第七章微生物的生态讲课准备

1、第七章第七章 微生物的生态微生物的生态第一节第一节 生态系统生态系统一 生态系统和生物圈v（一）一）生态系统生态系统v定义：定义：v生态系统是在一定时间和空间范围内由生态系统是在一定时间和空间范围内由生物（包括光、水、土壤、空气及其他生物（包括光、水、土壤、空气及其他生物因子）通过能量流动和物质循环所生物因子）通过能量流动和物质循环所组成的一个自然体，简称生态系。组成的一个自然体，简称生态系。v公式表示：生态系统公式表示：生态系统= =生物群落生物群落+ +环境条环境条件件有关生态系统的几个名词v个体：个体：v种群：种群：v群落：群落：生态系统的功能v功能：功能：v1-生物生产生物生产v2-能

2、量流动能量流动v（能量传递效率（能量传递效率20%）v3-物质循环物质循环v4-信息传递信息传递微生物在生态系统中的作用v作用：作用：v1、微生物是有机物的主要分解者、微生物是有机物的主要分解者 v 2、微生物是物质循环中的重要成、微生物是物质循环中的重要成员员 v 3、微生物是生态系统中的初级生产、微生物是生态系统中的初级生产者者v 4、微生物是物质和能量的贮存者、微生物是物质和能量的贮存者 v 5、微生物在地球生物演化中的作用、微生物在地球生物演化中的作用探索发现：休眠微生物能为生态系统作贡献 v研究发现，微生物能够为我们的环境做出贡献。它研究发现，微生物能够为我们的环境做出贡献。它们的休

3、眠不仅能够令自身免于死亡或者灭绝，也能们的休眠不仅能够令自身免于死亡或者灭绝，也能够在促进生物多样性和保持生态系统的稳定性方面够在促进生物多样性和保持生态系统的稳定性方面发挥关键作用。发挥关键作用。v微生物是地球上最丰富多样的生物，它们具有服务微生物是地球上最丰富多样的生物，它们具有服务生态系统的作用，这些服务包括降解污染物、固氮生态系统的作用，这些服务包括降解污染物、固氮和其它影响植物生产力的多个进程。和其它影响植物生产力的多个进程。v科学家最近记录了数千种在土壤和海洋样本中的微科学家最近记录了数千种在土壤和海洋样本中的微生物物种。这些非常高水平的生物多样性将有助于生物物种。这些非常高水平的

4、生物多样性将有助于确保生态系统在面临环境改变时的稳定性。确保生态系统在面临环境改变时的稳定性。 v定义定义：v生存在地球陆地以上至海面以下各约生存在地球陆地以上至海面以下各约10km之间的范围，包括岩石圈、土壤之间的范围，包括岩石圈、土壤圈、水圈和大气圈内所有生物群落和圈、水圈和大气圈内所有生物群落和人及它们生存环境的总体。人及它们生存环境的总体。（二）二） 生物圈生物圈二 生态平衡 v定义定义：v生态系统受到外来干扰，生态系统生态系统受到外来干扰，生态系统也能通过自我调节能力恢复到原来也能通过自我调节能力恢复到原来的稳定状态。的稳定状态。v生态系统的自行调节能力是有限的，生态系统的自行调节能

5、力是有限的，超过了超过了生态阀限生态阀限（是指生态系统对（是指生态系统对来自自然界或人类施加的干扰的最来自自然界或人类施加的干扰的最大限度的调节能力大限度的调节能力)，自行调节能，自行调节能力降低或丧失，将会导致生态系统力降低或丧失，将会导致生态系统平衡失调。平衡失调。v破坏生态系统平衡的因素：自然因破坏生态系统平衡的因素：自然因素、人为因素。素、人为因素。三 生态系统的分类v按按生存环境生存环境分：水体生态系统（淡水分：水体生态系统（淡水和海水生态系统）、陆地生态系统。和海水生态系统）、陆地生态系统。v按按动态和静态动态和静态分：将水体生态系统可分：将水体生态系统可以分为：河流生态系统和湖泊

6、生态系以分为：河流生态系统和湖泊生态系统。统。v按按生物群落生物群落分：动物生态系统、植物分：动物生态系统、植物生态系统和微生物生态系统。生态系统和微生物生态系统。微生物生态系统微生物生态系统v微生物生态系统是各种环境因子如物微生物生态系统是各种环境因子如物理、化学及生物因子对微生物区系的理、化学及生物因子对微生物区系的作用，以及微生物区系对外界环境的作用，以及微生物区系对外界环境的反作用。在此过程有物质循环和能量反作用。在此过程有物质循环和能量流动。流动。探索发现：地球上最高的微生物生态探索发现：地球上最高的微生物生态系统系统 v据美国生活科学网报道，科学家于本月据美国生活科学网报道，科学家

