土壤微生物课件

1、,土壤微生物,生活在土壤中的细菌、真菌、放线菌、藻类的总称。其种类和数量随成土环境及其土层深度的不同而变化。土壤是人类社会赖以生存和发展的重要物质基础。在全世界范围内，土壤退化仍在加剧，土壤污染也日益严峻，严重威胁到农业生产、人类健康和全球生态安全。,我国土壤资源极其匮乏，遏止土壤退化，提高土壤质量是保障我国粮食安全与生态安全的百年大计。土壤微生物生物量是土壤最活跃的成分，与土壤资源可持续利用密切关联。,土壤微生物,词目：土壤微生物 英文：soilmicroorganism 学科：土壤学 释文：生活在土壤中的细菌、真菌、放线菌、藻类的总称。其个体微小，一般以微米或毫微米来计算，通常1克土壤中有

2、106109个，其种类和数量随成土环境及其土层深度的不同而变化。它们在土壤中进行氧化、硝化、氨化、固氮、硫化等过程，促进土壤有机质的分解和养分的转化。土壤微生物一般以细菌数量最多，有益的细菌有固氮菌、硝化细菌和腐生细菌；有害的细菌有反硝化细菌等。施用有机肥有益于微生物的生长和繁殖。,土壤微生物的来源,“土著”微生物种群：对物质的分解、代谢、转化起着极为重要的作用，是化学元素参与生物地球化学物质循环的重要推动者。 外来微生物种群：几乎不参与土壤生态学上重要的物质转化作用。,土壤微生物的来源 天然栖居 外来微生物 雨水 动植物残体 堆肥 受污染水体,土壤微生物的种类,包括细菌、放线菌、真菌、藻类和

3、病毒，还有原生动物。 绝大部分微生物对人是有益的 有的能分解动植物尸体和排泄物为简单的化合物，供植物吸收； 有的有固氮作用，使土壤肥沃，有利于植物生长； 有的能产生各种抗生素，如链霉菌； 也有一部分土壤微生物是动植物的病原体。,土壤中的微生物根据其对能源和营养的要求不同可分为四种营养类型 光能自养型、光能异养型、化能自养型和化能异养型 大多微生物属异养型微生物 根据对氧的需要程度不同，可分为 专性厌氧、兼性厌氧、微需氧和专性需氧等 土壤中多数细菌属需氧和兼性厌氧，在氧气充足和缺氧的条件下均能生活.真菌属需氧型微生物，因此土壤深层或潮湿的黏土中真菌数量少。,1、土壤中的细菌,土著细菌是土壤中真正

4、的常驻者，如氨化细菌、硝化细菌、固氮细菌、纤维素分解菌等，异养型，无芽胞、嗜中温 外来细菌人畜粪便、动物尸体、医院废弃物等污染土壤带入的。如沙门菌、志贺菌、霍乱弧菌、大肠杆菌O157：H7、炭疽梭菌、破伤风梭菌、肉毒梭菌等,沙门菌,大肠杆菌,土壤中的细菌 土著细菌，异养菌、嗜中温型 随动植物尸体进入土壤的腐物寄生菌 随动植物尸体或排泄物进入土壤的致病菌,破伤风杆菌,肉毒杆菌,产气荚膜杆菌,伤寒杆菌,霍乱弧菌,炭疽杆菌,结核杆菌,2、土壤中的放线菌,3、土壤中真菌,主要生活在近地面的土层中，异养型、需氧、中温性生长 真菌是分解有机物质非常活跃的一类微生物，如腐生真菌参与难降解植物残体组分的分解，

5、如纤维素、半纤维素、木质素等。霉菌可促进土壤腐殖质的形成 土壤中常见的真菌：曲霉属、青霉属、木霉属等,4、土壤中的其他微生物,藻类：行光合作用，利用土壤中的无机质合成其生长需要的有机质 原生动物：鞭毛虫、肉足虫、纤毛虫，利用有机质。在物质转化和调节其他微生物数量方面起重要作用。 病毒（噬菌体）：裂解相应的细菌、放线菌及真菌等，对某些农作物具有潜在影响。肠道病毒可吸附在土壤的颗粒上，能存活很长时间并保持其感染性。,鞭 毛 虫,病 毒,藻 类,土壤表面，微生物不易生存 地表530cm的土层中微生物数量最多 深层土壤微生物随土壤深度增加而减少 土壤愈肥沃，微生物愈多,土 壤 微 生 物 的 分 布,

6、土壤微生物的分布,土壤微生物的分布具有非均一性 土壤中微生物的分布与有机物多少、水分、pH、温度等有关,土壤微生物的分布,地理分布:土质不同，微生物数量差异很大，土壤愈肥沃，微生物愈多。如每克肥沃的土壤含菌量可达几亿到几十亿个，而荒地及沙漠地带的细菌数目则仅含10余万个。,垂直分布： 在土壤中垂直分布也是不均一的，一般表土层微生物数量最多，随着层次加深，微生物数量减少，土壤表面由于日光照射，水分缺乏，细菌易于死亡，因此，含菌不多。在530cm深的土壤含量最多。至l00200cm深时细菌开始减少，在45m深处仅有少量细菌。其原因是深层土壤温度低，氧气缺乏并且缺少微生物可以利用的有机物质。,季节分

