微生物學：第九章 微生物的生態(tài)

1、第九章第九章 微生物的生態(tài)微生物的生態(tài)本章內(nèi)容：本章內(nèi)容：9.1 9.1 自然界中的微生物自然界中的微生物9.2 9.2 微生物生態(tài)學的研究方法微生物生態(tài)學的研究方法9.3 9.3 微生物在自然界物質(zhì)循環(huán)中的作用微生物在自然界物質(zhì)循環(huán)中的作用9.4 9.4 微生物之間的關(guān)系微生物之間的關(guān)系生態(tài)學生態(tài)學 Ecology： 研究生物及其環(huán)境條件間相互作用規(guī)研究生物及其環(huán)境條件間相互作用規(guī)律的科學律的科學 。 根據(jù)生態(tài)學的研究對象和采用的研究根據(jù)生態(tài)學的研究對象和采用的研究方法不同方法不同, 生態(tài)學的分類不同。生態(tài)學的分類不同。 微生物生態(tài)學微生物生態(tài)學 Microbial Ecology： 在一定

2、意義上也可以稱為環(huán)境微生物學，是研究微生物在一定意義上也可以稱為環(huán)境微生物學，是研究微生物群體與其環(huán)境系統(tǒng)之間相互作用及其功能表達規(guī)律的科學群體與其環(huán)境系統(tǒng)之間相互作用及其功能表達規(guī)律的科學 。微生物生態(tài)學研究的主要三個目的：微生物生態(tài)學研究的主要三個目的： 闡明自然界中微生物的生物多樣性和微生物闡明自然界中微生物的生物多樣性和微生物群落群落中不中不同群體之間相互作用的關(guān)系；同群體之間相互作用的關(guān)系； 測定自然界中微生物的活動并監(jiān)測它們對生態(tài)系統(tǒng)的測定自然界中微生物的活動并監(jiān)測它們對生態(tài)系統(tǒng)的影響；影響； 充分挖掘特殊生態(tài)環(huán)境中有益微生物，使其更好地為充分挖掘特殊生態(tài)環(huán)境中有益微生物，使其更好

3、地為人類服務。人類服務。 微生物生態(tài)系統(tǒng)：微生物生態(tài)系統(tǒng)： 微生物與其周圍的環(huán)境（包括動植物）組成的具有一定微生物與其周圍的環(huán)境（包括動植物）組成的具有一定結(jié)構(gòu)和功能的開放系統(tǒng)。在自然界的任何生境中，微生物之結(jié)構(gòu)和功能的開放系統(tǒng)。在自然界的任何生境中，微生物之間、微生物與其它生物之間、微生物與環(huán)境之間彼此影響、間、微生物與其它生物之間、微生物與環(huán)境之間彼此影響、相互依存構(gòu)成一個穩(wěn)定的系統(tǒng)關(guān)系相互依存構(gòu)成一個穩(wěn)定的系統(tǒng)關(guān)系 。9.1 自然界中的微生物自然界中的微生物生物圈生物圈 biosphere生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)系統(tǒng) ecosystem群落群落 community種群種群 population個體個

4、體 individual器官器官 organ組織組織 tissue細胞細胞 cell細胞器細胞器 organelle分子分子 molecule種群：具有相似特性和生種群：具有相似特性和生活在一共空間內(nèi)的同種個活在一共空間內(nèi)的同種個體群，是組成群落的基本體群，是組成群落的基本組分。組分。群落：一定區(qū)域內(nèi)或一定群落：一定區(qū)域內(nèi)或一定生境中種群相互松散的一生境中種群相互松散的一種結(jié)構(gòu)單位。種結(jié)構(gòu)單位。種多樣性：種多樣性：垂直結(jié)構(gòu)：垂直結(jié)構(gòu)：水平結(jié)構(gòu)：水平結(jié)構(gòu)：優(yōu)勢種群：優(yōu)勢種群：一、一、 土壤中的微生物土壤中的微生物 土壤是微生物生長繁殖的土壤是微生物生長繁殖的天然培養(yǎng)基天然培養(yǎng)基 ，是人類最豐富的

5、，是人類最豐富的“菌種資源庫菌種資源庫”。 不同類型的土壤、同一類不同類型的土壤、同一類型土壤的不同深度或不同水平型土壤的不同深度或不同水平位置，微生物種類和數(shù)量變化位置，微生物種類和數(shù)量變化很大。很大。 每克耕作層每克耕作層土壤土壤含菌量十倍遞減含菌量十倍遞減 細菌（細菌（108）放線菌（放線菌（107，孢子），孢子）霉菌（霉菌（106，孢子），孢子）酵母菌（酵母菌（105）藻類（藻類（104）原生動物（原生動物（103）每畝耕作層土壤含每畝耕作層土壤含微生物的重量：微生物的重量： 細菌：細菌：75 kg霉菌：霉菌：150 kg酵母菌酵母菌: 7.5 kg藻類藻類: 7.5 kg原生動物原生

