,室外空气中微生物数量与环境卫生状况和绿化程度有关。室外空气中主要存在着真菌、细菌、藻类的孢子和原生动物的胞囊。细菌以产芽孢、有色素的为主。 室内空气中微生物的数量与人员密度、活动情况、空气流通程度、室内卫生状况关系很大。,三、空气微生物的卫生标准及生物洁净技术,目前，空气还没有统一的卫生标准，一般以室内1m3空气中细菌总数为50

11、01000个以上作为空气污染的指标。 空气污染的指示菌以咽喉正常菌丛中的绿色链球菌为最合适。 根据最新的国家标准GB/T18883-2002室内空气质量标准： 对菌落总数的指标是2500cfu/m3，使用的测定方法为撞击法（即采用撞击式空气微生物采样器，在营养琼脂平板上，37，48h）,生物洁净室 生物洁净室尚没有统一标准，大多数国家采用NASA（1967年）标准。该标准要求严格，对于民用生物洁净环境要求可能过高。 生物洁净技术多用备有高效过滤器的空气调节除菌设备，它既达到恒温控制又可提供无菌空气。,四、空气微生物检测,空气微生物的标准可以浮游细菌数或以降落细菌数为指标。 落菌数（平皿落菌法）

12、：单位时间内降落到单位面积上的细菌数。 浮菌数（撞击法、液体法等）：单位体积内细菌的量。需要专门的微生物空气采样器 二者关系可以通过奥氏公式联系起来。,（一） 测定方法 1、固体法 （1）平皿落菌法 琼脂平板打开后暴露空气5-10min，培养48h，计算菌落数 奥氏公式：C=100050N/（At） N=菌落数，A=捕集面积，t=暴露时间。 （奥氏规律：5min内落在面积100cm2营养琼脂平板上的细菌数和10L空气中细菌数相同）,（2）撞击法: 用吸风机或真空泵将含菌空气以一定流速穿过狭缝，平板与狭缝间隔2mm，平板以一定转速旋转，一般转动一周，取出后37培养48h，计算菌落：C=1000平

13、板菌落数/（气流量L时间t min）,2、液体法 将一定体积的含菌空气通入无菌蒸馏水或无菌液体培养基，将细菌阻留于无菌水中，然后取一定量菌液涂布琼脂平板，或取一定量菌液倒平板。,第四节 水体微生物生态,35,一、水体中的微生物群落,水体：天然水体和人工水体 水体中的微生物来源：水体中固有的； 来自土壤（径流）； 生产和生活（废弃物）； 空气（降雨等）。 水体中的微生物种类很多，微生物在水体中的分布和数量受水体类型、有机物含量、微生物的拮抗作用、雨水冲刷、河水泛滥、工业废水、生活污水的排放量等因素的影响。,36,二、水体自净和污染水体的微生物生态,（一）水体自净 1概念 水体自净 河流（水体）接

14、纳了一定量的有机污染物后，在物理的、化学的和水生生物（微生物、动物和植物）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，叫做水体自净。 自净容量 在水体正常生物循环中能够净化有机污染物的最大数量。,37,2自净过程 水体自净过程大致如下： 污染物排入水体后被水体稀释，有机和无机固体物沉降至河底 水体中好氧细菌利用溶解氧把有机物分解为简单有机物和无机物，溶解氧下降 水体中的溶解氧逐渐恢复 自净过程完成,38,39,河流污染与自净过程,污水,40,河流污染对水生生物的影响,3衡量水体自净的指标 （1）P/H指数：P代表光能自养型微生物，H代表异养型微生物，两者的比即P/H指数。 （2）

15、氧浓度昼夜变化幅度和氧垂曲线。,41,（二）污染水体的微生物生态,1污化系统 有机污染物排入水体后水质发生一系列变化，接近污染源往往污染较严重，因河水有自净能力，随距离增加河水逐渐净化。根据这个原理，将水体划分为一系列的带：多污带、中污带、中污带和寡污带，并存在相应的生物群落。 污化指示生物包括细菌、真菌、藻类、原生动物、轮虫、浮游甲壳动物、底栖动物有寡毛类的颤蚯蚓、软体动物和水生昆虫。,42,应用污化系统时，要注意两点： 只适用于有机污水（无毒）； 只能定性描述。,44,2、水体有机污染指标 （1）BIP指数：水污染生物指数 biological index of water polluti

16、on。 无叶绿素微生物占所有微生物总数的比值 BIP=B/（A+B）100% A有叶绿素微生物，B无叶绿素微生物。 污染前 污染 净化开始 持续 结束 P/H 高 下降 最低点 上升 高 BIP 08 上升 60100 下降 08,（2） 细菌菌落总数（CFU）colony forming unit： 指1ml水样在琼脂培养基中37 24h 培养后所生长出的菌落总数。 用于指示被检的水源受有机物污染的程度。CFU只能说明被生活污水污染的程度，不能说明来源，通常用大肠菌群数来判断水体是否被粪便污染。,（3） 总大肠菌群 total coliform 原理：天然水体由于粪便污染导致致病性微生物污染

17、，但致病菌通常数量少不易检出。大肠杆菌是人体肠道寄生菌中数量最大的，容易检出，而且在环境中的存活时间与肠道致病菌相似，因此被作为致病菌的间接指标，指示粪便污染。,三、水体富营养化,（一） 概念与发生 富营养化（eutrophication）指富含磷酸盐和某些氨素营养的水。当大量含N、P的生活污水和工业废水进入江河湖海时，超过水的自净能力，使藻类大量繁殖，淡水水体发生“水华”，海洋发生“赤潮” 。 在水体中，一般氮和磷是藻类生长的限制因素，当氮和磷的浓度增加，就会造成藻类的大量繁殖。 富营养化的生物指标：淡水中引起水华的常是微囊藻属、鱼腥藻属、腔球藻属。,水华形成的条件： 营养元素：主要是N、P。水体中总P达到0.02mg/L，总N达到0.3mg/L时就会出现富营养化，适合藻类生长。 光：决定于水的