第7章 水生微生态学

第七章水生微生态学第一节水体中微生物的分布第二节

环境因素对水生微生物的影响第三节水生微生物在生态系统中的作用水生微生态学

研究水生微生物与水体环境的相互关系的科学。海洋、河流、泉流、湖泊和池塘均是典型的水生生态系统。微生物区系在某一固定的空间内，环境因素使得某些类别的微生物能较好的生长繁殖，其它微生物受到抑制而形成的微生物群落结构。第一节水体中微生物的分布

在江河湖海等淡咸水中均生存着相应的微生物，其分布有规律性。水体中有机物和无机物含量、光照强度、温度、pH、盐度、渗透压、含氧量及有毒物的含量差异很大，因而各种水域中微生物种类和数量呈现明显的差异。

水体微生物分布易受季节影响有机物丰度异养型微生物无机物丰度自养型微生物光能自养型微生物光照强度温度嗜热、嗜温、嗜冷微生物pH耐酸、耐碱微生物盐度、渗透压耐盐、不耐盐微生物溶解氧好氧、厌氧微生物有毒污染物污染物降解微生物1、泉水（营养贫乏）一、淡水中微生物的分布小型球菌和短杆菌占优势，还有蓝细菌和酵母流动水体中，上层只有单细胞藻类和细菌；水流缓慢的浅水层常有丝状藻类、细菌和真菌，腐生菌和原生动物也较多；2、

河水（流速）3、湖泊与水库水（营养类型）上层水（深0-10cm），有假单胞菌、柄杆菌、嗜纤维菌、浮游球衣菌等好氧细菌、真菌和藻类中层水（20-30cm），有着色菌属、绿菌属等光合细菌底层水（30cm以下），有脱硫弧菌、甲烷杆菌、甲烷球菌等厌氧细菌、原生动物和一些鞘细菌4、池塘水（富营养）施肥和投饵对微生物都有很大影响在初始降解阶段，弧菌科、肠杆菌科和假单胞菌属细菌迅速增加；第二阶段，梭菌属细菌成为优势种类；饵料被消耗完毕后，不动杆菌、摩拉克氏菌、假单胞菌占优池塘中常见的蓝细菌隶属于颤藻属、蓝纤维藻属、鱼腥藻属、微囊藻属、席藻属等。嗜盐，真正的海洋细菌在缺少氯化钠的情况下是不能生长的。海水微生物的种类和数量远超淡水微生物总量低温生长，除了在热带海水表面外，在其它海水中发现的细菌多为嗜冷菌。耐高压（特别是生活在深海的细菌）。更明显的垂直分层分布（透光区、无光区、深海区、超深渊海区）

二、海水中微生物的分布表面区细菌总数最高，随水深增大，细菌数减少海水中常见的细菌主要有：假单胞菌属、枝动菌属、弧菌属、螺菌属、梭菌属、变形菌属，以及硫细菌、硝化细菌和蓝细菌的一些种类；常见的其他微生物有：

色串孢属、酵母菌属，霉菌，噬菌体，藻类，原生动物等三、沉积物中微生物的分布1.淡水沉积物底泥有机质含量高，决定了异养菌数量远超水层底泥中包含的微生物有细菌，放线菌，真菌在几厘米深处，底泥中微生物，尤其是腐生菌含量随深度增加而下降湖泊沉积物中不同菌群存在季节变动2.海水沉积物海洋沉积物的类型和微生物的生物量有较大关系：

淤泥>黏土>胶体沉积物沉积物中有细菌、放线菌、低等真菌和酵母菌在几厘米厚的沉积物表层，细菌和真菌数量最高，表层以下随深度增加，腐生菌数量迅速下降四、水生生物体上微生物的分布1.水生动物体表鱼类体表有细菌附着，主要是G-无芽孢杆菌，不少鱼体表有真菌附着很多低等动物（包括原生动物、对虾等）体表有细菌和真菌栖息2.鱼类消化道（酸性，富胆汁）淡水鱼消化道中，嗜水气单胞菌、A型拟杆菌、假单胞菌属和肠杆菌科的细菌占优；海水鱼消化道，以弧菌属细菌为主，其次为假单胞菌、莫拉氏菌、不动杆菌、拟杆菌等降河鱼优势菌：气单胞菌>>假单胞菌>>弧菌溯河鱼优势菌：弧菌、假单胞菌>>气单胞菌、假单胞菌3.虾类消化道（底栖生活）优势菌为假单胞菌、弧菌，还存在不动杆菌属、肠杆菌科、黄杆菌属、噬纤维菌属、莫拉氏菌属、发光杆菌属的细菌发育各阶段，消化道菌群与其食性有关，蚤状幼体期弧菌占优，成体期假单胞菌占优4.藻类体表（海藻）浮游藻类体表有细菌生长：