6、動物: 15 kg二、淡水微生物二、淡水微生物1）數(shù)量和種類與接觸的土壤有密切關(guān)系；）數(shù)量和種類與接觸的土壤有密切關(guān)系；2）吸附于懸浮在水中的有機物上及水底；）吸附于懸浮在水中的有機物上及水底；3）多能運動，有些具有很異常的形態(tài)（例如柄細菌）；）多能運動，有些具有很異常的形態(tài)（例如柄細菌）；4）靠近城市或城市下游水中的微生物多，并且有很多對健康）靠近城市或城市下游水中的微生物多，并且有很多對健康 不利的細菌，因此不宜作為飲用水源；不利的細菌，因此不宜作為飲用水源；5）水體自身存在自我凈化作用：）水體自身存在自我凈化作用：a）致病菌一般對營養(yǎng)要求苛刻，因此在一般的水中只能存活致病菌一般對營養(yǎng)要求

7、苛刻，因此在一般的水中只能存活23天；天；b）水表微生物會受輻射等作用而被殺滅；水表微生物會受輻射等作用而被殺滅；c）原生動物等的吞噬作用；原生動物等的吞噬作用；d）由固形物吸附再沉積到水底；由固形物吸附再沉積到水底；水中的病原微生物會對水質(zhì)產(chǎn)生重要影響水中的病原微生物會對水質(zhì)產(chǎn)生重要影響飲用水的微生物指標：飲用水的微生物指標：總菌數(shù)：總菌數(shù)： 100 100個個/ /mlml大腸桿菌：大腸桿菌： 3 3 個個/ /L L在光線充足的沿岸帶、湖水帶分布著大量光合藻類和好氧微生物（假單胞菌、嗜纖維菌、柄細菌、生絲微菌等）深水帶，光線少、溶解氧低，可見紫色和綠色硫細菌及其他兼性厭氧菌。湖底區(qū)分布著

8、大量厭氧微生物，主要有脫硫弧菌、甲烷菌、梭菌等。微生物種群與光線和溶氧量相關(guān)微生物種群與光線和溶氧量相關(guān)微生物種群與生化需氧量（微生物種群與生化需氧量（biochemical oxygen demand, BOD）相關(guān)）相關(guān)三、海洋微生物三、海洋微生物1.Open Ocean2.Deep-Sea束毛藻屬 trichodesmium藍細菌 Cyanobacteria1）嗜鹽嗜鹽，真正的海洋細菌在缺少氯化鈉的情況下是不能生長的；，真正的海洋細菌在缺少氯化鈉的情況下是不能生長的；2）低溫生長低溫生長，除了在熱帶海水表面外，在其它海水中發(fā)現(xiàn)的，除了在熱帶海水表面外，在其它海水中發(fā)現(xiàn)的 細菌多為嗜冷菌；

9、細菌多為嗜冷菌；4）耐高壓、嗜壓、超嗜壓耐高壓、嗜壓、超嗜壓3）大多數(shù)海洋細菌為）大多數(shù)海洋細菌為革蘭氏陰性細菌革蘭氏陰性細菌，并具有運動能力；，并具有運動能力；嚴重污染的水會通過食物鏈的生物放大作用嚴重污染的水會通過食物鏈的生物放大作用危害人類健康危害人類健康3. Hydrothermal VentsChemolithotrophElectron donorElectron acceptorProductSulfur-oxidizingHS-, S0, S2O32-O2, NO3-S0, SO42-NitrifyingNH4+, NO2-O2NO2-, NO3-Sulfate-reducin

10、gH2S0, SO42-H2SMethanogenicH2CO2CH4Hydrogen-oxidizingH2O2, NO3-H2OIron and Manganese-oxidizingFe2+, Mn2+O2Fe3+, Mn4+Methylotrophic CH4, COO2CO2四、四、 空氣中的微生物空氣中的微生物1）無原生的微生物區(qū)系；）無原生的微生物區(qū)系；2）來源于土壤、水體及人類的生產(chǎn)、生活活動；）來源于土壤、水體及人類的生產(chǎn)、生活活動；3）種類主要為真菌和細菌，一般與其所在環(huán)境的微生物種類有關(guān)；）種類主要為真菌和細菌，一般與其所在環(huán)境的微生物種類有關(guān)；4）數(shù)量取決于所處的環(huán)境和