7、于本月3日宣布：从地球深处上升而来的气体日宣布：从地球深处上升而来的气体正在给已知世界上海拔最高的微生物生正在给已知世界上海拔最高的微生物生态系统提供养料，它们就生活在态系统提供养料，它们就生活在19850英尺高的安第斯山脉的索孔帕火山的边英尺高的安第斯山脉的索孔帕火山的边缘，那里除了零星的几块植物，什么也缘，那里除了零星的几块植物，什么也没有。没有。 v索孔帕火索孔帕火山在阿塔山在阿塔卡马沙漠卡马沙漠的高处横的高处横跨阿根廷跨阿根廷和智利之和智利之间的边界。间的边界。 神奇的生命高地： v这些坚韧的微生物在这些坚韧的微生物在它们那贫瘠的、海拔它们那贫瘠的、海拔极高的家面临着诸多极高的家面临着

8、诸多挑战挑战稀薄的大气、稀薄的大气、强烈的紫外线辐射和强烈的紫外线辐射和严寒的气候。少量的严寒的气候。少量的阳光、水、甲烷和二阳光、水、甲烷和二氧化碳在这片贫瘠的氧化碳在这片贫瘠的土地上协同工作，为土地上协同工作，为小火山口附近微生物小火山口附近微生物的生存提供养料。的生存提供养料。 第二节第二节 土壤微生物生态土壤微生物生态v土壤是微生物最良好的天然培养基，土壤是微生物最良好的天然培养基，它具备微生物所必须的营养和微生它具备微生物所必须的营养和微生物生长繁殖及生命活动所必需的各物生长繁殖及生命活动所必需的各种条件。种条件。一 土壤的生态条件v（一）营养一）营养:无机元素、微量元素无机元素、微

9、量元素v。v（二（二 ）ph：土壤的：土壤的ph范围在范围在3.58.5之间。之间。v（三）渗透压：土壤的渗透压通常在（三）渗透压：土壤的渗透压通常在0.30.6mpa之间。之间。土壤的生态条件v（四）氧气和水：土壤具有团粒结构，（四）氧气和水：土壤具有团粒结构，有孔隙，易通气有孔隙，易通气v（五）温度：土壤的保温性较强（五）温度：土壤的保温性较强v（六）保护层：表层土（六）保护层：表层土v二二 微生物在土壤中的种类、数量微生物在土壤中的种类、数量与分布与分布v（一）土壤中微生物的种类和数量（一）土壤中微生物的种类和数量v土壤中有机物含量是衡量土壤中有机物含量是衡量土壤肥力的指土壤肥力的指标标

10、之一。之一。v土壤可以分为肥土和贫瘠土。而肥土中土壤可以分为肥土和贫瘠土。而肥土中微生物含量较高。土壤微生物中细菌量微生物含量较高。土壤微生物中细菌量最大，约占最大，约占70%-90%。v根据根据土壤土壤ph的不同可分为中性土、的不同可分为中性土、碱性土和酸性土。碱性土和酸性土。v中性土和偏碱性土适合细菌和放线中性土和偏碱性土适合细菌和放线菌的生长，酸性土适合霉菌和酵母菌的生长，酸性土适合霉菌和酵母菌的生长。菌的生长。土壤中各微生物含量土壤中各微生物含量v在任何土质中都已细菌量最多，放在任何土质中都已细菌量最多，放线菌次之，真菌在次之，藻类、原线菌次之，真菌在次之，藻类、原生动物和微型后生动物

11、等有多到少生动物和微型后生动物等有多到少依次排列。依次排列。（二）微生物在土壤中的分布v1-水平分布水平分布v土壤中微生物的水平分布取决于土壤中微生物的水平分布取决于碳源。碳源。如油田地区存在以碳氢化合物为碳源的如油田地区存在以碳氢化合物为碳源的微生物、森林土壤中存在分解纤维素的微生物、森林土壤中存在分解纤维素的微生物，等。微生物，等。v2-垂直分布垂直分布v影响因素：影响因素：v紫外辐射的照射、营养、水、温度等。紫外辐射的照射、营养、水、温度等。v 土壤中微生物的分类土壤中微生物的分类v根据根据对氧的需求对氧的需求分为：温好氧菌和兼性分为：温好氧菌和兼性厌氧菌；厌氧菌；v以以生化功能生化功能

12、分：氨化细菌、硝化细菌、分：氨化细菌、硝化细菌、反硝化细菌、固氮细菌、纤维素分解菌、反硝化细菌、固氮细菌、纤维素分解菌、硫细菌、磷细菌、钾细菌及铁细菌等。硫细菌、磷细菌、钾细菌及铁细菌等。三三 土壤自净和污染土壤的微生物生态土壤自净和污染土壤的微生物生态v（一）（一）土壤自净土壤自净v定义：定义：v土壤对施入一定负荷的有机物或有机污土壤对施入一定负荷的有机物或有机污染物具有吸附和生物降解的能力，通过染物具有吸附和生物降解的能力，通过各种物理、化学过程自动分解污染物使各种物理、化学过程自动分解污染物使土壤恢复到原有的水平的净化过程，称土壤恢复到原有的水平的净化过程，称为土壤自净。为土壤自净。土壤