7、布,一般春季到来，气温升高，植物生长发育，根分泌物增加，微生物数量迅速上升； 到盛夏时，气候炎热、干旱，微生物数量下降； 秋天雨水多，且为收获季节，植物残体大量进入土壤，微生物数量又急剧上升； 冬季气温低，微生物数量明显减少。 春、秋两季出现微生物数量的两个高峰。,土壤微生物的作用,在土壤这个生态系统中，同时进行着化学元素的有机质化(生物合成作用)和有机质的无机质化（分解作用）。绿色植物是化学元素有机质化的主要推动者，而微生物是有机质分解的主要推动者。土壤中动植物残体和其他有机物，主要是在微生物参与下达到无机化和腐殖化。,（一）土壤微生物在物质循环中的作用,1、氮循环 氮素的同化作用：绿色植物

8、和微生物在它们的生命活动中，吸取氨态氮和硝酸盐形成的无机氮，组成生物细胞原生质的组分(蛋白质、核酸等)，使无机态氮同化为有机态氮，这一过程为氮素的同化。,氮素的矿化作用（氨化作用） 土壤中动植物残体中的有机氮化物被微生物分解产生氨的生化过程，叫作氨化作用。 大部分土壤细菌、真菌、放线菌都能分解蛋白质和其含氮衍生物，但分解速度是各不相同的。 分解蛋白质能力较强的细菌有假单胞菌属、芽孢杆菌属、梭状芽孢杆菌属等。真菌有交链孢霉属、曲霉属、毛霉属、根霉属及木霉属等。,土壤自净作用：土壤受污染之后，由 于物理、化学和生物学等因素的作用，使 一些病原体死亡，一些有机污染物被分解 成植物能利用的无机盐和腐殖

9、质，从而降 低了土壤环境的污染程度，称为土壤的自 净作用。 生物净化为最主要的净化途径之一。,（二）土壤微生物与有机物降解,土壤中病原微生物及其危害,由各种原因导致的土壤中致病菌、病毒、寄生虫卵等病原微生物增多称为土壤生物性污染。 未经彻底无害化处理的人畜粪便和污泥用于施肥； 未经处理的生活污水、医院污水和含病原体的工业废水进行农用灌溉； 病畜尸体处理不当； 野生动物携带病原体，其排泄物和死亡后的尸体也可污染土壤。,土壤中的病原微生物 引起细菌性肠道传染病的病原体 沙门菌、志贺菌、霍乱弧菌和致病性大肠杆菌 沙门菌在潮湿的冬季条件下，能在污水灌溉的土壤内存活约70d，而在干燥的夏季则存活约35d

10、； 志贺菌在土壤中可存活13个月； 霍乱弧菌在土壤中可存活1430d，最长的约60d。,你知道吗,土壤-人方式,动物-土壤-人方式,人-土壤-人方式,病原微生物污染土壤的途径和危害,人体排出的病原体直接或经施肥与污水灌溉等污染土壤，在污染的土壤上种植蔬菜瓜果，人与污染的土壤直接接触或生吃此类蔬菜瓜果就可患肠道传染病或寄生虫病。如痢疾杆菌、伤寒杆菌、肠道病毒、蛔虫卵等,自然土壤中存在有致病菌，人接触土壤而感染。如破伤风、肉毒中毒、原发性阿米巴脑膜脑炎,含有病原体的动物粪便污染土壤后，病原体通过皮肤或粘膜进入人体而得病。如钩端螺旋体病、炭疽病,钩端螺旋体病,钩端螺旋体病简称钩体病，是由致病性钩端螺

11、旋体引起的动物源性传染病。鼠类及猪是主要传染源，呈世界性范围流行。我国已有28个省、市、自治区发现本病，并以盛产水稻的中南、西南、华东等地区流行较重。发病季节主要集中在夏秋（610月）水稻收割期间，常以89月为高峰，青壮年农民发病率较高。 临床以早期钩端螺旋体败血症，中期的各器官损害和功能障碍，以及后期的各种变态反应后发症为特点。重症患者可发生肝肾功能衰竭和肺弥漫性出血，常危及患者生命。 黄疸出血型、肺出血型、流感伤寒型、脑膜炎型,炭疽病,炭疽热是一种由炭疽热杆菌引发的急性动物源性传染病，它主要发生在野生或家养的低等脊椎动物身上，例如牛、羊、骆驼和羚羊等反刍动物。人类感染炭疽热的概率很低，只有

12、 10000:1。容易感染的人群主要是那些有机会接触因炭疽热致死的动物尸体及其制品的人，例如牧场工人、屠宰场工人、制革工人和剪羊毛工等。 炭疽热杆菌的特点是可以形成胞子结构，这种保护性的胞囊可以使这种细菌具备在自然界长期生存的能力。在那些掩埋由炭疽热而死亡的牲畜的地域，这种胞子仍然可以存活数十年。一旦炭疽热杆菌胞子进入生物体内，炭疽热杆菌就会开始增生扩散并产生生物毒素，被感染的生物将产生呕吐等症状直至死亡。,土壤微生物多样性是指土壤生态系统中所有的微生物种类、它 们拥有的基因以及这些微生物与环境之间相互作用的多样化程度, 当前研究主要集中在物种多样性、遗传多样性、结构多样性及功能 多样性等4个