11、塵埃數(shù)量；）數(shù)量取決于所處的環(huán)境和塵埃數(shù)量；5）停留時間和塵埃大小、空氣流速、濕度、光照等因素有關(guān)；）停留時間和塵埃大小、空氣流速、濕度、光照等因素有關(guān)；6）與人類的關(guān)系：）與人類的關(guān)系：傳播疾??；傳播疾??；造成食品等的污染；造成食品等的污染；微生物學的基本技術(shù)：微生物學的基本技術(shù)：無菌操作技術(shù)無菌操作技術(shù)五、五、 生物體內(nèi)外的正常菌群生物體內(nèi)外的正常菌群1. 人體的正常微生物區(qū)系人體的正常微生物區(qū)系 正常人體的皮膚、黏膜及腸道等部位，存在大量的、種類穩(wěn)定正常人體的皮膚、黏膜及腸道等部位，存在大量的、種類穩(wěn)定的微生物，稱為的微生物，稱為人體正常菌群人體正常菌群。正常情況下，正常菌群與人體間是一

12、種正常情況下，正常菌群與人體間是一種互生關(guān)系互生關(guān)系 正常菌群與人體保持平衡狀態(tài)，菌群內(nèi)部的各種微生物之間正常菌群與人體保持平衡狀態(tài)，菌群內(nèi)部的各種微生物之間相互制約，相對穩(wěn)定。相互制約，相對穩(wěn)定。皮膚表面：微球菌、鏈球菌、葡萄球菌和霉菌；皮膚表面：微球菌、鏈球菌、葡萄球菌和霉菌；腸道：大腸桿菌、產(chǎn)氣桿菌、變形桿菌、糞鏈球菌、產(chǎn)氣莢膜梭菌、乳酸桿菌腸道：大腸桿菌、產(chǎn)氣桿菌、變形桿菌、糞鏈球菌、產(chǎn)氣莢膜梭菌、乳酸桿菌 （厭氧菌占絕大多數(shù)（厭氧菌占絕大多數(shù)）, 糞便干重的糞便干重的1/3是細菌。是細菌。正常菌群通過腸道獲取營養(yǎng)；正常菌群通過腸道獲取營養(yǎng)；正常菌群通過排阻、抑制外來致病菌；正常菌群通

13、過排阻、抑制外來致病菌；能合成許多人體必需的維生素、氨基酸；能合成許多人體必需的維生素、氨基酸；環(huán)境條件改變或著生部位改變：環(huán)境條件改變或著生部位改變：正常菌群正常菌群致病菌致病菌t 濫用抗生素；濫用抗生素；t 人身體虛弱抵抗力下降；人身體虛弱抵抗力下降；t 吃了不潔凈的食物；吃了不潔凈的食物；腸道中的正常菌群，大腸桿菌，一旦進入泌尿系統(tǒng)，引起尿路感染。腸道中的正常菌群，大腸桿菌，一旦進入泌尿系統(tǒng)，引起尿路感染。人體表面的正常菌群，一旦它們進入傷口也會引起感染。人體表面的正常菌群，一旦它們進入傷口也會引起感染。條件致病菌：人體的正常微生物菌群一旦進入非正常聚居部位，條件致病菌：人體的正常微生物

14、菌群一旦進入非正常聚居部位， 或生態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變而引起人類疾病的微生物?；蛏鷳B(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變而引起人類疾病的微生物?？赏ㄟ^口服某些活的微生物制劑可通過口服某些活的微生物制劑來治療由于正常菌群失調(diào)而導致的腹瀉。來治療由于正常菌群失調(diào)而導致的腹瀉。含蠟狀芽孢桿菌（含蠟狀芽孢桿菌（B.cereusB.cereus）的的“促菌生促菌生”，含地衣芽孢桿菌的含地衣芽孢桿菌的“整腸生整腸生”、枯草芽孢桿菌和腸球菌的枯草芽孢桿菌和腸球菌的“媽咪愛媽咪愛”、 它們都是通過芽孢桿菌的生長，為腸道重新創(chuàng)造良好的厭氧它們都是通過芽孢桿菌的生長，為腸道重新創(chuàng)造良好的厭氧環(huán)境，促使腸道內(nèi)正常的厭氧菌的生長繁殖。環(huán)境，促使腸