泡沫节球藻和水华束丝藻的藻丝上栖息着大量细菌，包括柄杆菌、球菌等；水华形成后，这些表面细菌成比例增加藻类胶鞘上，旺盛生长的藻类表面没有细菌生长；水华形成后，藻类细胞老化时，附着细菌便成倍增加一些藻体表面分泌的酸和活性物质能抑制或杀死细菌第二节

环境因素对水生微生物的影响有助于理解水体中微生物的分布和作用，在实践中可利用这些环境因素对水生微生物的种群实施控制物理因素有光照、温度、压力、浑浊度等；化学因素有pH、盐度、无机质、有机质、溶解性气体等生物因素有竞争、捕食、寄生等一、物理因素1.光照在补偿点之上的水层中，光照能促进绿色植物的生长繁殖；而较弱的光照下，光能自养菌即可旺盛生长较强的光照对无色素细菌具有破坏作用：54000lx的光照，4h可杀死硝化杆菌，24h可杀死亚硝化单胞菌水表层细菌和真菌的抑制性效应一般发生在强日光辐射处：浑浊水体中，抑制作用仅限于水表至数厘米处；清澈水体，可伸展至数米之下2.温度0~50℃是多数水生微生物生存的温度范围，过冷或过热能引起水体中细菌、藻类和真菌等的死亡微生物在最低温至最高温的范围内，代谢速率随温度升高而增大接近于最低或最高温度时，微生物的形态会发生变化：节杆菌属低于20℃时为G-的菌丝体，在20-26℃时为G+的节孢子，在26℃以上为G+棒状形由于天然水体中生物互作的影响，温度效应可能受到干扰3.压力静水压对微生物的生理生化有着多方面的影响：在高压下，敏感细菌会出现形态变化，如粘质沙雷氏菌在1个大气压下呈能动的短棒状，在600个大气压下呈无运动性的丝状体50-500个大气压下，发光杆菌属的某些种类在高于最适温度下发光获促进，而低于最适温度则发光受抑制静水压决定了微生物在水层中的分布4.浑浊度浑浊度主要通过对营养和光照的影响间接发挥作用水体浑浊度由悬浮物所致；当悬浮物富含有机质时，细菌总数随浑浊度增大而增加；若悬浮物为无机颗粒时，浑浊度的变化不影响细菌总数浑浊度也影响水体微生物区系的组成：污水池塘附着细菌的比例大于自由生活细菌二、化学因素1.pH值pH通过影响细胞膜上电荷的变化而影响微生物对营养物质的吸收，影响代谢酶的活性pH影响水体中细菌和真菌的种群组成：在酸性水体中真菌比例大，中性或微碱性水体中真菌比例小pH变化可引起微生物的形态变化：在偏离最适pH的情况下，某些微生物细胞趋于退化，呈现不规则的隆起和分支2.氧化还原电位氧化还原电位影响微生物细胞内许多酶的活性，也影响细胞的呼吸作用好氧细菌比厌氧细菌需要更高的氧化还原电位值微生物活动在不同程度上改变着氧化还原电位：细菌耗氧致氧还电位降低，光合放氧值氧还电位升高盐度高低较大程度上决定水体中的生物群落盐度偏离，会导致细菌和真菌的世代时间延长，并引起形态上的改变：阿拉伯海的发光细菌在盐度10时呈球状，盐度30时呈棒状，盐度75时呈长丝状盐度对微生物的生理效应是多方面的：发光细菌在盐度50以上就丧失发光能力，进行稀释后并不能恢复发光能力，而出现细胞自溶3.盐度4.无机物（除NaCl外）无机磷和无机氮加剧了细菌和浮游植物之间的竞争：蓝藻水华通常出现在富含无机氮磷的湖泊中重金属及其有机复合物通过与酶的巯基结合严重影响水体微生物的生命活动，具有杀菌和灭病毒作用5.有机物有机物含量与水体微生物数量存在正相关：可同化的有机物含量高，则细菌总数和腐生菌的数量高有机物的组成强烈影响特定的微生物种群：在富含蛋白质的水体中蛋白水解细菌占优势，在富含纤维素的水体中优势种为分解纤维素的细菌和真菌6.溶解气体溶解氧的水平高低决定了好氧、厌氧微生物在水体中的分层溶于水中的分子态氮可被固氮细菌和蓝细菌利用溶解型的CO2为自养微生物所必需，部分异养菌也需要CO2H2S的出现能让大多数微生物死亡三、生物因素1.营养竞争最快接近可用营养物且尽快吸收的生物成为营养竞争中的赢家；生长速度快的微生物产生的代谢产物可能抑制竞争者在极端环境下或难利用的物质面前，营养竞争居于次要地位，因为只要少数微生物能利用现存的营养物2.微生物间共生与拮抗不同微生物通过彼此联合的方式实现互利双赢（共生）：好氧菌通过迅速耗氧制造无氧环境，从而使厌氧菌得以生长微生物在与其他生物共生时，可能抑制、损害其他生物的，或者被其他生物损害（拮抗）：噬菌体能裂解相应的细菌，细菌产生的细菌素能杀死近缘关系的细菌3.滤食者在微生物（细菌、真菌）含量高的水体和沉积物中，底栖动物（大多数原生动物）以它们为主要食物源很多后生动物——轮虫、枝角类、桡足类及滤食性鱼类等也能摄食细菌、真菌和藻类，这些滤食者对水体中的微生物区系有重大影响4.病原侵袭噬菌体侵食对应的细菌（富营养水体及污水中）蛭弧菌感染相应的细菌（淡水和海水都有）寄生性藻状菌类能侵袭其他真菌种类（Rozella属）5.生物体释放活性物质细菌、藻类和酵母能生产维生素并适时释放至水中细菌、真菌、原生动物和后生动物等释放酶类至水中细菌和藻类释放抗生素至水中第三节水生微生物在生态系统中的作用一、微生物与能量流、食物链无机物有机物光合作用分解作用生产者：从无机物合成有机物，如植物、微生物消费者：利用有机物进行生活，如动物分解者：分解有机物成无机物，如微生物1、微生物是有机物的主要分解者；