13、方面。 土壤微生物的物种多样性是指土壤生态系统中微生物的物种丰富度和 均一度, 这是微生物多样性的最直接表现形式。根据原位的、不经培养的微生物系统发育学研究发现, 自然界中95%99%的微生物种群 尚未被分离培养或描述过, 从而推算地球上仅细菌就有10万50万种。,土壤微生物多样性,土壤微生物多样性,土壤微生物的功能多样性：指土壤微生物群落所能执行的功能范围以及这些功能的执行过程。 对自然界元素循环具有重要意义如：分解功能、营养传递功能以及促进或抑制植物生长的功能等。 目前一般采用底物诱导下的代谢响应模式测算土壤微生物群落的代谢功能多样性。 土壤微生物结构多样性：指土壤微生物群落在细胞结构组分

14、上的多样化程度，这是导致微生物代谢方式和生理功能多样化的直接原因。 土壤微生物的遗传多样性：是土壤微生物在基因水平上携带的各类遗传物质和遗传信息的总和，这是微生物多样性的本质和最终反映。,研究方法进展,土壤微生物研究方法经历了微生物纯培养、土壤酶活性（BIOLOG微平板分析）、微生物库（如微生物生物量）和流（C和N循环）、微生物生物标记物（FAMEs）、微生物分子生物学技术（从土壤中提取DNA，进行PCR-DGGE、PCR-SSCP、RLFP分析等），揭示了土壤微生物群落丰富的多样性和生态功能；现代生物技术和传统微生物研究方法的配合将为土壤微生物学研究提供较好的前景。,土壤微生物多样性的研究方

15、法,1 微生物平板培养方法,微生物平板培养方法是一种传统的实验方法。 该方法主要使用不同营养成分的固体培养基对土壤中可培养的微生物进行分离培养，然后根据微生物的菌落形态及其菌落数来计测微生物的数量及其类型。 平板稀释法是进行土壤微生物分离培养的常用方法，一般分为：稀释接种培养计数等几个步骤。,该方法简便易行，在操作上容易被掌握运用，并且在平板培养的同时，能进行分离纯化，在得到微生物菌落数量和微生物菌落形态的同时，就知晓了微生物的数量和微生物类型。,微生物 平板培养,主要表现在固体培养基的选择和实验室培养条件等方面的限制上，且能够纯培养的土壤微生物的菌株的数量只占微生物总数的0.1%1%。 另一

16、方面，这种平板培养方法通常只能得到微生物类群的数量信息，若要得到种类信息，则必须进一步地分离、纯化和鉴定。,优 点,缺 陷,Biolog微平板法是测定土壤微生物对95种不同C源的利用能力及其代谢差异，进而用以表征土壤微生物代谢功能多样性或结构多样性的一种方法。 该方法起始于医学领域。,具体做法是，利用由95孔 不同单一C源和1个对照孔组成的Biolog微平板系统，将土壤溶液接种到每一个微平板孔中，在一定的温育时间内，由于不同微生物对不同单一C源利用程度和强度不一样而发生不同生化代谢反应，最终使得每一个孔的溶液呈现出不同程度的颜色，微平板中每一孔的颜色变化可以通过酶标仪测定和记录下来，这样便可得

17、到土壤微生物特有的“代谢指纹”。,该方法仍是一种相对简单、较为快速、简便的好方法，可以直接获得有关土壤微生物群落结构和功能多样性的信息，最大限度地保留微生物群落原有代谢特点。 但是当前用Biolog 研究土壤微生物群落的结构和功能优点虽然明显，但也存在很多缺陷，因为Biolog 检测的主要是代谢能力较强的微生物，只有在相同稀释度的土壤样品之间才有一定可比性。实际上，即使是同一稀释倍数，也可能对结果造成影响。而且Biolog 板内是近中性的缓冲体系，高浓度的碳源及其生物毒性的指示剂均可能影响测试效果, 而目前所拥有的标准数据库还不完善，有些种类还不能被准确鉴定。,磷脂脂肪酸（PLFA）分析法,分

18、子生物学方法 最近几十年间，基于PCR（RAPD、AFLP、RFLP、SSCP、TGGE 、DGGE 、RISA）技术的分子生物学方法被广泛应用到微生物多样性的研究中。,土壤微生物多样性影响因素,影响土壤微生物群落的结构组成和多样性, 尤其是其功能多样性的因素有很多种, 可大体分成自然因素和人为因素两大类。自然因素包括植被、土壤类型、温度、水分以及pH值等；人为因素包括农药、施肥以及土壤耕作方式等人类对土壤的管理方式。,目前对土壤微生物多样性研究的方法，有多种手段，每一种方法各有优缺点。对于哪一种分析方法最有效率，许多研究学者认为任何一种实验方法都有优缺点，所得最后数据都是其他方法之间的相互补充，即所有的数据结