15、道內(nèi)正常的厭氧菌的生長繁殖。含雙歧桿菌和乳酸菌的含雙歧桿菌和乳酸菌的“金三歧金三歧”、“培菲康培菲康”、“麗珠腸麗珠腸樂樂”是通過乳酸菌產(chǎn)生乳酸來降低腸道是通過乳酸菌產(chǎn)生乳酸來降低腸道pH而抑制腐敗菌的生長。而抑制腐敗菌的生長。這類活的微生物制劑又稱為這類活的微生物制劑又稱為微生態(tài)制劑微生態(tài)制劑微生態(tài)制劑一般用于恢復腸道內(nèi)的正常生態(tài)環(huán)境，微生態(tài)制劑一般用于恢復腸道內(nèi)的正常生態(tài)環(huán)境，若腸道功能正常，一般不需要服用！若腸道功能正常，一般不需要服用！2. 無菌動物與悉生動物無菌動物與悉生動物無菌動物：在其體內(nèi)外不存在任何正常菌群的動物。無菌動物：在其體內(nèi)外不存在任何正常菌群的動物。悉生生物：人為地接

16、種上某種或某些已知純種微生物悉生生物：人為地接種上某種或某些已知純種微生物 的無菌動物（或植物）。的無菌動物（或植物）。 用于科學研究：用于科學研究：干擾因素少，操作易控制，既可進行定性分析，也可進行定量分析，干擾因素少，操作易控制，既可進行定性分析，也可進行定量分析，實驗結(jié)果準確、可靠，對于了解微生物與宿主之間復雜的關(guān)系及其實驗結(jié)果準確、可靠，對于了解微生物與宿主之間復雜的關(guān)系及其機理具有十分重要的作用。機理具有十分重要的作用。五、五、 工農(nóng)業(yè)產(chǎn)品上的微生物工農(nóng)業(yè)產(chǎn)品上的微生物1. 工業(yè)產(chǎn)品工業(yè)產(chǎn)品大量工業(yè)制品都是直接或間接用動植物作原料來制造的，如大量工業(yè)制品都是直接或間接用動植物作原料來

17、制造的，如纖維制品、纖維制品、木制品、革制品、橡膠制品、油漆、卷煙、化妝品等。有些工業(yè)產(chǎn)品木制品、革制品、橡膠制品、油漆、卷煙、化妝品等。有些工業(yè)產(chǎn)品如塑料、建筑涂料等也有很多微生物可以分解、利用。光學儀器上的如塑料、建筑涂料等也有很多微生物可以分解、利用。光學儀器上的鏡頭，建筑泥漿、鋼纜、地下管道、金屬材料等，各種電訊器材、文鏡頭，建筑泥漿、鋼纜、地下管道、金屬材料等，各種電訊器材、文物、書畫等也可被多種特殊微生物所破壞。物、書畫等也可被多種特殊微生物所破壞。微生物在各類工業(yè)產(chǎn)品上的生長所造成的產(chǎn)品微生物在各類工業(yè)產(chǎn)品上的生長所造成的產(chǎn)品的霉腐給人類造成了巨大的損失的霉腐給人類造成了巨大的損

18、失!而另一方面，也想開發(fā)并推廣使用可被微生物而另一方面，也想開發(fā)并推廣使用可被微生物降解的產(chǎn)品，或利用微生物的降解特性。降解的產(chǎn)品，或利用微生物的降解特性。-生物可降解塑料生物可降解塑料-開發(fā)、利用纖維素開發(fā)、利用纖維素（能源、飼料）（能源、飼料）-苧麻脫膠苧麻脫膠2. 食品、農(nóng)副產(chǎn)品食品、農(nóng)副產(chǎn)品 很多微生物在食品、農(nóng)產(chǎn)品上生長后會產(chǎn)生對人有害的毒素；很多微生物在食品、農(nóng)產(chǎn)品上生長后會產(chǎn)生對人有害的毒素；肉毒毒素、肉毒毒素、黃曲霉素等黃曲霉素等不利影響：不利影響：由于微生物的生長繁殖而腐爛、變質(zhì)，不能再食用或使用；由于微生物的生長繁殖而腐爛、變質(zhì)，不能再食用或使用；病原微生物進入人體的重要途

19、徑，引起傳染性疾病；病原微生物進入人體的重要途徑，引起傳染性疾病；有利影響：有利影響： 利用特定的微生物制備風味食品，如醬制品、米酒、腌酸菜等；利用特定的微生物制備風味食品，如醬制品、米酒、腌酸菜等；可采用多種方法防止微生物對食品等的破壞可采用多種方法防止微生物對食品等的破壞六、六、 極端環(huán)境下的微生物極端環(huán)境下的微生物 Extremophiles研究意義：研究意義： 開發(fā)利用新的微生物資源，包括特異性的基因資源；開發(fā)利用新的微生物資源，包括特異性的基因資源； 為微生物生理、遺傳和分類乃至生命科學及相關(guān)學科許多為微生物生理、遺傳和分類乃至生命科學及相關(guān)學科許多領(lǐng)域，如：功能基因組學、生物電子器