微生物最大的价值也在于其分解功能。它们分解生物圈内存在的动物和植物残体等复杂有机物质，并最后将其转化成最简单的无机物，再供初级生产者使用。2、微生物是物质循环中的重要成员；

微生物参与所有的物质循环，大部分元素及其化合物都受到微生物的作用。在一些物质的循环中，微生物是主要的成员，起主要作用；而一些过程只有微生物才能进行，起独特作用；而有的是循环中的关键过程，起关键作用。3、微生物是生态系统中的初级生产者；

光能营养和化能营养微生物是生态系统的初级生者，它们具有初级生产者所具有的二个明显特征，即可直接利用太阳能、无机物的化学能作为能量来源，另一方面其积累下来的能量又可以在食物链、食物网中流动。4、微生物是物质和能量的贮存者；

微生物和动物、植物一样也是由物质组成和由能量维持的生命有机体。在土壤、水体中有大量的微生物生物量，贮存着大量的物质和能量。5、微生物在地球生物演化中的作用；

微生物是最早出现的生物体，并进化成后来的动、植物。藻类的产氧作用，改变大气圈中的化学组成，为后来动、植物出现打下基础。微生物在生态系统中的地位1、碳素循环2、氮素循环3、硫素循环4、磷素循环二、微生物在物质循环中的作用降解作用呼吸作用发酵作用甲烷形成光合作用微生物在碳循环中的作用有机物CH2OCO2CO2厌氧碳固定好氧碳固定发酵呼吸甲烷产生甲烷产生甲烷氧化CH4H2COCO氧化生物体有机酸NO3-NH4+NO2-NON2O大气N2同化作用氨化作用硝化作用硝化作用反硝化作用生物固氮同化作用还原作用自然界中的氮素循环硫素循环有机硫化物硫酸盐Ｈ２Ｓ元素Ｓ分解作用分解作用同化作用同化作用无机硫的氧化作用无机硫的氧化作用无机硫的还原作用有机硫化物硫酸盐Ｈ２Ｓ元素Ｓ分解作用分解作用同化作用同化作用无机硫的氧化作用无机硫的氧化作用无机硫的还原作用

磷素循环磷素循环主要包括无机磷的溶解、无机磷的同化、有机磷的矿化1.水体的污染

水资源污染日益严重三、微生物与水污染

水体中氮、磷等元素含量过高而引起水体表层的蓝细菌和藻类过度生长繁殖富营养化水华：淡水水体中的富营养化赤潮：咸水水体中的富营养化

严重污染的水会通过食物链的生物放大作用危害人类健康2.污染物类型