13、自净v土壤自净能力的大小取决于：土壤自净能力的大小取决于：v土壤中微生物的种类、数量和活性，也土壤中微生物的种类、数量和活性，也取决于土壤结构、通气状况等理化性质。取决于土壤结构、通气状况等理化性质。v土壤作用：强烈的吸附、过滤和生物降土壤作用：强烈的吸附、过滤和生物降解。解。v（二）污染土壤的微生物生态（二）污染土壤的微生物生态v土地是天然的生物处理场所，可用土地处理污土地是天然的生物处理场所，可用土地处理污水。生活污水和易被微生物降解的工业废水经水。生活污水和易被微生物降解的工业废水经土地处理后得到净化。但污水灌溉量要适中，土地处理后得到净化。但污水灌溉量要适中，不能超过土壤的自净能力，否

14、则会造成土壤污不能超过土壤的自净能力，否则会造成土壤污染。染。v所以农田灌溉要适当，要根据不同物质积累在所以农田灌溉要适当，要根据不同物质积累在植株的不同部位（如根、茎、叶、种子）的特植株的不同部位（如根、茎、叶、种子）的特点，合理实施。点，合理实施。四四 土壤污染与微生物修复土壤污染与微生物修复v（一）土壤的污染和不良后果（一）土壤的污染和不良后果v1-土壤的污染土壤的污染v来源：含有机毒物和重金属的污水农田来源：含有机毒物和重金属的污水农田灌溉和土地处理，固体废物的堆放和填灌溉和土地处理，固体废物的堆放和填埋等的渗透液，地下储油罐泄漏以及喷埋等的渗透液，地下储油罐泄漏以及喷洒农药等。洒农药

15、等。v污染物质主要有：农药、石油烃类、污染物质主要有：农药、石油烃类、nh3、重金属等。、重金属等。v2-土壤污染的不良后果土壤污染的不良后果v（1）使土壤盐碱化、板结，毒害植物和）使土壤盐碱化、板结，毒害植物和土壤微生物，破坏土壤的生态平衡。土壤微生物，破坏土壤的生态平衡。v（2）土壤中的毒物随食物链迁移，最终）土壤中的毒物随食物链迁移，最终转入人体；转入人体；v（3）污水和固体废物中各有各种病原微）污水和固体废物中各有各种病原微生物，如病毒等通过各种途径转移到水生物，如病毒等通过各种途径转移到水体，进而进入人体中致病。体，进而进入人体中致病。v（二）土壤修复二）土壤修复v定义：定义：v土壤

16、生物修复是利用土壤中天然的微生土壤生物修复是利用土壤中天然的微生物资源或人为投加目的菌株，甚至用构物资源或人为投加目的菌株，甚至用构建的特异降解功能菌投加到各污染土壤建的特异降解功能菌投加到各污染土壤中，将滞留的污染物快速降解和转化，中，将滞留的污染物快速降解和转化，恢复土壤的天然功能。恢复土壤的天然功能。1-土壤生物修复的工作步骤土壤生物修复的工作步骤调查污染地的本底资料，包括土壤的调查污染地的本底资料，包括土壤的理化性质、土壤结构、含氧量和温度理化性质、土壤结构、含氧量和温度等，土著微生物的种群和数量等。等，土著微生物的种群和数量等。制定治理方案，进行适当的可行性实制定治理方案，进行适当的

17、可行性实验验技术实施。技术实施。v2-土壤生物修复技术的关键土壤生物修复技术的关键v（1）微生物种）微生物种v（2）微生物营养：土壤微生物需要一定）微生物营养：土壤微生物需要一定的营养元素比例，即的营养元素比例，即c:n:pv（3）溶解氧）溶解氧v（4）微生物的环境因子：适量的水、）微生物的环境因子：适量的水、ph、和温度对于土壤的微生物修复有很大影和温度对于土壤的微生物修复有很大影响。响。v3-土壤生物修复工程土壤生物修复工程土壤污染的土壤污染的生物修复技术生物修复技术主要有两类：主要有两类：一是微生物修复技术，按修复地点可分为一是微生物修复技术，按修复地点可分为原位生物修复和异位生物修复；

18、原位生物修复和异位生物修复；二是植物修复法。二是植物修复法。 （1）微生物修复法：）微生物修复法：v原位生物修复：原位生物修复：v定义：定义： 是将受污染的土壤在原地处理。土是将受污染的土壤在原地处理。土壤基本不被搅动，对土壤的水饱和区加入壤基本不被搅动，对土壤的水饱和区加入营养盐、氧源；注入微生物以提高生物降营养盐、氧源；注入微生物以提高生物降解的能力。解的能力。v特点：特点： 工艺简单，费用低，但处理速度慢。工艺简单，费用低，但处理速度慢。v应用：应用： 污染河流底泥的生物修复。污染河流底泥的生物修复。v生物通风：生物通风：v这是改进和强化原位处理的一这是改进和强化原位处理的一种方法，此法用于处理因储油罐泄漏而污种方法，此法用于处理因储油罐泄漏而污染生物土壤，与原位处理的不同是气体流染生物土壤，与原位处理的不同是气体流动，气体发生变化