20、材等的研究提供新的領(lǐng)域，如：功能基因組學、生物電子器材等的研究提供新的課題和材料；課題和材料； 為生物進化、生命起源的研究提供新的材料。為生物進化、生命起源的研究提供新的材料。9.2 微生物生態(tài)學的研究方法微生物生態(tài)學的研究方法 一、微生物生態(tài)研究中的傳統(tǒng)方法一、微生物生態(tài)研究中的傳統(tǒng)方法 1樣品的采集、富集培養(yǎng)和微生物純培養(yǎng)分離樣品的采集、富集培養(yǎng)和微生物純培養(yǎng)分離 土壤和污泥樣品采集土壤和污泥樣品采集 水體樣品的采集水體樣品的采集 空氣樣品的采集空氣樣品的采集 生物體上微生物樣品的采集生物體上微生物樣品的采集 采集樣品的處理采集樣品的處理(數(shù)量測定數(shù)量測定,或富集培養(yǎng)或富集培養(yǎng),純種分離純

21、種分離)2最大或然值法最大或然值法 將樣品用無菌生理鹽水進行系列稀釋，取一定稀將樣品用無菌生理鹽水進行系列稀釋，取一定稀釋度的稀釋液接種于液體培養(yǎng)基中，培養(yǎng)一定時釋度的稀釋液接種于液體培養(yǎng)基中，培養(yǎng)一定時間后，觀察各稀釋度的生長情況，以統(tǒng)計學的方間后，觀察各稀釋度的生長情況，以統(tǒng)計學的方法求出樣品中微生物的數(shù)量法求出樣品中微生物的數(shù)量 3活菌計數(shù)法活菌計數(shù)法 即平板活菌計數(shù)即平板活菌計數(shù). 該法測定的是樣品中所含的限該法測定的是樣品中所含的限時可培養(yǎng)的活的微生物數(shù)量，對于那些不可培養(yǎng)時可培養(yǎng)的活的微生物數(shù)量，對于那些不可培養(yǎng)的微生物，將不可能統(tǒng)計在內(nèi)。的微生物，將不可能統(tǒng)計在內(nèi)。 對于非培養(yǎng)態(tài)

22、微生物的多樣性和分布的研究，可對于非培養(yǎng)態(tài)微生物的多樣性和分布的研究，可采用直接顯微染色觀察、采用直接顯微染色觀察、16SrDNA分子探針分分子探針分析或析或PCR對特定基因的擴增等方法對特定基因的擴增等方法 二、微生物生態(tài)學研究中的原位觀察二、微生物生態(tài)學研究中的原位觀察1. 激光聚焦顯微鏡觀察法激光聚焦顯微鏡觀察法 2. 染色法染色法 熒光染料吖啶橙可以摻入熒光染料吖啶橙可以摻入DNA和和RNA分子中，分子中，使土壤中的活細胞原位著色使土壤中的活細胞原位著色 微生物細胞表面有特異的抗原成分，利用熒光標微生物細胞表面有特異的抗原成分，利用熒光標記的特異抗體，可以定量地估計自然生境中單一記的特

23、異抗體，可以定量地估計自然生境中單一菌群甚至是單一菌株的數(shù)量和分布菌群甚至是單一菌株的數(shù)量和分布 3. 微生境模擬技術(shù)微生境模擬技術(shù) 實驗室中的微生境模擬實驗室中的微生境模擬 原位培養(yǎng)技術(shù)原位培養(yǎng)技術(shù) 三、微生物生態(tài)學中的分子生物學方法三、微生物生態(tài)學中的分子生物學方法1. 核酸探針技術(shù)核酸探針技術(shù) fluorescent in situ hydridization, FISH2. PCR特異性擴增技術(shù)特異性擴增技術(shù) PCR and DGGE analysesDenaturing gradient gel electrophoresis, DGGEhttp:/ 微生物在自然界物質(zhì)循環(huán)中的作用微

24、生物在自然界物質(zhì)循環(huán)中的作用生態(tài)系統(tǒng)：生態(tài)系統(tǒng)：生物群落生物群落所生活的非生物環(huán)境所生活的非生物環(huán)境物質(zhì)循環(huán)物質(zhì)循環(huán)能量流動能量流動生產(chǎn)者：生產(chǎn)者：從無機物合成有機物；從無機物合成有機物；消費者：消費者：利用有機物進行生活，一般不能將有機物直接利用有機物進行生活，一般不能將有機物直接 分解成無機物；分解成無機物；分解者：分解者：分解有機物成無機物；分解有機物成無機物；生物按其在生態(tài)系統(tǒng)中的作用，可劃分為生物按其在生態(tài)系統(tǒng)中的作用，可劃分為3大類群：大類群：生態(tài)系統(tǒng)的進化生態(tài)系統(tǒng)的進化微生物在生態(tài)系統(tǒng)中的地位：微生物在生態(tài)系統(tǒng)中的地位：1、微生物是有機物的主要分解者；、微生物是有機物的主要分解者

25、；微生物最大的價值也在于其分解功能。它們分解生物圈內(nèi)存在微生物最大的價值也在于其分解功能。它們分解生物圈內(nèi)存在的動物和植物殘體等復雜有機物質(zhì)，并最后將其轉(zhuǎn)化成最簡單的動物和植物殘體等復雜有機物質(zhì)，并最后將其轉(zhuǎn)化成最簡單的無機物，再供初級生產(chǎn)者使用。的無機物，再供初級生產(chǎn)者使用。2 2、微生物是物質(zhì)循環(huán)中的重要成員；、微生物是物質(zhì)循環(huán)中的重要成員；微生物參與所有的物質(zhì)循環(huán)，大部分元素及其化合物都受到微微生物參與所有的物質(zhì)循環(huán)，大部分元素及其化合物都受到微生物的作用。在一些物質(zhì)的循環(huán)中，微生物是主要的成員，起生物的作用。在一些物質(zhì)的循環(huán)中，微生物是主要的成員，起主要作用；而一些過程只有微生物才能進

26、行，起獨特作用；而主要作用；而一些過程只有微生物才能進行，起獨特作用；而有的是循環(huán)中的關(guān)鍵過程，起關(guān)鍵作用。有的是循環(huán)中的關(guān)鍵過程，起關(guān)鍵作用。3、微生物是生態(tài)系統(tǒng)中的初級生產(chǎn)者；、微生物是生態(tài)系統(tǒng)中的初級生產(chǎn)者；光能營養(yǎng)和化能營養(yǎng)微生物是生態(tài)系統(tǒng)的初級生產(chǎn)者，它們具光能營養(yǎng)和化能營養(yǎng)微生物是生態(tài)系統(tǒng)的初級生產(chǎn)者，它們具有初級生產(chǎn)者所具有的二個明顯特征，即可直接利用太陽能、有初級生產(chǎn)者所具有的二個明顯特征，即可直接利用太陽能、無機物的化學能作為能量來源，另一方面其積累下來的能量又無機物的化學能作為能量來源，另一方面其積累下來的能量又可以在食物鏈、食物網(wǎng)中流動?？梢栽谑澄镦湣⑹澄锞W(wǎng)中流動。4 4

27、、微生物是物質(zhì)和能量的貯存者；、微生物是物質(zhì)和能量的貯存者；微生物和動物、植物一樣也是由物質(zhì)組成和由能量維持的生命微生物和動物、植物一樣也是由物質(zhì)組成和由能量維持的生命有機體。在土壤、水體中有大量的微生物生物量，貯存著大量有機體。在土壤、水體中有大量的微生物生物量，貯存著大量的物質(zhì)和能量。的物質(zhì)和能量。5 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；微生物是最早出現(xiàn)的生物體，并進化成后來的動、植物。藻類微生物是最早出現(xiàn)的生物體，并進化成后來的動、植物。藻類的產(chǎn)氧作用及其它細菌的固氮作用，改變大氣圈中的化學組成，的產(chǎn)氧作用及其它細菌的固氮作用，改變大氣圈中的化學組成，提供可

28、利用的氮為后來動、植物出現(xiàn)打下基礎(chǔ)。提供可利用的氮為后來動、植物出現(xiàn)打下基礎(chǔ)。一、一、 碳素循環(huán)碳素循環(huán)微生物的作用：微生物的作用： CO2的固定的固定（光合作用）光合作用） CO2的再生（分解作用）的再生（分解作用） 微生物是自然界微生物是自然界有機物最重要的分解者有機物最重要的分解者地球上地球上90%以上有機物的礦化都是由細菌和真菌完成的以上有機物的礦化都是由細菌和真菌完成的二、二、 氮素循環(huán)氮素循環(huán)N存在形式存在形式 ： 胺鹽（胺鹽（NH 4 +） NO NO2 2- - NO NO3 3- - 有機含氮有機含氮 N N2 2微生物的作用微生物的作用: :自然界氮素循環(huán)的核心生物，只有微

29、生物自然界氮素循環(huán)的核心生物，只有微生物或微生物參與才能完成生物固氮。每年約或微生物參與才能完成生物固氮。每年約2.42.4* *10108 8t t氮被固氮被固定。只有微生物能參與定。只有微生物能參與N N循環(huán)的所有過程，在每個過程中循環(huán)的所有過程，在每個過程中都起主要作用。都起主要作用。硝化細菌硝化細菌 硝化桿菌屬硝化桿菌屬副球菌屬副球菌屬假單胞茵假單胞茵 固氮固氮(細細)菌菌藍細菌藍細菌根瘤菌根瘤菌短根瘤菌屬短根瘤菌屬弗蘭克氏菌屬弗蘭克氏菌屬固氮（固氮（nitrogen fixation）：）：反硝化（反硝化（denitrification）:銨同化（銨同化（assimilation）:

30、氨化作用（氨化作用（ammonification）:硝化作用（硝化作用（nitrification）：）：2.4108 t/y三、硫素循環(huán)三、硫素循環(huán)S在自然界存在的主要形式在自然界存在的主要形式 ： sulfate（SO 4 2-） sulfide (FeS2) S sulfhydryl (R-SH)DMS: 二甲硫醚二甲硫醚DMSO: 四、鐵循環(huán)四、鐵循環(huán) Bacterial Iron Reductionor Fe(OH)3Ferrous Iron and Pyrite Oxidation at Acid pH在中性條件下，在中性條件下，F(xiàn)e2+不穩(wěn)不穩(wěn)定，被定，被披毛菌屬披毛菌屬Gall

31、ionella 和和纖毛菌屬纖毛菌屬Leptothrix氧化。氧化。在酸性條件下，在酸性條件下， Fe2+穩(wěn)定，穩(wěn)定， Fe3+以黃鉀鐵礬（以黃鉀鐵礬（jarosite）形）形式存在式存在.Thiobacillus ferrooxidans: pH 2-4, 20-30 oCLeptospirillum ferrooxidans:pH 1-2, 30-50 oC9.4 微生物間及微生物與其它生物間的關(guān)系微生物間及微生物與其它生物間的關(guān)系有利關(guān)系：一種生物的生長和代謝對另一種生物的生長產(chǎn)有利關(guān)系：一種生物的生長和代謝對另一種生物的生長產(chǎn)生有利的影響，或相互有利；即生有利的影響，或相互有利；即“利

32、人利已利人利已”（共生，互生）（共生，互生）有害關(guān)系：一種生物的生長對另一種生物的生長產(chǎn)生有害有害關(guān)系：一種生物的生長對另一種生物的生長產(chǎn)生有害的影響，或相互有害；即的影響，或相互有害；即“損人利己損人利己”（拮抗，寄生，捕食）（拮抗，寄生，捕食）中性關(guān)系：二種生物生活在一起時，彼此對對方的生長代中性關(guān)系：二種生物生活在一起時，彼此對對方的生長代謝無明顯的有利或有害影響；即謝無明顯的有利或有害影響；即“不利人不利己不利人不利己”（種間共（種間共生）生） 1. 互生：互生：可分可合，合比分好；可分可合，合比分好； 2. 共生：共生：難分難解，合二為一；難分難解，合二為一； 3. 寄生：寄生：以小

33、吃大，內(nèi)部攻擊；以小吃大，內(nèi)部攻擊； 4. 拮抗：拮抗：產(chǎn)生毒物，傷害對方；產(chǎn)生毒物，傷害對方； 5. 捕食：捕食：以大吃小，仗勢欺人以大吃小，仗勢欺人.一、一、 互生互生 二種可獨立生活的生物，當它們生活在一起時，通過各自二種可獨立生活的生物，當它們生活在一起時，通過各自的代謝活動而有利于對方，或偏利于一方的一種生活方式。的代謝活動而有利于對方，或偏利于一方的一種生活方式?！翱煞挚珊希媳确趾每煞挚珊?，合比分好”1. 微生物間的互生關(guān)系微生物間的互生關(guān)系纖維素分解細菌纖維素分解細菌固氮菌固氮菌(1) 土壤中的纖維素分解菌分解纖維素形成有機酸是固氮菌生長的能源和碳源物質(zhì);(2) 固氮菌固氮作用

34、固定的氮素除滿足自身需要外，還可分泌到土壤中作為纖維素分解菌的氮源，同時解除了有機酸對纖維素分解菌的抑制作用。土壤中氨化細菌把有機氮化合物轉(zhuǎn)化為NH4+，后者是亞硝化細菌生長的能源物質(zhì)，而亞硝化細菌轉(zhuǎn)化形成的亞硝酸是硝化細菌生長的能源物質(zhì) 氨化細菌氨化細菌亞硝化細菌亞硝化細菌硝化細菌硝化細菌利用微生物間互生關(guān)系的原理，進行混合培養(yǎng)或混合發(fā)酵利用微生物間互生關(guān)系的原理，進行混合培養(yǎng)或混合發(fā)酵成功例子是成功例子是“二步發(fā)酵法生產(chǎn)維生素二步發(fā)酵法生產(chǎn)維生素C”：反應反應采用氧化葡糖酸桿菌（采用氧化葡糖酸桿菌（Gluconobacter oxydans）和條紋假單和條紋假單胞菌（胞菌（Pserdomo

35、nas striata）進行混菌發(fā)酵，能將進行混菌發(fā)酵，能將L-山梨糖轉(zhuǎn)化成山梨糖轉(zhuǎn)化成2-酮基酮基-L-古龍酸。而如果單用前一種菌，不僅生長差且產(chǎn)酸能力古龍酸。而如果單用前一種菌，不僅生長差且產(chǎn)酸能力微弱；單用后一種菌時，根本不產(chǎn)酸。微弱；單用后一種菌時，根本不產(chǎn)酸。二、二、 共生共生二種生物共居在一起，相互二種生物共居在一起，相互分工協(xié)作、相依為命分工協(xié)作、相依為命，甚至，甚至形成在生理上表現(xiàn)出一定的分工，在組織和形態(tài)上產(chǎn)生形成在生理上表現(xiàn)出一定的分工，在組織和形態(tài)上產(chǎn)生了新的結(jié)構(gòu)的特殊的共生體。了新的結(jié)構(gòu)的特殊的共生體?；セ莨采夯セ莨采憾呔美呔美采浩采阂环降美?/p>

36、，但另一方并不受害一方得利，但另一方并不受害地衣：藻類（綠藻或藍細菌）和真菌（子囊菌）的共生體地衣：藻類（綠藻或藍細菌）和真菌（子囊菌）的共生體真菌無規(guī)則地纏繞藻類細胞，形成一個牢固的聯(lián)合體。真菌無規(guī)則地纏繞藻類細胞，形成一個牢固的聯(lián)合體。（真菌為藻類提供一個穩(wěn)定的生長基質(zhì)，免受風雨侵蝕；并促進水的吸收，以（真菌為藻類提供一個穩(wěn)定的生長基質(zhì)，免受風雨侵蝕；并促進水的吸收，以防止藻類干枯；提供藻類生長所需的無機鹽，這些無機鹽來自產(chǎn)生地衣酸對巖防止藻類干枯；提供藻類生長所需的無機鹽，這些無機鹽來自產(chǎn)生地衣酸對巖石的分解）石的分解）地衣繁殖時，在表面上生出球狀粉芽，粉芽中含有少量的藻類細胞地衣繁殖時

37、，在表面上生出球狀粉芽，粉芽中含有少量的藻類細胞和真菌菌絲，粉芽脫離母體散布到適宜的環(huán)境中，發(fā)育成新的地衣和真菌菌絲，粉芽脫離母體散布到適宜的環(huán)境中，發(fā)育成新的地衣結(jié)構(gòu)上的共生：結(jié)構(gòu)上的共生：生理上的共生：生理上的共生：真菌：真菌：代謝中產(chǎn)生的有機酸分解巖石，從基質(zhì)中吸收代謝中產(chǎn)生的有機酸分解巖石，從基質(zhì)中吸收水分和無機養(yǎng)料水分和無機養(yǎng)料；藻類（綠藻或藍細菌）藻類（綠藻或藍細菌）：通過：通過光合作用光合作用合成有機物；合成有機物； 使地衣能在十分貧瘠的環(huán)境中生存。使地衣能在十分貧瘠的環(huán)境中生存。微生物和植物間的共生微生物和植物間的共生根瘤菌與豆科植物間的共生根瘤菌與豆科植物間的共生-形成根瘤共生體形成根瘤共生體微生物與動物的共生關(guān)系微生物與動物的共生關(guān)系2） 與反芻動物的共生關(guān)系與反芻動物的共生關(guān)系 1） 與昆蟲的共生關(guān)系與昆蟲的共生關(guān)系 外共生：例如白蟻與其腸道內(nèi)的微生物之外共生：例如白蟻與其腸道內(nèi)的微生物之間的共生間的共生 內(nèi)共生：昆蟲與其細胞內(nèi)的共生性細菌內(nèi)